CN105149862B - 一种断裂缺损青铜器文物的修复方法 - Google Patents

一种断裂缺损青铜器文物的修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于考古领域，尤其是涉及一种断裂缺损青铜器文物的修复方法。本发明包括以下步骤：1、修复前处理；2、建立修复模型；3、制作封装模具；4、配置焊粉；5、模具装配；6、装粉；7、修复；8、后处理。本发明通过自蔓延焊粉的放热反应，获得与青铜器文物基体成分一致的高温金属液，金属液在封装模具中凝固成特定形状，并与基体之间形成牢固的冶金结合，从而实现断裂缺损青铜器文物的修复。本发明填充金属成分可根据青铜器基体成分或特殊要求灵活调节，修复方法设备简单，修复过程不需要消耗外加电能、光能等能量，修复成本低，适合各种形态断裂缺损青铜器文物的修复，通用性好，且修复速度快、效率高，可以实现现场操作。

Description

一种断裂缺损青铜器文物的修复方法
技术领域
本发明属于考古领域，尤其是涉及一种断裂缺损青铜器文物的修复方法。
背景技术
我国是一个历史悠久的文明古国，随着中国考古事业的发展，发掘出土了大量青铜器文物。青铜器文物是研究我国历史、文化艺术和科学技术发展史的极其重要的珍贵史料，它直接告诉考古工作者和文史者真实的历史，同时也给科研工作者真实材料分析先人们当时的生产工艺。许多青铜器文物是稀世珍宝，甚至价值连城。保护好青铜器文物是我们义不容辞的责任。
青铜器文物主要是指古代传统工艺制作的，以锡、铅、铜为基本元素的青铜器物。由于年代久远，特别是那些埋藏地下后被发掘出去的青铜器物，在断裂部位出现缺损断裂，或在任何部位出现缺损空洞是常有的情况。而对于青铜器文物缺损部位的修复，传统修复方法常采用焊接和粘接方式。焊接主要是采用铜焊、烙铁锡焊；粘接主要是采用胶粘接。灌缝、填缝和补块均需要粘接剂，粘接剂本身的老化与时间是呈正比的，而且无法避免。所以修复后的青铜器文物在缺损部位产生老化、开裂，缺损部位的重现是必然发生的。在上述情况下，必造成青铜器文物的反复修复，而每次修复又会造成新的损伤，最终有可能导致青铜器文物失去原始的文化信息。由于被修复的青铜器都属于不可再生的文化宝藏，一旦修复出现失误，将造成无可挽回的损失，所以要求修复工作万无一失。目前修复断裂缺损青铜器文物的方法主要有锡焊、激光焊、激光熔覆等手段。如发明名称为《一种古青铜编钟修复的专用合金粉末》（公开号：CN 101260522A）的专利通过合金粉末成分的合理化设计，可以使得在激光焊接过程中，通过控制铅、锡元素的烧损含量，使得焊缝金属成分与古编钟的基材的成分基本相近，从而使得焊缝与基材之间的物理性能差异尽量减少，最终实现激光焊接修复古青铜编钟的音形同时恢复。发明名称为《一种断裂青铜器文物的修复方法》，（公开号：CN1431078A）的专利提出的用激光焊接方法和深熔焊接方法，通过将激光束直接辐射至青铜器断裂处，与青铜材料相互作用，使断裂处实现两端焊结。然后，根据修复的要求对激光焊接后的青铜器进行打磨、抛光、做旧、上色等处理，达到修复目的。发明名称为《一种缺损青铜器文物的修复方法》，（公开号：CN1451510A）的专利主要用于出现缺损的青铜器文物的修复，该发明方法将大功率激光束照射到待修复青铜器文物缺损处，同时向激光熔池送入金属粉末，在激光能量作用下，青铜器文物金属基底表面微熔，激光熔池中的青铜粉末也被熔化，填充青铜器文物缺损，冷却后形成一层涂覆修复层。目前，在文物修复中激光焊所修复文物为薄壁件且焊缝间隙较窄。而由于长时间的自然腐蚀和出土过程中操作不慎，待修复部位大多存在较大的焊接间隙，局部甚至有明显的缺块现象。显然，依靠激光焊接/激光熔覆实现完整修复较为困难，并且该技术修复需要把青铜器运至实验室内，采用昂贵的激光设备，修复效率极低，适应性差、操作繁琐。
