印度的“定海神針” 千年神鐵不銹之謎

人們都知道，鐵是最容易生銹的金屬，一般的鑄鐵，不用說千年，幾十年就銹蝕貽盡了。

直到現(xiàn)在，人們也沒有找到能夠防止鐵器生銹的有效辦法。盡管從理論上說，純鐵是不生銹的，但純鐵難以提煉，造價(jià)高昂。而且有些科學(xué)家分析了鐵柱的成份，發(fā)現(xiàn)其中含有很多雜質(zhì)，絕非純鐵。照理說應(yīng)該比平常的熟鐵更容易生銹才是。

如果說古代的印度人早已掌握了冶煉不銹鐵器的技術(shù)，只是這種技術(shù)后來(lái)失傳了，那他們?yōu)槭裁礇]有在同時(shí)代冶煉出其它任何不生銹的鐵制器具呢？而且古印度的典籍中，也沒有任何關(guān)于這方面的記載。

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，印度德里的鐵柱一直高高聳立，歡迎著來(lái)參觀圖布尖塔的游客。由于它位于入口的正前方，所以吸引著眾多游客的目光。這根柱子建于公元4世紀(jì)前后，高6.7米，最細(xì)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(gè)洋蔥頭，重6.5噸。若干世紀(jì)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(dòng)：盡管通身由鐵鑄成，但是表面幾乎沒有任何銹跡。

然而，始建于700年前、位于印度普里和科納克的廟宇內(nèi)的鐵梁卻有明顯腐蝕過的痕跡。即使在現(xiàn)代，鋼鐵的防腐蝕也是一個(gè)難題，那么究竟是什么神奇的力量守衛(wèi)著古老的德里之柱？

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(fā)表的《印度的考古學(xué)概述》中報(bào)告該鐵柱是一根鍛造的鐵柄，上端直徑為16英寸，長(zhǎng)約22英尺，他在書中提到鐵柱的上端呈現(xiàn)奇怪的金黃色，這種表現(xiàn)引致一段時(shí)間的猜疑，該鐵柱是鋼做的，其后很多研究者都對(duì)此做了一番評(píng)論，據(jù)該鐵柱上的刻印文字非常清晰，這些文字使人們能將它的制造時(shí)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(jù)說焊接的標(biāo)志仍然清晰可辨，羅伯特·哈德費(fèi)爾德爵士在1911年從鐵柱上取了一小塊鐵做檢驗(yàn)，后來(lái)又對(duì)一塊大的鐵柱樣品做了一番詳盡的研究，研究結(jié)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(fèi)爾德爵士說這塊鐵柱是一個(gè)完全沒有雜質(zhì)的加工鐵制品中的精品。

從鐵的純度和統(tǒng)一性來(lái)看，甚至比現(xiàn)代瑞典的碳鐵還好，從結(jié)構(gòu)上看，該鐵柱由大的鐵晶粒組成，只有一小部分水泥，有時(shí)在晶粒的邊緣，偶然在鐵柱體上，一個(gè)更小的粒狀結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于大粒子，幾乎看不見。

此外還有大量的正常形態(tài)的小線條，似乎與小顆粒結(jié)構(gòu)有關(guān)，據(jù)記載可能歸因于老化。哈德費(fèi)爾德的實(shí)驗(yàn)室將鐵柱上的一小片取下來(lái)后，上面淋上水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一夜之間鐵片就生銹了，但是鐵柱的斷端在同樣的實(shí)驗(yàn)室條件下四天都不腐蝕。哈德費(fèi)爾德記述到鐵柱的地下部分卻有腐蝕。

這根神奇的柱子吸引著全世界許多科學(xué)家的眼光，從考古學(xué)家到腐蝕化學(xué)家都對(duì)這個(gè)現(xiàn)象提出各種各樣的理論，一般歸結(jié)為：氣候條件以及大塊鑄件。但最終是當(dāng)?shù)氐囊晃粚W(xué)者、坎普爾(Kanpur)大學(xué)的材料工程師拉馬穆爾西·巴拉蘇布拉馬尼安發(fā)現(xiàn)了這根柱子的奧秘。

他首先分析了鐵柱的表面，提取了上面的一塊銹斑，發(fā)現(xiàn)它含磷量很高。這種元素與鐵和空氣接觸發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成磷酸氫鹽的水合物(FepO4·H3pO4·4H2O)，在鐵柱開始生銹時(shí)，由磷、鐵和空氣形成的保護(hù)膜防止了銹跡的進(jìn)一步發(fā)展。

