2014-6-16 18:03
LiLily_Li
印度遠古神秘鐵柱千年不銹未解之謎
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鐵柱孤零零地矗立在那裡，好像一個不可理解的物證，在向人類的智慧挑戰。
在印度德里城附近的麥哈洛里，矗立著一根公元五世紀鑄造的巨大鐵柱。這根鐵柱高6.7米，直徑約1.37米，用熟鐵鑄成，實心，柱頂有著古色古香的裝飾花紋。據說這根鐵柱是為紀念旃陀羅王而鑄造的。
但最令人驚異的是，鐵柱在露天中聳立了1500餘年，經歷了無數風吹雨打，至今仍沒有一點生鏽的痕跡!人們都知道，鐵是最容易生鏽的金屬，一般的鑄鐵，不用說千年，幾十年就鏽蝕貽盡了。
直到現在，人們也沒有找到能夠防止鐵器生鏽的有效辦法。儘管從理論上說，純鐵是不生鏽的，但純鐵難以提煉，造價高昂。而且有些科學家分析了鐵柱的成份，發現其中含有很多雜質，絕非純鐵。照理說應該比平常的熟鐵更容易生鏽才是。
如果說古代的印度人早已掌握了冶煉不鏽鐵器的技術，只是這種技術後來失傳了，那他們為什麼沒有在同時代冶煉出其它任何不生鏽的鐵製器具呢?而且古印度的典籍中，也沒有任何關於這方面的記載。
幾個世紀以來，印度德里的鐵柱一直高高聳立，歡迎著來參觀圖布尖塔的遊客。由於它位於入口的正前方，所以吸引著眾多遊客的目光。這根柱子建於公元4世紀前後，高6.7米，最細的地方直徑為32厘米，底部直徑42厘米，埋在地下的部分僅有0.5米，地下部分的形狀似一個洋蔥頭，重6.5噸。若干世紀的光陰給人類歷史留下了不可魔滅的印跡，但這根柱子卻似乎不為所動：儘管通身由鐵鑄成，但是表面幾乎沒有任何鏽跡。然而，始建於700年前、位於印度普里和科納克的廟宇內的鐵樑卻有明顯腐蝕過的痕跡。即使在現代，鋼鐵的防腐蝕也是一個難題，那麼究竟是什麼神奇的力量守衛著古老的德里之柱?
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德里鐵柱一直都惹人注目，亞歷山大·克寧奧姆爵士在1862年至1865年發表的《印度的考古學概述》中報告該鐵柱是一根鍛造的鐵柄，上端直徑為16英寸，長約22英尺，他在書中提到鐵柱的上端呈現奇怪的金黃色，這種表現引致一段時間的猜疑，該鐵柱是鋼做的，其後很多研究者都對此做了一番評論，據該鐵柱上的刻印文字非常清晰，這些文字使人們能將它的製造時間定到公元310年。
似乎沒有疑問這根鐵柱是由鐵盤焊接而成，據說焊接的標誌仍然清晰可辨，羅伯特·哈德費爾德爵士在1911年從鐵柱上取了一小塊鐵做檢驗，後來又對一塊大的鐵柱樣品做了一番詳盡的研究，研究結果表明該鐵柱含(%)0.08的碳，0.046的硫，0.114的磷，0.032的氮，99.72的鐵，銅和其它元素0.034 ，哈德費爾德爵士說這塊鐵柱是一個完全沒有雜質的加工鐵製品中的精品，從鐵的純度和統一性來看，甚至比現代瑞典的碳鐵還好，從結構上看，該鐵柱由大的鐵晶粒組成，只有一小部分水泥，有時在晶粒的邊緣，偶然在鐵柱體上，一個更小的粒狀結構，獨立於大粒子，幾乎看不見。此外還有大量的正常形態的小線條，似乎與小顆粒結構有關，據記載可能歸因於老化。哈德費爾德的實驗室將鐵柱上的一小片取下來後，上面淋上水，結果發現一夜之間鐵片就生鏽了，但是鐵柱的斷端在同樣的實驗室條件下四天都不腐蝕。哈德費爾德記述到鐵柱的地下部分卻有腐蝕。
