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干將莫邪等絕世名劍是怎么滲碳的？

2017-05-03 10:05:20 作者：本網整理來源：材易通分享至：

一、滲碳原理

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滲碳：是對金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼，具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質中，加熱到900--950攝氏度的單相奧氏體區，保溫足夠時間后，使滲碳介質中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使滲過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。

簡單的說，滲碳就是增加鋼鐵制品的碳含量。鋼的含碳量越高就越硬，古代通常都采取表面滲碳，以提高鋼鐵制品的堅硬度。

二、古人如何滲碳

我們從古代傳承下來以及從日本等地傳承的古法冶煉和鍛造的操作中，可以知道至少分兩大類：一類是在冶煉時滲碳；還有一類是在冶煉得到成品鋼鐵后，在鍛造過程中進行滲碳。

1冶煉時滲碳

如日本刀匠一直使用至今的古法冶煉，其實就是較原始的使用木炭燃料進行悶燒獲得海綿鐵的技術。由于木炭溫度最多只能達到1200度左右，因此這種冶煉通常要把木炭覆蓋在礦石上連續燒好幾天。而燃燒是會讓鋼鐵失碳的，但覆蓋木炭進行悶燒這種手段，使得一些未燃燒的一氧化碳經過反應，最終成了滲碳過程，部分地局部地補充了含碳量。但也由于這種冶煉方式的原因，得到的海綿鐵成品成分非常復雜，還有不少有害雜質，各部位含碳量當然更不一樣。所以鐵匠們會把成品海綿鐵砸開，然后憑經驗挑出含碳量接近的部分歸類，在分別用于不同的用途。這是最原始也最常見的冶煉滲碳技術之一。

2鍛造過程滲碳

還有一類是在冶煉得到成品鋼鐵后，在鍛造過程中進行滲碳。這個過程中的滲碳手段更多，也更為復雜。大體上可以分為固體滲碳和液體滲碳兩類，具體內容下面進行一一介紹：

固體滲碳

對制品進行固體滲碳。如日本刀制造時，在折疊鍛打鋼鐵時，會在工件外包裹紙張和草木灰及泥漿等進行鍛打，這是一種滲碳手法。紙張草木灰都是滲入劑，泥漿則是分散劑，可防止碳滲入物黏結不勻、以及幫助析出炭黑。

我國明代《天工開物》里記載的制針方法，也是固體滲碳，但和日本刀制造過程中的滲碳技術比，這是屬于非常高端的外熱式箱體滲碳技術。

這種技術，是把工件整好形，放入坩堝等容器中，然后蓋上木炭、豆豉、土末，在容器外加熱。木炭、豆豉自然都是滲碳用，土末依然是分散劑。這種滲碳技術的好處，是工件得到的滲碳非常均勻且穩定，且碳勢很高，效率和效果都相當好。其實這種技術到現代也還在用的，就是所謂的“燜鋼法”。

另外還有些和日本刀鍛造過程中的滲碳技術一樣的做法，但用的材料不一樣。如明代的《物理小識》里說，要用大醬和硝涂抹工件，然后進行熱處理——不要小看這點不同，就這一點點不一樣，事情的性質就變了。

大醬和豆豉的材料是一樣的，但硝是含氮的，所以這種滲碳技術就是碳氮共滲技術，大醬和硝是共滲介質。用木炭豆豉泥漿是一種技術，一換成大醬和硝就成另外一種原理都不同的技術了。

另外還有用油脂、動物角和毛發指甲，以及自然灰也就是碳酸鈉（這是很好的是催滲劑）等等一起進行滲碳的。實際上這種技術到現在也還在大量應用，一般用機油和碳黑等材料制成的膏劑對工件進行涂抹，然后進行滲碳處理，叫膏體滲碳。

液體滲碳

一定有很多人想知道古代那些神兵利器尤其是那些名劍都去哪里了吧？《吳越春秋》里有記載制造我國古代著名寶劍“干將”的過程。從這個記載里，可以知道干將因為“金鐵之精”不能“銷”，于是投入毛發和指甲，然后再讓人投入大量木炭，最終“金鐵之精”溶化而成劍。這其實是一種比較原始的液體滲碳技術。

在青銅器盛行的年代，出現了一把鋼鐵劍，當然是毫無疑問的寶劍了，削那個青銅如泥這絕不是傳說。但問題在于鋼鐵器太容易腐蝕了，一不小心就爛成渣。從干將的記載看，我認為中國古代，尤其是春秋戰國到西漢的絕大多數名劍，都因為是鋼鐵器所以才稱雄一時，但也恰恰因為它們是鋼鐵器，又很快地被時間之河侵蝕因而徹底消亡——這就是為什么干將莫邪純鈞湛盧等等絕代名劍都不見后世的根本原因。

再就是著名的灌鋼法了。這種技術是把生鐵當滲碳劑使用，對熟鐵進行滲碳，得到合適含碳量的鋼。所以這種技術都是先制備好熟鐵，然后將生鐵溶化淋到熟鐵工件上進行滲碳。這種技術在我國文獻里記載相當詳細，如《天工開物》。

南北朝時期的著名刀匠綦毋懷文造宿鐵刀的技術也是一種滲碳技術。《北史》的記載是這樣的：“又造宿鐵刀，其法燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛。以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十札。”從“燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛”一句看，這依然是把生鐵當滲碳劑用，且很可能他最終造出來的是某種花紋鋼產品。

在滲碳技術之余，是古人對催化介質的不斷認識和創新。

譬如干將用毛發指甲，以及明代文獻記載中大量使用牛羊角及其灰燼、油脂、自然灰，還有箬皮灰、青鹽、砂等等，都是這類。這些東西，動物毛發之類都是含氮的，氮能降低鋼鐵的臨界溫度，加大淬透性，并提高滲碳速度和工件表面硬度，是非常重要的滲碳介質。這些演變，都是滲碳技術里的一個分支發展，就是碳氮共滲技術。

中國古代造刀劍一直都有投入動物毛發指甲乃至骨骼的傳統，而傳說中以身殉爐的也不少，這些做法在本質上就是增氮滲碳法——其實古人跳爐子是真有科學道理的……

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責任編輯：汪玉玲

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