Электрохимическое окрашивание.

Такое окрашивание медных и латунных изделий в различные цвета производят нанесением тончайшей пленки оксида меди на катоде (изделие) из водных растворов органических соединений меди. Способ позволяет окрашивать медь и латунь в различные яркие цвета, меняя способ обработки. Электролиз при окрашивании ведется при очень низких плотностях тока.  Существенный фактор для получения качественного, равномерного цвета на металле - предварительная подготовка окрашиваемой поверхности. Равномерную окраску трудно получить на слишком тонкой оксидной пленке. Для того чтобы избежать неравномерности интерферирующего оттенка, возникающей вследствие различной светопоглотительной способности металла, применяют гальваническое нанесение подслоя из меди толщиной 10-20 мкм. Кроме того, рекомендуется предварительное полирование поверхности, а также ее крацевание или пескоструйная обработка. Изделия с подготовленной поверхностью обрабатывают в гальванической ванне при очень малых плотностях тока (0,05-0,1 А/дм²). Анод медный.

Изменение цвета пленки зависит от выдержки изделия в электролите:

Цвет	Время, с
Оранжевый	20
Красный	40
Пурпурный	60
Синий	80
Светло-зеленый	100
Желтый	140
Золотисто-желтый	170
Розово-красный	200
Пурпурный, синий	230
Темно-зеленый	260

Для получения тонких цветных оксидных пленок наиболее удобными являются растворы, в которых оксид меди образуется с умеренной скоростью. Если скорость образования оксида меди на катоде слишком велика, рост пленки задерживают, например, снижением щелочности раствора, понижением температуры, разбавлением раствора или комбинацией этих приемов.

Ниже приводятся рецепты растворов для получения оксидных пленок; содержание компонентов в 1 л раствора дано в граммах.

· 1-й рецепт
Сульфат меди 100
Оксипропионовая кислота 150
Гидроксид натрия 112

· 2-й рецепт
Сульфат меди 100
Лимонная кислота 355
Гидроксид натрия 246

· 3-й рецепт
Сульфат меди 100
Гликолевая кислота 128
Гидроксид натрия 112

· 4-й рецепт
Сульфат меди 100
Гидротартрат калия 125
Гидроксид натрия 35

· 5-й рецепт
Сульфат меди 24
Салициловая кислота 56
Гидроксид натрия 42

· 6-й рецепт
Сульфат меди 50
Тростниковый сахар 100
Гидроксид натрия 50

· 7-й рецепт
Сульфат меди 10
Глицерин 125
Гидроксид натрия 50

· 8-й рецепт
Сульфат меди 100
Пирофосфорная кислота 275

· 9-й рецепт
Сульфат меди 15
Гидроксид натрия 400

· 10-й рецепт
Сульфат меди 15
Тетраборат натрия 150

Электрохимическое окрашивание производят также в электролите следующего состава:

Сульфат меди 60
Сахар-рафинад 90
Гидроксид натрия 40

Раствор, содержащий сульфат меди и сахар, следует вливать в раствор щелочи. Аноды - медные. Режим работы следующий: температура 25-40°С, катодная плотность тока 0,01 А/дм2. Изделия после погружения в ванну выдерживаются без тока в течение 1 мин.  По мере уменьшения объема электролита в раствор добавляется дистиллированная вода. Свежеприготовленный электролит может работать длительное время без корректирования, пока концентрация электролита не снизится на 1/3.  Для повышения блеска поверхностей в электролит добавляют 20 г карбоната натрия. Однако электролит без карбоната натрия более стоек. Снятие цветного оксидного слоя производится в 5%-ном растворе аммиака. Для лучшего предохранения окрашенного слоя от коррозии и механических повреждений изделия рекомендуется покрывать прозрачным лаком (нитролаком, глифталевым, перхлорвиниловым и др.).

Хороший эффект дают и другие электролиты, например следующего состава, в граммах:

Сульфат меди	110-115
Лимонная кислота	100-105
Гидроксид натрия	120-125
Вода	1000

Температура раствора комнатная, плотность тока от 0,08 А/дм² и выше.

ЕЩЕ О ГАЛЬВАНОПЛАСТИКЕ

Что необходимо знать о гальванопластике и гальваностегии

Гальванопластика - электрохимический способ копирования (получение точных копий изделий). Широко используется в технике при изготовлении матриц в полиграфии, пресс-форм для прессования грампластинок и т.п. Этим способом изготовляют металлические сетки, ювелирные изделия, копии скульптур, гравюр, детали сложной конфигурации. Способ отличается исключительно высокой точностью воспроизведения рельефа изделия.

