云南德钦永芝古墓葬出土铜铁器的初步分析
云南德钦永芝古墓葬出土铜铁器的初步分析[1]
李晓岑1 贠雅丽1 和桂华2
（1．北京科技大学冶金与材料史研究所；2．云南迪庆藏族自治州博物馆）
1 背景
迪庆藏族自治州德钦县位于云南省西北部横断山脉地段，青藏高原南缘滇、川、藏三省（区）结合部，靠近梅里雪山，属高寒地区。1974年9月，云南省博物馆文物工作队在德钦永芝清理了青铜时代的石棺墓2座和土坑墓1座。出土铜器13件，计有剑5件、矛1件、弧背刀1件、斧1件、戈1件、镯2件、饰牌1件、泡饰1件（图1）。其中剑、镯、戈呈红褐色，与祥云大波那铜棺墓出土的铜器相似。剑多为花蒂形格和缠缑纹茎，另有格为花蒂形而茎无纹饰的剑1件及无格剑1件。斧呈梯形，实心无銎，是铜斧中最原始的形式。银饰4件，发现于M2头骨处，似为头部装饰品。其族属与羌民族有关。发掘者认为该墓地的年代可能为战国末至西汉早期。
图1 铜器
1～3．Ⅰ式剑（M2 : 7、08、09）；4．Ⅱ式剑（07）；5．Ⅲ式剑；6．戈（012）；7．矛（03）；8．斧（04）；9．饰牌；10．刀（05）
滇西北的德钦纳古等地发现了青铜时代的墓葬，根据14C测年可推至西周时期。学术界一般认为，云南滇西北是北方青铜文化进入云南地区的第一站，对云南特别是滇西青铜文化的兴起有重要作用。所以，这一地区青铜文化的研究工作受到重视，但其科学分析工作却一直是空白点，本文的研究对了解这一地区青铜文化的面貌有一定意义。
2 取样和实验结果
本文对云南德钦永芝墓葬群出土铜器进行了研究，共分析样品12件，包括铜柄铁刃剑1件、铜剑2件、铜矛2件、铜戈1件、铜斧1件、弧背刀1件、铜镯2件、铜马杖头1件、铜泡饰1件。其中有6件进行了取样，采用扫描电镜和金相显微镜分析，另有6件铜器是现场用X荧光分析仪进行成分分析的。其中扫描电镜能谱分析（SEM）结果较为精确，X荧光分析仪（XRF）有一定误差，但不影响成分的定性。表1是样品的成分分析和金相观察结果。
表1 德钦永芝出土金属器的成分分析和金相观察结果
续表
注：1～6号样品采用扫描电镜能谱（SEM）分析成分，7～12号样品采用X荧光分析仪（XRF）分析成分。
初步分析结果表明，11件铜器中，有6件红铜，3件Cu-Sn合金，1件含As的铜金属［X荧光分析仪（XRF）分析，砷含量尚待确定］，1件Cu-As-Pb合金。这表明铜器成分以红铜为主，锡青铜次之。6件金相分析的铜器样品中，有4件为热锻加工，1件戈为铸后热锻，只有1件铜泡饰为铸造而成。
3 化学成分分析
共有6件兵器，其中5件是铜兵器，1件是铜铁复合器。
2件剑，1件是德永239山字格剑，缠缑纹茎（图2：1），为Cu(Sn)成分，含Sn量较低，仍然归于红铜成分，这种剑具有北方草原民族铜剑的特点。1件为德钦永芝396铜剑，无格，柄部素纹，中有镂空孔洞，材质为CuSn合金，Sn的质量分数（参考数据8.2%）适于实用。
2件铜矛，外形均为尖叶形，菱形脊，长柄，柄端有双耳。1件铜矛（德永03铜矛）是Cu(Sn)金属，Sn的质量分数低于2%，很接近合金，但仍归于红铜。1件（德永M2：1矛）为Cu(As)金属，有微量As存在。2件铜矛由于其他元素含量低，归于红铜材质。
图2 出土的部分兵器
1．铜剑；2．铜戈；3．铜马杖头
1件铜戈，戈在滇西北地区是极少出土的。德钦永芝馆藏号394戈M2：4，为无胡直内戈，铜戈内很短，无纹饰，中脊突起（图2：2）。这是目前云南所见青铜时代铜戈中最为原始的，对研究云南铜戈的起源有重要意义。经扫描电镜分析成分，其材质为红铜，含铜量98.6%，表现出早期特征。
德钦永芝馆藏号392的青铜弧背刀是一件带有北方草原文化特征的器物。铜锡合金材质，但锡的质量分数较低（参考数据为2.8%），已接近红铜。从外观判断，此弧背刀应是实用器物。德钦石底采集的弧背刀也是Cu-Sn合金，与永芝出土的铜弧背刀成分一致。
