[科普中国]-锡汞齐

简介

表面银白发亮的古镜, 俗称“水银沁”、“水银古”或者“水银青”; 表面漆黑发亮的铜镜, 俗称“黑漆古”。我国宋代的学者(如宋赵希鹄) 就已开始对“水银沁”镜进行探讨和研究, 之后明代方以智、清代李调元以及现代学者梁上椿等都对“水银沁”镜有过研究。近些年来, 国内外学术界对“水银沁”、“黑漆古”镜产生的原因进行过激烈的讨论, 这其中最主要的探讨为其是否采用过锡汞齐工艺,其次延伸为战国时代至唐朝这一时期的铜镜是否采用锡汞齐工艺进行表面处理。为此, 我们进行了实验分析, 来讨论Hg 在铜镜表面处理过程中可能会产生的作用, 以及锡汞齐工艺在战国时代至唐朝这一时期的可行性1。

检测Hg 在铜镜中的残留情况在一模拟西汉青铜镜样品上(Cu78%、Sn22% ) 取大小相同的两小块, 编号分别为T 1、T 2。将两块样品表面打磨平整光滑, 去污, 在T 1、T 2 上涂抹锡汞齐(锡汞配比为锡七汞三)。将T 1 放置马弗炉中, 加热至200℃, 保温0. 5h, 自然冷却后取出; T 2 加热至400℃, 保温0. 5h, 自然冷却后取出。对T 1、T 2 进行了XRF 成分测试, 测试仪器为V F2320X 射线荧光光谱仪(日本Sh inadzu 公司) ,由于Hg 的沸点为356. 58℃, 因此随着加热温度的升高,Hg 在铜镜中的含量越来越低, 但是在400℃的高温下Hg 的含量可以说, 依然是主成分之一。

另又对T 1、T 2 进行了XRD (X 射线衍射) 分析, 分析仪器为MXPAHF 型18kW 转靶X 射线衍射仪(日本玛珂公司) , 衍射角扫描范围10°至70°, 工作电压和电流分别为40kV , 100mA ,随着温度的升高, 铜汞合金相逐渐减少, 到400℃时, 谱峰明显减弱, 大量Hg 挥发掉, 这与其成分测试结果相一致, 但在400℃时并不足以使Hg 完全挥发2。

Hg 在铜镜中的扩散从湖北鄂州博物馆处借得一枚直径为9cm 的西汉铜镜复制品。鄂州博物馆工作人员曾在10 年前对此镜进行了如下处理: 将锡汞齐镀在铜镜的背面, 镜面不镀。然后用硫磺粉对镜背的锡汞齐镀层进行了硫化处理, 直至镜背被硫化成黑色的硫化汞。我们从镜面边缘到圆心依次取了编号分别为b1、b2、b3 的3 块样品,对其也进行了XRD 分析, 实验条件与上相同。

随着时间的推移,Hg 在铜镜中有从边缘向中心缓慢扩散的现象。b1距镜背最近, 因此有大量的Hg 扩散过来, 并且黑色的硫化汞的也大量扩散过来; b2 距锡汞齐处理过的镜背较远,Hg 的扩散已不是很强烈; b3 为至今Hg 还没有扩散到的部位, 但是随着时间推移,Hg 也会缓慢扩散过来。铜镜纵剖面没有做分析测试, 但将铜镜打碎取测试样品时, 用肉眼可以清晰观察到Hg 在铜镜内部已有1mm 左右的扩散层, 说明Hg 在铜镜内部也在缓慢扩散。

另外, 又对b2 进行了扫描电镜的成分分析, 分析仪器为Q uan ta200 环境扫描电子显微镜(捷克FE I 公司) , 沿铜镜直径方向分别在b2 两端扫描了约2mm 的长度, 观察其成分的变化情况, Hg 确实有扩散的现象, 这与XRD 分析测试结果相对应。并且靠近铜镜边缘处的Hg 含量要比靠近中心区域的高, 也可以说明Hg 是从边缘向镜心逐渐进行扩散。

锡汞齐工艺中Hg 对铜镜的影响(1)在铜镜表面涂抹锡汞齐后, 在进行蒸汞热处理时, 即便在高于汞的沸点(356. 58℃) 温度条件下仍有较高含量的汞残存, 主要是以铜、汞金属化合物的形式存在。可以设想,随着温度的提高, 时间的增加, 残存的汞会逐渐减少; 但实验又表明镜面会被氧化成黑色或花斑状,不能用于映照; 若将黑色表面打磨光滑, 则涂抹的锡汞齐层又会被打磨掉。

(2) Hg 在铜镜中具有很强的扩散性, 如果铜镜进行了锡汞齐处理, 必须对其再进行热处理, 但是在400℃高温的热处理下仍有Hg 的残存。

另外, 我们知道铜镜虽然由高锡青铜铸造而成, 但铸成之后并不能直接用于映照, 必须经过表面处理。大多数铜镜经过机械加工、打磨抛光后, 便可用于映照, 这主要是由于铜镜由高锡青铜合金组成, 铸坯磨削加工抛光以后, 镜面本身就呈现银白色, 其映照效果可与现代玻璃镜相媲美。因此,多数铜镜只需要机械加工抛光, 便可使用, 无需再使用锡汞齐进行表面处理3。

总结(1) 如果对铜镜表面进行了锡汞齐处理, 但是在高温排Hg 后, 锡汞齐中的Hg 依然是作为主元素残存在铜镜中, 并且由于Hg 在铜镜中具有很强的扩散性, 残留的Hg 会继续扩散, 使铜镜在短时间内又重新变得“朦然未见形容”, 不能使用。

(2) 战国时代至唐朝这一时期, 多数铜镜不太可能使用锡汞齐工艺对其表面进行处理, 而仅仅采用简单的机械加工抛光作为铜镜表面处理的主流工艺。另外, 我们在实验中发现, 涂抹锡汞齐的铜镜进行过高温热处理后, 由于高温的作用, 铜镜表面会有发暗、发黑的现象, 并不能用于照容2。