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La coloración química de metales es el proceso de cambiar el color de las superficies metálicas con diferentes soluciones químicas.
La coloración química de los metales se puede dividir en tres tipos:
Colorear químicamente un metal es distinto a simplemente recubrirlo usando un método como el dorado o el plateado con mercurio , porque la coloración química implica una reacción química, mientras que el recubrimiento simple no.
Los procesos de coloración química de los metales son tan antiguos como la tecnología metalúrgica. Algunos de los primeros ejemplos conocidos de objetos de metal coloreado tienen unos 5.000 años de antigüedad. Son piezas de bronce con algunas partes de color plata, que tienen su origen en la región de Anatolia. [2] Se pueden encontrar procesos similares en algunas láminas de cobre del antiguo Egipto. [3] Otro ejemplo de coloración química temprana de metales es el disco celeste de Nebra , que tiene una pátina verde e incrustaciones de oro. Un ejemplo temprano de hierro coloreado de negro es la famosa punta de lanza celta encontrada en el río Támesis y datada entre el 200 y el 50 a. C. [4] [5]
Plinio el Viejo mencionó la distinción entre pátina natural y artificial en el siglo I d.C. [6] Otro documento antiguo sobre la coloración química de los metales es el papiro X de Leyden (siglo III d.C.). Zósimo de Panópolis , un alquimista greco-egipcio que vivió a finales del siglo III y principios del IV, también es extremadamente importante, ya que los textos atribuidos a él se consideran las recetas escritas más antiguas para la coloración química de los metales. [7]
Dos fuentes importantes de la Edad Media sobre metales coloreados químicamente son el Mappae clavicula , que fue datado entre los siglos IX y XII, y la obra de Teófilo Presbítero De Diversis Artibus , que fue datada en el siglo XII.
En la época del Renacimiento, los documentos más significativos fueron el Tratado de orfebrería y el Tratado de escultura del famoso manierista , escultor y orfebre italiano Benvenuto Cellini . [8] La patinación también es mencionada brevemente por el pintor y escritor italiano Giorgio Vasari y por Pomponius Gauricus en su obra De Sculptura 1504. André Felibien también menciona brevemente algunas técnicas para la patinación de esculturas de bronce en su obra Principes en 1699. [9]
El comienzo de la coloración química o electroquímica de metales basada en la ciencia moderna está marcado por el descubrimiento de los anillos coloreados de Nobili por Leopoldo Nobili (1784-1835) en 1826. [10] Leonhard Elsner, Alexander Watt, Antoine César Becquerel (1788-1878) y Rudolf Christian Böttger (1806-1881) también son personas importantes en la historia temprana de la coloración electroquímica de metales. George Richards Elkington (1801-1865), conocido por su patente para la galvanoplastia de plata y oro (1840), había patentado al menos un proceso de coloración electroquímica de metales (su procedimiento fue elaborado y perfeccionado por el estadounidense JE Stareck en 1937). [11] [12] En el siglo XIX se publicaron los primeros manuales dedicados exclusivamente a la coloración química de metales. [13]
En 1868, Puscher informó sobre la aplicación de pátina multicolor o brillante basada en tiosulfato de sodio y acetato de plomo por primera vez (las recetas contemporáneas para esa pátina utilizan compuestos de cobre en lugar de plomo tóxico). [14] [15]
Desde finales del siglo XVIII, la coloración química de los metales ha sido un tema habitual en varias colecciones de recetas de tecnología química y, desde mediados del siglo XIX en adelante, este tema se incluyó en la mayoría de los manuales de galvanoplastia y manuales de orfebres y plateros.
A principios del siglo XX se produjeron grandes avances en la aplicación industrial de la coloración química de metales. Por ejemplo, alrededor de 1905 se concedieron las primeras patentes para el níquel negro (patentes alemanas DRP 183972 y DRP 201663) y el óxido negro (circa 1915-1922, patentes alemanas DRP 292603, DRP 357198, DRP 368548). Entre 1923 y 1927 se publicaron las primeras patentes del Reino Unido relacionadas con el aluminio oxidado, [16] [17] y en 1929 se desarrolló el cromo negro (patente alemana GP 607, 420).
Después de la Segunda Guerra Mundial, hubo un creciente interés en las láminas de cobre patinadas en verde, que estaban destinadas principalmente a uso arquitectónico. [18] [19] [20] Las tecnologías para la oxidación anódica del titanio , y más tarde del niobio y el tantalio , han evolucionado desde mediados de la década de 1960. La tecnología para la oxidación anódica del acero inoxidable también se desarrolló en 1957 (patente US 2957812A). [21] [22] [23]
Actualmente, se están investigando las posibilidades de utilizar cultivos bacterianos en la patinación de cobre y hierro, y se está probando la tinción inducida por láser de cobre y sus aleaciones, niobio , acero inoxidable y objetos cromados. [24] [25]
La coloración química de los metales se utiliza principalmente en la fabricación de esculturas, joyas, insignias, medallas, relojes y adornos. También se utiliza en arquitectura, metalografía, en la fabricación de muebles de metal y con fines militares, así como en la fabricación de vasijas decorativas. Se utiliza en cierta medida en la restauración y conservación de metales.
El metal a teñir debe estar completamente libre de óxido y grasa . Se deben utilizar ropa protectora, guantes y gafas en un área bien ventilada o al aire libre.
