奇特的金属表面处理技术

镜子是人们日常生活中的必用品。在中国古代,人们一般是使用铜镜来照脸梳妆打扮的。考古发掘材料表明,早在4000多年以前,中国就有铜镜子了。从那时候起直到清代中期,铜镜作为一种生活日用品得到广泛的使用。清代乾隆以后,铜镜才逐渐被玻璃镜所代替。 在中国古代铜镜中,有一种被古董商人称为“水银包浆”的镜子,镜子表面好象包裹着一层水银,白亮白亮的,能够照出人的发毛,更令人惊异的是,这种铜镜耐腐蚀性很强,在地下埋藏上千年居然不锈,发掘出土的时候仍旧光亮照人,鉴人发毛。

减缓金属材料的腐蚀,是古今中外材料科学中的一大课题。中国古代“水银包浆”铜镜千古不锈的奇特现象,自然会引起国内外科学工作者的注意。对于“水银包浆”铜镜的本质、形成原因及其制作工艺,古今中外的研究者众说纷纭。

明代科学家宋应星在《天工开物》中说:“凡铸镜……开面成光,则水银附体而成,非铜有光明如许也。”这就是说,铜镜镜面光洁白亮是附上水银的结果。他的这种看法,在现代中、日学者里有不少支持者。

还有人认为,铜镜铸成后,先磨光,再上银,才使得镜面光洁白亮。

西汉淮南王刘安主持编纂的《淮南子》上记载:“明镜之始下型,朦然未见形容。及其粉以玄锡、摩以白旃、鬓眉微毫,可得而察。”这是关于运用表面处理技术使铜镜光洁白亮的最早记载。“粉以玄锡,摩以白旃”,是造成镜面白亮的主要措施。“白旃”,就是白色毛毡,处理镜面要用白色毛毡摩擦。而“玄锡”是什么东西呢?“玄”者,黑也,然而锡的颜色却不黑。因此,一些学者又对“玄锡”的解释产生分歧。有人认为是“铅粉”,有人认为是“铅汞剂”,也有人认为是“锡石”,还有人认为是不纯净的“二氧化锡”。

清代物理学家郑复光在《镜镜冷痴》一书里说:“铜色本黄,杂锡则青。青近白,故宜于镜。磨擦药亦汞锡为之。”他又提出镜面是靠“汞锡”磨擦而产生青白亮光的。

上海博物馆和上海材料研究所的科研人员运用现代科学仪器和试验设备,对东汉“水银包浆”铜镜残片进行了大量的分析测试,并结合对古人、前人和今人著述的分析,进行了各种模拟试验,终于揭开了“水银包浆”铜镜千古不锈的奥秘。“

上海科研工作者首先运用现代先进的电子光学能谱分析等手段,对“水银包浆”铜镜进行了由表及里的系统检测,结果发现:第一,东汉“冰银包浆”铜镜镜体是铜、锡、铅三元合金,跟一般铜镜镜体的成份基本相同。第二,东汉“水银包浆”铜镜的镜面既没有水银渗出,也不富集银和铅。第三,东汉“水银包浆”,铜镜镜面有一层富锡层,含锡量达60%左右,高出镜体一倍多。第四,富锡层极薄,仅几十至几百纳米厚(1纳米=千万分之一厘米)。第五,东汉“水银包浆”铜镜镜面除富锡层外,,还含有比镜体多或镜体没有的铝、钙、钾等元素。第六,极薄的富锡层表面还有一层透明膜。科研人员采取特殊方法揭下了这层薄膜,在透射电镜下观察,发现它是一层微晶态的、致密的薄膜,其主要成份是二氧化锡。