青铜器成份配比研究之青铜剑的合金配比-【新闻】

发布时间：2021-04-05 14:56:08 阅读：次来源：乳化剂厂家

秦俑坑出土的青铜剑，采用双合范铸造成型，剑身与茎为一次铸成，剑格单铸。剑身棱脊规整，组织细密，没有砂眼。还经过挫磨、抛光等细加工，剑身光亮平整，刃锋锐利。经测试，其光洁度在6～8花之间。

最引人注目的是，秦俑坑出土的十几柄青铜剑，在地下深埋2000多年，至今毫无锈迹，光洁如新。经测试分析，发现青铜剑的表面有一层致密的铬盐氧化层，厚 10～15微米。这种用铬酸盐处理器表，以增强青铜或其他有色金属的防腐抗锈能力的先进工艺，德国于1937年、美国于1950年才发明，并列为专利。而中国早在2000多年前的秦代就已创造了类似的工艺，并首先在青铜兵器上取得成功。

这是世界冶金史上的奇迹。关于在兵器上镀铬的具体工艺和方法，今天我们已无法确知。青铜剑的合金成分，经分析、检验，其中含铜73～76％，锡18～21％，铅0．17～2．18％，还有其它一些微量稀有金属元素。《考工记》中对刀剑铜锡配比的要求是“叁分其金而锡居一”。剑的铜锡之比为3．4：1～4：1，与《考工记》记载基本相符。按这样的比例制成的刀剑，既有一定的硬度，又具有韧性，不易折断。因为青铜中含锡量的不同而对铸件硬度有直接影响，而秦俑坑出土的青铜剑锡含量高达18～21％。经测定，硬度为HRbl06度，约相当于中碳钢调质后的硬度，保证了它坚硬锐利的战斗效能。秦俑坑出土的铜镞，系首与铤分铸，即先把铤作成预制件，浇铸镞首时再把挺接铸在一起。铤铸后再没有作进一步的挫磨加工，合范缝处的毛茬依然清晰可见。铤首的加工工艺则较精细，表面经过挫磨和抛光，显得光滑平整。经测试，加工面的光洁度为6～8花。特别是铤表面和青铜剑一样，也经过了铬盐氧化处理。

对于青铜镞的三个棱脊，经测试，所得最小差值为0．02毫米，长度几乎完全相同，三个面的轮廓误差不大于0．15毫米。镞头锋刃采用流线型三维空间曲线，放大24 倍后与现代生产的手枪弹头轮廓线竟奇迹般的重合。体现了秦代兵器生产型号、式样已规范化、系列化、标准化。显示了制作尺寸的精确，工艺水平的高超。由于镞的形体较小，且需要量大，发射出去后即耗损不再回收。所以，从商代起，关于青铜镞的铸造，就在一范一器的基础上发展为一范多器，以提高生产效率。因此，秦始皇时代青铜镞的铸造也应是应用双面多腔范浇注成型，一次浇注，就可以铸出若干枚箭镞。另外，青铜镞的合金成分，检测结果是含铜 78．88～88％，锡11．10～17％，铅3～7．71％。

《考工记》中对矢镞铜锡配比原则是“五分其金而锡居二”。实测铜镞铜锡比例为5．6：1，较《考工记》的记载相差较大。但铜镞中除含锡外还含有铅，铅和锡一样，具有降低熔点、提高铸件硬度、改善铸造性能的作用。说明当时人们已经在长期的青铜冶铸实践中，较深刻地认识了合金成分、性能和用途之间的关系。可根据各种不同兵器的不同用途，而加以不同的合金配比。铜戈、铜矛、铜铍等长兵器，采用双合范法铸造，其中矛骹和中空的矛体部分还利用了范芯。这三种兵器表面加工也很精细，光洁度与青铜剑相似。值得注意的是，铜铍两面有自然分布的不规则天然花纹。这些花纹既非铸成，又非刻划，花纹可视而不可触，和器表金相组织融为一体。这种隐现花纹形成的工艺方法也成为秦俑谜团之一。

有人推测它与越王剑、吴王矛一样，可能采用硫化法处理。但越王剑、吴王矛的花纹比较规则，与秦俑铜铍不规则的花纹有别，在工艺上当有所不同。随着科技的进步和研究的深入，相信这一谜底终有一天会被揭开。对于戈、矛、戟的合金成分，经分析测试，矛含铜79．42％，铅0．75％，余量为锡。其铜锡比为4：1，与《考工记》“四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐”的记载基本相符。因戈、矛为刺兵，所以含锡量较高，布氏硬度在100以上。只有合金比例配比合适，才能达到刃锋锐利的良好性能。