无损检测揭秘“马踏飞燕”铸造工艺

铜奔马，造型优美，构思巧妙，铸造精美，工艺高超，是我国古代青铜艺术品中罕见的杰作，现收藏于甘肃省博物馆。铜奔马高34.5cm、长44.5cm、宽10cm、重7.15kg。马的造型呈飞速奔跑状，三足腾空，右后蹄掠踏一只展翅飞翔、回首惊顾的飞鸟背上，全身着力点集中于超蹑飞鸟的一足之上，即表现了马奔跑中的姿态，又显示出了马的迅疾速度，再利用鸟展开的双翅，恰好起到了平衡支撑作用，十分准确地把握了力学原理，如图1所示。整个作品集造型、速度和力学原理于一体，构思非常巧妙。与铜奔马一起出土的还有一支阵容庞大的铜车马仪仗队，由38匹铜马、1头铜牛、1辆斧车、4辆轺车、3辆辇车、3辆大车、2辆小车、1辆牛车、17个手持戟矛的武士俑和28个奴婢俑组成。这是迄今发现数量最多的东汉车马仪仗铜俑，气势宏大，铸造精湛，显示出汉代群体铜雕的杰出成就。铜奔马1969年出土于甘肃武威雷台，50多年来，许多学者对铜奔马的发现、年代、造型及其命名等问题进行了深入探讨，发表了大量研究文章。但是，对铜奔马铸造工艺方面的研究相对较少。1974年2期《考古学报》的《武威雷台汉墓》发掘报告曾提到其铸造工艺是范铸法制造的，但是后来有学者认为是用青铜失蜡铸造工艺制作而成。而马臀上左右两块铁锈斑，则被认为是失蜡法铸造时留下的铜液浇注口和排气孔。博物馆展览铜奔马时，也解说为中国古代失蜡法铸造而成。甘肃省博物馆为了进一步研究铜奔马及铜车马仪仗队中甲型马和乙型马的铸造工艺，在兰州石化重装金属无损检测试验中心和甘肃省文物考古研究所文物保护修复中心，利用现代科学仪器对铜奔马和铜车马仪仗队中的甲型马、乙型马分别进行了检测分析。1铜奔马01射线检测利用DZ-9/30000型驻波电子直线加速器和YxlonSmartEvo300D型X射线探伤机对铜奔马进行金属射线探伤，通过造影图像分析，如图2所示。在马头颈、身躯和腿足相接处可以明显看到有颜色深浅不同的铸接痕迹，显示出其铸造工艺为陶范铸接法，系先铸造马头颈、身躯，分铸腿足，再将各部铸接一体，耳、雄胜头饰和尾巴分别另铸，插入马身上相应部位的洞孔里。马腹内空，腹下为一椭圆形口。新发现马右后腿踝关节内有一深色阴影部分呈“и”形，“и”顶端在马腿跟与马身的连接处呈圆孔卯榫形（图像不清晰，或为半圆弧卯榫形），踝关节下边一段呈半圆弧孔形，下端与鸟背连接处呈圆孔形（图像不清晰，或为半圆弧形)，鸟腹部铁芯因铜质厚度造成扫描图像不清，但从外表鸟腹底部可见露出的铁芯，推测是“и”形铁芯穿过鸟腹通到底端。也就是铸造腿足时，在陶范内预先放入“и”形铁构件，浇注铜液铸成铁骨铜腿，再与马身铸接为一体，明显是为了强化腿部强度和支撑力而专门制作的，在其他三条腿足内部也可看到呈深色条状阴影，再从右前蹄下外露铁芯分析，推测是铜腿内部的铁质加强筋。02目视检测

在铜奔马外观及马蹄底部仔细观察，表面铜质精纯，范铸垫片痕迹不清，铜锈均匀覆盖，各部件连接处铸接痕迹不清晰，只在马腿根内侧可见铸接痕迹，如图3所示；右前蹄底残留有直径约0.6cm的锈蚀铁芯，如图4所示，右后蹄下飞鸟腹底中部有一个直径约0.3cm的柱状凸起，表面被绿锈覆盖，隐约可见锈蚀铁芯，如图5所示

。左侧两蹄底部因被土锈覆盖，蹄内情况不清。马臀上一左一右有两块1cm×1cm左右的方形铁质垫片，可明显看出并非是铜液浇注口。右边的铁质垫片因锈蚀严重，呈不规则方形，如图6所示。03成分检测明确了铜奔马铸造工艺后，为了解铜奔马所含金属成分，在甘肃省文物考古研究所文物保护中心，利用ThermoscientificNITONxL3tXRFAnalyzer型便携式X射线荧光光谱仪对铜奔马进行了金属成分含量无损检测分析。检测条件为：合金模式，电压40kV，电流为自动调节，一般为5μA。检测数据如表1所示。

