Prevención y tratamiento de la deszincificación del latón – Instituto Canadiense de Conservación (CCI) Notas 9/13

Lista de abreviaturas CAC Asociación Canadiense para la Conservación de Bienes Culturales M molaridad MRS Sociedad de Investigación de Materiales SCE electrodo estándar de calomelano SHE electrodo estándar de hidrógeno V voltios wt% porcentaje de peso

Introducción

Cuando el latón se corroe, puede sufrir deszincificación, un proceso en el que se pierde el zinc y queda el cobre. La deszincificación leve puede causar simplemente un cambio cosmético, es decir, que el color de la superficie pase de amarillo a rosa, pero la deszincificación grave puede provocar el debilitamiento del latón e incluso su perforación. Esta nota explica qué es la deszincificación y dónde puede encontrarse en la conservación, así como la forma de prevenirla y tratarla. La nota también describe una demostración de deszincificación leve.

El proceso de deszincificación

Aleación y deszincificación

Una aleación es una mezcla de dos o más elementos, donde al menos uno de los elementos es un metal. La plata de ley, una aleación de plata y cobre, contiene dos elementos metálicos; el acero contiene un elemento metálico (hierro) y un elemento no metálico (carbono). Los latones son aleaciones compuestas principalmente por cobre y zinc, con pequeños porcentajes de otros elementos como el estaño, el plomo o el arsénico.

En muchas aleaciones, la corrosión puede provocar la pérdida del componente más reactivo de la aleación, quedando el menos reactivo. Los términos generales para este proceso son «dealloying», «corrosión selectiva» o «lixiviación selectiva». Los términos más específicos que se aplican a la pérdida de metales específicos son «descuprificación» para la pérdida de cobre, «desestañación» para la pérdida de estaño y «deszincificación» para la pérdida de zinc.

El mecanismo real de la deszincificación todavía no está completamente acordado. Durante muchos años, hubo dos propuestas que competían entre sí (Weisser 1975). En una de ellas, el zinc se corroe preferentemente y se elimina de la aleación, dejando el cobre. En la otra, tanto el cobre como el zinc se corroen y se eliminan de la aleación, pero los iones de cobre en solución se vuelven a depositar en la superficie. En la primera propuesta, la superficie del metal debería volverse porosa tras la deszincificación pero, por lo demás, no debería cambiar. La segunda propuesta, aunque más complicada, es necesaria para explicar los casos en los que aparecen cristales de cobre en la superficie después de la desgalvanización (Walker 1977).

Más recientemente, un tercer mecanismo ha ido ganando adeptos (Weissmüller et al. 2009, Newman et al. 1988). En este mecanismo, el zinc se disuelve fuera del latón, dejando atrás el cobre, y luego el cobre se reordena en la superficie del metal, dando lugar a la formación de cristales de cobre. Este reordenamiento es posible porque el cobre de la superficie es atraído por los iones negativos de la solución. La atracción no es suficiente para disolver el cobre, pero debilita la unión del cobre a la superficie, permitiendo que el cobre se mueva más rápidamente (Erlebacher et al. 2012).

La descificación suele ocurrir en condiciones relativamente suaves, como en soluciones ligeramente ácidas o alcalinas (Moss 1969). Por ejemplo, Weisser (1975) observó la deszincificación de un objeto de latón tras su tratamiento en una solución alcalina. En ácidos fuertes, sin embargo, tanto el cobre como el zinc se disuelven y la superficie no se enriquece en cobre.

La deszincificación también puede ocurrir cuando el latón se expone a soluciones que contienen iones de cloruro, como el agua de mar (Moss 1969). Un ejemplo es la deszincificación de las puertas de latón y de los pomos de latón que han sido expuestos a la sal de deshielo. Morissette (2008) informó de la deszincificación de un conjunto de puertas de latón que habían cambiado de color de amarillo a rosa después de ser limpiadas con ácido clorhídrico.

Latón

Hay varias disposiciones atómicas posibles del cobre y el zinc en el latón, pero sólo las fases alfa y beta son importantes en los latones comerciales. La fase alfa oscila entre el cobre puro y un 35 % en peso de zinc. La fase beta tiene un contenido de zinc cercano al 50 % en peso. Entre el 35% y el 50% de zinc, el latón es una mezcla de las fases alfa y beta, denominada latón dúplex. Los latones comerciales son latón alfa o latón dúplex.

