鐵質(zhì)文物作為金屬文物的一個重要組成部分，對研究我國冶鐵業(yè)的發(fā)展和探討鐵器在社會生活中的應用有著非常重要的社會及文化意義。但由于鐵的化學性質(zhì)活潑，鐵器在潮濕的埋藏環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕，因此出土的鐵器大多發(fā)生程度不一的銹蝕，有的鐵器表面與土結(jié)成厚厚的很堅硬的礦化銹蝕層，很難辨別鐵器的原狀；有的鐵器則是表面通體銹蝕，出現(xiàn)穿孔、層狀剝離等現(xiàn)象。

導致鐵器產(chǎn)生病害的因素大體可分為內(nèi)部因素和外部因素。就內(nèi)因而言，鐵的活潑的化學性質(zhì)是導致鐵器腐蝕的最根本原因。而鐵器的合金結(jié)構(gòu)成分和制造工藝是鐵器化學腐蝕的主要內(nèi)因，就如同其“先天性質(zhì)”有優(yōu)劣之分。因此不難理解出土的一些鐵器銹蝕非常嚴重，而另一些鐵器仍能保持完整的基體。另外鐵器銹蝕產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)也會對鐵器產(chǎn)生直接的影響。

一、活潑的化學性質(zhì)是鐵質(zhì)文物腐蝕的最根本原因

鐵屬于化學性質(zhì)比較活潑的金屬，與周圍的氣態(tài)介質(zhì)如二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、氯氣、氯化氫等或液態(tài)介質(zhì)如水、硝酸、硫酸、鹽酸等接觸時，表面會很快發(fā)生化學腐蝕，生成相應的鐵的氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、硫化物等，所以能較完好保存下來鐵質(zhì)文物相對于化學性質(zhì)較穩(wěn)定的銅、金、銀質(zhì)的文物要少很多。

二、鐵質(zhì)文物的組織結(jié)構(gòu)是鐵器化學腐蝕的主要內(nèi)因

鐵質(zhì)文物的組織結(jié)構(gòu)可以分為三類： 鐵素體、鐵素體+滲碳體、鐵素體+石墨體+少許滲碳體。

鐵素體是指碳與鐵形成共晶組織的共熔體。受古代冶煉工藝所限，以鐵素體為基本組織的器物中的鐵碳合金無法重新排列，從而產(chǎn)成帶氣孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，雖然其質(zhì)地柔軟，易于鍛造，但是抗腐蝕性較差。

鐵素體+滲碳體指鐵碳共晶組織中碳含量大于0.05%而小于6.67%的共熔體。碳鐵化合能生成碳化鐵，分布于鐵素體的金相組織中。而滲碳體一般分布不均勻，滲碳體晶體與鐵素體之間有嚴重的扭曲現(xiàn)象， 形成微裂間隙，因此這類鐵器的抗腐蝕性也比較差。

鐵素體+石墨體+少許滲碳體結(jié)構(gòu)。滲碳體中的碳化鐵在高溫下或長時間加熱的條件下，會逐漸分解為鐵素體與石墨體。而石墨體無論是片狀還是團絮狀，它們的結(jié)構(gòu)都是層狀的，層與層之間的空隙是有害分子進入鐵器內(nèi)部的通道，所以這種結(jié)構(gòu)的鐵器的抗腐蝕性也較差。

從以上結(jié)構(gòu)分析可以看出，這三種結(jié)構(gòu)的鐵質(zhì)文物都有產(chǎn)生病害的隱患。但是由于古代熟鐵、生鐵和鋼的冶煉工藝不同，特別是鋼在冶煉過程中需要反復鍛打，因此內(nèi)部的微孔較少，相對抗腐蝕性較好。一般來說，鍛打次數(shù)越多，微孔就越少，所以鍛打的鐵器的機械性能、防腐蝕性能及強度都優(yōu)于鑄造的鐵器，但是這些優(yōu)勢只是相對而言。由于鍛打的鐵器經(jīng)過反復折打，形成很多層次，環(huán)境中的水分、氧氣和溶鹽利用層與層之間的通道進入鐵器內(nèi)部進行腐蝕。一些鍛打的鐵器出土后由于脫水及溶鹽潮解等作用，出現(xiàn)腐蝕開裂、層狀結(jié)構(gòu)片狀脫落等現(xiàn)象，所以鍛打的鐵器有時也會產(chǎn)生特別嚴重的腐蝕。