Гальваностегия - электрохимический процесс покрытия одного металла другим, более устойчивым в механическом и химическом отношении, например, стальные детали покрывают хромом, никелем, медные - никелем, серебром или другими металлами.  В принципе гальванопластика не отличается от гальваностегии. Однако гальваностегические и гальванопластические процессы имеют свои особенности и отличаются прежде всего методами подготовки поверхности перед осаждением на нее металла.  В гальваностегии поверхность подготавливается так, чтобы покрытие прочно держалось на ней. В гальванопластике, наоборот, покрытие должно легко отделяться. Поэтому в последнем случае уделяется большое внимание нанесению токопроводящих слоев (в случае покрытия непроводников) и разделительных слоев (если копия получается с металла).  Далее, в то время как для гальваностегических покрытий используют многие металлы и сплавы (серебро, цинк, олово, никель, медь, хром и их сплавы), в гальванопластике обычно применяют лишь отложения меди, никеля и серебра и значительно реже - других металлов. В связи с тем, что гальванопластические отложения отличаются от гальваностегических значительно большей толщиной, составы электролитов и режимы, применяемые в гальванопластике, также несколько отличаются от принятых в гальваностегии.  В гальванопластике металл обычно наращивают не на металл, а на тонкий токопроводящий слой, нанесенный на поверхность непроводника, или на разделительный, плохо проводящий слой, нанесенный на металл, поэтому в технологический процесс вводят дополнительную по сравнению с гальваностегией операцию "затяжки" металлом - первичное наращивание металла на токопроводящий слой до полного закрытия его. Составы электролитов для ванн затяжки и режим работы несколько отличаются от обычных.  Оборудование для гальваностегии ничем не отличается от оборудования, применяемого для гальванопластики.  В качестве гальванической ванны может быть использована любая стеклянная байка такого размера, чтобы покрываемый металлом предмет свободно в ней размещался и при этом не находился слишком близко от анодных пластин.  Удобнее всего пользоваться четырехугольными стеклянными банками (рис. 1).

Из толстой медной проволоки или трубок делают поперечные перекладины, из которых две (а) служат для подвешивания никелевых или медных пластин - анодов, а третья (б) - для никелируемых или омедняемых предметов. В круглой банке анодную пластину приходится сгибать в виде цилиндра (с) (рис. 2).  Покрываемые предметы подвешивают на медных проволоках. Анодных пластин должно быть две. Важно, чтобы покрываемые предметы были обращены к анодам своими наибольшими площадями и находились с ними примерно в параллельных плоскостях. Перекладины, к которым подвешиваются аноды и покрываемые предметы, необходимо снабдить клеммами для удобства и надежности соединения (см. рис. 144). Проволоки, которыми прикреплен анод к перекладине, должны находиться выше уровня электролита, особенно если они сделаны из другого металла. Анодные пластины включаются между собой параллельно и присоединяются обязательно к клемме "плюс" источника тока (аккумулятора или выпрямителя).

Рис. 2. Гальваническая ванна в круглой банке

Аноды должны быть тщательно очищены от окислов, грязи и обезжирены, так же как и предметы, предназначенные для покрытия металлом.  Важным условием успешного никелирования и меднения является чистота. Если в электролите появилась легкая муть или образовался осадок, электролит необходимо профильтровать.  На рис. 3 показана схема включения гальванической ванны. В качестве источника можно использовать автомобильный аккумулятор или выпрямитель (напряжением 6-12 В), питающийся от сети переменного тока напряжением 127-220 В. К. схеме необходимо подключать вольтметр и амперметр. Если поверхность покрываемого предмета менее 2 дм², можно использовать миллиамперметр на 500 мА. Сопротивление реостата должно быть порядка 8-10 ом, чтобы можно было изменять ток в пределах долей ампера. При сборке электрической цепи ванны очень важно не спутать полюсы у аккумулятора или выпрямителя, так как анодные пластины должны быть обязательно подключены к положительному полюсу, а деталь (предмет) - к отрицательному. При неправильном включении будет "растворяться" металл детали или предмета, что приведет к порче электролита.  Ровное плотное покрытие предмета никелем или медью зависит от величины электрического тока, не превосходящей известного предела и зависящей от площади поверхности предмета.  Например, если норма плотности тока равна 0,5 А на 1 дм² и предмет имеет общую поверхность около 0,5 дм², то ток не должен превышать 0,5х0,5=0,25 А. При большем токе никель или медь будут откладываться темным, непрочным, легко отделяющимся слоем. Если предмет имеет заостренные части, плотность тока следует уменьшить в 2-3 раза.  Предметы погружают в ванну под напряжением. Для этого их сначала подвешивают на медных голых проводниках диаметром 0,8-1 мм к перекладине (медная трубка), подключают к источнику электрического тока (при этом реостат включают на полное сопротивление) и опускают в ванну с электролитом. Затем, уменьшая сопротивление реостата, доводят ток до нормы.  Во время гальванизации деталь или предмет два-три раза вынимают из ванны на короткое время и осматривают. Если металл откладывается неравномерно, изменяют положение предмета, повернув его к аноду той стороной, на которой слой металла получается тоньше.

