鐵質文物作為金屬文物的一個重要組成部分，對研究我國冶鐵業的發展和探討鐵器在社會生活中的應用有著非常重要的社會及文化意義。但由于鐵的化學性質活潑，鐵器在潮濕的埋藏環境中極易發生腐蝕，因此出土的鐵器大多發生程度不一的銹蝕，有的鐵器表面與土結成厚厚的很堅硬的礦化銹蝕層，很難辨別鐵器的原狀；有的鐵器則是表面通體銹蝕，出現穿孔、層狀剝離等現象。

導致鐵器產生病害的因素大體可分為內部因素和外部因素。就內因而言，鐵的活潑的化學性質是導致鐵器腐蝕的最根本原因。而鐵器的合金結構成分和制造工藝是鐵器化學腐蝕的主要內因，就如同其“先天性質”有優劣之分。因此不難理解出土的一些鐵器銹蝕非常嚴重，而另一些鐵器仍能保持完整的基體。另外鐵器銹蝕產物的成分、結構也會對鐵器產生直接的影響。

一、活潑的化學性質是鐵質文物腐蝕的最根本原因

鐵屬于化學性質比較活潑的金屬，與周圍的氣態介質如二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、氯氣、氯化氫等或液態介質如水、硝酸、硫酸、鹽酸等接觸時，表面會很快發生化學腐蝕，生成相應的鐵的氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、硫化物等，所以能較完好保存下來鐵質文物相對于化學性質較穩定的銅、金、銀質的文物要少很多。

二、鐵質文物的組織結構是鐵器化學腐蝕的主要內因

鐵質文物的組織結構可以分為三類： 鐵素體、鐵素體+滲碳體、鐵素體+石墨體+少許滲碳體。

鐵素體是指碳與鐵形成共晶組織的共熔體。受古代冶煉工藝所限，以鐵素體為基本組織的器物中的鐵碳合金無法重新排列，從而產成帶氣孔的海綿狀結構，雖然其質地柔軟，易于鍛造，但是抗腐蝕性較差。

鐵素體+滲碳體指鐵碳共晶組織中碳含量大于0.05%而小于6.67%的共熔體。碳鐵化合能生成碳化鐵，分布于鐵素體的金相組織中。而滲碳體一般分布不均勻，滲碳體晶體與鐵素體之間有嚴重的扭曲現象， 形成微裂間隙，因此這類鐵器的抗腐蝕性也比較差。

鐵素體+石墨體+少許滲碳體結構。滲碳體中的碳化鐵在高溫下或長時間加熱的條件下，會逐漸分解為鐵素體與石墨體。而石墨體無論是片狀還是團絮狀，它們的結構都是層狀的，層與層之間的空隙是有害分子進入鐵器內部的通道，所以這種結構的鐵器的抗腐蝕性也較差。

從以上結構分析可以看出，這三種結構的鐵質文物都有產生病害的隱患。但是由于古代熟鐵、生鐵和鋼的冶煉工藝不同，特別是鋼在冶煉過程中需要反復鍛打，因此內部的微孔較少，相對抗腐蝕性較好。一般來說，鍛打次數越多，微孔就越少，所以鍛打的鐵器的機械性能、防腐蝕性能及強度都優于鑄造的鐵器，但是這些優勢只是相對而言。由于鍛打的鐵器經過反復折打，形成很多層次，環境中的水分、氧氣和溶鹽利用層與層之間的通道進入鐵器內部進行腐蝕。一些鍛打的鐵器出土后由于脫水及溶鹽潮解等作用，出現腐蝕開裂、層狀結構片狀脫落等現象，所以鍛打的鐵器有時也會產生特別嚴重的腐蝕。

三、鐵碳合金結構（Fe-C）活性差異引起電化學腐蝕

1.析氫腐蝕 鐵質文物一般都是鐵碳合金，成分中Fe-C的活性差異形成無數個原電池，產生電化學腐蝕。 陽極：Fe-2e→Fe2+ 陰極：2H++2e→H2↑

2.吸氧腐蝕 鐵質文物在環境濕度比較大的情況下，可以成為熱的良導體，表面經常結成水膜，水膜吸收溶解空氣中的O2、SO2、CO2等，于是鐵器表面如同置于含有H+、OH-、HCO3-、HSO3-的溶液中。腐蝕過程中，Fe作陽極、C作陰極， 溶于水中的O2得到電子生成OH-。反應式如下： 陽極：Fe-2e→Fe2+ 陰極：O2+2H2O+4e→4OH- 總反應：2Fe+2O2+2H2O→2Fe（OH）2 Fe（OH）2進一步被氧化并部分脫水變成疏松的鐵銹FeOOH。

3.差異充氣腐蝕 由于鐵器在地下埋藏上千年，表面都覆蓋有沉積物，這種沉積的硬泥土因覆蓋不均勻會導致氧氣在鐵器表面分布不均勻，從而引起的腐蝕稱為差異充氣腐蝕。鐵質文物表面氧濃度高，內部氧濃度低， 濃度高的部位的氧較易得到電子，而氧濃度較低的部位的氧難得到電子，這樣就形成一個濃度差電池，O2濃度大的部位為陰極，O2濃度小的部位為陽極，其電子反應如下所示： 總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2 Fe（OH）2將進一步被O2所氧化，生成Fe（OH）3，并部分脫水成為疏松的鐵銹。 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3=Fe2O3?x H2O（鐵銹）

四、銹蝕產物成分及結構對鐵器銹蝕的影響

鐵質文物在潮濕空氣中會迅速生銹，在鐵質文物外表形成一層褐色的氫氧化鐵，在氧存在的條件下，形成三種不同構相的同分異構體--α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH。其中γ-FeOOH由于其疏松形態及毛細管作用，可使含有一定氧的水分子深入鐵質文物內部，不僅使鐵質文物發生化學腐蝕，而且會發生速度更快的電化學腐蝕，腐蝕的產物仍是疏松吸水物質，所以腐蝕周而復始可以不斷進行，鐵銹的厚度也不斷增加。

有些鐵器在有些濕度比較大的環境中埋藏，鐵器表面易結露形成水膜。當空氣中的O2、Cl2及CO2、SO2、NO2、HCl、H2S 等有害氣體溶于水膜時，會形成稀酸進入鐵器內部與鐵金屬反應，形成腐蝕產物如硫酸亞鐵、硫化亞鐵、碳酸亞鐵、氯化亞鐵和氯化鐵，這些鐵鹽在潮濕環境中易水解生成氫氧化鐵，或者進一步反應生成疏松的鐵銹。

可以看出，鐵的化學性質，鐵器的合金結構成分，制造工藝以及腐蝕產物的成分、結構都會對鐵器的腐蝕產生影響，需要對這些腐蝕機理進行研究，制定有效的措施才能更好地對鐵質文物進行保護。