奇特的金屬表面處理技術

鏡子是人們日常生活中的必用品。在中國古代，人們一般是使用銅鏡來照臉梳妝打扮的。考古發掘材料表明，早在4000多年以前，中國就有銅鏡子了。從那時候起直到清代中期，銅鏡作為一種生活日用品得到廣泛的使用。清代乾隆以后，銅鏡才逐漸被玻璃鏡所代替。在中國古代銅鏡中，有一種被古董商人稱為“水銀包漿”的鏡子，鏡子表面好象包裹著一層水銀，白亮白亮的，能夠照出人的發毛，更令人驚異的是，這種銅鏡耐腐蝕性很強，在地下埋藏上千年居然不銹，發掘出土的時候仍舊光亮照人，鑒人發毛。

減緩金屬材料的腐蝕，是古今中外材料科學中的一大課題。中國古代“水銀包漿”銅鏡千古不銹的奇特現象，自然會引起國內外科學工作者的注意。對于“水銀包漿”銅鏡的本質、形成原因及其制作工藝，古今中外的研究者眾說紛紜。

明代科學家宋應星在《天工開物》中說：“凡鑄鏡……開面成光，則水銀附體而成，非銅有光明如許也。”這就是說，銅鏡鏡面光潔白亮是附上水銀的結果。他的這種看法，在現代中、日學者里有不少支持者。

還有人認為，銅鏡鑄成后，先磨光，再上銀，才使得鏡面光潔白亮。

西漢淮南王劉安主持編纂的《淮南子》上記載：“明鏡之始下型，朦然未見形容。及其粉以玄錫、摩以白旃、鬢眉微毫，可得而察。”這是關于運用表面處理技術使銅鏡光潔白亮的最早記載。“粉以玄錫，摩以白旃”，是造成鏡面白亮的主要措施。“白旃”，就是白色毛氈，處理鏡面要用白色毛氈摩擦。而“玄錫”是什么東西呢？“玄”者，黑也，然而錫的顏色卻不黑。因此，一些學者又對“玄錫”的解釋產生分歧。有人認為是“鉛粉”，有人認為是“鉛汞劑”，也有人認為是“錫石”，還有人認為是不純凈的“二氧化錫”。

清代物理學家鄭復光在《鏡鏡冷癡》一書里說：“銅色本黃，雜錫則青。青近白，故宜于鏡。磨擦藥亦汞錫為之。”他又提出鏡面是靠“汞錫”磨擦而產生青白亮光的。

上海博物館和上海材料研究所的科研人員運用現代科學儀器和試驗設備，對東漢“水銀包漿”銅鏡殘片進行了大量的分析測試，并結合對古人、前人和今人著述的分析，進行了各種模擬試驗，終于揭開了“水銀包漿”銅鏡千古不銹的奧秘。“

上海科研工作者首先運用現代先進的電子光學能譜分析等手段，對“水銀包漿”銅鏡進行了由表及里的系統檢測，結果發現：第一，東漢“冰銀包漿”銅鏡鏡體是銅、錫、鉛三元合金，跟一般銅鏡鏡體的成份基本相同。第二，東漢“水銀包漿”銅鏡的鏡面既沒有水銀滲出，也不富集銀和鉛。第三，東漢“水銀包漿”，銅鏡鏡面有一層富錫層，含錫量達60%左右，高出鏡體一倍多。第四，富錫層極薄，僅幾十至幾百納米厚(1納米＝千萬分之一厘米)。第五，東漢“水銀包漿”銅鏡鏡面除富錫層外，，還含有比鏡體多或鏡體沒有的鋁、鈣、鉀等元素。第六，極薄的富錫層表面還有一層透明膜。科研人員采取特殊方法揭下了這層薄膜，在透射電鏡下觀察，發現它是一層微晶態的、致密的薄膜，其主要成份是二氧化錫。

