青铜器物理除锈方法的比较与应用

1. 手工除锈

手工除锈是指采用各种手工或电动工具等通过剔除、打磨、敲震等方法去除青铜器表面的泥污、硬结物或锈蚀产物。手工除锈需根据器物锈蚀状况的不同选用不同的除锈方法和工具。常用的工具有毛刷、不锈钢针、锤子、雕刻刀、凿子、錾子、不锈钢手术刀、多功能刻字笔、电动牙刷、洁牙机等，一般在显微镜、放大镜下直接在器物上操作，遵循由软到硬、由轻到重的原则。手工除锈操作简单，宜于掌握，方便灵活，适用范围广。在除锈过程中可以随时观察揭露面的情况，对除锈程度进行判断，随时停止、改变处理方法。在大面积除锈时，手工除锈耗时较长，通常和其他除锈方法配合使用。

2. 喷砂除锈

喷砂机的工作原理是利用压缩空气带动一定尺寸的砂粒，喷射到锈蚀的青铜文物表面，通过砂粒与锈蚀层的物理碰撞摩擦、冲击和切削来将锈层剥离，达到清除金属表面上的硬结物和腐蚀产物的目的。喷砂机分为干式喷砂机和湿式喷砂机两类，有开放式和密闭式两种。新型的开放式喷砂机带有磨料的回收、分离、筛选功能，大大降低了对环境的污染。密闭式喷砂机一般在实验室内使用。

影响喷砂除锈的主要参数有以下四种：磨料的类型、喷砂压力、喷枪的距离和喷射角度。

磨料按颗粒状态分为球形、菱形两类，球形磨料喷砂得到的表面较光滑，菱形磨料得到的表面则相对较粗糙。而同一种磨料又有粗细之分，国内按筛网数目划分磨料的粗细度，一般称为多少号，号数越高，颗粒度越小。目前在实验室经常使用的磨料有刚玉砂、聚酯材料、塑料砂、玻璃珠、核桃皮粉末等。推荐使用效果柔和的树脂磨料或核桃皮粉末。使用粉碎的核桃壳清洁腐蚀的青铜器时，60~200目的核桃粉效果较好。

喷砂压力决定喷射流的速度，压力越大，喷射流的速度越高，喷砂效率亦越高，处理后的表面越粗糙，反之，表面相对较光滑。在青铜文物表面除锈中根据器物腐蚀程度不同，喷砂压力一般选择在0.4~0.6MP之间。

在选择好磨料类型和喷砂压力后，喷枪距文物越远，喷射流的效率越低，表面亦越光滑。喷枪与文物的夹角越小，喷射流的效率亦越低，表面也越光滑。喷射角度与需清洁表面角度在20°以内时，可以达到满意的效果。

国内喷砂机喷嘴尺寸为标准规格，有4mm、8mm或更大，目前国内在文物保护除锈中一般选择4mm喷嘴尺寸较多。如器物上有精细的纹饰或文字，可选择微型喷砂机，微型喷砂机配有气压计和压力调节器，压力调节器上装有磨料控制计量管，喷枪上装有气控按钮控制开关和连接管路。可专门加工定制各种不同规格的喷嘴尺寸，喷嘴尺寸越小，对磨料目数要求越高。实际操作中可在5 或 10 倍的双目显微镜下进行操作。

喷砂处理后使青铜器表面形成了一定的粗糙度，表面粗糙度取决于磨料的粒度、形状、材料的喷射速度等因素，其中磨料粒度对粗糙度影响较大。为使表面最大粗糙度不超过我们规定的要求，对表面粗糙度可进行测量或比较，比较简单的方法可用标准样块进行比较。

3. 激光清洗机

激光清洗主要分为干式和蒸气式（湿式）清洗，干式清洗除锈是将激光直接照射在被清洗物体表面，使污染物吸收激光能量后迅速升温，进而产生一系列物理效应，最终使污染物与基体脱离，同时不会对基体产生损伤。干式法中依据污物粒子被去除方式又可分为两种:一种是基体表面瞬间热膨胀，另一种是污物粒子本身热膨胀。蒸气式激光清洗又称激光液膜法，是在被清洗物的表面上喷洒或涂敷一层薄薄的液体，在激光照射下液膜急剧受热产生爆炸性汽化，污染微粒在爆炸的冲击作用下脱离基体，达到清洗目的。另外还有惰性气体法、琼脂法及综合法等。激光清洗因自身的许多优点在许多领域中正逐步取代传统清洗工艺，它可以根据锈蚀程度控制清洗强度，可以适应各种表面污染物的清洗，同时不损伤基体，有利于环境保护。