放热焊接技术无需外部电源或热源，是利用热熔焊接的化学反应产生高温熔液,并释放出高热量完成焊接修复操作的一种方法。放热化学反应速度非常快，仅几秒就可以完成修复。其产生的热量极高，可以有效地传导至熔接部位，使其熔为一体，使金属液与基体之间形成牢固的分子结合。放热焊接实质上是自蔓延技术与焊接技术相结合的一种新型技术，属于自蔓延焊接技术的范畴，具有简单方便，工作效率高；修复效果好，性能优良；适用范围广等优点。目前，放热焊接技术主要用于工业部件，比如接地铜棒、钢轨的焊接，针对焊接对象的不同采用不同的焊接材料配方和焊接模具。但为见到采用这种技术焊接断裂缺损青铜器。
基于此，发明人欲提供一种修复成本低、适应性好、工艺简单、能够进行现场操作的基于放热反应的断裂缺损青铜器文物的修复方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于放热反应的断裂缺损青铜器文物的修复方法。
为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种断裂缺损青铜器文物的修复方法，具体包括以下步骤：
（1）修复前处理：对青铜器待修复区域进行修复前处理，包括去掉表面油污、锈迹，开焊接坡口；
（2）建立修复模型：测量青铜器文物待修复区域相关尺寸，使用三维建模软件建立该区域虚拟修复后的3D模型，或使用三维扫描仪直接获取待修复区的3D模型，并利用3D打印机获得实体模型；
（3）制作封装模具：根据实体模型制作与之匹配的封装模具，并将封装模具烘干，备用；
（4）配制焊粉：对待修复青铜器文物取样进行EDS能谱分析得到其成分，根据所测成分确定发生放热反应的焊粉配方，根据待修复区域大小确定焊粉需求量，称取原料，搅拌均匀；
（5）模具装配：将底部有导流槽的装料模具、青铜器待修复区及封装模具进行组装，要求装料模具底部导流槽出口位于待修复区正上方；
（6）装粉：在装料模具底部放上挡片，盖住导流槽，将焊粉装入模具，略压平压实；
（7）修复：在焊粉上撒上引火剂，点火；待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部导流槽流入到待修复区域，冷却之后即可与基体形成良好的冶金结合；
（8）后处理：拆除模具，对修复区进行打磨、上色、作旧处理。
步骤（1）中所述的三维建模软件可以是SOLIDWORKS、Pro/E、UG等。
步骤（2）中所述封装模具材质选用防火泥。防火泥为塑性固体材料，具有一定柔软性，因此可根据需要灵活成型。
步骤（3）中所述焊粉的成分，按照质量百分比可以是，Na2SO4粉10~14wt.%，Cu2O粉31~40wt.%，PbO粉1~18wt.%，Al粉9~11wt.%，CaF2粉1~3wt.%，硼砂1~2wt.%，Cu粉15~30wt.%，Sn粉5~15wt.%，Zn粉0~0.05wt.%，Ag粉0.1~0.3wt.%，Sb粉0~0.06wt.%，As粉0.1~0.25wt.%。
步骤（5）中所述的装料模具材质为石墨。
步骤（6）中所述的挡片材质为锡箔。
本发明通过自蔓延焊粉的放热反应，获得与青铜器文物基体相近的高温金属液，金属液在封装模具中凝固成特定形状，并与基体之间形成牢固的分子结合，从而实现断裂缺损青铜器文物的修复。本发明具有如下突出的有益效果：
1、依靠焊粉自身反应产生极高热量, 有效传导至熔接部位, 使金属液与青铜器基体熔为一体, 形成分子结合。并且填充金属成分可根据青铜器基体成分或特殊要求灵活调节。
2、修复方法设备简单、修复成本低。
3、适合各种形态断裂缺损青铜器文物的修复，通用性好，且修复速度快、效率高，可以方便进行现场修复。
附图说明
图1为修复装置示意图。
其中，1—装料模具；2—焊粉；3—挡片；4—青铜器；5—封装模具；6—缺损处；7—导流槽。
具体实施方式
通过以下实施例的说明有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例一：
待修复青铜器文物材质为锡青铜，圆柱形支撑件发生断裂。
（1）修复前处理：对青铜器待修复区域进行修复前处理，去掉表面油污、锈迹，并开焊接坡口。