生产工具1件。德钦西鲁村出土铜斧，斧呈扁平梯形，实心无銎，是铜斧中最原始的形式。初步分析其成分为含砷的铜金属（砷的参考数据为2.1%）。由于采用X荧光无损分析（XRF），砷元素含量往往与实际有出入，这一数据仅供参考。
德钦永芝012铜矛和德钦永芝馆藏号394戈刃部M2：4也有微量砷存在（均小于1%），可能当地矿物中含有砷元素。
生活用具和其他器物4件。铜镯2件都出土于M2，成分均为红铜。一个横断面为宽型的铜镯。戴手镯是当时的一种习俗。云南的铜镯材质一般为铜锡合金，红铜器很少，其材质反映了这两件铜镯的原始性。
德钦永芝出土的铜马杖头（图2：3）是当时马传入云南的标志，也被云南考古学者认为是斯基泰文化传入云南的典型器物，[2]此器物在发掘报告中没有提到。经分析为铜锡合金，锡的质量分数较高，超过10%。加锡是为了改造器物的铸造性能。
铜泡饰材质为Cu-As-Pb合金，为采用扫描电镜能谱分析所得的结果。其中，砷的质量分数为23%，铅的质量分数为6%，这是一种砷白铜，并且是高砷的铜合金，这种配比可以使器物表面达到光亮的效果，砷含量的高低与器物的种类有关。墨西哥西部古代（公元600—1521年）合金技术中利用高砷合金制作装饰品就是一个很好的例子，[3]其铜砷合金装饰品，砷的质量分数通常在5%～23%之间，较多的砷会极大地改变铜合金的颜色（从红色到金黄色或银白色）。从这个角度来说，这件铜泡饰可能是有意识的冶炼产物。前述的德钦西鲁村出土铜斧成分也是含砷的铜金属，说明铜中有砷元素在青铜时代的德钦并不是孤例。砷白铜在剑川海门口第3次发掘中也有发现，[4]其冶炼技术的来源值得进一步关注。
分析表明，11件铜器中，有红铜6件，包括1件戈、2件矛、1件剑、2件铜镯；这几件兵器虽然是红铜，但可能是实用器。有3件为锡青铜（Cu-Sn），弧背刀、铜剑和铜马杖头；1件铜斧为铜中含砷的金属；1件铜泡饰为Cu-As-Pb合金（砷白铜）。在6件兵器中，有4件材质为红铜，占较大比例，反映了早期铜器的技术特征。
4 金相分析
本文对1件德钦永芝出土的铁器进行了金相分析。铜柄铁剑（9901）的剑刃基体为铁素体组织，是以块炼渗碳钢为原料锻打而成，夹杂物多分布在晶粒的分界处且沿加工方向延伸，成分特点表现为铁高硅低，几乎不含钾、镁、铝，材质为低碳钢（图3）。这是滇西北地区出土的铁器首次被科学分析，具有重要意义。
德钦永芝出土的铜器中，对6件进行了金相分析。铜柄铁剑的柄部铜质部分金相分析为再结晶晶粒和孪晶，为热锻成形。弧背刀（9907）金相组织中有再结晶晶粒和滑移带，有高锡相（图4），说明这是热锻后经过了冷加工。戈（DY1）金相组织中有共析体和等轴晶、孪晶交错共存的现象，有含砷夹杂物和铅颗粒存在（图5），说明铸后经过了部分的热锻工艺。
图3 铜柄铁剑（9901）金相组织，低碳钢，铁素体，热锻
图4 弧背刀（9907）金相组织，Cu-Sn合金，热锻后冷加工，有高锡相
图5 戈（DY1）金相组织，Cu(As)，铸后热锻，有含砷夹杂物和铅颗粒存在，铸造树枝晶和等轴晶、孪晶并存
图6 手镯（DY3）金相组织，Cu(Sn)，红铜，热锻
图7 手镯（DY2）金相组织，红铜，热锻
图8 泡饰（DY4）金相组织，Cu-As-Pb合金，铸造，有砷偏析
镯（DY3）和镯（DY2）基体为再结晶晶粒和孪晶（图6、7），系热锻成形；铜镯采用热锻加工，在云南古代的铜镯制品中较为多见。泡饰（DY4）基体为α固溶体和铜砷共析体，有铅颗粒分布，局部区域有滑移带分布（图8），应为铸后在局部区域进行了冷加工处理。
在6件经过金相分析的铜器样品中，除1件铸后冷加工外，有5件是热锻或热锻后冷加工形成的，热锻工艺占有较高的比例。云南其他地方的青铜器极少有这一现象。表明这些铜器很可能是当地制造的。
5 结论
