摘要：汉长安城武库遗址出土了大批西汉铁器，其中铠甲片、金属镞出土数量丰富，种类繁多。本文系统分析了24件铠甲片与17件残镞铁铤，发现残铁铤既包括铜镞之铤，也存在铁镞之铤，且存在不同的接铸顺序；所分析的铠甲片属于铜铁复合器，与铜镞之铤均存在超薄的夹铜层结构。依据两者微观结构特征，本文进一步认为具有铜铁复合架构的铠甲片是由这些铜镞之残铤经退火、锻打制成，且铠甲片的整个加工流程应完成于武库内，因此武库除屯藏兵备的职能外，还具有铁器锻造成型、加工的功能。汉长安城武库遗址是西汉时期中央武库所在，遗址内发现的七座建筑基址内出土大量珍贵遗物，除建筑、生活用陶之外，以铠甲片与金属镞、铤出土数量最为丰富。其中铠甲片集中出土于一号建筑内，甲片形制多样，但厚度、编缀孔孔径规格统一，厚度规格为1、1.5、2毫米三种，编缀孔径规格以1、1.5、2毫米三种为主，少数为3毫米，为宏观辨识锈蚀粘连的甲片数量提供了参考依据。金属镞、铤则集中发现于七号建筑内，镞形制多样，铤径粗细有别[1]。杜茀运等人曾系统分析过武库出土铁器，初步判断铠甲片是熟铁锻打而成，铁镞是中、高碳钢锻打制品[2]；白荣金等人通过室内清理，复原了武库鱼鳞甲的编缀方式[3]，但未对铠甲片和铁铤制作工艺进行具体研究。本文拟通过金相学与扫描电镜能谱分析揭示两类器物的制作工艺，讨论其生产流程与组织模式。本文共采样铠甲片11组24件、残铁铤16组17件，分别出土于武库一号建筑与七号建筑内，与以往分析器物不重复。24件铠甲片严重锈蚀粘连，残断面可见黑色锈蚀产物，锈蚀分层明显，器物表面有白色附着物，多数附有铜绿。部分甲片编缀孔内留有铆钉，应为编缀连接零件。17件残铁铤均不见镞身，多数表面平整，呈圆柱状，少数有明显受热特征，存在表面熔瘤、熔化变形、多件熔融粘连等现象（图一）。图一 铠甲片、铁铤样本照片
实验分析工作以器物横、纵截面的显微结构观察与成分分析为主，均于北京科技大学冶金考古实验室完成。由于铠甲片锈蚀严重，为区分不同甲片原生外边界与甲片自身的多层结构，分析前先通过宏观观察确定样本粘连数量，再于特定区域取截面样本。由于残铁铤呈圆柱状，分别截取其横、纵截面样本。两类器物样本均经环氧树脂冷镶，经打磨抛光后于LEICA DM4000M显微镜下预观察；用3%的硝酸酒精溶液浸蚀后，于显微镜下再观察。样品经再抛光与表面喷碳处理后进行扫描电镜能谱分析，仪器型号为捷克Tescan公司VEGA 3 XMU与德国Bruker Nano Gmbh610M，分析参数为高真空，激发电压20kV，能谱工作距离约15毫米，激发时间≥80秒。铠甲片分析结果（表一）显示，24件铠甲片均由铜铁复合材料锻打成型，铜料为铜锡或铜锡铅合金，铁料多锈蚀严重，1件（HCWK027-1）保留少量铁素体组织。铠甲片发现“夹铜层”铜铁复合结构，包括扁环夹铜层与平行夹铜层两种。扁环夹铜层为单个或多个拉长扁环状青铜料被包裹于铁的锈蚀层内（图二），共5件样本存在该结构。平行夹铜层往往成对出现，呈2层或4层青铜合金层或青铜锈蚀层分别平行分布于3层或5层的铁锈蚀层间，从而形成“3+2”或“5+4”型的夹心结构（图三），共19件样本存在该结构。夹铜层平行方向、扁环拉长方向均与甲片锻打加工方向平行，多数甲片内青铜层也出现严重锈蚀，可通过铜、锡等元素分布来辨识夹铜层结构、分布及其走向。复合状态上，铜、铁料连接紧密，分界明显，但铜层表面不完全平整，常见铁料向铜层内扩散的现象。不同样本内夹铜层厚度、铜层间距并不统一；但单件甲片内，成对铜层厚度、腐蚀状态、走向基本一致。个别青铜锈蚀层内出现铜、锡的锈蚀产物错位的现象（图六），可能是因为腐蚀产物中铜离子形成可溶盐后发生迁移，锡的锈蚀产物则保留于原位。表一 铠甲片微、宏观信息表
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图二 HCWK010-2 内扁环夹铜层背散射照片
图三 HCWK012-2内平行夹铜层背散射照片
