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Un estudio publicado en la revista Scientific Reports, del grupo Nature Portfolio, mostró que hierros producidos por una antigua técnica tradicional india podían desarrollar resistencia superior al óxido por causa de la forma como eran fabricados, trabajados y modificados por la propia corrosión a lo largo del tiempo.
La investigación analizó muestras de hierro producidas por métodos asociados a las tribus Agaria, en Chhattisgarh, en la India Central.
El trabajo investigó por qué este material presentaba una resistencia inusual a la corrosión, incluso habiendo sido hecho por un proceso artesanal, anterior a la siderurgia moderna.
La investigación no analizó cualquier hierro medieval, pero ayuda a explicar el fenómeno
La investigación no trató directamente de espadas medievales europeas, armaduras o piezas comunes de castillos antiguos. El enfoque fue el hierro producido por una tradición metalúrgica india preservada por comunidades Agaria.
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Aun así, los resultados ayudan a entender por qué ciertos hierros antiguos, especialmente los hierros forjados por técnicas preindustriales, pueden resistir mejor a la corrosión que los aceros al carbono comunes usados actualmente.
La explicación no está en un único factor. El estudio muestra que la resistencia vino de una combinación entre el mineral utilizado, la presencia de escoria, las fases minerales formadas en la superficie, el proceso de oxidación y el martilleo en caliente aplicado después de la producción inicial del hierro.
Las muestras vinieron de una región tradicional de producción de hierro
Las muestras analizadas fueron obtenidas en Aamadandh, en el distrito de Korba, en el estado de Chhattisgarh. Según los investigadores, miembros de las tribus Agaria donaron el hierro usado en la investigación.
El equipo también recolectó mineral y escorias en la misma región. Este detalle fue importante porque permitió comparar el hierro final con los materiales involucrados en su producción.
El artículo destaca que muchos vestigios de los antiguos hornos tradicionales fueron destruidos por la acción del tiempo. Por eso, los investigadores trabajaron con fragmentos disponibles y con la reconstrucción científica del proceso a partir de las muestras, de la composición química y de las estructuras internas del material.
Horno antiguo producía hierro esponjoso mezclado con escoria
La tecnología Agaria de producción de hierro en horno del tipo bloomery puede haber existido antes de 1200 d.C., aunque la fecha exacta no está definida. Este tipo de horno no producía hierro líquido como en los altos hornos modernos. El resultado era una masa de hierro esponjoso, mezclada con escoria, que luego necesitaba ser trabajada manualmente.
El horno tradicional descrito en el estudio tenía forma de cuenco y normalmente se construía por debajo del nivel del suelo. El pozo tenía cerca de 800 milímetros de altura y 200 milímetros de diámetro. El eje del horno estaba por debajo de la marca de 600 milímetros. La chimenea en forma de cuenco tenía cerca de 240 milímetros de diámetro y 100 milímetros de profundidad.
La estructura también poseía un orificio para el drenaje de la escoria. Durante la producción, se soplaba aire para mantener la temperatura alrededor de 1150 °C. El proceso llevaba aproximadamente de 5 a 6 horas por cada kilo de hierro producido.
Martilleo en caliente fue decisivo para mejorar el material
Después de la producción inicial, el hierro esponjoso necesitaba pasar por el forjado. En esta etapa, el martilleo en caliente ayudaba a compactar la masa metálica, reducir poros internos y eliminar parte de las inclusiones de escoria.
El estudio comparó hierro martillado y no martillado mediante tomografía de neutrones. El resultado mostró que el trabajo mecánico consolidó poros internos y ayudó a eliminar inclusiones presentes en el material.
El hierro martillado presentó una película pasiva de corrosión más gruesa que el hierro no martillado. Para los autores, esta película más gruesa fue uno de los factores que ayudaron a explicar la resistencia superior a la corrosión.
En la práctica, el martilleo no solo daba forma al hierro. También mejoraba su estructura interna y favorecía la formación de una superficie más protectora contra el óxido.
Capa de corrosión funcionaba como una protección natural
Uno de los hallazgos centrales de la investigación fue la presencia de una capa gruesa de productos de corrosión sobre el hierro. A primera vista, esto puede parecer contradictorio, ya que la corrosión suele asociarse a la destrucción del metal.
En el caso analizado, sin embargo, esta capa no era solo una señal de degradación. También funcionaba como una barrera protectora, dificultando el avance de la corrosión hacia el interior del material.
El análisis microscópico mostró grietas visibles en esta capa, en su mayoría en el rango de aproximadamente 4 a 5 micrómetros, además de algunas fisuras mayores. En áreas donde la película superficial era más gruesa, los investigadores observaron menos grietas.
La formación de pequeñas láminas en la superficie se asoció a la corrosión atmosférica, y no a un ambiente marino agresivo. Esto indica que el material fue afectado principalmente por exposición al aire y a la humedad, y no por agua salada.
Hematita, cuarzo y calcita aparecieron en la película superficial
La composición de la capa de corrosión fue analizada con diferentes técnicas. La difracción de rayos X en incidencia rasante indicó la presencia de hematita, cuarzo y calcita.