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甲型马和乙型马

01射线检测武威雷台汉墓与铜奔马一起出土的铜车马仪仗队，根据不同造型分为甲型马和乙型马，其中甲型马30匹，乙型马8匹，如图7所示。在甘肃省文物考古研究所文物保护修复中心，在甲型马和乙型马中各选取一件样品进行射线探伤分析。在编号为21121号甲型铜马的扫描图（图8）上，范铸时使用的铜垫片痕迹不清，马头颈跟身躯相接处有一条颜色深浅不同的铸接痕迹，4条马腿与马身连接处的铸接痕迹清晰可见，马腿中间隐约可见一深色条状阴影似为铁芯骨。铸造工艺为先范铸马头、身躯，分铸腿足，再将各部铸接成一体，耳朵、雄胜头饰和马尾另铸后，分别插入马身上相应的孔内。马头颈为实心，身内空腹，腹下有一椭圆形口。编号为21119号乙型铜马正面和背面的X射线扫描图像上，可见马颈两侧和身上分布多个1cm×1cm左右的方形黑块，应为范铸垫片，马颈部跟身躯之间有白色线条应为铸接痕迹，身躯前半身跟后半身中间有一道白色折线也应为铸接痕迹，马身与马腿相接处有明显的铸接痕迹，如图9a所示，图中马腿上浅色为铜腿，腿内深色阴影疑似铸夹的锈蚀铁芯，如图9b所示。其铸造工艺为先铸马头颈、身躯、分铸腿足，再将各部铸接一体，铜腿内铸夹铁芯，马身内腹空，腹下一椭圆形口。02目视检测对甲型马的外观仔细观察，铜质精纯，范铸垫片痕迹不清，头颈、身躯与腿足交接处铸接痕迹清晰可见，是分件铸造，再将各部件铸接为一体，最后打磨修饰，4个马蹄内均残留有夹铸的锈蚀铁芯，从露出断面可看出为截面0.4cm×0.4cm左右的方筋铁条，如图10所示。乙型马的外观上看铜质相对粗糙，杂质较多，制作不精，马颈身躯部和马腿根部有铸接痕迹，在左前蹄内可以清楚看到铜腿内夹铸的直径约0.3cm锈蚀铁芯，其余3条蹄内因覆盖有范土而无法看清内部痕迹，如图11所示。结论关于铜奔马及甲型马和乙型马的铸造工艺，通过现代科学仪器进行金属探伤分析、观察表面铸造痕迹和马蹄底内残存的铁芯，再结合金属成分检测结果，有以下几点认识：(1)首先可以确认，铜奔马是沿用商周时代传统的青铜陶范铸造法分段铸造铸接而成，而不是之前有观点误认为是采用春秋战国以后的失蜡法铸造的。(2)通过综合分析，认为当时铸造铜奔马时，工匠在马的右后腿内夹铸了卯榫状铁芯骨，以增强马腿的强度和支撑力，这是铜奔马铸造工艺的新发现。铁器大约是春秋中晚期大规模出现的，具有比青铜器更加坚硬结实的质地和性能，青铜的熔点为1084.62℃，而铁的熔点为1539℃。马踏飞燕的制作者在设计之初，便考虑到了仅仅依靠一条青铜质地的马腿，其强度不足以长期支撑一足踏在飞鸟之上且重量超过7kg的奔马。于是巧妙地利用青铜和铁两种熔点不同的金属，将当时最坚硬的金属铁，铸在起支撑作用的青铜右后腿内及其他腿内，做成坚固的铁骨铜腿。铜制动物腿部夹铸金属条做加强筋的铸造工艺，在秦始皇兵马俑出土的青铜仙鹤等长腿禽类动物腿内曾经发现过（使用青铜条做芯骨加强腿部支撑的工艺）。这次铸造铜奔马时，工匠利用这种传统工艺，在铜奔马的右后支撑腿内，特别设计制作了型铁构件作为加强筋，并且在腿根、踝关节、蹄足等受力部专门做了榫卯状特殊处理，使铜奔马得到了最佳强度和支撑效果，令这匹铜奔马一足掠踏飞燕之上历经2000年伫立不倒。(3)铜车马仪仗队中甲型马和乙型马铸造工艺不同：虽然都是先铸马头、身躯，分铸马腿，再铸接成一体，铜腿内铸夹铁芯骨，但甲型马铜质纯净，铸工精细，垫片不清;而乙型马铜质不纯，铸工粗糙，垫片清晰可见。造型上，甲型马身躯高大矫健，耳较长直立向上，尾做弧形，末端打结，收尾处细长;而乙型马皆形体肥壮，耳较短而前倾，马尾扁平弯曲，乙型马的身材比例不及甲型马匀称。另外，甲型马无铭文，乙型马刻有铭文。很明显甲型马和乙型马不是同一模型和工艺制作的。30匹甲型马，是一批制品，而刻有铭文的8匹乙型马则是另外