图四 HCWK012-2 夹铜层浸蚀后金相照片
图五 HCWK021-3夹铜层未浸蚀金相照片
铁铤分析结果显示，17件残铁铤有铜铁复合结构、铁铁复合结构和无复合结构，可具体分为4类（表二）。表二 铁铤微、宏观信息表
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图六 HCWK020截面元素分布图
图七 HCWK042纵截面元素分布图
图八 HCWK042纵截面金相照片
图九 HCWK050夹铜层金相照片
图一〇 HCWK050横截面背散射照片
A、B类铁铤为铜铁复合结构，共4件，可初步判断为铜镞之铤，两类铁铤铜铁复合方式有所不同。A类铜镞之铤仅1件，为帽状铜层包覆铁铤一端，样本芯部铁料为铸铁固态脱碳钢。B类铜镞之铤共3件，呈管状夹铜层结构。铁铤横截面为多圈同心圆，管状青铜合金层被裹挟于铁料内部，铜管内亦被铁料填充，由外到内依次为铁料、青铜料、铁料，铁料均锈蚀严重，个别保留有石墨组织（图一五）。管状夹铜层较薄，横截面呈圆角方形或圆形，管内壁相对平整，管外壁不平整，铜料主体为铸后受热组织，但管外壁附近则存在（α+δ）共析体与细小铅颗粒，且呈现出铜、铁料熔融态下相互扩散的现象。![]()
图一四 HCWK057横截面背散射照片
图一六 HKCWK049-1金相照片
C类铁铤为铁铁复合结构，共6件，可初步判断为铁镞之铤。仅存在一种铁铁复合方式，即圆柱状铁芯外包裹一层铁料。铁料虽锈蚀，横截面仍可见两层同心圆结构，芯部铁料与外侧铁料分界明显。铁铤铤径存在0.6、0.9厘米两种规格，芯料径粗约1.8～3.2毫米，少数芯料保留有铁素体组织，属于铸铁脱碳熟铁。D类铁铤为无明显复合结构，共7件，铤径为0.44～1.1厘米。总结汉长安城出土各类金属镞完整器的数据可知，铜镞之铤与铁镞之铤的铤径范围略有差异，铁镞之铤径普遍集中于0.28～0.6厘米，仅1件三棱形铁镞为0.75～0.92厘米；铜镞之铤径集中于0.4～0.7厘米，未见更粗铤径者；此外还有一些圆柱形的铁镞身身径集中在0.75～1.3厘米[4]。因此，推测D类铁铤的HCWK037、HCWK038、HCWK044可能为铁镞之铤，但也可能为铁镞镞身。根据铜铁复合温度与相态，可将铜铁复合方式分为以下五种工艺。固固常温机械拼合工艺是将固态铜料与铁料常温拼接，铜铁复合紧密度较低，常有明显缝隙，缝隙间可能残留粘合剂，铜铁料显微组织不发生变化，不存在铜铁组织的相互扩散。固固局部焊接工艺是在固态铜、铁料衔接点附近施加焊料，经高温焊接，铜铁复合紧密度较高，焊接附近有不同于基体组织的焊料成分，焊料可能在铜铁料上发生元素扩散。固固高温锻合工艺是低于铜铁固液相区温度的高温锻接，铜铁复合紧密度较高，两相分界明显，铜铁料间组织元素扩散不明显。受高温、形变影响，铜铁料组织结构发生变化，如形成孪晶、滑移带、晶粒变形、晶粒细化等锻造组织，夹杂物的排列方式与形貌发生变化等。固液高温铸接工艺可分为固态铜料与液态生铁的铸接、液态铜料与固态铁料的铸接两类。前者液态生铁温度往往高于青铜固液相区温度，铸接过程可能造成铜料表面再融化，并与铁料间发生元素扩散，使铜铁料间形成流体态复合结构，铜料近表面区域组织受热，若无后续热处理工序，铁料则保留铸造组织。后者铜液温度低于生铁熔化温度，故铸接后，铜铁料复合紧密，但分界明显，铁料表面组织受热。若无后续热处理工序，铜料保留铸造组织。高温液相混合铸造工艺是将铜铁料高温液态混合后铸造的过程。高温液态下铜因不互溶会弥散分布在铁水中，冷却后于铸铁中分布随机。武库出土A、B类铜镞之铤铜铁料复合紧密，分界明显，未发现明显焊接材料，未见明显锻造组织，故可初步判断其属于固液高温铸接工艺的产物。其中，A类铁铤铜铁料间扩散不明显，推测属于液态铜料与固态生铁铸接的产物。其制作流程为：先铸铁铤，后埋铤于范中，铸接青铜镞身，镞尖与浇道相连。B类铁铤芯部铁料保留了铸铁组织，铜料则组织不均，外表面呈现出熔融状态，并与铁料间发生元素扩散，可定性为固态铜料与液态生铁铸接的产物。