大家都知道，最近《倚天屠龍記》的新版開播了，於是武俠和兵器又一次強勢進入大眾視野。畢竟：俠之大者，為國為民。只求有一把趁手神兵傍身闖江湖，神兵利器，得之不易，每把神兵利器的背後都有著自己的故事，神兵在手也會左右江湖戰局。《倚天屠龍記》一切的因緣際會就是江湖各派人士圍繞著倚天劍和屠龍刀這兩樣絕世之寶引起了無數紛爭。先和大家一起甜蜜的回憶一下《倚天屠龍記》各個歷史時期的版本。
下面是各版本的張無忌，你喜歡哪版的張無忌？
下面是各版本的趙敏，你喜歡哪版趙敏？
歲月真把殺豬刀，可以把昔日飾演周芷若的周海媚變成如今的滅絕師太。娛樂是為了豐富我們的生活的，我們工作的目的是為了享受生活的，所以各位看官，我們書歸正傳，現在，各位小夥伴可以看到劍的製作工藝：
那麼為何寶劍為何能削鐵如泥，吹毛斷髮呢？
幹將莫邪的傳說大家都聽說過，古代很多著名的寶劍，傳說都是鑄劍人「以身殉劍」製造出來的，比如幹將莫邪就是鑄劍師幹將的妻子莫邪以身殉劍造出了天下無雙的雌雄劍。現代影視劇《仙劍三》裡也有龍葵「以身殉劍」，這些是否有科學道理？
我們知道，劍主要的成分該當是鐵，而鑄劍的進程就是將鐵消融從頭實行打造的進程，但鐵的熔點是很高的，有1535度。但在古代時主要靠柴火或柴炭來加熱，普通很難達到鐵的熔點，因而難於鑄成。但此時若將人體這類高脂肪助燃的外物介入，不僅提高了溫度，還添生碳元素，就可以很大水平上提拔爐溫，減速鐵的消融。有了滲碳的效果。
▲歷史上的十大名劍
那麼這些名劍在製作過程中是怎麼滲碳的呢？
(1)定義
滲碳是目前機械製造工業中應用最廣泛的一種化學熱處理方法。所謂滲碳就是把用低碳鋼或低碳合金鋼製的工件置於富碳的活性介質中，加熱到850～950℃保溫數小時，使滲碳介質在工件表面上產生活性碳原子，經過表面吸收和擴散而滲入工件的表層，從而使表層的含碳量達到0.8%以上的熱處理工藝。滲碳後再通過淬火和低溫回火處理，藉以提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強度，同時在心部又能保持一定的強度和良好的韌性。
(2)目的
通過滲碳及其隨後的熱處理，可使工件獲得優良的綜合力學性能，採用這種工藝的主要優點是：既可提高工件的使用壽命，又能節約貴重的鋼材。目前在機械製造工業中，對於表面要求耐磨性、抗疲勞強度高，而心部又要求有較高強度和韌性的結構件，如齒輪、曲軸、凸輪軸、活塞銷、軸套、摩擦片等，大都是採用低碳鋼或低碳合金鋼加工成形後，進行滲碳、淬火和低溫回火的工藝方法製造的。
(3)分類
滲碳工藝的類型很多，常用的主要類型可分為：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳和特殊滲碳。
固體滲碳在固態介質中進行，將工件埋入裝有粒狀滲碳劑的鐵箱中或在工件表面上塗一層滲碳膏劑，然後裝入爐子中加熱滲碳；
液體滲碳是將工件直接放入能分解出活性碳原子的鹽液中加熱滲碳，近年來推廣發展了不用氰鹽的無毒液體滲碳劑，使這種滲碳工藝獲得了新的生機；
氣體滲碳在氣體介質中進行，可在天然氣、石油裂化氣等吸熱式、氮基可控氣氛中進行滲碳，也可在滴注液體滲碳劑的分解氣體中滲碳；
特殊滲碳通常在特定的物理條件下進行，目前在國內外獲得應用的有高頻電場中加熱滲碳、真空條件下的真空滲碳、離子轟擊條件下的離子滲碳、電解放電條件下的電解滲碳、流動粒子狀態下的流態床滲碳雷射滲碳等等。
簡單的說，滲碳就是增加鋼鐵製品的碳含量。鋼的含碳量越高就越硬，古代通常都採取表面滲碳，以提高鋼鐵製品的堅硬度。其依據主要是Fe-C相圖。
▲Fe-C相圖 （鋼鐵熱處理的葵花寶典）
我們從史料記載、傳統匠人的工藝及從日本等地傳承的古法冶煉和鍛造的工藝，可知滲碳至少分兩大類：一類是在冶煉時滲碳；還有一類是在冶煉得到成品鋼鐵後，在鍛造過程中進行滲碳。
1、冶煉時滲碳
日本刀匠一直使用至今的古法冶煉，這種方式其實是原始的使用木炭燃料進行悶燒獲得海綿鐵的技術。這種方式最大的缺點就是木炭溫度最多只能達到1200℃上下，要把木炭覆蓋在礦石上連續燒好幾天才可以。而燃燒過程是會讓鋼鐵失碳，但覆蓋木炭進行悶燒這種手段，使得一些未燃燒的一氧化碳經過反應，最終成了滲碳過程，局部地補充了含碳量。
