杨 娟，韦 荃，张孜江，曹元元，卫 国，邵艳兵
[1. 四川博物院，四川成都 610071；
2. 凝固技术国家重点实验室(西北工业大学)，陕西西安 710072]
1972年，在四川涪陵地区(今重庆市涪陵区)小田溪发掘了三个战国土坑墓并出土了大批青铜器。1号墓出土了一套铜编钟，它由14枚大小依次递减的铜编钟和18件铜附件组成(图1)，最大枚高27.0 cm，最小枚高14.6 cm[1]。钟体呈和瓦状，长方形环钮，乳钉按三层三行排列，每行三枚，共36枚。通体刻有花纹，纹饰精美，特别是其中的八枚编钟(2号、3号、4号、5号、7号、9号、10号和13号)，在钲部、于部、铣部有饰金纹饰(图2)，鼓部蟠龙纹、漩涡纹、绳纹作地纹，钲部饰漩涡纹、三角纹等，造型纹饰具有明显巴族风格。虎头饰件的虎眼镶嵌黑色宝石，至今光亮夺目，显示出高超的制造技艺，在四川地区属首次发现。1973年，入藏原四川省博物馆(今四川博物院)，被定为国家一级文物，是四川博物院的镇馆之宝之一。
图1 四川博物院藏战国铜编钟Fig.1 Bronze chimes of the Warring States Period collected in Sichuan Museum
图2 编钟各部位饰金纹饰Fig.2 Ornamentation of various parts of a chime bell
通过肉眼观察可见，八枚编钟表面装饰的金色纹饰是由极细的金丝构成，金丝与基体结合紧密，用手触摸和用显微镜观察均发现饰金部位光滑平整。如图3所示，从脱落处和起翘处能观察到支出的金丝，金丝脱落处可见凹槽和錾刻痕迹，符合错金工艺特征[2]，因此，根据饰金纹饰特征，该套编钟又被称为错金编钟[3]。
图3 支出的金丝和錾槽Fig.3 Gold wires and grooves
错金是中国古代青铜器常见的表面装饰技法之一。近年来，众多学者对错金工艺开展了广泛研究，对错金工艺的操作流程也持有不同看法：有的学者认为错金即嵌错工艺，包含錾槽—嵌金—磨错等系列工序[4-5]；
有的学者则认为应当是金涂法，即鎏金工艺，包含制备金泥—涂金—烘烤—打磨等工序[6]。从工艺流程来看，错金工艺和鎏金工艺本就是两种不同的工艺术语，学术界之所以对错金工艺认识存在分歧，一方面是由于古代文献资料对错金工艺记载不翔实，缺乏具体工艺特征依据[7]，另一方面是缺少对出土实物研究的数据支撑。
经查阅相关资料可知，自该套战国铜编钟入藏四川博物院以来，并未对其开展科学研究。为探究该套铜编钟表面饰金的具体工艺特征，利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线无损检测系统等分析仪器对编钟饰金的形态结构、成分、厚度和工艺特征等进行科学分析与研究。基于对该套编钟饰金纹饰的科学分析结果，以期为了解战国时期巴蜀地区的青铜装饰工艺提供科学依据，也为古代青铜表面装饰技法研究提供重要的实物资料。
1.1 样品
基于文物的珍贵性和完整性，在编钟表面收集针尖大小的脱落金丝作为分析样品。其中，样品1来源于3号编钟脱落的金丝，样品2来源于7号编钟脱落的金丝。此外，在编钟饰金纹饰附近基体上发现细小的金色颗粒，采用解剖针在3号编钟上轻轻挑取针尖大小的金色颗粒作为样品3。
1.2 方法
1.2.1超景深显微镜分析 仪器为日本基恩士公司的VHX-1000C三维超景深立体显微镜。因超景深显微镜观察无需特殊制样，可对编钟表面饰金纹饰进行局部放大观察，同时对分析样品进行正反面和剖面的形态特征观察。
