Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001, Septiembre de 2001 779-786

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ESTUDIO ARQUEOMETALURGICO DE UNA DIADEMA DEL ALTOANCHAYUYO, MENDOZA.

A.A. Pifferettia, E. Franceschib y M. Marinob

aCEMAT, U.A. Venado Tuerto, Universidad Tecnológica Nacional. Castelli 501, 2600Venado Tuerto (Santa Fe).bDipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Universitá di Genova. Via Dodecaneso 31,16146 Genova, Italia.

RESUMEN

Se ha estudiado una muestra correspondiente a un fragmento de “diadema” o fajacefálica metálica hallada en la zona del Alto Anchayuyo, Tupungato, Mendoza, utilizandotanto técnicas físicas como químicas: observaciones con microscopio óptico y electrónico,análisis químico por microsonda EDS asociada a microscopía electrónica de barrido ydifracción de rayos X, y evaluación de propiedades mecánicas por medio de determinacionesde microdureza.

Metalograficamente se observa una estructura monofásica de granos poligonales conmaclas y bandas de deslizamiento típicas de una deformación en caliente, y la presencia denumerosas inclusiones. El ataque corrosivo evidencia un marcado ataque intergranular conramificaciones.

El análisis con microsonda EDS evidencia una matriz compuesta por aleación cobre-estaño y que las inclusiones corresponden a sulfuro de cobre (Cu2S). La zona corroídapresenta un enriquecimiento en Sn.

La microdureza determinada en la matriz es de 94 Kg/mm2 y en las inclusiones 106Kg/mm2.

El análisis por difracción de rayos X permite observar los picos característicos tanto dela cuprita como de la calcocina. A partir de la constante de celda para la fase alfa del broncese determinó un contenido atómico de estaño del 8,1 % (lo que equivale aproximadamente aun 14 % en peso).

Palabras clavesMetalurgia histórica, Arqueometalurgia, Bronces, Metalografía.

INTRODUCCIÓN

En las Jornadas SAM'99 de Rafaela, Santa Fe presentamos el estudio con técnicasfísicas y químicas de unas muestras correspondientes a fragmentos de “diademas” o fajascefálicas metálicas halladas en la zona del Alto Anchayuyo, Tupungato, Mendoza [1]. Se tratade siete diademas o fajas cefálicas elaboradas en chapa muy delgada, del orden del milímetro,recortadas y repujadas con remates fitomorfos y zoomorfos. Su tipología es de característicasclaramente indígenas y fueron dadas a conocer por el arqueólogo español Canals Frau. [2]

En dicho trabajo determinamos que la totalidad de las muestras extraídas correspondíana bronces estanníferos, con un contenido de estaño de entre un 14 y un 22 % en peso, deestructura monofásica recristalizada, con distintos grados de endurecimiento por deformación.Además presentaban notables ataques corrosivos, incluso corrosión bajo tensiones en el

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sentido del espesor lo que confirmaría la aseveración que en el momento del hallazgo, lasdiademas estaban embutidas una dentro de la otra.

En ese momento concluimos que estas diademas resultaban ser elementos decaracterísticas tipológicas indígenas, pero no podíamos determinar si se trataba de aleacionesprehispánicas o de origen colonial, ya que las culturas prehispánicas del N.O. Argentino yzonas circunvecinas elaboraron herramientas y objetos de adorno de bronce alcanzandodestacados conocimientos tecnológicos.

Sin embargo posteriormente el análisis de diversos factores tanto de naturalezaarqueológica como tecnológica nos llevaron a asignar a estas diademas un origenprehispánico. [3]

En aquellos trabajos habíamos explicado la discrepancia entre la estructura monofásicade todas las muestras observadas al microscopio y los valores de estaño detectados con lamicrosonda EDAX (hasta de 22 % en peso) en la suposición de que la superficie del materialtendría valores superiores a los reales, fenómeno esperable debido los procesos corrosivossufridos y a las características de dicho elemento.

PARTE EXPERIMENTAL

Se realizaron estudios complementarios para corroborar los resultados obtenidos,confirmar estas hipótesis y buscar posibles indicadores que permitieran definir si se tratabaefectivamente de aleaciones prehispánicas o coloniales, por ejemplo, a partir del análisis delas inclusiones.

Por consiguiente se obtuvo una nueva muestra, la que fue analizada en otro laboratorioy utilizando, en lo posible, métodos distintos o complementarios. Las tecnicas utilizadasfueron la metalografía optica y electronica de barrido, analisis microestructurales pormicrosonda EDS y difracción de rayos X.

Las probetas metalograficas fueron montadas en resina acrilica y luego de unapreparación superficial de rutina, atacadas químicamente. En una de ellas se utilizo comoreactivo una solución acuosa de cloruro férrico al 5% en volumen (Fig. 1) y en otra unasolución acuosa de amoniaco y agua oxigenada (proporciones 5:2:2 en volumen) (Fig. 2).