這種冶煉方式得到的海綿鐵成品成分非常複雜，還有不少有害雜質，各部位含碳量不一樣。鐵匠會把成品海綿鐵砸開，憑經驗挑出含碳量接近的部分歸類，再分別用於不同的用途。
2、鍛造過程中滲碳
還有一類是在冶煉得到成品鋼鐵後，在鍛造過程中進行滲碳。這個過程中的滲碳手段更多，也更為複雜。大體上可分為固體滲碳和液體滲碳兩類，具體內容下面進行一一介紹：
固體滲碳
對製品進行固體滲碳。如日本刀製造時，在摺疊鍛打鋼鐵時，會在工件外包裹紙張和草木灰及泥漿等進行鍛打，這是一種滲碳手法。紙張草木灰都是滲入劑，泥漿則是分散劑，可防止碳滲入物黏結不勻、以及幫助析出炭黑。
我國明代《天工開物》裡記載的制針方法，也是固體滲碳，但和日本刀製造過程中的滲碳技術比，這是屬於非常高端的外熱式箱體滲碳技術。
這種技術，是把工件整好形，放入坩堝等容器中，然後蓋上木炭、豆豉、土末，在容器外加熱。木炭、豆豉自然都是滲碳用，土末依然是分散劑。這種滲碳技術的好處，是工件得到的滲碳非常均勻且穩定，且碳勢很高，效率和效果都相當好。其實這種技術到現代也還在用的，就是所謂的「燜鋼法」。
另外還有些和日本刀鍛造過程中的滲碳技術一樣的做法，但用的材料不一樣。如明代的《物理小識》裡說，要用大醬和硝塗抹工件，然後進行熱處理——不要小看這點不同，就這一點點不一樣，事情的性質就變了。
大醬和豆豉的材料是一樣的，但硝是含氮的，所以這種滲碳技術就是碳氮共滲技術，大醬和硝是共滲介質。用木炭豆豉泥漿是一種技術，一換成大醬和硝就成另外一種原理都不同的技術了。
另外還有用油脂、動物角和毛髮指甲，以及自然灰也就是碳酸鈉（這是很好的是催滲劑）等等一起進行滲碳的。實際上這種技術到現在也還在大量應用，一般用機油和碳黑等材料製成的膏劑對工件進行塗抹，然後進行滲碳處理，叫膏體滲碳。
液體滲碳
一定有很多人想知道古代那些神兵利器尤其是那些名劍都去哪裡了吧？《吳越春秋》裡有記載製造我國古代著名寶劍「幹將」的過程。從這個記載裡，可以知道幹將因為「金鐵之精」不能「銷」，於是投入毛髮和指甲，然後再讓人投入大量木炭，最終「金鐵之精」溶化而成劍。這其實是一種比較原始的液體滲碳技術。
在青銅器盛行的年代，出現了一把鋼鐵劍，當然是毫無疑問的寶劍了，削那個青銅如泥這絕不是傳說。但問題在於鋼鐵器太容易腐蝕了，一不小心就爛成渣。從幹將的記載看，我認為中國古代，尤其是春秋戰國到西漢的絕大多數名劍，都因為是鋼鐵器所以才稱雄一時，但也恰恰因為它們是鋼鐵器，又很快地被時間之河侵蝕因而徹底消亡——這就是為什麼幹將莫邪純鈞湛盧等等絕代名劍都不見後世的根本原因。
就是著名的灌鋼法了。這種技術是把生鐵當滲碳劑使用，對熟鐵進行滲碳，得到合適含碳量的鋼。所以這種技術都是先製備好熟鐵，然後將生鐵溶化淋到熟鐵工件上進行滲碳。這種技術在我國文獻裡記載相當詳細，如《天工開物》。
南北朝時期的著名刀匠綦毋懷文造宿鐵刀的技術也是一種滲碳技術。《北史》的記載是這樣的：「又造宿鐵刀，其法燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛。以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十札。」從「燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛」一句看，這依然是把生鐵當滲碳劑用，且很可能他最終造出來的是某種花紋鋼產品。
在滲碳技術之餘，是古人對催化介質的不斷認識和創新。
譬如幹將用毛髮指甲，以及明代文獻記載中大量使用牛羊角及其灰燼、油脂、自然灰，還有箬皮灰、青鹽、砂等等，都是這類。這些東西，動物毛髮之類都是含氮的，氮能降低鋼鐵的臨界溫度，加大淬透性，並提高滲碳速度和工件表面硬度，是非常重要的滲碳介質。這些演變，都是滲碳技術裡的一個分支發展，就是碳氮共滲技術。
中國古代造刀劍一直都有投入動物毛髮指甲乃至骨骼的傳統，而傳說中以身殉爐的也不少，這些做法在本質上就是增氮滲碳法——其實古人跳爐子是真有科學道理的……