Negro por plata
Los objetos se sumergen en una solución al 2,5% de sulfuro de potasio o sodio , después de la aparición del color se lavan bien los objetos y se enceran o barnizan. [26]
Verde para el cobre y sus aleaciones
Pintar o rociar objetos con una solución de 250 gramos de carbonato de amonio / 250 gramos de cloruro de amonio / 1 litro de agua, cada capa se deja secar durante 24 horas, después de alcanzar el tono deseado se encera o se laca. Se puede utilizar marrón o negro como color base para la pátina de cobre. Si la cantidad de cloruros disminuye el color será más verde azulado, si disminuye el carbonato, más verde amarillento. [27]
Negro para cobre
Solución de polisulfuro de sodio al 2,5%, los objetos deben sumergirse en la solución después de revelar el color, lavar, secar y encerar o barnizar el objeto coloreado. [27]
Marrón para cobre
Los artículos se hierven en una solución acuosa de sulfato de cobre al 12% de al menos 3 días de antigüedad , luego de que se desarrolla el color, el material se lava, se seca y se encera o barniza. [27]
Negro para hierro
Cubra el objeto con una capa muy fina de aceite de linaza , luego caliéntelo gradualmente a 300–400 °C, repita el procedimiento si es necesario, este proceso se puede utilizar en cualquier metal, que pueda calentarse a la temperatura mencionada (excepto plomo, estaño y sus aleaciones). [28]
Marrón para hierro
Utilice una solución acuosa de cloruro férrico al 5% . El objeto se recubre con una solución, después de 24 horas se frota con un paño grueso o lana de acero fina , el proceso se repite al menos tres veces, finalmente, el material debe limpiarse con un trapo grasiento. [29]
Gris para hojalata o peltre
Utilice una solución acuosa de cloruro férrico al 20%, es necesario sumergir los objetos en la solución, secarlos y encerarlos o barnizarlos. [30]
Gris-negro para zinc
Utilice una solución acuosa de cloruro férrico al 20%, los objetos se sumergen durante 20 minutos, después de la aparición del color, los objetos deben lavarse, secarse y encerarse o barnizarse. [30]
Negro para aluminio
Hervir una solución de 20 g de molibdato de amonio y 5 g de tiosulfato de sodio en un litro de agua, sumergir los objetos, enjuagar, secar, encerar o barnizar después de que se desarrolle el color. [31]
Colores lustrosos
Utilice una solución de 280 g de tiosulfato de sodio , 25 g de acetato cúprico y 30 g de ácido cítrico . Se puede utilizar en cobre y sus aleaciones, plata, níquel, hierro, oro. El color depende de la duración de la inmersión, la secuencia de colores en el latón: amarillo dorado-cobre-violeta-oscuro, azul-claro, azul-cromo-níquel-rojo-gris, azul y gris-negro para hierro o acero al carbono. [32] Variante para estaño y peltre: 250 g de tiosulfato de sodio, 60 g de acetato de cobre, 25 mL de acetona , 1 L de agua, 45-85 °C, 1–20 minutos, oro -rosa -azul -verde. [33] Variante para acero inoxidable: 100 g de tiosulfato de sodio, 10 g de acetato de plomo, 12 g de tartrato de sodio y potasio , 12 g de sulfato de cobre, 1 litro de agua, temperatura de la solución de 18-22 °C, 5-50 minutos, amarillo, marrón, rojo, verde, azul, violeta, el objeto debe estar en contacto con un trozo de cobre con una superficie 300 veces menor que la superficie del objeto tratado. [34]
Diferentes colores en titanio
Como electrolito simple, se puede utilizar una solución al 3% de fosfato trisódico , un cátodo de acero inoxidable y un objeto como ánodo. El color depende del voltaje. Se pueden utilizar muchos otros electrolitos, incluso Coca-Cola. Amarillo pajizo / 10 V – violeta / 29 V – azul / 30 V – verde azulado 45 V – verde claro / 55 V – rojo púrpura / 75 V – gris / 110 V. Es obligatorio que este proceso se realice con guantes de goma (¡voltaje potencialmente peligroso!). [35]
Varios colores sobre acero inoxidable 18 Cr / 8 Ni
7,5 g de dicromato de sodio , 1000 ml de ácido sulfúrico (1,24 g/cm3 ) , cátodos de plomo, objeto como ánodo, temperatura de 70-90 °C, 0,06 A/dm2 , voltaje 1,3 V – los colores dependen de la duración del procedimiento (5-50 min.), marrón, azul, marrón rojizo, amarillo, verde. Según la literatura rusa, después del procesamiento, los objetos deben sumergirse en una solución de bicromato de potasio (5-10%), 5-15 minutos, temperatura de la solución de 70-90 °C. [36] Según una patente china, los objetos tratados pueden sumergirse luego en una solución de silicato de sodio diluido caliente (1-5%, 95-100 C, 3-10 min.). [37] Los cromatos hexavalentes son cancerígenos y tóxicos, y ahora se proponen soluciones a base de molibdato como sustituto (por ejemplo, molibdato 30-100 g/ácido bórico 10-18 g/ sulfato de manganeso 0,5-5 g/1 litro de agua. 0,1-20 A/dm 2 , 0,1–15 minutos). [38] [39] [40]
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