PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT MỨC ĐỘ RỈ CỦA HIỆN VẬT KHẢO CỔ CHẤT LIỆU HỢP KIM ĐỒNG.
Lê Cảnh Lam - Viện Khảo cổ học
Hiện vật hợp kim đồng khảo cổ học sau khi được khai quật lên đều bị rỉ ở các mức độ nặng nhẹ khác nhau. Dù ở mức độ rỉ nào thì việc bảo quản bằng phương pháp hóa học cũng đều là cần thiết. Việc bảo quản ngoài việc gìn giữ lâu dài hiện vật còn làm rõ các chi tiết, họa tiết hoa văn giúp cho công tác nghiên cứu được thuận lợi hơn và làm tăng giá trị của hiện vật. Trong thực tế không phải lúc nào cũng có điều kiện để bảo quản ngay tất cả các hiện vật sau khi khai quật bởi vậy cần đánh giá mức độ rỉ của hiện vật để có thể lựa chọn ra những hiện vật có giá trị bị rỉ nặng và quá trình rỉ đang diễn ra mạnh để xử lý bảo quản cấp thiết.
Quá trình rỉ tiếp sau khi khai quật phụ thuộc chủ yếu vào tác nhân gây rỉ tiếp xúc khi hiện vật nằm trong lòng đất và điều kiện môi trường lưu giữ hiện sau khi khai quật. Chất liệu hợp kim đồng cũng là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rỉ nhưng theo kỹ thuật đúc truyền thống các hiện vật đều có tính chất hợp kim gần giống nhau và thường được chia thành 3 loại: đổng đỏ, đồng - thiếc, đồng – kẽm. Tất nhiên trong mỗi loại hợp kim lại có thêm các tiểu loại khi người ta pha thêm thành phần kim loại khác như chì, asen, những sự pha chộn thêm này thường nhằm mục đích làm thuận lợi hơn cho quá trình đúc hoặc tạo ra độ vang âm thanh (như trường hợp ở trống đồng Đông Sơn – hợp kim đồng –thiếc- chì) hơn là chống rỉ. Hiện tượng hợp kim đồng – thiếc cao (thiếc khoảng trên dưới 20%) như ở các hiện vật gương thời Hán hoặc 2 chiếc chống đồng loại 1 Heger tại bảo tàng Khánh Hòa lại có lớp patina bóng, chắc. Loại hợp kim đồng thiếc cao này quả thật có khả năng chống rỉ tốt hơn các loại hợp kim đồng khác. Còn lại thông thường các loại hợp kim đồng khác ít có ảnh hưởng hơn đến quá trình rỉ như các yếu tố tác nhân gây gỉ và môi trường lưu giữ.
Để phát hiện và tìm ra những hiện vật có quá trình rỉ đang diễn ra mạnh, từ đó ưu tiên bảo quản cấp thiết trước thì có nhiều cách, dưới đây xin giới thiệu 2 phương pháp đơn giản, dễ áp dụng nhất.
1. Phương pháp khảo sát rỉ trong điều kiện hơi ẩm bão hòa.
Nguyên tắc cơ bản phương pháp này là tạo môi trường ẩm bão hòa cho hiện vật (giống như trời nồm). Hiện vật được đặt trong một bình kín hoặc bao nylon kín, trong đó có chứa nước và không ngâm hiện vật trong nước mà chỉ để hơi nước bay lên tiếp xúc với hiện vật.
Nếu hiện vật chứa nhiều ion gây rỉ có hại như Cl-, NO3-, SO4-2, thì hiện vật sẽ bị rỉ ngay và có thể quan sát được bằng mắt thường. Khi có độ ẩm các ion trên sẽ hòa tan và tạo thành dung dịch điện ly và quá trình điện phân diễn ra gây rỉ nhanh. Thực nghiệm cho thấy chỉ sau 2 đến 4 tuần, hiện vật sẽ bị rỉ theo kiểu mọc mụn lấm tấm, bề mặt hiện vật ẩm ướt, kèm theo các bọt bóng rỉ, giọt nước xuất hiện.
Đối với hiện vật không chứa ion gây rỉ nặng thì quá trình ăn mòn điện hóa diễn ra chậm, ta không thấy có sự thay đổi đáng kể nào sau một tháng để trong môi trường ẩm bão hòa, các hiện vật này có bề mặt tương đối khô.
2. Phương pháp khảo sát ion Cl-
Thực ra không chỉ có Cl- mới gây rỉ phát triển nhanh mà cả các ion NO3-, SO4-2 đều gây rỉ rất nhanh khi hiện vật đặt trong môi trường không kiểm soát được độ ẩm. Tuy nhiên do trong thực tế, các ion NO3-, SO4-2 thường gặp do sự ảnh hưởng của hóa chất trong môi trường khu công nghiệp hơn là điều kiện tự nhiên. Còn Cl có nhiều trong nước ngầm hoặc nước biển, do vậy trong bảo quản hiện vật khảo cổ người ta thường chú ý đến ion này. Mặt khác, ngoài vai trò là dung dịch điện ly trong phản ứng ăn mòn điện hóa thì Cl- lại còn tham gia phản ứng ăn mòn hóa học như một chất trung gian. Thông thường phản ứng hóa học sẽ dừng lại khi các chất tham gia phản ứng tạo thành sản phẩm hết, nhưng với chất trung gian thì sau khi phản ứng tạo thành sản phẩm, nó lại được tái tạo lại trở thành chất đầu và quay tuần hoàn phản ứng. Như Cl- với một lượng nhỏ nhưng có thể quay tuần hoàn phản ứng cho đến khi nào toàn bộ kim loại đồng trở thành rỉ đồng mới thôi phản ứng.
Để khảo sát Cl- có thể tiến hành như sau:
Ngâm chìm hoặc một phần hiện vật trong nước cất 1 lần 24h sau đó chắt, lọc lấy 50ml nước ngâm, đựng trong cốc thủy tinh trong suốt. Đặt cốc nước ngâm dưới ánh đèn hoặc ngoài trời, phía sau để một tấm bìa đen làm nền màu sẫm.
Nhỏ 3 giọt HNO3 5% và 3 giọt AgNO3 1,7% (các thuốc thử này được pha bằng nước cất 2 lần). Quan sát nhìn gang qua cốc thủy tinh nếu thấy xuất hiện các kết tủa trắng dạng dây như các giải lụa thì chứng tỏ hiện vật có chứa Cl- cần được bảo quản cấp thiết.