Este estudio se complementó con mediciones de microdureza Vickers utilizando unequipo Leitz Durimet con carga de 25 gramos durante un tiempo de 20 segundos. En todos loscasos los resultados fueron el promedio de 9 determinaciones.Los análisis de microscapía electrónica fueron realizados con un equipo CambridgeStereoscan 440 Leica, que contaba adosada una microsonda EDS Link Gem Oxford para larealización de microanálisis cualitativos y semi-cuantitativos.

Los análisis por difracción de rayos X se realizaron sobre secciones longitudinales ytransversales utilizando un difractómetro automatico Philips PW 1729.

RESULTADOS

Como ya dijimos, con la muestra se obtuvieron dos probetas, la primera fue atacada conuna solución acuosa de cloruro férrico al 5% en volumen (Fig. 1) y la segunda con unasolución acuosa de amoniaco y agua oxigenada (proporciones 5:2:2 en volumen) (Fig. 2). Enambos casos se observó una estructura de granos poligonales con numerosas inclusiones;muchos de los granos se presentan maclados y con bandas de deslizamiento características deuna deformación plástica en caliente o de un calentamiento inmediatamente posterior a la

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deformación (Fig. 1, 640 X). La Figura 2 (320 X) muestra la penetración del procesocorrosivo a lo largo de los bordes de grano, con ramificaciones que parecen seguir un típicocomportamiento fractal, como el observado en otros bronces arqueologicos. [4]

La determinación de la microdureza se efectuaron tanto sobre la matriz metálica comosobre las inclusiones. Los valores promedio de 9 determinaciones dieron para la matriz 94kg/mm2 y para las inclusiones 106 kg/mm2.

El valor obtenidos para la matriz metálica es intermedio entre los valores observados enel caso de bronces ternarios al Pb (90:8:2) trabajados en frío (para un laminado con unareducción de espesor del 30 % obtuvimos un valor de 140 kg/mm2) y recocidos a 650°C por30 minutos luego de la deformación en frío (para la muestra anteriormente citada se obtuvoluego del tratamiento una dureza de 82 kg/mm2. El CIDEC da valores similares para el actualbronce CuSn10 laminado cuya dureza normal es de 100 kg/mm2 al estado recocido y 205kg/mm2 deformado en frío.[5]

Figura 1. Maclas y bandas de deslizamiento Figura 2. Fisuras (320 X)(640 X)

Figura 3. Inclusión

Se efectuaron asimismo observaciones con un microscopio electrónico de barridodotado de una microsonda EDS en los Laboratorios del Departamento de Química y Química

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Industrial de la Universidad de Génova. Los resultados pueden observarse en las fotografíasde las figuras 3, 4 y 5.

La Figura 3 pone en evidencia la matriz metálica y las inclusiones que presenta lamuestra. Mientras que la Figuras 4 y 5 muestran distintos grados del proceso corrosivo en laszonas energéticamente mas activas (bordes de grano, bandas de deslizamiento).

Figura 4. Corrosión intergranular

Figura 5. Corrosión en zonas energéticamente mas activas

Se efectuaron estudios con una microsonda a dispersión de energía para el análisisquímico cualitativa tanto sobre la matriz metálica como en correspondencia de las inclusiones.La primera resulta compuesta por Cu-Sn y las segundas por sulfuro de cobre (Cu2S), Figuras6 y 7, respectivamente.

Asimismo el espectro EDS obtenido sobre una zona de ataque corrosivo muestra unenriquecimiento en el contenido de estaño. (Figura 8)

Se efectuaron también estudios mediante difracción de rayos X, cuyo resultado puedeapreciarse en la Figura 9. Se observa la presencia de los diversos picos característicos de lacuprita (Cu2O) y de la calcosina (Cu2S).

Estos análisis fueron aprovechados para determinar la composición química de laaleación, a partir de la constante de celda de la fase alfa del bronce. Se obtuvo un contenidode estaño del 8,1 % en átomos, lo que corresponde aproximadamente a un 14 % en peso.

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Figura 6. Espectro EDS de la matriz

Figura 7. Espectro EDS de una inclusión

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Figura 8. Espectro EDS en zona corroída

Figura 9. Espectro XRD

CONCLUSIONES

Los estudios efectuados confirman que las muestras extraídas de fragmentos de variasdiademas corresponden a aleaciones de cobre y estaño con alto contenido de estaño, a pesarde tratarse de productos forjados. En los análisis químicos anteriores realizados en CITEFA

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por Dra. N. Walsöe de Reca y colaboradores se había determinado, mediante la utilización deuna microsonda EDAX asociada a microscopía electrónica de barrido, valores de 14,7; 15,08;15,52; 17,69 y 22,30 % en peso de Sn. Los nuevos análisis efectuados por difracción de rayosX en los Laboratorios de la Universidad de Génova, Italia, por determinación de la constantede celda de la estructura alfa del bronce determinaron un contenido atómico del 8,1 % de Sn,lo que corresponde a un 14 % en peso.