通常，鐵的生銹是由兩種原因造成的，一是化學(xué)腐蝕，與一些非金屬元素直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，生成三氧化二鐵。另一種是電化學(xué)腐蝕，即當(dāng)兩種不同的金屬接觸時(shí)，由于它們的電位不同，在電解質(zhì)存在的情況下就會(huì)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(jīng)過熱處理和機(jī)械加工之后會(huì)造成內(nèi)部的不均勻，也會(huì)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(dāng)了電解質(zhì)。

因此，德里鐵柱在建立起來(lái)之后就面臨著生銹的可能，由于澆鑄和鍛造時(shí)必定會(huì)形成一些不均勻和細(xì)小的瑕疵，直接面臨著化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

但是，德里鐵柱中的磷是使其免遭銹蝕厄運(yùn)的直接保護(hù)神。正是這種元素促成了保護(hù)膜的形成，保護(hù)了這根柱子，一開始就阻止了腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

另外，巴拉蘇布拉馬尼安認(rèn)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(qū)一年的大部分時(shí)間里，相對(duì)濕度從未超過70%。只有在這種情況下，空氣才足以凝結(jié)成為傳導(dǎo)微電流的導(dǎo)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(shù)僅2個(gè)多月。

這根柱子是當(dāng)時(shí)世界上最大的鍛造物，鍛造工藝非常精細(xì)。考古學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，印度人使用非常高超的技術(shù)加工鐵器，比歐洲人提前了至少1000年。巴拉蘇布拉馬尼安認(rèn)為，盡管古代的印度鐵匠們可能不知道會(huì)發(fā)生何種化學(xué)反應(yīng)，但他們很可能有意選擇了已經(jīng)證明具有抗腐蝕特性的鐵質(zhì)材料。

這根柱子的底部看起來(lái)相當(dāng)粗糙，也許應(yīng)歸咎于加工過程中鑄造得不夠精細(xì)，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干凈。柱子的上部如此精細(xì)，以致于參觀者常誤以為它是用青銅制作的。

似乎毫無(wú)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(jù)希羅多德的記載，大約在公元前500年時(shí)，波斯國(guó)王薛西斯在印度的分遣軍隊(duì)就用鐵來(lái)用做軍用物資。從古代醫(yī)書中提到的鐵制手術(shù)設(shè)備、從墓地挖掘出的金屬武器以及保存至今的鐵制金屬柱比如印度德里和達(dá)哈鐵柱反映出隨著歲月的增長(zhǎng)，鐵制品穩(wěn)步增多。

卡辛人詳細(xì)地描述了在達(dá)哈發(fā)現(xiàn)的這根巨大的鐵柱。這根鐵柱有三段，在公元14至15世紀(jì)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(xiàn)，所以關(guān)于鐵柱是何時(shí)制造的，沒有任何根據(jù)來(lái)做哪怕是最模糊的推斷。從它的形狀來(lái)看，它屬于古普塔時(shí)期(公元320-480)，人們普遍認(rèn)為這根鐵柱和德里鐵柱大約是同一時(shí)期的。

一些大鐵柱被用于克那拉克倒塌了的黑寶塔的建筑中，現(xiàn)在仍留在一些被保護(hù)的毀壞了的寺院廢墟中，這個(gè)寺院據(jù)認(rèn)為是在公元1240年建造的，所以鐵柱也被認(rèn)為是那時(shí)鑄造的，在墓銘記中詳細(xì)地記錄了這些鐵柱的外觀。

對(duì)該古鐵與現(xiàn)代低碳鋼的抗銹蝕能力進(jìn)行了比較：兩種被稱重的樣本被同時(shí)交替用水潤(rùn)濕并放置于空氣中，一年后清除鐵銹再稱重，發(fā)現(xiàn)古鐵柱被銹蝕量只是現(xiàn)代低碳鋼的89%。浸泡在海水里一年的對(duì)比樣同樣證明了古鐵柱比現(xiàn)代低碳鋼抗蝕力更強(qiáng)，失重比為75：100。但是，這種實(shí)驗(yàn)，只用一個(gè)樣品，只包含一種現(xiàn)代鋼鐵，所以對(duì)古代金屬的抗腐蝕性的表現(xiàn)只是很少的一點(diǎn)點(diǎn)。