富錫層和透明薄膜的發現，使科研人員認識到，鄭復光關于銅中加錫變成青白色的說法是正確的。東漢“水銀包漿”銅鏡鏡面含錫高達60%，所以變成青白色。鏡面呈這種顏色，反射率就高了，用來照人，當然“鬢眉微毫，可得而察”。富錫層在空氣中逐漸氧化，表面就會生成致密的微晶態的二氧化錫薄膜。二氧化錫薄膜耐腐蝕的性能非常優良，只要它不受到破壞，就可以保護銅鏡鏡體不被腐蝕。這就是東漢“水銀包漿”銅鏡埋藏地下歷千年不生銹的奧秘所在。

但是，鏡面的富錫層是用什么材料、什么方法形成的呢？專家們又各有見解：有人認為，鏡面富錫層是應用古代“鋈錫”工藝制成的。有人認為，鏡面富錫，是錫青銅固有的凝固特性形成的“反偏析層”；還有人認為，青銅鏡淬火后硬度加強，便于磨光，可使鏡面變白。對于上述各種說法，科研人員一一進行了模擬實驗和理論分析，結論都是否定的。最后，只剩下《淮南子》中“粉以玄錫，摩以白旃”沒有試驗了。科研人員根據古代文獻上有專司磨鏡之職的磨鏡工和“磨鏡藥”的記載，對中國歷史博物館收藏的一幅清代《磨鏡圖》所描繪的場面作了分析：畫的右下方，一個老翁雙手緊握氈團，正騎在一條板凳上專心致志地磨銅鏡。板凳旁邊放著一個瓶罐，里面裝的大概就是磨鏡藥。畫的左邊，是幾個圍觀磨鏡的婦女，其中一人正用剛磨好的銅鏡照臉，鏡子里這位婦女的容顏清晰可辨。科研人員根據《磨鏡圖》描繪的磨鏡場面，弄清了“摩以白旃”中的“摩”字是動詞，按照古人修辭的習慣，“粉以玄錫”的“粉”字也應該是動詞。那么，“玄錫”一定是粉狀物質。科研人員聯想到鄭復光所說“磨鏡藥亦汞錫為之”和鏡面除富錫外，還含有銅、鉛、鋁、鉀等元素的化驗結果，試著配制了一種包括上述諸元素的磨鏡藥，果然成粉狀，顏色是灰白的。他們用氈團沾取磨鏡藥磨擦復制銅鏡，鏡面居然白亮如銀了。經磨鏡藥處理過的復制銅鏡，用電子光學能譜儀器分析，其表面的化學成份、富錫層的薄厚程度，都跟東漢“水銀包漿”銅鏡相似，再對鏡面作顏色性能和耐腐蝕性能的檢驗，也跟東漢“冰銀包漿”銅鏡相接近。這面復制的銅鏡經過一段時間后，表面也產生了透明的二氧化錫為主的薄膜。通過實驗，科研人員也解開了“玄錫”之謎。原來，磨鏡藥只要使用一次，就由灰白色變成黑色，而這種變黑了的粉料，還可以重復使用。古代文人觀看磨鏡操作時，見到的是已經使用過的變黑了的磨鏡藥，所以才稱之為“玄錫”。

上海科技人員經兩年多的努力，終于揭開了東漢“水銀包漿”銅鏡千古不銹的奧秘，并發掘出湮滅已久的古代磨鏡技術。這項科研成果，不僅在考古學和科技史研究領域中有重要的學術價值，而且可以為現代金屬表面處理提供有用的借鑒。科研人員曾用磨鏡藥和磨鏡技術去處理現代工業用的黃銅，獲得了奇異的效果，黃銅表面白亮如銀，而且表面還轉變成為錫青銅，使得黃銅構件表面的裝飾性和耐腐蝕性得到顯著改善。它預示著，中國古代奇特的金屬表面處理技術，將在社會主義四個現代化建設事業中發揮作用。難怪這項科研成果的消息一發表，立刻引起了國內外金屬學界和工業界的關注，有的要求轉讓技術，有的要求代替加工金屬部件，有的詢問何時發表專利。上海科研人員的這項科研成果，榮獲了文化部1985年度文化科技成果一等獎。它還說明，中國古代工藝技術是一座寶庫。通過文物的科學研究去發掘這座寶庫，是大有作為的。