También se ha demostrado la exactitud de la suposición de que los valores altosanteriormente obtenidos y en especial el de 22,30 % que no condice con la estructuramonofásica observada microscópicamente se deben a la presencia superficial de zonascorroídas enriquecidas en estaño, como se evidencia en la comparación de los espectros EDSde las Figuras 7 y 9.

La microdureza Vickers detectada de 94 kg/mm2 es la esperable en un bronce de estascaracterísticas que ha sufrido una recristalización luego o simultáneamente con el proceso dedeformación.

Se ha determinado que las abundantes inclusiones presentes corresponden a Cu2S, deuna dureza de 106 kg/mm2. Esto indicaría que para obtener la aleación se emplearonminerales sulfurados.

La presencia de estas inclusiones de sulfuro no son por si solas indicadoras del origenindígena de la aleación, ya que nada impediría encontrarlas en un bronce colonial o inclusoposterior, aunque no sea lo normal. Sin embargo el material poco purificado unido al hecho detratarse de productos en forma de láminas de alto contenido de estaño, nos confirma en laconclusión de que estamos en presencia de bronces estanníferos de origen indígena.

Los modernos bronces de laminación no superan el 10 % de estaño en peso debido a losproblemas de dureza y fragilidad que disminuyen su ductilidad por encima del 15 %.

El cobre puede disolver hasta un 8 % en peso de Sn y en esas condiciones se estira ylamina fácilmente. Con contenidos mayores aparece una segunda fase dura y frágil. Pero unrecocido de recristalización a temperaturas medias (400-600ºC), después del trabajo mecánicoen frío, produce una homogeneización de la estructura disolviendo esa segunda fase hastacontenidos de 15,8 % de Sn, lo que permite efectuar fácilmente tratamientos mecánicos.

Desde este valor y hasta el 32 % de Sn tenemos siempre una estructura bifásica formadapor la solución sólida α y el eutectoide (α+δ), que suele presentar, además, otras fasescomplejas metaestables, aunque se ha señalado que, con calentamiento, puede trabajarsealeaciones de hasta un 25 % de Sn. Cuando el estaño supera el 32 % aparecen nuevosconstituyentes sumamente duros y frágiles. [6]

Sin embargo resulta evidente que las diademas se han obtenido por trabajado mecánicomediante martillado hasta reducir el espesor a algunos milímetros pero en una aleación muydifícil de trabajar en estas condiciones por su dureza y fragilidad. Esto ha requerido unproceso de deformación del material en caliente o una ímproba tarea de múltiples procesos decalentamiento luego de cada deformación parcial para regenerar la estructura cristalina yeliminar la acritud y una gran destreza y conocimientos tecnológicos para evitar la fisuraciónde la pieza durante la operación.

Por lo tanto, habrá que buscar el uso de estas aleaciones en las otras características quepudiera suministrar el alto contenido de estaño. Estas son: el color: “los bronces con hasta un5 % de estaño son rosados; con contenidos mas altos toman un tono dorado, cada vez masoscuro hasta el 15 % de estaño, y empalidecen con contenidos mas altos” [5].

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En nuestra opinión estas aleaciones fueron conscientemente buscadas porque se le dioprioridad a las características de coloración antes que a las dificultades de elaboración, enforma similar a la detectada en otros lugares de América. [7]

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al Dr. Humberto Lagiglia el habernos permitido encarar este estudio y alDr. Víctor Duran el habernos facilitado los resultados de los análisis químicos que hicieraefectuar sobre la diadema expuesta en el Museo Arqueológico de la Facultad de Filosofía yLetras de la Universidad Nacional de Cuyo.

REFERENCIAS

1. A.A.Pifferetti, L.Nosei, N.Walsöe de Reca, G.E.Lascalea. Análisis químico-estructural dediademas de Tupungato. Jornadas SAM'99, Rafaela, Santa Fe, Argentina, 1999. Enprensa.

2. S.Canals Frau. Exploraciones arqueológicas en el antiguo Valle de Uco (Mendoza), Publ.del Instituto de Arqueología XXII, U.N. de Cordoba, 1950.

3. A.A.Pifferetti. El bronce de alto estaño en la metalurgia prehispánica de los AndesCentro-Meridionales. Actas CONAMET 2000, La Serena, Chile, 507-511, 2000.

4. E. Franceschi, D. Palazzi. Chemical aspects in the characterisation and conservation ofarchaeological, historic and artistic metal artefacts, Proceedings 4th Intern. Symp.Conservation of Monuments in the Mediterranean, Rhodes, Technical Chamber of Greece,vol. 3, 129-140, 1997.

5. CIDEC. El cobre y sus aleaciones en la tecnología, Centro Español de Información delCobre, Madrid, España, 1974.

6. R.Calvo Rodes. Prontuario metalotécnico, tomo I, 249-250, INTA, Madrid, España, 1963.7. D. Hosler. Ancient West Mexican metallurgy: South and Central american origins and

West Mexican transformations, American Anthropogist, 90, 832-855, 1988.