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這根神奇的柱子吸引著全世界許多科學家的眼光，從考古學家到腐蝕化學家都對這個現象提出各種各樣的理論，一般歸結為：氣候條件以及大塊鑄件。但最終是當地的一位學者、坎普爾(Kanpur)大學的材料工程師拉馬穆爾西·巴拉蘇布拉馬尼安發現了這根柱子的奧秘。
他首先分析了鐵柱的表面，提取了上面的一塊鏽斑，發現它含磷量很高。這種元素與鐵和空氣接觸發生了化學反應，形成磷酸氫鹽的水合物(FePO4·H3PO4·4H2O)，在鐵柱開始生鏽時，由磷、鐵和空氣形成的保護膜防止了鏽跡的進一步發展。
通常，鐵的生鏽是由兩種原因造成的，一是化學腐蝕，與一些非金屬元素直接發生化學反應，如與空氣中的氧發生氧化反應，生成三氧化二鐵。另一種是電化學腐蝕，即當兩種不同的金屬接觸時，由於它們的電位不同，在電解質存在的情況下就會形成微電池，從而造成其中一種金屬的腐蝕。同一種金屬在經過熱處理和機械加工之後會造成內部的不均勻，也會形成微電池，使金屬受到腐蝕，在這種情況下，潮濕的空氣往往充當了電解質。
因此，德里鐵柱在建立起來之後就面臨著生鏽的可能，由於澆鑄和鍛造時必定會形成一些不均勻和細小的瑕疵，直接面臨著化學腐蝕和電化學腐蝕。
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2014-6-16 18:04
LiLily_Li
但是，德里鐵柱中的磷是使其免遭鏽蝕厄運的直接保護神。正是這種元素促成了保護膜的形成，保護了這根柱子，一開始就阻止了腐蝕反應的發生。
另外，巴拉蘇布拉馬尼安認為德里溫和的氣候也是這根柱子免受腐蝕的重要原因之一。這一地區一年的大部分時間裡，相對濕度從未超過70%。只有在這種情況下，空氣才足以凝結成為傳導微電流的導體。而在德里，這樣高的濕度一年只有20天，濕度超過70%的天數僅2個多月。
這根柱子是當時世界上最大的鍛造物，鍛造工藝非常精細。考古學家們發現，印度人使用非常高超的技術加工鐵器，比歐洲人提前了至少1000年。巴拉蘇布拉馬尼安認為，儘管古代的印度鐵匠們可能不知道會發生何種化學反應，但他們很可能有意選擇了已經證明具有抗腐蝕特性的鐵質材料。
這根柱子的底部看起來相當粗糙，也許應歸咎於加工過程中鑄造得不夠精細，或者是為了埋入地下而故意做得粗糙不平。而其上部則非常光滑乾淨。柱子的上部如此精細，以致於參觀者常誤以為它是用青銅製作的。
似乎毫無疑問的是在很早以前古印度人就知道了鐵的存在。最早在公元前1000年的古老的記載中就提到了鐵。根據希羅多德的記載，大約在公元前500年時，波斯國王薛西斯在印度的分遣軍隊就用鐵來用做軍用物資。從古代醫書中提到的鐵製手術設備、從墓地挖掘出的金屬武器以及保存至今的鐵製金屬柱比如印度德里和達哈鐵柱反映出隨著歲月的增長，鐵製品穩步增多。
印度製造鋼鐵的方法以及鋼鐵的質量很早就引起英國統治者的好奇。在1795年，喬治·皮爾森博士發表了一篇文章，論述一種名為“Wootz”的鋼，然後在印度的孟買開始製造這種鋼，那時可行的分析和檢驗方法只能得到非常模糊的結論，比如金屬很硬，含有大約0.03%的碳，據信鐵是直接通過礦石的還原而製造出來的，布卡南博士在1807年出版的《在南印度旅遊》一書中，描述了印度人加工製造鋼鐵的土著方法，這些方法相信是從祖輩上傳下來的。隨著檢驗方法的改進，大量的有關鐵的研究開始增多，並且研究深度也提高了。
除德里鐵柱此外，印度還有以下著名古鐵柱：
達哈鐵柱
卡辛人詳細地描述了在達哈發現的這根巨大的鐵柱。這根鐵柱有三段，在公元14至15世紀的宗教混亂中被切斷。鐵柱上沒有銘刻的文字，別處也沒有足夠肯定的參考文獻，所以關於鐵柱是何時製造的，沒有任何根據來做哪怕是最模糊的推斷。從它的形狀來看，它屬於古普塔時期(公元320-480)，人們普遍認為這根鐵柱和德里鐵柱大約是同一時期的。