1.2.2扫描电子显微镜及能谱分析 利用扫描电子显微镜(SEM)对样品正反面和剖面分别进行形貌特征分析，并结合X射线能谱分析，可提供样品的微区成分，通过元素线扫描、面扫描分析，可揭示样品所含元素的分布情况。仪器为日本电子JSM-7100F型场发射扫描电子显微镜，配有英国牛津公司INCA型X射线能谱仪。能谱分析条件为高真空模式9.6×10-5Pa，加速电压20 kV，工作距离10 mm，线扫描和面扫描时间均大于600 s。
1.2.3X射线无损检测 因文物不同部位的厚度、密度、缺陷不同，在X射线投影下底片上会形成灰度不同的影像，通过影像可揭示被锈蚀物遮盖的饰金纹饰信息[8]。分析仪器为德国依科视朗YXLON MG325型高频恒压固定式X射线无损检测系统，测试条件为电流2 mA，电压185 kV，曝光时间80 s。
2.1 超景深显微镜分析
2.1.1凹槽 采用超景深显微镜对编钟表面饰金纹饰和凹槽进行局部放大观察，发现金丝脱落处因锈蚀等原因导致凹槽深而宽，通过游标卡尺测得深度为0.3～0.4 mm(图4)，而基体轻微锈蚀处的凹槽深度为0.1～0.2 mm。如图5所示，凹槽内可观察到疑似錾刻痕迹，錾印1、2、3之间有间隔，凹槽外宽内窄，与通常饰金中内宽外窄的凹槽有一定区别[9]。从錾印的形态和深度可以说明，随着錾刻力度的不同形成了宽窄和深浅不一的印痕，部分錾印间距大，使得錾印间存在不连续现象，这也体现了人工錾刻的随机性。
图4 金丝脱落处的凹槽Fig.4 Grooves where gold wires fell off
图5 凹槽錾印Fig.5 Chisel marks of grooves
2.1.2金丝 从图6可以观察到金丝和基体上有沿同一方向的密集划痕，说明后期经过了打磨工序，在部分交接处可观察到金丝叠压痕迹(图7)。根据传统错金工艺的相关研究成果可知，编钟表面的凹槽、打磨和叠压等痕迹均符合错金工艺特征[10]。
图6 表面打磨痕迹Fig.6 Surface grinding marks
图7 金丝交接处叠压痕迹Fig.7 Overlapping trace at the junction of gold wires
传统错金工艺使用的金丝由于经过了剪裁或捶打等处理，其表面连续平整，边缘有剪裁或捶打等预加工痕迹，而编钟金丝并未发现上述预加工痕迹。采用光学显微镜对金丝开展进一步细微观察，其主要形态特征如下：
1) 如图8所示，金丝宽窄不一(通过显微镜自带的测量工具测得最宽处约为172.32 μm，最窄处约为98.75 μm)，边缘与凹槽两侧完全贴合，金丝整体形状呈现出凹槽的不规则形态。金丝表面并非连续平整，大部分金丝中间有细长且不规则的间隙，经仪器自带的测量工具测得间隙宽度为45.36 μm。一方面，在金丝边缘未观察到剪裁痕迹，由此可排除编钟所饰的金丝为金片剪裁的可能性。另一方面，如图9所示，A、B两区域的金丝表面也发现间隙结构，从纹饰的整体构型来看，若采用预先捶打好的金丝进行复杂纹饰造型，在金丝间交接处必定会有交错、叠压或拼对痕迹，而图9C区域内的纹饰交接处并未发现金丝叠压或拼对痕迹。各金丝在此处很自然形成一个长方形的交汇点，从而也排除了编钟饰金采用预加工金丝的可能性。基于上述分析，可初步推测编钟表面金丝的形成采用了鎏金工艺。由于鎏金需要多次涂抹才能得到一定厚度的金丝，而手工操作不易控制每次涂抹金泥的重合性，这使得金丝在驱汞成型后表面形成不规则间隙。
图8 金丝表面的间隙Fig.8 Gap on the gold wire surface
图9 交接处未见叠压痕迹Fig.9 No overlapping trace found at the junction