（2）建立修复模型：测量青铜器文物待修复区域相关尺寸（Y型坡口，间隙5mm，钝边4mm），使用三维建模软件SOLIDWORKS建立该区域虚拟修复后的3D模型，并利用3D打印机获得实体模型；
（3）制作封装模具：根据实体模型，使用防火泥制作与之匹配的封装模具，并将封装模具烘干备用；
（4）配制焊粉：根据待修复青铜器文物的成分确定发生放热反应的焊粉配方，各物料按照质量百分比为，10%的Na2SO4粉，40%的Cu2O粉，9%的Al粉，2%CaF2粉，2%硼砂，30%的Cu粉，5.6%的Sn粉，1.95%的PbO粉，0.15%的Ag粉，0.10%的As粉。搅拌均匀；
（5）模具装配：将底部有导流槽的装料模具、青铜器待修复区及封装模具进行组装，要求装料模具底部导流槽与待修复区对齐；
（6）装粉：在装料模具底部放上锡箔挡片，盖住导流槽，将焊粉装入模具，略压平压实；
（7）修复：在焊粉上撒上引火剂，点火，待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部导流槽流入到待修复区域，冷却之后即可与基体形成良好的冶金结合；
（8）后处理：拆除模具，对修复区进行打磨、上色、作旧处理。
经修复后的青铜器断裂处实现了有效连接，连接处无气孔、裂纹、夹渣等缺陷，修复效果良好。
实施例二：
待修复青铜器文物材质为锡青铜，复杂形状刀柄局部缺损。
（1）修复前处理：对青铜器待修复区域进行修复前处理，去掉表面油污、锈迹。
（2）建立修复模型：使用三维扫描仪直接获取待修复区的3D模型，进行虚拟修复，并利用3D打印机获得实体模型；
（3）制作封装模具：根据实体模型，使用防火泥制作与之匹配的封装模具，并将封装模具烘干备用；
（4）配制焊粉：根据待修复青铜器文物的成分确定发生放热反应的焊粉配方，各物料按照质量百分比为，11%的Na2SO4粉，38%的Cu2O粉，11%的Al粉，2%CaF2粉，1%硼砂，24%的Cu粉，11.5%的Sn粉，1.00%的PbO粉，0.25%的Ag粉，0.17%的As粉,0.02%的Zn粉，0.06%的Sb粉。搅拌均匀；
（5）模具装配：将底部开有导流槽的装料模具、青铜器待修复区及封装模具进行组装，要求装料模具底部导流槽与待修复区对齐；
（6）装粉：在装料模具底部放上锡箔挡片，盖住导流槽，将焊粉装入模具，略压平压实；
（7）修复：在焊粉上撒上引火剂，点火，待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部导流槽流入到待修复区域，冷却之后即可与基体形成良好的冶金结合；
（8）后处理：拆除模具，对修复区进行打磨、上色、作旧处理。
经修复后的青铜器缺损处实现了有效填充，填充处无气孔、裂纹、夹渣等缺陷，修复效果良好。
实施例三：
待修复青铜器文物材质为铅锡青铜，复杂形状盉足局部缺损。
（1）修复前处理：对青铜器待修复区域进行修复前处理，去掉表面油污、锈迹。
（2）建立修复模型：使用三维扫描仪直接获取待修复区的3D模型，进行虚拟修复，并利用3D打印机获得实体模型；
（3）制作封装模具：根据实体模型，使用防火泥制作与之匹配的封装模具，并将封装模具烘干备用；
（4）配制焊粉：根据待修复青铜器文物的成分确定发生放热反应的焊粉配方，各物料按照质量百分比为，11%的Na2SO4粉，34%的Cu2O粉，10%的Al粉，1.5%CaF2粉，2%硼砂，15%的Cu粉，10%的Sn粉，18%的Pb粉，0.3%的Ag粉，0.15%的As粉，0.05%的Sb粉。搅拌均匀；
（5）模具装配：将底部开有导流槽的装料模具、青铜器待修复区及封装模具进行组装，要求装料模具底部导流槽与待修复区对齐；
（6）装粉：在装料模具底部放上锡箔挡片，盖住导流槽，将焊粉装入模具，略压平压实；
（7）修复：在焊粉上撒上引火剂，点火，待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部导流槽流入到待修复区域，冷却之后即可与基体形成良好的冶金结合；