三、鐵碳合金結(jié)構(gòu)（Fe-C）活性差異引起電化學腐蝕

1.析氫腐蝕 鐵質(zhì)文物一般都是鐵碳合金，成分中Fe-C的活性差異形成無數(shù)個原電池，產(chǎn)生電化學腐蝕。 陽極：Fe-2e→Fe2+ 陰極：2H++2e→H2↑

2.吸氧腐蝕 鐵質(zhì)文物在環(huán)境濕度比較大的情況下，可以成為熱的良導體，表面經(jīng)常結(jié)成水膜，水膜吸收溶解空氣中的O2、SO2、CO2等，于是鐵器表面如同置于含有H+、OH-、HCO3-、HSO3-的溶液中。腐蝕過程中，F(xiàn)e作陽極、C作陰極， 溶于水中的O2得到電子生成OH-。反應式如下： 陽極：Fe-2e→Fe2+ 陰極：O2+2H2O+4e→4OH- 總反應：2Fe+2O2+2H2O→2Fe（OH）2 Fe（OH）2進一步被氧化并部分脫水變成疏松的鐵銹FeOOH。

3.差異充氣腐蝕 由于鐵器在地下埋藏上千年，表面都覆蓋有沉積物，這種沉積的硬泥土因覆蓋不均勻會導致氧氣在鐵器表面分布不均勻，從而引起的腐蝕稱為差異充氣腐蝕。鐵質(zhì)文物表面氧濃度高，內(nèi)部氧濃度低， 濃度高的部位的氧較易得到電子，而氧濃度較低的部位的氧難得到電子，這樣就形成一個濃度差電池，O2濃度大的部位為陰極，O2濃度小的部位為陽極，其電子反應如下所示： 總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2 Fe（OH）2將進一步被O2所氧化，生成Fe（OH）3，并部分脫水成為疏松的鐵銹。 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3=Fe2O3?x H2O（鐵銹）

四、銹蝕產(chǎn)物成分及結(jié)構(gòu)對鐵器銹蝕的影響

鐵質(zhì)文物在潮濕空氣中會迅速生銹，在鐵質(zhì)文物外表形成一層褐色的氫氧化鐵，在氧存在的條件下，形成三種不同構(gòu)相的同分異構(gòu)體--α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH。其中γ-FeOOH由于其疏松形態(tài)及毛細管作用，可使含有一定氧的水分子深入鐵質(zhì)文物內(nèi)部，不僅使鐵質(zhì)文物發(fā)生化學腐蝕，而且會發(fā)生速度更快的電化學腐蝕，腐蝕的產(chǎn)物仍是疏松吸水物質(zhì)，所以腐蝕周而復始可以不斷進行，鐵銹的厚度也不斷增加。

有些鐵器在有些濕度比較大的環(huán)境中埋藏，鐵器表面易結(jié)露形成水膜。當空氣中的O2、Cl2及CO2、SO2、NO2、HCl、H2S 等有害氣體溶于水膜時，會形成稀酸進入鐵器內(nèi)部與鐵金屬反應，形成腐蝕產(chǎn)物如硫酸亞鐵、硫化亞鐵、碳酸亞鐵、氯化亞鐵和氯化鐵，這些鐵鹽在潮濕環(huán)境中易水解生成氫氧化鐵，或者進一步反應生成疏松的鐵銹。

可以看出，鐵的化學性質(zhì)，鐵器的合金結(jié)構(gòu)成分，制造工藝以及腐蝕產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)都會對鐵器的腐蝕產(chǎn)生影響，需要對這些腐蝕機理進行研究，制定有效的措施才能更好地對鐵質(zhì)文物進行保護。