Por el análisis de Rietveld, los investigadores encontraron 70% en masa de Fe2O3, 19% de SiO2 y 11% de CaCO3. Estos compuestos ayudaron a formar una película estable en la superficie del hierro.
La hematita, un óxido de hierro, fue una de las fases más importantes identificadas. El estudio describe la hematita como el óxido de hierro más estable entre las fases observadas. Su energía libre de formación fue indicada como -744,4 ± 1,3 kJ mol−1.
La maghemita también fue identificada, pero como una fase menos estable, con energía libre de formación de -731,4 ± 2,0 kJ mol−1 a 298 K y 1 bar de presión.
Análisis por neutrones reveló estructura interna del hierro
Además de los análisis de superficie, los investigadores usaron difracción de neutrones para investigar el interior del material. Esta técnica es importante porque los neutrones pueden penetrar más profundamente en el hierro que otras formas de radiación usadas en análisis superficiales.
La difracción de neutrones confirmó la presencia de hierro, cementita y maghemita. Por el análisis de Rietveld, el material presentó cerca de 92% en masa de hierro, 1,1% de Fe3O4 y 1,7% de Fe3C. Fases no identificadas representaron cerca de 5% de la muestra.
El estudio también registró posiciones de picos no clasificados en 40,62°, 42,38°, 64,49°, 76,86°, 96,73° y 115,34°. Estos señales indican que había fases aún no totalmente identificadas en el material analizado.
La detección de la estructura BCC α-Fe llevó a los autores a considerar que el horno Agaria probablemente operaba por debajo de 1000 °C en determinada condición efectiva de formación del material. Al mismo tiempo, la descripción del proceso tradicional menciona temperatura en torno de 1150 °C durante la producción, lo que muestra la complejidad de reconstruir una técnica artesanal antigua solo por medio de muestras preservadas.
Calcio puede haber venido de la arcilla usada en el horno
Otro dato importante fue la presencia de calcio y silicio en la capa de corrosión. El mineral analizado presentó hematita, caolinita y anatasa, pero no presentó calcio.
Por eso, los autores plantearon la hipótesis de que el calcio podría haber entrado en el proceso a partir de la arcilla utilizada en la parte inferior del horno. Otra posibilidad mencionada es la presencia de polvo fino de carbón o de una plataforma inclinada de bambú revestida con arcilla, utilizada para deslizar la carga dentro del horno.
Esta observación muestra que la resistencia del hierro no dependía solo del mineral. Materiales auxiliares del horno, del revestimiento y del ambiente de producción también pueden haber influido en la composición final de la capa protectora.
Estudio no encontró fósforo en las muestras analizadas
La ausencia de fósforo fue otro punto relevante de la investigación. En muchos debates sobre la resistencia de hierros antiguos indios, especialmente en el caso del famoso Pilar de Hierro de Delhi, el fósforo aparece como un posible responsable de la protección contra la corrosión.
En este estudio, sin embargo, la presencia de fósforo no fue detectada en el hierro ni en la capa de corrosión dentro de los límites de las técnicas utilizadas. Esto significa que, en las muestras Agaria analizadas, la resistencia superior al óxido no fue atribuida al fósforo.
La conclusión refuerza que diferentes hierros antiguos pueden haber resistido la corrosión por mecanismos distintos. En algunos casos, el fósforo puede tener un papel importante. En este caso específico, la protección fue asociada principalmente a la capa formada por óxidos y compuestos minerales, al martilleo en caliente y a la estructura consolidada del material.
El hierro antiguo no era mejor en todo que el acero moderno
El estudio no afirma que todo hierro antiguo era mejor que el acero moderno. La conclusión es más específica: hierros producidos por ciertas técnicas tradicionales podían formar una capa protectora eficiente contra la corrosión.
Esta resistencia no debe confundirse con la del acero inoxidable moderno, que es fabricado con aleaciones diseñadas para resistir la oxidación, especialmente por la presencia de cromo. La comparación más adecuada es con aceros al carbono comunes, que pueden oxidarse rápidamente cuando se exponen a la humedad sin protección adecuada.
También es importante recordar que la producción antigua variaba mucho. La calidad del hierro dependía del mineral, del horno, de la temperatura, del combustible, de la habilidad del herrero y de las etapas de forjado. Por eso, no todo hierro medieval o antiguo tenía la misma resistencia al óxido.
Descubrimiento muestra sofisticación de la metalurgia tradicional
La principal contribución del estudio es mostrar que la metalurgia antigua podía generar materiales con propiedades complejas, incluso sin instrumentos modernos de control industrial.
En el caso de las muestras de Agaria, la resistencia a la corrosión surgió de una secuencia de factores: mineral rico en óxidos de hierro, uso de horno bloomery, formación de escoria, martillado en caliente, reducción de poros, eliminación de inclusiones y desarrollo de una película superficial rica en hematita, cuarzo y calcita.
Esta combinación creó una protección natural, capaz de retrasar el avance del óxido. La investigación también muestra que los procesos artesanales, a menudo vistos como simples o rudimentarios, podían producir resultados sofisticados cuando eran dominados por comunidades especializadas.
Fuente
Este artículo fue elaborado con base en el estudio Uncovering the superior corrosion resistance of iron made via ancient Indian iron-making practice, publicado en la revista Scientific Reports.
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