選取湖北地區出土的六件鐵器，年代為戰國至西漢，器物種類為食器和工具，基本信息見表1。由表1可見：1號和2號鐵器足部的紋飾輪廓、棱線特征及形態仍清晰可辨。3號鐵器因腐蝕嚴重，出土后尚未整理，無法進行拍照，僅進行了X射線探傷檢測，X射線探傷檢測結果表明，其口沿、圈足原始形態依然保持。上述三件器物的銹層致密，器物基本保持了原有形態，應屬Ⅰ型銹。4號鐵器表面銹層疏松、起伏較大，器型難以辨認。5號鐵器銹層疏松，銹層表面凹凸不平，改變了器物原有的平整度。6號鐵器銹層疏松，銹蝕產物高于原有器表，器型發生變化。上述三件器物的銹層疏松，器物原有形態發生改變，應屬Ⅱ型銹。

為了最大限度地保護文物，從器物斷裂邊緣或脫落殘片取樣，共計七個，其中4-1和4-2均為4號鐵器的樣品，詳見表2。

1.2.1   顯微組織觀察

將采集的樣品制成金相試樣，使用德國徠卡DVM6型超景深顯微鏡，在明場和暗場條件下觀察銹層試樣顯微結構。對于金屬基體試樣，拋光后使用浸蝕液(體積分數為4%的硝酸乙醇溶液) 處理，使用德國Leica DM2700型金相顯微鏡對其進行金相觀察。

1.2.2   成分分析

使用荷蘭 Phenom XL 型臺式掃描電鏡及其配套的能譜儀對試樣各組織的形貌及合金成分進行原位檢測，以判斷銹蝕物成分。加速電壓為15kV。

1.2.3   銹蝕產物分析

使用法國HORIBA XploRA plus型拉曼光譜儀對銹蝕物進行原位檢測，以判斷銹蝕物的物相結構。激光器波長為532nm。

七件試樣中，除4-1、5和6號試樣的金屬基體尚存，其余四件均完全銹蝕，檢測結果見圖1~5，試樣組織觀察結果見表3。

圖5 5號及6號試樣的顯微組織

使用拉曼光譜對六件器物的銹蝕產物進行檢測。其中，對于1號和2號試樣，結合顯微組織觀察中的選點進行原位檢測，其余試樣因無法分辨銹蝕物的組織特征，故在銹層上選點檢測，拉曼光譜見圖6~11，銹層分析結果見表4。

圖6 1號試樣不同區域的拉曼圖譜

由表5可見：1號試樣顯微組織是由珠光體和滲碳體組成的萊氏體組織，其中的亮色圓形斑點為珠光體，經檢測：點1、2為未腐蝕的金屬顆粒，主要成分為Fe和C，而點3、4、5、6中的O含量較高，推測其為Fe的腐蝕產物。2號試樣亮色長條形部分的點1、2處組織為未腐蝕完全的滲碳體，其中含C，珠光體組織中的點3、4為Fe的氧化腐蝕產物。上述結果說明保留組織“痕像”的1號和2號試樣各組織存在優先腐蝕。

鐵器銹蝕狀況不僅與保存環境有關 , 還與其內部組織存在密切關系。從宏觀形態上看，由于Ⅰ型銹銹層自器物原始表面向內生長，因此器形輪廓特征清晰可辨，而Ⅱ型銹銹層在生長中除向內生長外，還向外發展，會破壞器物原始表面，因此其形態難以辨認。顯微分析表明，Ⅰ型銹器物銹層中保留了組織“痕像”，且均為鑄鐵組織。而Ⅱ型銹器物銹層無組織保留，為熟鐵。Ⅰ型銹器物中 (1號和2號試樣)除自身的一次滲碳體、二次滲碳體組織外，珠光體、萊氏體組織中也含有滲碳體。珠光體組織是鐵素體與滲碳體組成的混合物，萊氏體組織是共晶奧氏體與共晶滲碳體組成的混合物。3號試樣中C以石墨形式存在、基體以珠光體為主并存在少量的萊氏體。而Ⅱ型銹器物組織僅為鐵素體單相晶粒，無滲碳體組織及石墨分布。綜上可知，鐵器銹蝕特征與碳含量有關，組織中的碳含量越高，殘留的滲碳體組織、石墨越多。滲碳體組織及石墨可能是白口鑄鐵、 灰口鑄鐵器物銹層向內生長，并保留組織“痕像 ”的重要因素。