2) 从图10和图11中可以看到金丝附近的基体上有较多金色颗粒物(框选标记处)，用手触摸发现金色颗粒物与基体结合紧密。图11中的A、B、C三处还可明显观察到金丝边缘的金色附着物与金丝表面打磨痕迹的方向一致。金丝的质地虽软，在磨错过程中可能会有少部分金丝边缘发生形变去填充凹槽，但成型后的金丝通过磨错过程在附近基体上残留金色颗粒物的可能性并不大。结合金丝表面的打磨痕迹，推测金丝边缘及附近基体上金色颗粒物的形成原因如下：在鎏金过程中为提高金泥入槽后的平整度和饱和度，采用工具进行打磨，溢出凹槽的金泥随着打磨被拉出，加热驱汞后则在金丝边缘或附近基体上形成金色颗粒物。
图10 纹饰附近的金色颗粒物Fig.10 Gold particles near ornamentation
图11 金丝附近的流挂痕迹Fig.11 Sagging marks near gold wires
3)图12中的超景深显微图像显示该处纹饰表面呈现涂抹痕迹，未见打磨痕迹。该纹饰为7号编钟鼓部与钲部交接处浅沟内的纹饰。在纹饰底部对应的基体处未发现錾槽，而邻近纹饰底部则有凹槽，纹饰附近隐约可见起稿线。推测因基体上空间限制，该处纹饰刚好延伸至浅沟内，由于浅沟处不便于錾槽和后期打磨，表面的涂抹痕迹刚好被完整保留下来。
图12 涂抹痕迹Fig.12 Smearing marks
从编钟表面饰金纹饰的超景深显微镜观察结果可知，金丝表面的间隙、涂抹痕迹，边缘流挂痕迹，以及金丝附近基体上残留的金色颗粒，均不符合金丝预先加工的形态特征，说明编钟表面金丝与传统错金工艺使用的预加工金丝存在不同之处，其形态特征更符合鎏金工艺形成的金丝。
2.2 扫描电子显微镜分析结果
为进一步探究编钟金丝的形态特征和形成工艺，将样品1～3依次在扫描电子显微镜(SEM)下进行背散射电子观察及X射线能谱分析(EDS)。分析结果见图13～图34和表1。
样品1为3号编钟脱落的金丝，表面可见明显划痕(图13)，两侧有砖红色锈蚀物(图14)，表明因底部凹槽发生了锈蚀，加速金丝脱落。图15和图16为样品正面和侧面的背散射电子图像，可见锈蚀物牢牢附着于金丝两侧，说明金丝与凹槽贴合紧密。还可以发现金丝形态不规则，一端有明显分叉痕迹，经仪器自带的测量工具测得金丝宽度为210～320 μm。
图13 样品1正面的超景深显微图像Fig.13 Micrograph of the front of Sample 1
图14 样品1侧面的超景深显微图像Fig.14 Micrograph of the side of Sample 1
图15 样品1正面的SEM背散射电子图像Fig.15 BSE image of the front of Sample 1
图16 样品1侧面的SEM背散射电子图像Fig.16 BSE image of the side of Sample 1
根据2.1的分析结果推测，编钟所饰金丝由鎏金工艺形成。为了探究金丝内部的形貌特征及金丝内部是否含有汞，采用手术刀对样品1进行横断面切割，利用SEM-EDS进行剖面形貌观察和元素分析。图17为样品剖面的SEM背散射电子图像，剖面图像显示金丝为上部宽、底部窄的不规则形态，且与两侧锈蚀物结合紧密。通过对样品剖面中的上、中、下三个区域分别进行放大观察，在金丝上、中两部分可见大面积孔隙结构(图18和图19)。图20显示金丝剖面下方孔隙相对较少，样品底部与凹槽接触处也有大量孔隙。SEM-EDS结果显示：金丝各部位均含有汞，其中上部(图18中1～4)和中部(图19中5～8)的汞含量小于2.0%，底部(图20中9～12)汞含量大于3.0%。样品剖面线扫描图(图21)和面扫描图(图22)表明，金丝中的金和汞同时存在。从已有的研究可知，汞的有无可作为判断是否为鎏金的主要依据[11]。因此，根据上述分析结果推测编钟采用鎏金工艺进行装饰，金丝剖面的孔隙可能是鎏金工艺加热过程中原子扩散所形成的微观形貌结构。