El latón que contiene menos del 15 % en peso de zinc resiste la deszincificación, pero el latón con más del 15 % en peso de zinc es susceptible de sufrir este fenómeno. El latón dúplex es incluso más propenso a la deszincificación que el latón alfa (Scott 2002).

El primer signo de deszincificación del latón es un cambio de color, del amarillo típico del latón al rosa salmón del metal de cobre puro. El color rosa puede volverse rojizo y luego marrón si el cobre de la superficie se corroe para formar cuprita. Una deszincificación más severa produce un metal poroso y débil, que es principalmente cobre (Dinnappa y Mayanna 1987). La dezincificación severa de las instalaciones de fontanería de latón puede perforar el latón y provocar fugas.

La figura 1 compara el color del latón con los colores del cobre y el zinc puros. El latón de la figura es una aleación de 70 % en peso de cobre y 30 % en peso de zinc, que se conoce con diversos términos, como «latón de cartucho», «aleación C26000» o «latón C260». La fuerte diferencia de color entre el latón y el cobre es lo que provoca los drásticos cambios de aspecto cuando se elimina el zinc del latón por deszincificación.

Reactividad relativa del zinc y del cobre

Cuando un metal o una aleación se corroe, los átomos metálicos pierden electrones a través de una reacción electroquímica y se disuelven en la solución en forma de iones o se incorporan a un producto de corrosión como un óxido. En una aleación, a diferencia de un metal puro, el componente más reactivo tiene una mayor tendencia a reaccionar. En el latón, el zinc es más reactivo que el cobre, por lo que el zinc se pierde preferentemente.

La reactividad relativa del zinc y del cobre puede estimarse a través de su posición en las escalas electroquímicas. Hay dos escalas comunes que pueden utilizarse para esta estimación. La escala de potencial de reducción estándar da los valores de potencial para las reacciones electroquímicas en condiciones estándar, normalmente para concentraciones de 1 M para todas las especies químicas en solución. En esta escala, el zinc tiene un potencial de -0,763 V frente al electrodo de hidrógeno estándar (SHE), mientras que el cobre tiene un valor más alto, 0,340 frente a SHE (Dean 1992). El potencial más bajo para el zinc indica que el zinc es más reactivo, y el tamaño de la diferencia, alrededor de 1 V, indica una diferencia considerable en la reactividad.

Alternativamente, el zinc y el cobre pueden compararse utilizando la serie galvánica, que da los potenciales de los metales medidos en alguna solución, generalmente agua de mar. En esta escala, el zinc se encuentra en el rango de -0,8 a -1,03 V frente al electrodo de calomelano estándar (SCE), mientras que el cobre es de -0,29 a -0,36 V frente al SCE (LaQue 1975). En este caso, el zinc está aproximadamente 0,6 V por debajo del cobre, lo que indica de nuevo que el zinc es significativamente más reactivo. La serie galvánica se analiza con más detalle en el recurso didáctico de CCI Understanding galvanic corrosion.

Dezinficación de objetos

Ejemplos de dezincificación de objetos

La figura 2 muestra un cuerno francés afectado por la dezincificación; para comparar, la figura 3 muestra un cuerno similar en condiciones prístinas. Las trompas son de latón, y las guías móviles, los soportes y los tirantes son de níquel-plata (una aleación de cobre, zinc y níquel). La trompa deszincificada se utilizó en una banda escolar durante unos treinta años, y rara vez, o nunca, se pulió o limpió. La dezincificación fue causada por la manipulación de la trompa con las manos desnudas. En la comunidad musical, la dezincificación del latón en los instrumentos musicales se denomina «podredumbre roja», pero este término se utiliza más a menudo en la conservación para describir el deterioro del cuero.

Algunos pulimentos comerciales que se comercializan para aleaciones de cobre son ácidos y pueden causar deszincificación. Esto normalmente no se nota, porque el pulimento también contiene un abrasivo. Cuando se frota el pulimento sobre la superficie, el abrasivo elimina la superficie rica en cobre tan rápido como se produce la desgalvanización. Sin embargo, si el pulimento se deja en la superficie, se puede observar la deszincificación.