При правильном процессе никелирования никель откладывается матовым, повсюду ровным, серебристым слоем. Появление темных пятен свидетельствует о плохом обезжиривании. Тонкий слой металла откладывается на детали или предмете за 20-30 мин, толстый слой - за несколько часов.  Предмет, вынутый из ванны, как бы хорошо он ни был предварительно отполирован, имеет матовую поверхность. Для придания блеска его полируют тончайшим мелом (зубным порошком) при помощи суконки. Можно также полировать крокусом, но очень осторожно, чтобы не повредить слой никеля.

Примечание

В любительских конструкциях широко применяется алюминий. Анодирование можно выполнять переменным током 12-24 В. Деталь (лист) полируют до зеркального блеска, протирают ацетоном и химически обезжиривают в растворе едкого натра 50 г/л. Время обезжиривания 3-5 мин, температура раствора 50°С.  Анодирование переменным током заключается в следующем.  Если анодируется деталь (лист), то она является первым электродом, а вторым может быть обработанная алюминиевая болванка или лист. Контакты токоподводов обязательно должны быть алюминиевые. Электролитом служит 20-процентный раствор серной кислоты.

Условия анодирования следующие:

1. Для алюминия и плакированного дюралюминия плотность тока 1,5-2 А/дм² при напряжении 12 В. Время анодирования 25-30 мин, температура электролита не выше 25°С.

2. Для неплакированного дюралюминия плотность тока 2-3 А/дм² при напряжении 12-20 В. Время анодирования 20-25 мин, температура электролита - около 25°С.

Электролитический способ копирования медалей, барельефов и декоративных украшений (гальванопластика)

С копируемого предмета или изделия прежде всего снимают отпечаток, т.е. делают форму из легкоплавного металла, воска, пластилина или гипса. Копируемый предмет, натертый мылом, кладут в картонную коробку и заливают легкоплавким сплавом Вуда или другими легкоплавкими сплавами.

После отливки предмет вынимают и полученную форму обезжиривают и подвергают меднению в электролитической ванне. Для того чтобы металл не откладывался на тех сторонах формы, где нет оттиска, их покрывают при помощи кисточки расплавленным воском или парафином. После меднения легкоплавкий металл расплавляют в кипящей воде и получают матрицу. Матрицу заливают гипсом или свинцом, и копия готова.

Для изготовления форм применяют следующую восковую композицию:

Воск 20 в. ч.
Парафин 3 в. ч.
Графит 1 в. ч.

Если форму изготовляют из диэлектрика (воск, пластилин, парафин, гипс), ее поверхность покрывают электропроводным слоем. Проводящий слой может быть нанесен способом восстановления некоторых металлов (серебра, меди, никеля) или механическим путем - втиранием в поверхность формы чешуйчатого графита мягкой волосяной кистью. Графит тщательно растирают в фарфоровой ступке, просеивают через сито или марлю и наносят на поверхность изделия мягкой кистью или ватным тампоном. Графит лучше прилипает к пластилину. Формы из гипса, дерева, стекла, пластмассы и папье-маше покрывают раствором воска в бензине. На поверхность, не успевшую высохнуть, наносят графитную пудру, а лишний, неприлипший графит сдувают.

Гальваническое покрытие легко отделяется от формы, покрытой графитом. Если форма выполнена из металла, то на ее поверхности необходимо создать электропроводящую пленку оксида, сульфида или другой нерастворимой соли, например на серебре - хлорида серебра, на свинце - сульфита свинца, чтобы форма хорошо отделялась от покрытия.

Медные, серебряные и свинцовые поверхности обрабатывают 1%-ным раствором сульфида натрия, в результате чего на них образуются нерастворимые сульфиды.