图17 样品1剖面的背散射电子图像Fig.17 BSE image of the cross section of Sample 1
图18 图17中区域A的放大图像Fig.18 Enlarged image of Area A in Fig.17
图19 图17中区域B的放大图像Fig.19 Enlarged image of Area B in Fig.17
图20 图17中区域C的放大图像Fig.20 Enlarged image of Area C in Fig.17
图21 图17中线扫描图Fig.21 Corresponding linear SEM-EDS for Fig.17
图22 样品1面扫描图Fig.22 Scanning view of Sample 1
样品2为7号编钟脱落的金丝，经超景深显微镜观察发现样品的正面有一明显孔洞(图23)，通过SEM背散射电子图像观察，发现该样品表面存在多处孔洞(图24)。样品背面的超景深显微图像(图25)和背散射电子图像(图26)共同显示金丝为上宽下窄的形状。
图23 样品2的超景深显微图像Fig.23 Micrograph of Sample 2
图24 样品2的背散射电子图像Fig.24 BSE image of Sample 2
图25 样品2背面的超景深显微图像Fig.25 Micrograph of the back of Sample 2
图26 样品2背面的背散射电子图像Fig.26 BSE image of the back of Sample 2
采用手术刀对样品2进行横断面切割以证明其剖面是否有孔隙结构和含汞。图27为样品2剖面的SEM二次图像，可以明显看到金丝剖面中间有一非完全闭合的孔洞，在孔洞的右上角至样品表面有一道不规则裂纹(沿红色箭头方向)。此外，从图27还可以明显观察到样品为上宽下窄的“U”型结构，通过仪器自带的测量工具测得金丝整体高度为200.00 μm，上部宽度为286.00 μm，中间宽度为174.00 μm。图28为图27中红色框选区域的放大图像，从中能够发现明显的孔隙结构。元素分析结果(图28中13～15)显示样品中含有少量汞。样品2剖面的空隙和元素分析结果进一步证明编钟采用鎏金工艺进行装饰。
图28 图27中框选区域的背散射电子图像Fig.28 BSE image of the frame-selected area in Fig.27
样品1和样品2两侧及底部紧密结合的锈蚀物说明金丝与基体之间不存在空腔。样品2剖面显示的“U”型结构与基体凹槽上宽下窄(图5)的结构密切相关。从工艺流程方面而言，错金工艺是将成型后的金丝嵌入凹槽，虽然通过后期磨错能使金丝表面发生形变来填补与凹槽之间的空隙，但要让金丝底部及两侧与凹槽达到严丝合缝，甚至依靠金丝的形变间接反映出凹槽的形状，对于已经成型的金丝而言，这显然是难以实现的。相比于金丝，金泥具有填充性和可塑性，在极细的凹槽中填入金泥，加热驱汞后金丝能够呈现出凹槽的形态特征。
样品3为3号编钟金丝附近基体上的金颗粒。图29为样品侧面的超景深显微图像，可见底部带有基体锈蚀层。图30为背散射电子图像，经测量，金的厚度为18～35 μm。元素分析结果显示(图30中16)含汞2.2%，说明编钟金丝附近基体上的金颗粒是在鎏金过程中残留于基体表面的，经加热后固着。根据表1中样品1～3的元素分析结果可知，样品结构平整处Au含量均大于91.6%。