激光清洗机是一种非常适用于实验室的小型光导纤维清洗装置，它配有自带冷却系统的激光组、控制激光频率和功率且带有微处理机的面板，激光束通过光导纤维与激光组相连。它发出的光线会被污垢层吸收，不会碰到文物原始表面，光线的强度可根据清洁需要递增或递减，特别是对脆弱青铜器的清洗不需事先加固，可直接用激光进行清洁。激光清洗机不管是对于清洁对象、操作者还是操作环境来说都具有可控性、选择性和无害性，有较高的清洁效果，同时避免对清洁对象产生热作用、机械作用和化学作用，保护青铜基体完好。

目前，激光技术在文物清洗中常用蒸汽式激光清洗或用激光使污物松散后，再用非腐蚀性的化学方法去锈两种方法。光束打在锈蚀物的瞬间，将锈蚀物去除或使锈蚀物松散，然后再选用不同的除锈方法将锈蚀去除，而不伤及器物基体。利用激光进行清洗时，激光器的选择极为重要，目前激光器的种类比较多，如CO2激光器、Nd:YAG激光器和准分子激光器等。意大利THUNDER公司生产的QUANTA SYSTEM激光清洗机，固态Nd:YAG激光器，通过Q开关能调出波长为1064nm、532nm、355nm等不同波长的激光（光学开关控制的脉冲激光）。清洗青铜器，选用波长为1064nm时，每束脉冲激光发出的能量可控制在165mJ—190mJ之间；选用波长为532nm时，每束脉冲激光发出的能量可控制在165mJ—200mJ之间。同时可调节每秒的脉冲次数。重复频率可在1Hz—20Hz之间调节，光斑直径1mm到4mm，有效工作距离小于或等于75cm，一般激光器和器物之间的工作距离为20-30cm。在青铜器除锈过程中开始可先将光束的强度和频率调到最低，然后逐渐增高，直到达到最佳的污垢清洁效果。在实际使用中必须按照操作者的判断和器物锈蚀程度不时地检查校准，因此使用激光清洁文物，要求操作者具备一定的基础知识，较强的操作能力和小心谨慎的态度，操作时要做好防护工作。

4. 干冰清洗机

干冰清洗技术是一种新型的清洗技术。干冰清洗设备主要分为干冰生产设备和干冰喷射清洗机两个部分。干冰生产设备通常以液态二氧化碳为原料制成块状或者颗粒状干冰成品，干冰喷射清洗机和喷砂机类似，高密度的干冰颗粒随着压缩空气冲击被清洗物表面。干冰喷射到物体表面时动量消失，瞬间气化，与清洗表面发生剧烈的热交换，迫使附着物骤冷收缩、脆化。同时干冰在千分之几秒的气化过程中体积骤增800倍,这样就在冲击点造成“微型爆炸”,有效击落附着物。干冰清洗具有独特的热学效应和力学效应,特别是当被清洗物体具有较高的温度,或附着物具有明显的冷脆性时效果更佳。从金属物质上清除非金属污垢时效果最为明显。

干冰清洗时除了被清除的污垢外没有其它废弃物，具有安全环保，无污染的优点，另外，干冰的冲击动能也很小，不会对被清洗物体造成冲击和磨损。

干冰清洗在青铜文物上的应用还处于研究阶段。Rozemarijn van der Molen等人对此进行了试验研究，尝试使用干冰清洗四种不同金属上附着的蜂蜡和喷漆，并研究了喷射压力、喷射角度、喷枪距离、喷射时间对清洗效果的影响。认为使用干冰清洗没有渗入金属孔隙的有机涂层效果良好，是其他清洗方法的有效补充。

清理、除锈要在去除表面附着物、膨胀疏松的腐蚀产物、可溶盐等的基础上，保证器物整体除锈程度的和谐统一，并且不能对文物本体造成伤害。在清理、除锈过程中需要综合运用多种方法，物理（机械）方法比化学方法更容易控制，每种方法各有其适用范围和优缺点，总结如下。