Осаждение металла на поверхности формы. Подготовленную форму погружают в ванну, схема которой находится под током, чтобы не растворилась разделяющая пленка. Сначала проводят "затяжку" (покрытие) проводящего слоя меди при малой плотности тока в растворе такого состава:

Сернокислая медь (медный купорос) 150-200 г
Серная кислота 7-15 г
Этиловый спирт 30-50 мл
Вода 1000 мл

Рабочая температура электролита 18-25°С, плотность тока 1-2 А/дм². Спирт необходим для повышения смачиваемости поверхности. После того как вся поверхность "затянется" слоем меди, форму переносят в электролит, предназначенный для гальванопластики.

Для гальванопластических работ (меднение) рекомендуется следующий состав:

Сернокислая медь (медный купорос) 340 в. ч.
Серная кислота 2 в. ч.
Вода 1000 в. ч. Способы металлизации растений, насекомых и других неметаллических предметов

Чтобы изготовить металлические листья растений, со свежих листьев снимают отпечатки на восковой композиции следующим образом. В формочку из плотной бумаги заливают восковую композицию, дают ей остыть почти до полного отвердения, но с таким расчетом, чтобы поверхность ее была эластичной. Затем на поверхность воска накладывают листья и прижимают их стеклом. Когда стекло и листья снимают, на восковой композиции остается четкий отпечаток листьев.

После полного затвердения воска форму с отпечатком осторожно графитируют мягкой кистью. Установив проводники на форме, подвешивают груз и опускают ее в гальваническую ванну.

Для покрытия металлом насекомых (бабочек, жуков и т.п.) их соответствующим способом подготавливают: насекомых выдерживают в 1,5%-ном растворе сулемы, высушивают, покрывают лаком или тонким слоем воска. Затем поверхность нужно сделать токопроводящей, для этого ее при помощи кисточки смазывают жидкой кашицей из графита, разведенного на спирте или водке. После высыхания излишки графита удаляют.

После этого предмет подвешивают на нескольких тонких медных проволочках диаметром 0,1-0,2 мм, перекручивая или перевязывая их неоднократно крест-накрест (рис. 1), и помещают в гальванопластическую ванну. Для устранения плавучести в электролите бабочку, жучка и т.п. прикрепляют парафином к стеклу или кусочку пластмассы. Металл начинает откладываться прежде всего около медных проволочек, распространяясь очень медленно на всю остальную поверхность. Поэтому в начале процесса ток должен быть в несколько раз меньше нормального, когда же вся поверхность окажется "затянутой" металлом, доводят его до нормы. Продолжительность процесса - несколько часов. Толщина покрытия может колебаться от 0,1 до 2 мм.

Рис. 1. Подвешивание жука для омеднения (а). Вид жука, покрытого металлом (б)

Используя метод гальванопластики, можно металлизировать кружева для декоративно-художественного украшения различных предметов.

Кружева растягивают на рамке и пропитывают парафином. Затем их проглаживают утюгом между листами бумаги для удаления излишков парафина. Далее наносят электропроводящий слой мелкого графита, избыток его тщательно сдувают с кружев. Проложив проводники по краю кружева, их крепят на пластмассовой рамке или рамке из толстого провода с хлорвиниловой изоляцией, вместе с которой кружева погружают в электролит.

Кружева, покрытые медью, обрабатывают латунной щеткой. Паяют их оловянно-свинцовым припоем.

Гальваностегическая отделка металлизированных кружев заключается в нанесении декоративного слоя серебра или золота или в оксидировании.

 

Способ изготовления мемориальных досок

Способ изготовления мемориальных досок ничем не отличается от способа изготовления копий с медалей, барельефов и т.п.

На таких досках обычно имеется текст, рама, часто барельефное изображение (рис. 1).

Рис. 1. Мемориальная доска

Мемориальную доску или просто доску с надписью обычно изготовляют следующим образом. На ровный деревянный планшет натягивают ватманскую бумагу, размер которой несколько больше размера изготовляемой доски, края бумаги приклеивают к планшету; затем бумагу увлажняют водой, и после высыхания она сильно натягивается. На бумаге размечают расположение текста, рамы, барельефа и других деталей композиции доски.

Все детали композиции доски изготовляют отдельно в соответствии с ее размерами. Барельеф и раму выполняют гальванопластическим способом и обрезают по контуру. Буквы для текста выпиливают из пластмассы, не деформирующейся при 60-70°С (температура заливаемого воска). По разметке на ватманской бумаге буквы наклеивают на нее нитролаком. Барельеф предварительно заливают с обратной стороны воском для создания ровной плоскости и тоже приклеивают его нитролаком. Так же устанавливают и раму доски. Под барельефом и другими деталями доски не должно быть воздуха, так как он образует раковины на поверхности восковой формы.