延伸閱讀：雷射滲碳laser carburization of materials：
雷射滲碳就是雷射熱處理的一部分。就是利用雷射的高能量將C滲入到鋼基體中的一種熱處理過程。如在鹽溶液中，利用雷射對20#鋼表面進行滲碳、滲矽和相變硬化相結合，實現了在對低碳鋼表面化學滲碳、滲矽的同時，完成雷射表面淬火處理。研究表明，20#鋼在鹽溶液中雷射滲碳、滲矽後，可將材料表面的碳、矽含量增加2倍；滲層具有一定厚度，主要由馬氏體和貝氏體組成，試樣表面的硬度提高到原試樣的2.5～3倍，耐磨性可達到處理前的4～7.5倍。在濃度為10%的H2SO4溶液中，靜態腐蝕240 h後的實驗表明，20#鋼在經過雷射滲矽化學熱處理後， 抗腐蝕能力可提高40%左右。
Fig. 1. Ti-6Al-4 V 鈦合金進行雷射滲碳後的金相組織: (a)整體圖 overall morphology, (b) a圖中A區域的放大magnification of region A in Fig. 1a, (c)a圖中B區域的放大 magnification of region B in Fig. 1a, and (d) a圖中C區域的放大magnification of region C in Fig. 1a.( https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.09.054)
Fig. 2. 採用Fe-C粉末包覆在非真空的條件下進行電子束熔化進行滲碳、淬火、回火的示意圖（雷射滲碳示意圖也是一樣：雷射小仙女注）1 – original steel structure; 2 – layer with the pearlite–cementite structure formed by cladding with the powder mixture; 3 – layer with a transition structure (between the quenched layer 4 and the hypereutectoid steel layer 2); 4 – quenched layer from the temperature of the austenite–cementite region, 5 – quenched surface layer from the austenite region. A – retained austenite; M – martensite; P – pearlite; C – Widmanstatten cementite; PF – polyhedral ferrite; WF – Widmanstatten ferrite.
(雷射也是如此：來源https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.09.137)
Fig. 3. 高碳鋼進行淬火、回火滲碳後的組織Structure of a steel workpiece with a high-carbon (1.57% C) steel clad layer after quenching and tempering: a, b, d, e – light microscopy; c – transmission electron microscopy; f, g – scanning electron microscopy.(雷射也是如此 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.09.137)
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網址：http://www.sz-laser-alliance.com/
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