通过采用金相、电镜等实验手段，对滇西北德钦永芝古墓葬出土铜铁器进行分析，发现铜器材质包括红铜、铜锡合金、铜砷铅合金以及其他铜中含砷的金属。说明材质以红铜为主，锡青铜次之，有早期铜器的特征。铜砷铅三元合金的发现，为云南第二次发现砷白铜，这是十分少见的合金成分，其合金配比或冶炼技术的来源值得关注。铁器中出现了块炼渗碳钢，这是一种低碳钢，为滇西北地区首次科学分析的铁制品，在云南冶金史上有重要的意义。加工方式主要为热锻和热锻后冷加工，个别为铸后冷加工，工艺水平亦处于较早期文物科技的阶段。该墓葬出土的器物中，无论铜剑、铜马杖头、弧背刀都明显受到北方草原文化影响，有羌民族的特征。这对滇西北青铜文化的来源和传播的研究有重要意义。
2014年5月
参考文献
[1] 云南省博物馆文物工作队. 云南德钦永芝发现的古墓群[J]. 考古，1975（4）.
[2] 张增祺. 再论云南青铜时代“斯基泰文化”的影响及其传播[G]//云南省博物馆. 云南青铜文化论集. 昆明：云南人民出版社，1991：320-354.
[3] Sound Dorothy H. Color and Meaning in the Metallurgy of Ancient West Mexic[J]. World Archaeology, 1995, 27(1):100-115.
[4] 李晓岑，闵锐. 云南剑川海门口遗址第三次发掘出土铜铁器的分析及其年代[J]. 考古与文物，2014（3）.
Abstract
Deqin County, located in the Hengduan Mountains in northwestern Yunnan Province, is an important gateway for the spreading of bronze culture from north China to Yunnan. To understand the Bronze Age metallurgical technology in northwestern Yunnan, metallographic observation and chemical component analysis are used to study on the bronzes and ironware of the period from the late Warring States to the early Western Han Dynasty, all these artifacts are unearthed from the tombs at Yongzhi Village in Deqin County. Block-fining iron carbide, a kind of low carbon steel, is identified in the ironware. This is the first time that ironware from northwestern Yunnan is scientifically analyzed. The bronze swords, horse-shaped decorations and arc-shaped knives unearthed from these tombs are found with obvious influence of the northern prairie culture, which suggests that the techniques are probably related with the northern prairie culture.
【注释】
[1] 本文为国家自然科学基金资助项目（项目批准号：51174033）的研究成果。