La figura 4 muestra una bandeja de latón con deszincificación producida por un pulimento comercial que contenía ácido cítrico. Las zonas rosas de la fotografía estaban originalmente cubiertas con cinta de enmascarar, que se aplicó alrededor de una pequeña franja rectangular que se dejó al descubierto. La franja central y la cinta de enmascarar que la rodeaba se cubrieron con un pulimento comercial ácido y se dejaron durante la noche. Una vez retirado el abrillantador, la franja central estaba limpia y brillante, probablemente debido al abrasivo del abrillantador. Cuando se retiró la cinta adhesiva, quedaron al descubierto las zonas rosadas. Esas zonas habían sufrido deszincificación porque el líquido del pulido se había filtrado por debajo o a través de la cinta. La dezincificación también se produce cuando se limpia el latón con una mezcla de sal y vinagre.

Prevención de la deszincificación

Se pueden añadir otros elementos en el latón con mayores concentraciones de zinc para hacerlo más resistente a la deszincificación. Las aleaciones de latón antiguas, que generalmente contienen estaño o elementos de impureza, resisten mejor la deszincificación que las aleaciones de latón modernas que sólo contienen cobre y zinc (Scott 2002). El latón moderno con estaño tiene entre un 0,5 y un 1% de estaño añadido a la aleación de cobre y zinc; estas aleaciones son significativamente más resistentes a la desgalvanización que las mismas aleaciones sin estaño (Selwyn 2004). Cuando se añade esta cantidad de estaño al latón para cartuchos, la aleación resultante se denomina latón del almirantazgo. Se obtiene una mayor protección contra la desgalvanización si se añaden cantidades menores de arsénico, antimonio o fósforo, del orden del 0,02 al 0,1% en peso, al latón de estaño. El latón del almirantazgo actual suele contener uno de estos tres elementos además del estaño.

El latón debe mantenerse limpio y sin polvo. Debe manipularse con guantes para evitar el contacto con las sales y los ácidos de la transpiración. El latón en los espacios públicos debe limpiarse regularmente. En la medida de lo posible, hay que evitar los pulimentos comerciales. Algunos de ellos contienen ácidos para acelerar la limpieza; otros contienen amoníaco para eliminar la suciedad y la grasa. Tanto los ácidos como las soluciones alcalinas pueden provocar la deszincificación. En su lugar, puede prepararse una lechada abrasiva a base de carbonato cálcico precipitado u otros abrasivos más duros. Para obtener instrucciones detalladas sobre la preparación, consulte la Nota 9/11 de CCI sobre cómo hacer y utilizar un pulido de plata a base de carbonato de calcio precipitado.

Cuando se limpie el latón, debe enjuagarse bien para que se eliminen los residuos de la limpieza. Los residuos de pulido comercial que quedan en las aleaciones de cobre pueden reaccionar con el cobre y producir compuestos verde-azulados. El ácido cítrico, por ejemplo, se encuentra en algunos pulimentos y producirá citrato de cobre verde. Incluso los residuos no reactivos se notarán si se acumulan en las grietas.

El latón pulido se suele recubrir (por ejemplo, con una laca o cera transparente) para proteger la superficie brillante del deslustre. Este revestimiento también minimiza la desgalvanización, siempre que la capa se mantenga adherida y sin daños. La desventaja de un revestimiento es que tiene una vida útil finita y requiere un mantenimiento regular o su retirada y sustitución. Si tiene dudas sobre los revestimientos, debe consultar a un conservador. Para más información sobre el cuidado del latón y el bronce históricos, consulte Deck (2016) y Harris (2006).

Cómo tratar la deszincificación

Los signos de deszincificación pueden ser leves y limitarse a la superficie del latón, o pueden extenderse profundamente en el latón, a veces hasta el final. La deszincificación severa puede requerir la sustitución de la pieza, siempre que sea posible. Los efectos de la deszincificación leve, algo así como el deslustre en la plata, pueden eliminarse con un pulido abrasivo. La decisión de tratar un objeto de latón que muestra efectos leves de deszincificación o de sustituir un objeto de latón gravemente afectado por la deszincificación debe ser tomada conjuntamente por un conservador y un conservador.

Demostración de la deszincificación del latón

La siguiente demostración muestra la deszincificación del latón. El latón utilizado en esta demostración era una calza con una composición de 70 % de cobre y 30 % de zinc y un espesor de 0,13 mm (0,005 pulgadas). Este grosor es una opción conveniente porque el latón puede cortarse fácilmente con tijeras o cizallas para chapa sin que se doble. El latón más grueso es más difícil de cortar, y el latón más fino se doblará o arrugará al cortarlo.

