科技日報：科技助力無損檢測——國寶密碼·越王勾踐劍

只看該作者 · 2017-12-25 09:08:11

國寶密碼·越王勾踐劍丨天下第一劍是怎樣煉成的？

時光回溯到52年前。1965的冬天，考古工作者在湖北江陵一座楚國的墓葬中，發(fā)現(xiàn)了一柄帶著劍鞘的銅劍。

這柄劍長55.6厘米，寬4.6厘米。劍身中脊起棱，飾黑色菱形花紋。正面近格處有“越王勾踐，自作用劍”的鳥篆銘文。劍格正面嵌藍(lán)色琉璃，背面鑲綠松石。

隨后的考古研究證明，這柄劍就是傳說中的越王勾踐劍。盡管在地下深埋了2400多年，但寶劍不老，依舊光澤耀目。曾在博物館一睹勾踐劍真容的觀眾留言道，即使隔著玻璃，也能感受到寶劍光芒所透出的深深寒意。

《國家寶藏》節(jié)目截圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

隨著近期《國家寶藏》節(jié)目的熱播，“高冷”的勾踐劍再次“火熱”起來。勾踐劍為何能千年不腐？硫化處理是防腐秘訣嗎？文物無損檢測有哪些新科技？小編請來湖北省博物館文保中心副主任江旭東博士來給大家解疑釋惑。

千年不腐選材用料好是首要因素

如果你看過第二期的《國家寶藏》，應(yīng)該對江旭東并不陌生。1983年出生的他，從武漢大學(xué)材料物理專業(yè)博士畢業(yè)后，選擇來博物館做了一名“文物醫(yī)生”。

借著這次做節(jié)目的契機，江旭東給越王勾踐劍來了一次“通身體檢”。距離上一次對勾踐劍的無損檢測，過去了40年。

越王勾踐劍，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

“（勾踐劍）作為非常珍貴的文物，我們一般不會輕易地觸碰它。另外，為了滿足公眾參觀需求，它一般長期在展廳陳列，難得有機會能較長時間拿出來做科學(xué)研究。”江旭東說道。

江旭東用顯微鏡給勾踐劍拍了上千張圖片，用了兩周時間拼接成一張完整大圖。將圖片放大，可以清晰地看到劍刃處呈現(xiàn)黃色樹枝一樣的圖案。“‘樹枝晶’狀的金相結(jié)構(gòu)，說明勾踐劍是鑄造而成的，進(jìn)而可以對劍的合金成分進(jìn)行分析”。

勾踐劍劍刃劍身50倍（左）和200倍（右）的顯微圖片

分析發(fā)現(xiàn)，勾踐劍中幾乎不含鉛，檢測數(shù)據(jù)顯示鉛含量不足0.1%。江旭東指出，這表明勾踐劍是用純度很高的上等銅料制成的。如同現(xiàn)今通過多次提純獲得純凈水一般，古人也是通過一次次提純，去除鉛等雜質(zhì)，煉成上等銅料。“對比同一墓葬的其它含鉛的器物，如下圖的銅劍含有約少量鉛，其表面則腐蝕嚴(yán)重。因此，選材用料好，是勾踐劍千年不腐的首要原因”。

望山一號墓邊廂109號銅劍

含硫高的地方腐蝕反而重

選材用料好之外，劍鞘的保護(hù)，以及密封很好的水下墓葬環(huán)境，也是勾踐劍千年不腐的重要因素。

勾踐劍在江陵望山一號楚墓內(nèi)棺中出土?xí)r，插在涂了漆的木質(zhì)劍鞘里。該墓長期被地下水浸泡，墓室里面空氣含量很低。墓室內(nèi)一槨兩棺，層層相套。槨室四周用白膏泥填塞，其下部采用的還是人工淘洗過的白膏泥，致密性更好。這樣的墓葬環(huán)境，非常有利于青銅器的保護(hù)。

事實上，圍繞勾踐劍千年不腐之謎，一直有很多說法，硫化處理便是其中之一。而此次研究發(fā)現(xiàn)，劍身上含硫高的部位反而腐蝕更嚴(yán)重。江旭東提供的一張圖片顯示了與勾踐劍同一墓葬出土的另兩柄劍，劍身顏色越黑的地方含硫量越高。“由此可見，硫化處理并非千年不腐的原因，相反含硫高是腐蝕嚴(yán)重部位的特征之一”。