滲碳體是間隙固溶體，碳的質量分數為6. 69%，Fe-C鍵具有金屬鍵和共價鍵，其結合強度是Fe-Fe鍵的兩倍，原子間具有強結合力，硬度高。1號和2號試樣銹層中的魚骨狀、枝晶狀滲碳體組織及萊氏體、珠光體中以球狀、層狀分布的滲碳體組織遍布整個結構。拉曼光譜原位分析結果表明，這兩件試樣的銹蝕產物中，滲碳體的腐蝕產物為C，珠光體的腐蝕產物為α-FeOOH+C。因珠光體由鐵素體和滲碳體組成，可以推測，鐵素體的腐蝕產物為鐵的氧化物(α-FeOOH)。在滲碳體的腐蝕產物中僅檢測到C，推測其腐蝕產物中鐵氧化物以非晶體的形式存在。在以往青銅器和鐵器的研究中，均發現了無定形銹蝕產物 。因此，白口鑄鐵中的滲碳體在銹蝕過程中，能以原始形態保留在組織中。3號試樣(灰口鐵) 中的石墨三維網狀結構不會隨器物的腐蝕而消失，同樣也能以原始形態保留其中，使鑄鐵文物保持原有的形貌。

鐵器各組織在埋藏環境中，均可發生局部電化學腐蝕，且隨著碳含量的逐漸增多，不同組織極性依次為：石墨>滲碳體>萊氏體>珠光體>鐵素體，由于各組織活性不同，會產生優先腐蝕現象。亞共晶白口鐵(1號樣) 組織中，珠光體相對于萊氏體發生優先腐蝕。過共晶白口鐵(2號樣) 組織中萊氏體相 對滲碳體，發生優先腐蝕。當鐵素體與滲碳體并存時，白口鑄鐵組織中會形成許多微電池，鐵素體為陽極、滲碳體為陰極，鐵素體優先發生腐蝕。灰口鐵(3號試樣) 為石墨化腐蝕，石墨在多數腐蝕介質中不發生反應且其極性最大，珠光體與萊氏體基體發生選擇性腐蝕，最后殘留大量的石墨結構。研究發現申明鋪遺址出土鐵器的萊氏體組織中圓顆粒狀的珠光體組織易發生銹蝕。王紫色等研究發現，隨滲碳體含量的減少，鐵器腐蝕加劇。

在鑄鐵器物中，白口鐵中的滲碳體在整個組織中形成密集網狀結構，而滲碳體后于鐵素體腐蝕，故鐵素體晶粒在優先腐蝕過程中，被禁錮在滲碳體網狀結構中。滲碳體的腐蝕產物為無定形鐵的氧化物和C，也能保持原始組織形態，故白口鑄鐵器物腐蝕后，器物的宏觀形態特征未發生明顯改變。鑄鐵在石墨化腐蝕過程中，網狀石墨結構和腐蝕產物形成表面層，其具有牢固且致密的特性，尤其是基體呈細密的珠光體和連續性好的片狀石墨組織的灰口鐵更易形成致密的表面膜，因此能維持器物表面原有的 形態特征。這類似青銅器中的I型銹。

熟鐵器物中的鐵素體組織，C溶于α-Fe的間隙固溶體，為體心立方結構，組織中只有單相晶粒，未能形成滲碳體網狀結構和石墨。Fe在腐蝕過程中，轉變為α-FeOOH、Fe3O4、α-Fe2O3、β-FeOOH等氧化物晶體，會突破原有Fe原子的晶格，沿晶體取向生長，從而破壞原有器物表面，形成表面疏松、膨脹的銹層，類似青銅器中的II型銹。本工作中4~6號試樣的組織均為單相的鐵素體晶粒。

除本工作中1~3號器物銹蝕特征屬于 I型銹之外，在已有的研究中也有I型銹特征的器物。漢陽陵出土的鐵器中，德賽M107:10鐵盆和鐵釜-3材質均為灰口鐵，銅綠山遺址 出土的大鐵錘的材質為灰口鐵。西安古橋遺址出土的兩件大型鑄鐵件的材質分別為白口鐵和灰口鐵。

針對不同銹蝕形態的鐵質文物保護，I型銹保留了器物原始表面、器型特征 , 一般予以保留 ; II型銹可能破壞了器物的原始表面，導致紋飾消失、器型難以辨認 , 即使是無害銹，在必要的情況下，也應予以適當去除，以恢復器物外形。