永不生锈的铁柱之谜

永不生锈的铁柱之谜

在印度德里城附近的麦哈洛里，矗立着一根公元五世纪铸造的巨大铁柱。这根柱子建于公元4世纪前后，高6.7米，最细的地方直径为32厘米，底部直径42厘米，埋在地下的部分仅有0.5米，地下部分的形状似一个洋葱头，重6.5吨。用熟铁铸成，实心，柱顶有着古色古香的装饰花纹。据说这根铁柱是为纪念旃陀罗王而铸造的。

但最令人惊异的是，铁柱在露天中耸立了1500余年，经历了无数风吹雨打，至今仍没有一点生锈的痕迹！始建于700年前、位于印度普里和科纳克的庙宇内的铁梁却有明显腐蚀过的痕迹。即使在现代，钢铁的防腐蚀也是一个难题。铁是最容易生锈的金属，一般的铸铁，不用说千年，几十年就锈蚀贻尽了。直到现在，人们也没有找到能够防止铁器生锈的有效办法。尽管从理论上说，纯铁是不生锈的，但纯铁难以提炼，造价高昂。而且有些科学家分析了铁柱的成份，发现其中含有很多杂质，绝非纯铁。照理说应该比平常的熟铁更容易生锈才是。

如果说古代的印度人早已掌握了冶炼不锈铁器的技术，只是这种技术后来失传了，那他们为什么没有在同时代冶炼出其他任何不生锈的铁制器具呢？而且古印度的典籍中，也没有任何关于这方面的记载。

德里铁柱一直都惹人注目，亚历山大？克宁奥姆爵士在1862年至1865年发表的《印度的考古学概述》报告中称该铁柱是一根锻造的铁柄，上端直径为16英寸，长约22英尺，他在书中提到铁柱的上端呈现奇怪的金黄色，这种表现引起一段时间的猜疑，该铁柱是钢做的，其后很多研究者都对此做了一番评论，该铁柱上的刻印文字非常清晰，这些文字使人们能将它的制造时间定到公元310年。

似乎没有疑问这根铁柱是由铁盘焊接而成，据说焊接的标志仍然清晰可辨，罗伯特·哈德费尔德爵士在1911年从铁柱上取了一小块铁做检验，后来又对一块大的铁柱样品做了一番详尽的研究，研究结果表明该铁柱含（0.08%）的碳，0.046%的硫，0.114%的磷，0.032%的氮，99.72%的铁，铜和其他元素占0.034%。哈德费尔德爵士说这个铁柱是一个完全没有杂质的加工铁制品中的精品，从铁的纯度和统一性来看，甚至比现代瑞典的碳铁还好，从结构上看，该铁柱由大的铁晶粒组成，有时在晶粒的边缘有一小部分水泥。偶而在铁柱体上，可以发现一个更小的粒状结构，独立于大粒子，几乎看不见。此外还有大量的正常形态的小线条，似乎与小颗粒结构有关，据记载可能归因于老化。哈德费尔德的实验室将铁柱上的一小片取下来后，上面淋上水，结果发现一夜之间铁片就生锈了，但是铁柱的断端在同样的实验室条件下四天都不腐蚀。

这根神奇的柱子吸引着全世界许多科学家的目光，从考古学家到腐蚀化学家都对这个现象提出各种各样的理论，一般归结为：气候条件以及大块铸件。但最终是当地的一位学者、坎普尔大学的材料工程师拉马穆尔西·巴拉苏布拉马尼安发现了这根柱子的奥秘。

他首先分析了铁柱的表面，提取了上面的一块锈斑，发现它含磷量很高。这种元素与铁和空气接触发生了化学反应，形成磷酸氢盐的水合物，在铁柱开始生锈时，由磷、铁和空气形成的保护膜防止了锈迹的进一步发展。

……通常，铁的生锈是由两种原因造成的，一是化学腐蚀，与一些非金属元素直接发生化学反应，如与空气中的氧发生氧化反应，生成三氧化二铁。另一种是电化学腐蚀，即当两种不同的金属接触时，由于它们的电位不同，在电解质存在的情况下就会形成微电流，从而造成其中一种金属的腐蚀。同一种金属在经过热处理和机械加工之后会造成内部电位的不均匀，也会形成微电流，使金属受到腐蚀，在这种情况下，潮湿的空气往往充当了电解质。

因此，德里铁柱在建立起来之后就面临着生锈的可能，由于浇铸和锻造时必定会形成一些不均匀和细小的瑕疵，直接面临着化学腐蚀和电化学腐蚀。

但是，德里铁柱中的磷是使其免遭锈蚀厄运的直接保护神。正是这种元素促成了保护膜的形成，保护了这根柱子，一开始就阻止了腐蚀反应的发生。

另外，巴拉苏布拉马尼安认为，德里温和的气候也是这根柱子免受腐蚀的重要原因之一。这一地区一年的大部分时间里，相对湿度从未超过70%。只有在这种情况下，空气才足以凝结成为传导微电流的导体。而在德里，这样高的湿度一年只有20天，湿度超过70%的天数仅2个多月。

这根柱子是当时世界上最大的锻造物，锻造工艺非常精细。考古学家们发现，印度人使用非常高超的技术加工铁器，比欧洲人提前了至少1000年。巴拉苏布拉马尼安认为，尽管古代的印度铁匠们可能不知道会发生何种化学反应，但他们很可能有意选择了已经证明具有抗腐蚀特性的铁质材料。

