Novel protocols in restoration of corroded Pb metals from Cultural Heritage artifacts

Abstract

En el patrimoni cultural, es poden trobar nombrosos artefactes fabricats amb metalls dúctils, la qual cosa planteja importants reptes quan es tracta de la seva adequada conservació. Malgrat els estudis dedicats a comprendre el procés de degradació d'aquest tipus de material, encara hi ha una manca de protocols consolidats per a la seva restauració. Cal assenyalar que la resistència a la corrosió no només depèn de l'entorn químic, sinó també del tipus de metall, les forces mecàniques i els paràmetres físics involucrats, la qual cosa augmenta la necessitat de desenvolupar alternatives específiques de restauració. Per tant, l'objectiu d'aquest estudi va ser proporcionar un enfocament per a la conservació i restauració de metalls dúctils que protegeixi la integritat dels artefactes del patrimoni cultural. En aquest sentit, es descriuen alguns dels problemes associats amb les tècniques tradicionals i es proporciona informació bàsica sobre les propietats dels metalls dúctils en relació amb les seves possibles formes de deteriorament. Es va realitzar primer un estudi de corrosió en mostres de plom exposades a diferents solucions agressives amb concentracions variables. A continuació, es van dur a terme tractaments tradicionals de corrosió, com ara neteja química i reducció electroquímica, seguits d'una metodologia de neteja basada en l'ús de plasma fred, que s'ha utilitzat en el camp de la conservació de metalls. Atès que el plasma genera espècies reactives, la seva interacció amb la superfície del metall és altament eficient i té una cinètica molt ràpida que permet optimitzar el temps de restauració. A més, és important destacar que aquest és un procés controlat en termes de paràmetres com ara la composició i el flux de gas, la intensitat i el temps de reacció. En aquest context, l'estudi proporciona una discussió útil sobre el procés i els resultats obtinguts en mostres de plom a escala real. Donat que aquesta tècnica redueix el risc de crear subproductes, és una aplicació no invasiva que permet una millora substancial en comparació amb les tècniques més tradicionals utilitzades en el camp de la ciència de la conservació.

En el patrimonio cultural, se pueden encontrar numerosos artefactos fabricados con metales dúctiles, lo que plantea importantes desafíos cuando se trata de su adecuada conservación. A pesar de los estudios dedicados a comprender el proceso de degradación de este tipo de material, todavía existe una falta de protocolos consolidados para su restauración. Cabe señalar que la resistencia a la corrosión no solo depende del entorno químico, sino también del tipo de metal, las fuerzas mecánicas y los parámetros físicos involucrados, lo que aumenta la necesidad de desarrollar alternativas específicas de restauración. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue proporcionar un enfoque para la conservación y restauración de metales dúctiles que proteja la integridad de los artefactos del patrimonio cultural. En este sentido, se describen algunos de los problemas asociados con las técnicas tradicionales y se proporciona información básica sobre las propiedades de los metales dúctiles en relación con sus posibles formas de deterioro. Se realizó primero un estudio de corrosión en muestras de plomo expuestas a diferentes soluciones agresivas con concentraciones variables. Luego, se llevaron a cabo tratamientos tradicionales de corrosión, como limpieza química y reducción electroquímica, seguidos de una metodología de limpieza basada en el uso de plasma frío, que se ha utilizado en el campo de la conservación de metales. Dado que el plasma genera especies reactivas, su interacción con la superficie del metal es altamente eficiente y tiene una cinética muy rápida que permite optimizar el tiempo de restauración. Además, es importante destacar que este es un proceso controlado en términos de parámetros como la composición y el flujo de gas, la intensidad y el tiempo de reacción. En este contexto, el estudio proporciona una discusión útil sobre el proceso y los resultados obtenidos en muestras de plomo a escala real. Dado que esta técnica reduce el riesgo de crear subproductos, es una aplicación no invasiva que permite una mejora sustancial en comparación con las técnicas más tradicionales utilizadas en el campo de la ciencia de la conservación.

In cultural heritage, numerous artifacts made from ductile metals can be found, posing significant challenges when it comes to their proper conservation. Despite the studies dedicated to understanding the degradation process of this type of material, there is still a lack of consolidated protocols for its restoration. It should be noted that corrosion resistance depends not only on the chemical environment but also on the type of metal, mechanical forces, and physical parameters involved, which increases the need to develop specific restoration alternatives. Thus, the objective of this study was to provide an approach to the conservation and restoration of ductile metals that protects the integrity of cultural heritage artifacts. In this sense, some of the problems associated with traditional techniques are described, and basic information about the properties of ductile metals regarding their possible forms of deterioration is provided. A corrosion study was first carried out on lead samples exposed to different aggressive solutions at varying concentrations. Traditional corrosion treatments such as chemical cleaning and electrochemical reduction were then performed, followed by a cleaning methodology based on the use of cold plasma, which has been used in the conservation field of metals. Since plasma generates reactive species, its interaction with the metal surface is highly efficient and has a very fast kinetics that allows for optimization of the restoration time. Furthermore, it is important to highlight that this is a controlled process in terms of parameters such as gas composition and flow, intensity, and reaction time. In this context, the study provides a useful discussion of the process and the results obtained on real-scale lead samples. Since this technique reduces the risk of creating by-products, it is a non-invasive application that allows for a substantial improvement over the more traditional techniques used in the field of science conservation.