图29 样品3侧面的超景深显微图像Fig.29 Micrograph of the side of Sample 3
图30 样品3侧面的背散射电子图像Fig.30 BSE image of the side of Sample 3
表1 样品SEM-EDS结果Table 1 SEM-EDS results of the samples (%)
(续表1)
2.3 X射线无损分析
采用X射线无损检测系统对饰金纹饰进行拍照以观察被锈蚀物覆盖的纹饰特征。图32为图31的X射线照片，可见未脱落的金丝填充于凹槽内，由此可进一步证明编钟表面存在开槽工序。图33中的纹饰被大面积锈蚀物覆盖，图34为图33的X射线照片，从图34不仅可以观察到锈蚀物底部的纹饰，还隐约可见纹饰修改痕迹，以图34中的A1、B1和C1三处为例，X射线照片显示基体上有开槽，而从整体纹饰判断这三处在开槽后并未饰金，说明该枚编钟的饰金纹饰后期进行了调整。根据纹饰的左右对称关系，图34中D1处的纹饰应为两条平行线，而平行线中右边的金丝与左边的金丝发生了重叠，用手触摸可知该处金丝结合得非常紧密，并未出现脱落迹象。因此，根据图34中D1处重叠的金丝可以获得如下信息：传统错金工艺使用的金丝经过预加工后已经成型，虽然后期会进行磨错工序，但打磨并不能有效提高金丝间的结合力，交叠的金丝在长期保存过程中极易发生起翘脱落，而图34中D1处紧密结合的金丝恰好能进一步说明编钟表面的金丝与传统错金工艺使用的成型金丝存在不同之处，从而可以推断编钟所饰金丝是通过鎏金工艺形成的。由于纹饰间距小，用金泥涂抹线条时不慎使其与临近的线条发生了交叠，加热驱汞后即形成图34中D1处所示的纹饰。
图31 纹饰脱落处的凹槽Fig.31 Grooves where gold wires fell off
图32 图31的X射线照片Fig.32 Corresponding X-ray photograph for Fig.31
图33 纹饰表面的锈蚀物Fig.33 Corrosion products on the surface of ornamentation
图34 图33纹饰的X射线照片Fig.34 Corresponding X-ray photograph of ornamentation for Fig.33
根据已有的研究可知，鎏金的操作步骤大致包括：涂抹金膏泥—加热驱汞—清洗—压光等工序。通常情况下，在编钟表面直接用金泥绘制图案，加热驱汞即可得到纹饰。既然在编钟表面进行了开槽，为何不直接进行错金，而是选用鎏金呢？从编钟的实际情况结合错金及鎏金两种饰金工艺步骤进行了分析，做出如下推论：
1) 饰金编钟中最大的一枚钟体高度不足20.0 cm，对于钲部、于部、铣部等局部位置来说，要在有限的空间内装饰出精美而又复杂的纹饰，纹饰的线条需细如发丝。对于装饰如此细的纹饰金丝，开槽鎏金/错金比直接鎏金更能使金丝与基体固着紧密，所以将纹饰凹槽开得越细越好，而我国的錾刻技术从商周青铜器的“铭文”开始到春秋战国时期已非常成熟[12]，因此从技术上能够保证錾槽细如发丝。
2) 错金使用的金丝需经过提前加工(剪裁或捶打)，得到极细的金丝虽然难度不大，但要保证金丝在凹槽中的贴合牢度和平整度，通常需将凹槽设计成内宽外窄，深浅基本一致以便吃住金丝[13]。通过观察和测量可知，编钟表面凹槽或深或浅，或宽或窄，将金丝嵌入凹槽很显然不能确保金丝能够平整牢靠的贴合在编钟表面，而鎏金工艺则可以通过控制金泥的用量和涂抹次数来填充凹槽，加热驱汞后金丝与凹槽即可达到严丝合缝的目的，所以从工艺流程角度进行分析，在极细的凹槽中饰金，鎏金明显比错金更容易操作，且鎏金对錾槽的质量要求不高，有利于减少人工錾槽的工作量。