（8）后处理：拆除模具，对修复区进行打磨、上色、作旧处理。
经修复后的青铜器缺损处实现了有效填充，填充处无气孔、裂纹、夹渣等缺陷，修复效果良好。
实施例四：
待修复青铜器文物材质为铅锡青铜，复杂形状器皿底局部缺损。
（1）修复前处理：对青铜器待修复区域进行修复前处理，去掉表面油污、锈迹。
（2）建立修复模型：使用三维扫描仪直接获取待修复区的3D模型，进行虚拟修复，并利用3D打印机获得实体模型；
（3）制作封装模具：根据实体模型，使用防火泥制作与之匹配的封装模具，并将封装模具烘干备用；
（4）配制焊粉：根据待修复青铜器文物的成分确定发生放热反应的焊粉配方，各物料按照质量百分比为，14%的Na2SO4粉，31%的Cu2O粉，11%的Al粉，3%CaF2粉，1.5%硼砂，15%的Cu粉，14%的Sn粉，10%的Pb粉，0.1%的Ag粉，0.25%的As粉，0.1%的Sb粉，0.05%的Zn粉，搅拌均匀；
（5）模具装配：将底部开有导流槽的装料模具、青铜器待修复区及封装模具进行组装，要求装料模具底部导流槽与待修复区对齐；
（6）装粉：在装料模具底部放上锡箔挡片，盖住导流槽，将焊粉装入模具，略压平压实；
（7）修复：在焊粉上撒上引火剂，点火，待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部导流槽流入到待修复区域，冷却之后即可与基体形成良好的冶金结合；
（8）后处理：拆除模具，对修复区进行打磨、上色、作旧处理。
经修复后的青铜器缺损处实现了有效填充，填充处无气孔、裂纹、夹渣等缺陷，修复效果良好。

Claims (4)

1.一种断裂缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）修复前处理：对青铜器待修复区域进行修复前处理，包括去掉表面油污、锈迹，开焊接坡口；
（2）建立修复模型：测量青铜器文物待修复区域相关尺寸，使用三维建模软件建立该区域虚拟修复后的3D模型，或使用三维扫描仪直接获取待修复区的3D模型，并利用3D打印机获得实体模型；
（3）制作封装模具：根据实体模型制作与之匹配的封装模具，并将封装模具烘干，备用；
（4）配制焊粉：对待修复青铜器文物取样进行EDS能谱分析得到其成分，根据所测成分确定发生放热反应的焊粉配方，根据待修复区域大小确定焊粉需求量，称取原料，搅拌均匀, 所述焊粉的成分，按照质量百分比是，Na2SO4粉10~14wt.%，Cu2O粉31~40wt.%，PbO粉1~18wt.%，Al粉9~11wt.%，CaF2粉1~3wt.%，硼砂1~2wt.%，Cu粉15~30wt.%，Sn粉5~15wt.%，Zn粉0~0.05wt.%，Ag粉0.1~0.3wt.%，Sb粉0~0.06wt.%，As粉0.1~0.25wt.%；
（5）模具装配：将底部有导流槽的装料模具、青铜器待修复区及封装模具进行组装，要求装料模具底部导流槽出口位于待修复区正上方；
（6）装粉：在装料模具底部放上挡片，盖住导流槽，将焊粉装入模具，略压平压实；
（7）修复：在焊粉上撒上引火剂，点火；待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部导流槽流入到待修复区域，冷却之后即可与基体形成良好的冶金结合；
（8）后处理：拆除模具，对修复区进行打磨、上色、作旧处理。
2.根据权利要求1所述的断裂缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于，步骤（2）中所述封装模具材质选用防火泥。
3.根据权利要求1所述的断裂缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于，步骤（5）中所述的装料模具材质为石墨。
4.根据权利要求1所述的断裂缺损青铜器文物的修复方法，其特征在于，步骤（6）中所述的挡片材质为锡箔。
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