故判断B类铜镞的制作流程为：先铸青铜镞身，后将镞身埋于范中铸接铁铤，铁铤尾端与浇道相连。武库出土铠甲片铜铁复合紧密，分界较明显，但铜铁料间亦存在液相扩散现象，夹铜层均成对出现，包裹于铁料间，并保留有锻造形成的孪晶组织，可确定材料复合过程经过高温加工。液相混合的铜铁复合料经退火、锻打难得到成对出现的夹铜层。虽固固高温锻合可得到铜铁多层平行结构，但铜料内难见铁料液相扩散结构，且难以得到扁环夹铜层结构，或使得单个甲片内铜层保持在统一状态。在锻造成型的铁片上淋青铜液，而后再经表面锻合铁料，可得到夹铜层甲片，但铜料内难见铁料液相扩散结构。因此，本文判断此类铠甲片是由已成型的铜铁复合材料锻打制成，原料已存在铁包铜的多层复合结构，且复合方式是固态铜料与液态生铁的高温复合工艺，经锻造再造型后，原始铜铁复合结构均沿加工方向拉长，形成平行夹铜层与扁环夹铜层结构。青铜层内观察到孪晶组织可能说明铠甲片的终锻温度低于使用青铜料的（L+α）相区温度。B类铜镞之铤在制作工艺、显微结构与成分上均满足武库铠甲片原料的要求。同时，遗址内出土的残铁铤常见熔融变形、多件粘连的现象，以及HCWK041表面因受热、氧化形成的高铁炉渣组织，均说明残铁铤普遍经过高温处理。且本次分析的武库残铁铤多为熟铁或低碳钢组织，与前人分析中为高碳钢的完整器铁镞明显不同[5]。因此武库铠甲片生产应是以同出的B类残铁铤为原料经退火、锻打制成。通过上文可知，武库既有铜镞铁铤，也有铁镞铁铤，生产流程涉及不同金属料的铸造过程，而武库内尚未发现生铁冶铸与青铜铸造的相关遗存，故推测金属镞的铸造、铸接过程完成于武库之外。其中，A、B类铜镞铁铤铸接工艺多样，既有先铸镞身，再接铁铤，也有先铸铁铤，再接镞身，分铸过程可能分别完成于铸铁作坊与铸铜作坊内，也可能完成于铸铁、铸铜生产并存的作坊。而铜镞的打磨、抛光、接杆装羽、打包成套等工序可能完成于单独的加工作坊内，亦可完成于前一道热加工工序的作坊内。C、D类铁镞的铸造过程则在铸铁作坊内完成，不排除存在与铜镞铁铤类似的多种铸接工艺，而其锻打加工、打磨抛光等工序则可能屯藏/使用/随葬屯藏/使用/随葬完成于武库内，也可能完成于具有锻造加工属性的铸铁作坊内（图一七）。图一七 武库金属镞与铠甲片生产流程图
武库内发现的完整铁镞与残铁铤性质可能完全不同，完整铁镞为屯藏兵器以及加工产品；而残铁铤可能为铁镞的加工废料以及铠甲片的加工原料。人们将废弃的金属镞身与铁铤进行分离，并分别回收再利用。其中残铁铤与铠甲片形成上下生产链条，即B类残铁铤经固态退火为熟铁或低碳钢，经锻打、钻孔、打磨抛光、编缀而成铠甲片。武库内既出土了大量可作为锻造原料的残铁铤和作为终产品的多件整甲，又出土了作为锻造废料的高铁炉渣、用于打磨加工的磨石，以及铁器组装配件等遗物。因此，本文判断武库铠甲片的整个生产过程应发生于武库内，武库除屯藏各类兵器防具外，还具有锻造加工、铁器钻孔、金属器表面打磨抛光、组装编缀等生产加工职能。注释：
[1]中国社会科学院考古研究所.汉长安城武库[M].北京:文物出版社,2005.
[2]杜茀运,韩汝玢.汉长安城武库遗址出土部分铁器的鉴定[C]∥考古学集刊(第3集).北京:中国社会科学出版社，1983:225-226.
[3]中国社会科学院考古研究所.汉长安城武库:汉长安城武库遗址出土残鱼鳞铁甲复原(附录二)[M].北京:文物出版社,2005:134-158.
[4]同[1]:87-88.根据报告带比例尺的图测量换算所得。
作者：张周瑜（中国社会科学院考古研究所、北京科技大学科技史与文化遗产研究院）；梁宏刚（中国社会科学院考古研究所）；陈徐玮（陕西省考古研究院）；刘振东（中国社会科学院考古研究所）；潜伟、张有才（北京科技大学科技史与文化遗产研究院）
原文刊于：《考古与文物》2024年第8期
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