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原始的達哈鐵柱大約50英尺長，切面面積大約是104平方英寸，重約7噸，就像德里鐵柱，這根鐵柱似乎是由鍛造的鐵盤焊接在一起的。在柱體上有一些洞，大約1-1/4英寸的直徑，深度從1-3/4英寸到3英寸，卡辛人認為這是在鐵柱被鍛造的時候使用撬棒轉動大鐵柱的洞眼，一節斷的鐵節被擠進了一個洞眼裡，這個現像也支持這個猜測。羅伯特·哈德費爾德爵士檢驗了鐵柱的成份，這個鍛造鐵含(%)碳0.02，磷0.28，鐵99.6。壓球硬度差異很大，不規則，上下限為240及121;鐵柱斷端光亮、晶瑩，顯現疊片結構。史密斯埃爾和可博教授的進一步的分析和顯微分析沒有發現新的特徵。在實驗室的環境下鐵柱很快就生鏽了。
古老的辛哈勒斯鐵柱
在1911年至1912年間，羅伯特·哈德費爾德爵士第一次對古印度的鋼進行了深度的研究，他對一些從被埋葬的斯蘭城裡挖出來的鐵器進行了研究，許多的鐵器被挖掘出來，都嚴重地生鏽了，並且在科倫伯博物館裡繼續生鏽，除非是得到特別防護的。但是不管怎樣，確實存在一個防腐蝕的、質量相當好的鐵器，一個古老的辛哈勒斯鐵器，製造於5世紀，成份為(%)鐵99.3，磷0.28，硫0.003，矽0.12，沒有錳，只有微量碳，0.3%的熔渣、氧化物。微切片研究發現使得哈德費爾德爵士相信這根鐵柱曾經被滲碳，曾經被淬火，然後在漫長的時間裡被部分回火。一個釘子和一個同年代和來源的古鉤鐮顯示出同樣的分析結果。所有的樣品都包含大量的凹凸不平、不規則的熔渣。低含硫量表明金屬最初製造的方式是把礦石碳化還原。顯微檢驗表明這些鐵樣品更像現代的混凝鐵，而且從機械測驗上也證實如此。
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克那拉克的鐵柱
一些大鐵柱被用於克那拉克倒塌了的黑寶塔的建築中，現在仍留在一些被保護的毀壞了的寺院廢墟中，這個寺院據認為是在公元1240年建造的，所以鐵柱也被認為是那時鑄造的，在墓銘記中詳細地記錄了這些鐵柱的外觀。
大約有29根大柱子，大多數在倒塌時斷裂了。最大的兩個鐵柱分別是大約35英尺長、8英寸方，以及21-1/2英尺長、11英寸見方。已有非常確定的證據表明它們是由一些小的鋼坯焊接而成，這些小鋼坯的尺寸一般為截面1英寸，長6英寸。斷面呈不規則性，但可在一些均勻分佈的空穴點搜索到殘留的熔渣。有的柱樑已經嚴重腐蝕，但很多還是基本沒受什麼影響，因其表面有一層非常薄的粘結塗層。Friends和Thornycroft曾從一根柱上取樣分析。由於許多裂縫處存在熔渣，使顯微組織分析困難。研究發現，裂紋與鐵素體條帶相鄰，晶界模糊可辨。樣品中遠離裂紋的部分呈現相當均勻的典型低碳鋼組織結構，含碳量低於0.15%。這種金屬很柔軟，布氏硬度只有72。對一片不含爐渣的樣品進行成分分析結果是(%)：碳-0.110,矽-0.100,硫-0.024，磷-0.015,錳-痕量。
對該古鐵與現代低碳鋼的抗鏽蝕能力進行了比較：兩種被稱重的樣本被同時交替用水潤濕並放置於空氣中，一年後清除鐵鏽再稱重，發現古鐵柱被鏽蝕量只是現代低碳鋼的89%。浸泡在海水里一年的對比樣同樣證明了古鐵柱比現代低碳鋼抗蝕力更強，失重比為75:100。但是，這種實驗，只用一個樣品，只包含一種現代鋼鐵，所以對古代金屬的抗腐蝕性的表現只是很少的一點點