3)图35为3号编钟钲部两个“同心圆”纹饰的超景深显微镜放大图像，可以看出大部分金丝表面有狭长的间隙。以红色三角形标记处的金丝为例，金丝的两端(B和C)呈圆形闭合，经测量金丝表面间隙的宽度为41.62 μm，通过进一步放大图像能观察到中部有一头圆一头尖的汇合点(A和D)。结合鎏金的操作步骤，可以做出如下推测：采用极细的工具蘸取金泥以A为起点沿着凹槽涂抹，向前一段距离后倒回涂(形成端点B)，倒回涂一段距离后再返回涂(形成端点C)，接近起点则停止涂，形成终点D。一方面，由于金泥形成的线条极细，来回涂抹的金泥重合性不高，在金丝表面会出现间隙，由于这种间隙极小，一般用肉眼不易察觉，只能通过显微镜才能观察到。另一方面，因金泥具有一定黏度，起点A处的金泥饱满则形成圆头，随着工具上的金泥逐渐减少，在终点D处伴随提起动作则形成收尾的尖头，上述来回涂的方式可使成型后的金丝保持一定厚度和宽度。由于编钟表面的凹槽很细，在后期研究中，将对相关工艺开展模拟实验研究，进一步证明开槽鎏金的可行性。从整体构型而言，此处“圆”形图案的绘制方式还可以说明古人在鎏金过程中，并非按照纹饰的设计直接绘制一个整圆，而是巧妙配合周围纹饰的走向将纹饰进行局部分解，最后通过各部分线条的组合完成整个圆形纹饰的构型。因此，对于复杂纹饰来说，鎏金具有操作可控性，不仅体现了古人鎏金技艺的高超，还反映了古人的聪明才智。
图35 金泥涂抹痕迹和方式Fig.35 Application traces of gold mud and its application method
该套编钟出土于重庆涪陵小田溪墓群，杨小刚等在对重庆峡江地区鎏金铜器发展史的研究中对鎏金铜器的发现与分期进行了梳理，发现战国中期至秦、西汉前期、西汉中晚期至东汉初、东汉早中期、东汉中晚期和六朝等六个时期，有一百余座墓葬出土了鎏金青铜器[14]，充分说明重庆峡江地区很早就掌握了铜器鎏金技艺，且随着时代的变迁形成了自身的发展脉络，由此说明该套编钟使用鎏金工艺进行装饰具备技术保障。
通过超景深显微镜和扫描电子显微镜对编钟金丝的形态进行观察，发现金丝表面有明显间隙，部分可见涂抹痕迹和边缘流挂痕迹，纹饰附近基体上有金色颗粒残留，金丝样品剖面可见大量孔隙结构。金丝表面均未发现捶打或剪裁等加工痕迹，且金丝完全填充于凹槽内，与基体不存在空腔。上述形态特征显示编钟表面装饰的金丝与传统错金使用的金丝存在明显差异。
金丝样品内部的形貌和成分分析结果显示：金丝成分主要为金银汞合金，Au含量大于91.6%，Ag含量为1.0%～4.0%，Hg含量为0.5%～6.0%，且金丝内部有加热驱汞后的气孔，说明采用了鎏金工艺。
通过超景深显微镜和X射线无损检测系统分析共同显示：编钟表面存在开槽工序。因装饰空间和纹饰需要，开槽越细越好，而从凹槽的形态和尺寸来看，开槽的质量并不高。因此，使用错金工艺并不能完全保证金丝能够平整牢靠地贴合于编钟表面，而鎏金工艺则可以通过控制金泥的涂抹量和次数来填充凹槽。由于鎏金需要多次涂抹才能形成一定厚度的金丝，人工涂抹容易导致金丝表面出现间隙、空洞、流挂等痕迹，这属于人工操作留下的痕迹。
对编钟表面开槽鎏金的目的进行了推测，由于饰金纹饰细如发丝，开槽是为了让鎏金与基体固着紧密。且鎏金对凹槽的质量要求并不高，有利于减少人工錾槽的工作量。
编钟表面金丝的形态特征和成分表明该套编钟采用凹槽鎏金工艺进行装饰。
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