Antes de llevar a cabo el procedimiento de deszincificación, consulte la hoja de datos de seguridad de cada producto químico que vaya a utilizar. Utilizar el equipo de protección personal recomendado, como protección ocular, guantes desechables (como los de nitrilo) y ropa de protección. Cuando trabaje con ácido clorhídrico y disolventes orgánicos, utilice una campana de humos, si es posible, y lleve siempre guantes de nitrilo desechables.

Equipo y materiales necesarios para deszincificar latón

• Latón, tamaño 51 mm × 13 mm × 0,13 mm
• Ácido clorhídrico, aproximadamente 0,1 M, pH 1.0 (se necesitan unos 15 mL por pieza de latón)
• Etanol o acetona
• Agua (destilada o desionizada)
• Pañuelos de papel sin pelusa, como Kimwipes
• Vaso de precipitados, 20 mL
• Hojas abrasivas, como papeles de lija normales (en el rango de grano 600-1500), o abrasivos acolchados, como Micro-Mesh (grado regular en el rango de 1800-6000)

Procedimiento para demostrar la deszincificación

1. Desengrasar una muestra de latón frotando con etanol o acetona. (Las láminas de latón pueden tener una capa de aceite aplicada durante la fabricación). Asegúrese de no tocar la superficie después de limpiar el latón. Utilice siempre guantes y sujete la pieza por el borde.
2. Pulir la muestra con una hoja abrasiva, como la 6000 Micro-Mesh utilizada en este ejemplo. Limpie cualquier residuo de abrasivo con un pañuelo de papel sin pelusa, como las Kimwipes utilizadas en este procedimiento, humedecido con etanol o acetona.
3. Seque la muestra rápidamente con un pañuelo de papel para que el disolvente no enfríe la muestra por evaporación; de lo contrario, el agua puede condensarse en la muestra y dejar manchas al secarse.
4. Ponga una tira de latón de 51 mm × 13 mm en un vaso de precipitados de 20 ml.
5. Llene el vaso de precipitados con suficiente ácido clorhídrico 0,1 M para cubrir la mitad inferior de la tira de latón.
6. Monitoree el color del latón cada dos horas aproximadamente. Si es necesario, deje la muestra de latón dentro de la solución durante toda la noche.
7. Retire la tira de latón, enjuáguela con agua y séquela.
8. Pulimente la zona rosada dezincificada utilizando una serie de hojas abrasivas, como las utilizadas en este procedimiento. Empiece con Micro-Mesh 1800, luego utilice 3600, 4000 y, finalmente, 6000.

Resultados de esta demostración

La figura 5 muestra cómo progresa la deszincificación con el tiempo. La tira de latón de la izquierda no se sumergió en ácido clorhídrico, mientras que las otras tres tiras se sumergieron durante periodos de tiempo variables. La desgalvanización se produjo principalmente en las primeras horas, y no hubo muchos cambios después de 24 horas.

La capa producida por la deszincificación en esta demostración es lo suficientemente fina como para ser eliminada mediante pulido. La figura 6 muestra una tira de latón que fue parcialmente deszincificada en ácido clorhídrico durante 24 horas y luego parcialmente pulida.Los dos tercios derechos de la tira de latón fueron sumergidos durante 24 horas en el ácido, enjuagados y luego secados, produciendo una superficie rosada. A continuación, se pulió la mitad superior de la tira con hojas abrasivas Micro-Mesh, comenzando con 1800, luego 3600, 4000 y, finalmente, 6000. El pulido eliminó por completo la capa rosa dezincificada del extremo derecho del latón. La zona pulida de la figura 6 aparece apagada porque la iluminación de la fotografía se ajustó para realzar el color rosa. Las líneas verticales en la parte inferior del latón en la figura 6 son del proceso de fabricación.

Agradecimientos

Gracias especialmente a Ghazaleh Rabiei por su ayuda en la elaboración de esta Nota. Gracias también a Roger Baird por suministrar los cuernos franceses utilizados en las fotografías.

Proveedores

Nota: la siguiente información se proporciona sólo para ayudar al lector. La inclusión de una empresa en esta lista no implica en modo alguno la aprobación por parte de CCI.

Productos químicos y suministros de laboratorio

Los productos químicos, como el ácido clorhídrico 0,1 M, y los suministros de laboratorio están disponibles en empresas de suministros químicos, como Fisher Scientific.

Las aleaciones de cobre

Las láminas de latón se venden como calzas en Lee Valley Tools.

Las hojas abrasivas Micro-Mesh

Las hojas abrasivas Micro-Mesh están disponibles en Micro-Surface Finishing Products.

Bibliografía

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Por Lyndsie Selwyn