Затем лист ватманской бумаги с наклеенными деталями протирают подсолнечным или касторовым маслом, чтобы не прилипал воск.

Вокруг подготовленной таким образом модели доски устанавливают обечайку в виде обычной деревянной рамы, высота стенок которой должна настолько превышать высоту рельефа модели, чтобы получилась достаточно массивная, толстая и прочная форма, не подвергающаяся деформации.

Стык между обечайкой и доской тщательно промазывают глиной или пластилином во избежание протекания воска.

Приготовленную модель заливают восковой композицией. После затвердевания воска обечайку разбирают, восковую форму снимают, переворачивают лицевой стороной вверх и осторожно извлекают из нее заформованные детали. Для удаления из восковой формы деталей, особенно пластмассовых букв, лучше всего пользоваться тонким шилом или ножом с узким концом. Затем форму осматривают, устраняют дефекты, подрезают края.

Подготовленную форму укладывают на лист пластмассы толщиной 10-15 мм, в котором имеются отверстия для закрепления формы. После зарядки и нанесения на форму электропроводящего слоя ее помещают в гальваническую ванну.

Простейшая гальваническая ванна для электрохимического окрашивания металлических деталей в любой цвет

Для электрохимического окрашивания деталей из стали, латуни или меди необходимо собрать гальваническую ванну и электрическую схему, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Простейшая гальваническая ванна

Электрод, подключенный к плюсовому зажиму элемента, делают из листовой меди. Минус элемента подключают к окрашиваемой детали. Необходимо следить за тем, чтобы детали не касались медной пластинки. В банку заливают специальный электролит и замыкают электрическую цепь. Через 2-3 мин начнется окрашивание. Вначале деталь станет коричневой, потом фиолетовой и т.д. Все будет зависеть от времени: 2 мин - коричневый цвет, 3 мин - фиолетовый, 3-5 мин - синий, 5-6 мин - голубой, 8-12 мин - желтый, 12-13 мин - оранжевый, 13-15 мин - красный, 17-21 мин - зеленый цвет,

На 1 л электролита требуется:

Медного купороса 60 г
Сахара-рафинада 90 г
Едкого натра 45 г

Приготовляют электролит следующим образом. В раствор медного купороса объемом 200-300 мл добавляют 90 г сахара и тщательно размешивают. Отдельно в 250 мл воды растворяют 45 г едкого натра и к нему небольшими порциями, постоянно помешивая, приливают раствор медного купороса с сахаром. Затем добавляют воду, чтобы получился 1 л раствора.

При работе с едким натром необходимо соблюдать осторожность! Чтобы цвета были более контрастными, в готовый электролит добавляют 20 г безводной соли углекислого натрия. После окрашивания деталь промывают водой, сушат и покрывают бесцветным лаком.

Рецепты электролитов для гальванических ванн

Электролит для быстрого меднения
Сернокислая медь (медный купорос) 250 г
Серная кислота концентрированная 20 г
Хромовый ангидрид 2 г
Вода до 1 л
Рабочая температура от 18 до 25°С, рекомендуется перемешивание. Плотность тока 5 А/дм².

Электролит для матового никелирования
Сернокислый никель 217,5 г
Хлористый никель 46,5 г
Борная кислота 31 г
Вода до 1 л
Рабочая температура, ванны 50-70°С, плотность тока 1,5-5 А/дм², рН5.2- 5,8.

Электролит для никелирования (твердое покрытие)
Сернокислый никель 150 г
Хлористый аммоний 20 г
Борная кислота 25 г
Вода до 1 л
Рабочая температура ванны 50-60°С, плотность тока 2,5-5 А/дм², рН 5,6-5,9.

Электролит для декоративного хромирования
Хромовый ангидрид 400 г
Серная кислота концентрированная 4 г
Вода до 1 л
Рабочая температура 25-65°С, плотность тока 20-50 А/дм².

Электролит для хромирования (твердое покрытие)
Хромовый ангидрид 250 г
Серная кислота концентрированная 2,5 г
Вода до 1 л
Рабочая температура 25-65°С, плотность тока 20-50 А/дм².

Электролит для лужения
Оловяннокислый натрий 75 г
Едкий натр 11,5 г
Уксуснокислый натрий 25 г
Вода до 1 л
Рабочая температура 65-70°С, плотность тока 2-4 А/дм².

Электролит для серебрения
Хлористое серебро 40 г
Железосинеродистый калий (красная кровяная соль) 200 г
Поташ 20 г
Вода до 1 л
Температура электролита 20-80°С. Плотности тока 1-1,5 А/дм². Анод из серебра.