望山一號墓頭廂109號銅劍和邊廂109號銅劍

菱形紋的來歷鑄槽填錫

不只是千年不腐，遍布劍身的精美菱形暗格花紋同樣令人稱奇，代表了當(dāng)時高超的鑄劍工藝。

長久以來，對于菱形紋飾到底是如何形成的，考古學(xué)界眾說紛紜。江旭東研究發(fā)現(xiàn)，菱形紋邊緣有白色條紋的黑色凹槽是整體塌陷進(jìn)去的，推測在凹槽里填上錫形成的花紋。

對劍身不同部位錫含量的檢測數(shù)據(jù)也支持“鑄槽填錫”的結(jié)論。江旭東介紹，菱形紋處錫含量最高，約31%，劍身錫含量約為24%，外側(cè)的劍刃部分錫含量最低，約20%。正是因為填錫才能形成上述的錫含量的變化規(guī)律。據(jù)此，江旭東嘗試?yán)L制了越王勾踐劍千年前的“真容”：一枚閃著黃白色光澤的寶劍。

越王勾踐劍復(fù)原圖（視頻截圖）

現(xiàn)在是研究勾踐劍的最佳時期

采訪中，江旭東指出，當(dāng)下正是研究勾踐劍的最佳時期。金相分析是金屬材料研究的最重要手段之一。一般情況下，對金屬材料進(jìn)行金相分析，需要進(jìn)行一系列有損的前處理工序，如切割取樣、鑲嵌固定、打磨拋光和金相腐蝕等。然而，對越王勾踐劍這樣的國寶采用這些處理工序是完全不可能的。

江旭東和同事們采用超景深顯微鏡，并為越王勾踐劍量身定制超大載物臺，這樣就可以避免切割取樣和鑲嵌固定的工序。劍身在古代制作過程中，本身就會經(jīng)歷打磨拋光的處理。千年墓葬環(huán)境的腐蝕，使得勾踐劍在自然條件下完成了金相腐蝕。

“這種腐蝕不同于傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)生厚實銹層的腐蝕，而是發(fā)生在金屬表面微米級別以內(nèi)的淺淺的腐蝕，有助于清晰地觀察到它的金相結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)完全無損地研究越王勾踐劍。”江旭東介紹道。因此，現(xiàn)在正是研究越王勾踐劍最佳時期。

在最好的年華，遇到研究越王勾踐劍最佳時期，也是件令江旭東倍感慶幸的事情。

科技助力無損檢測

勾踐劍的第一次“體檢”也跟上電視有關(guān)。

1977年，為迎接1978年召開的全國科學(xué)大會，中央決定拍攝一部科教片《古劍》，以反映我國古代科技成就。拍攝過程中，攝制組將勾踐劍送到復(fù)旦大學(xué)進(jìn)行科學(xué)研究。

當(dāng)時，科學(xué)家們在實驗室里用質(zhì)子X熒光非真空分析，對勾踐劍進(jìn)行無損傷的科學(xué)測定與研究，給出了勾踐劍中金屬成分和含量。隨后將研究成果發(fā)表在了復(fù)旦大學(xué)學(xué)報上。

質(zhì)子X 射線熒光分析是上世紀(jì)70 年代發(fā)展起來的一種多元素微量分析技術(shù)，利用原子受質(zhì)子激發(fā)后產(chǎn)生的特征 X射線的能量和強度來進(jìn)行物質(zhì)定性和定量分析。

隨著時代的進(jìn)步，越來越多的無損檢測技術(shù)用于文物研究和保護(hù)。江旭東介紹，利用顯微鏡可直觀觀察文物病害特征，進(jìn)行病害分析；通過元素分析儀可檢測出青銅器的合金成分；借助X射線探傷儀可給文物“拍片子”，從而觀察其裂隙等內(nèi)部缺陷。此外，一些手持的便攜式檢測儀用于日常文物監(jiān)測。

TIPS

春秋戰(zhàn)國時期，我國青銅劍鑄造工藝已相當(dāng)發(fā)達(dá)。當(dāng)時的煉爐已采用皮囊鼓風(fēng)加溫技術(shù)。各種青銅器因用途不同，其合金成分也有差異。我國古代第一部手工藝專著《考工記》，在“桃氏為劍”一節(jié)中，詳細(xì)記載了青銅劍的制作工藝。

注：文中圖片除注明外均由本文受訪者提供

來源：科技日報