三代青銅兵器中的銅鐵合鑄的金屬技術是如何研製出來的?
銅鐵合鑄是指用銅和鐵合製器物的一種工藝方法。發生在商代,開始時的鐵是天然的隕鐵,如商代的鐵刃銅鉞。到了商末,出現了人工冶鐵製成的銅鐵合製兵器含鐵銅鉞。其製造方法,一般是先鍛打鐵刃,然後將鐵刃後端澆鑄或焊接上銅柄。它的出現,說明中國的先人早在公元前14世紀就已經對鐵與銅在性能上的差別、鐵的鍛造、冶煉技術有了初步認識,並首先利用鐵比銅更為優越的性能來製造兵器;它的出現,促進了冶鐵業的產生和發展,預兆著鐵器時代的來臨。
1972年10月,河北熏城南代遺址出土一件鐵刃銅鉞。該銅鉞刃部斷失,殘存部包入銅內約1厘米,全鉞殘長11.1厘米,鉞寬8.5厘米。經分析說明該銅鉞的鐵是隕鐵。製造時,先將隕鐵鍛成約2毫米的薄刃後,再嵌入鉞體範內經澆注銅體而成。該鉞刃上的鐵雖屬隕鐵,但卻是我國目前考古發現的最早時代的鐵。
1976年山西靈石出土一件商末的含鐵銅鉞,長17厘米,闌寬7.5厘米。經化驗,它所含的鐵不是隕鐵。這可能是在冶煉銅礦石時,將伴生的鐵礦石同時冶煉出來並加以鑄造,它表明當時的冶煉技術已經能夠使熔爐的溫度達到冶煉鐵礦石的高度,這對當時促進冶鐵技術的發展和在冶金史上具有重要意義。
春秋戰國時期,人工冶煉鐵的技術產生後,銅鐵合製器物種類和數量增多,出現了銅柄鐵劍、鐵鋌銅鏃等。戰國末到秦漢時期,鐵逐漸取代銅成為應用最廣泛的重要金屬。銅柄鐵劍逐步為帶有銅劍首和銅劍格的鐵劍所代替。因為銅柄鐵劍雖經過多次改進,但總不如用鐵將柄與劍身製成整體,然後裝以銅劍首、銅劍格來得結實牢固。鐵鋌銅鏃,1975年在陝西秦兵馬俑一號俑坑東端出土鐵鋌銅鏃兩件,1957年在湖南長沙出土戰國鐵鋌銅鏃,銅鏃頭的底部有孔以插入鐵鋌。這時期的銅格、銅首鐵劍,鋌銅鏃稱為後期的鋼鐵合製器物。上述鋼鐵合製兵器,約從西漢中期起逐漸減少,至西漢末期基本消亡。消亡的原因自然與冶鐵技術的進步有直接關係,但合製兵器中的鐵被嚴重腐蝕也是主要原因之一。合製兵器由於鋼鐵互相長期接觸,金屬表麵產生電化學反應,也加速了對鐵的腐蝕。