这根柱子的底部看起来相当粗糙，也许应归咎于加工过程中铸造得不够精细，或者是为了埋人地下而故意做得粗糙不平。而其上部则非常光滑干净。柱子的上部如此精细，以致于参观者常误以为它是用青铜制作的。

似乎毫无疑问的是，在很早以前古印度人就知道了铁的存在。最早在公元前1000年的古老的记载中就提到了铁。根据希罗多德的记载，大约在公元前500年时，波斯国王薛西斯在印度的分遣军队就用铁来用做军用物资。从古代医书中提到的铁制手术设备、从墓地挖掘出的金属武器以及保存至今的铁制金属柱反映出随着岁月的增长，铁制品稳步增多。

印度制造钢铁的方法以及钢铁的质量很早就引起英国统治者的好奇。在1795年，乔治·皮尔森博士发表了一篇文章，论述一种名为“wootz”的钢，然后在印度的孟买开始制造这种钢，那时可行的分析和检验方法只能得到非常模糊的结论，比如金属很硬，含有大约0.03%的碳，据信铁是直接通过矿石的还原而制造出来的，布卡南博士在1807年出版的《在南印度旅游》一书中，描述了印度人加工制造钢铁的土著方法，这些方法相信是从祖辈上传下来的。随着检验方法的改进，大量的有关铁的研究开始增多，并且研究深度也提高了。

除德里铁柱此外，印度还有以下著名古铁柱：

达哈铁柱

卡辛人详细地描述了在达哈发现的这根巨大的铁柱。这根铁柱有三段，在公元14至15世纪的宗教混乱中被切断。铁柱上没有铭刻文字，别处也没有足够肯定的参考文献，所以关于铁柱是何时制造的，没有任何根据来做哪怕是最模糊的推断。从它的形状来看，它属于古普塔时期（公元320～480年），人们普遍认为这根铁柱和德里铁柱大约是同一时期的。

原始的达哈铁柱大约50英尺长，切面面积大约是104平方英寸，重约7吨，就象德里铁柱，这根铁柱似乎是由锻造的铁盘焊接在一起的。在柱体上有一些洞，大约1～1/4英寸的直径，深度从1～3/4英寸到3英寸，卡辛人认为这是在铁柱被锻造的时候使用撬棒转动大铁柱的洞眼，一节断的铁节被挤进了一个洞眼里，这个现象也支持这个猜测。罗伯特·哈德费尔德爵士检验了铁柱的成份，这个锻造铁含0.02%的碳，0.28%的磷，99.6%的铁。压球硬度差异很大，不规则，上下限为240及121；铁柱断端光亮、晶莹，显现叠片结构。史密斯埃尔和可博教授的进一步的分析和显微分析没有发现新的特征。在实验室的环境下铁柱很快就生锈了。

古老的辛哈勒斯铁柱

在1911年至1912年间，罗伯特·哈德费尔德爵士第一次对古印度的钢进行了深度的研究，他对一些从被埋葬的斯兰城里挖出来的铁器进行了研究，许多的铁器被挖掘出来，都严重地生锈了，并且在科伦伯博物馆里继续生锈，除非是得到特别防护的。但是不管怎样，确实存在一个防腐蚀的、质量相当好的铁器，一个古老的辛哈勒斯铁器，制造于5世纪，成份为99.3%的铁，0.28%的磷，0.003%的硫，0.12%的硅，没有锰，只有微量碳，还有0.3%的熔渣、氧化物。微切片研究发现使得哈德费尔德爵士相信这根铁柱曾经被渗碳，曾经被淬火，然后在漫长的时间里被部分回火。一个钉子和一个同年代和来源的古钩镰显示出同样的分析结果。所有的样品都包含大量的凹凸不平、不规则的熔渣。低含硫量表明金属最初制造的方式是把矿石碳化还原。显微检验表明这些铁样品更象现代的混凝铁，而且从机械测验上也证实如此。

克那拉克的铁柱

一些大铁柱被用于克那拉克倒塌了的黑宝塔的建筑中，现在仍留在一些被保护的毁坏了的寺院废墟中，这个寺院据认为是在公元1240年建造的，所以铁柱也被认为是那时铸造的，在墓志铭中详细地记录了这些铁柱的外观。

大约有29根大柱子，大多数在倒塌时断裂了。最大的两个铁柱分别是大约35英尺长、8英寸方，以及21～1/2英尺长、11英寸见方。已有非常确定的证据表明它们是由一些小的钢坯焊接而成，这些小钢坯的尺寸一般为截面1英寸，长6英寸。断面呈不规则性，但可在一些均匀分布的空穴点搜索到残留的熔渣。有的柱梁已经严重腐蚀，但很多还是基本没受什么影响，因其表面有一层非常薄的粘结涂层。Friends和Trhomycroft曾从一根柱上取样分析。由于许多裂缝处存在熔渣，使显微组织分析困难。研究发现，裂纹与铁素体条带相邻，晶界模糊可辨。样品中远离裂纹的部分呈现相当均匀的典型低碳钢组织结构，含碳量低于0.15%。这种金属很柔软，布氏硬度只有72。

对该古铁与现代低碳钢的抗锈蚀能力进行了比较：两种被称重的样本被同时交替用水润湿并放置于空气中，一年后清除铁锈再称重，发现古铁柱被锈蚀量只是现代低碳钢的89%。浸泡在海水里一年的对比样同样证明了古铁柱比现代低碳钢抗蚀力更强，失重比为15：100。但是，这种实验，只用一个样品，只包含一种现代钢铁，所以对古代金属的抗腐蚀性的表现只是很少的一点点。