ОКСИДИРОВАНИЕ

Цвет металлов и сплавов в основном довольно однообразен (см. гл. 2): преобладают сероватые, серебристые или слегка голубова­тые тона. Исключение составляют золото, имеющее насыщенный жел­тый цвет, медь, обладающая характерным красным цветом, сплавы никеля и меди, приближающиеся по цвету к золоту и, кроме того, латуни и бронзы, окрашенные в желтоватые и зеленоватые тона. Поэтому отделка художественных изделий из металла, в том числе литых изделий, очень часто включает окрашивание поверхностей. Придать изделию разнообразные цвета и оттенки позволяет обработка различ­ными химическими составами. При этом на поверхности металла про­исходит химическая реакция между раствором и металлами. В ре­зультате образуются новые химические соединения, которые, как пра­вило, прочно сцеплены с основным металлом и придают изделию тот или иной цвет. Образующиеся соединения в большинстве случаев являются оксидами, поэтому химическую обработку называют окси­дированием.

Поверхностную пленку на художественных изделиях называют п а-тиной (отсюда второе название химического тонирования — пати­нирование). Патина может быть естественной и искусственной.

Оксидированию подвергают в основном отливки из меди и сплавов на ее основе. Современную скульптуру и художественные изделия из этих сплавов обрабатывают, как правило, серосодержащими соедине­ниями. Наиболее широко применяют полисульфиды калия, сульфиды натрия и алюминия, которые при достаточно высоких концентрациях растворов образуют темно-коричневые и черные пленки, при низких концентрациях (менее 0,1 %) окрашивают поверхность в золотисто-ко­ричневые тона.

Многие искусственные патины неустойчивы в атмосферных усло­виях, и их обычно покрывают слоем воска, лака, олифы. Но такие органические покрытия недолговечны. Со временем защитная пленка разрушается.

Перед патинированием проводят декапирование поверхности — легкое непродолжительное травление слабым травиль­ным раствором (3—5%-ной концентрации) — в целях удаления оксид-ных пленок и повышения химической активности поверхности.

Подготовленную поверхность отливки чаще всего обрабатывают раствором сульфида аммония или полисульфида калия (серая печень). Получающиеся при этом пленки имеют глубокий черный цвет.

Преимущество сульфидного патинирования состоит в том, что па­тина образуется на любых медных сплавах. Его недостатками являются декоративное однообразие и сравнительно быстрое изменение цвета покрытия под воздействием внешних факторов.

Сульфидное патинирование осуществляется следующими способа­ми: нанесением растворов на холодную или горячую поверхность; обработкой в холодном или горячем растворе; обработкой в газофазо­вой среде.

Искусственные оксидные и оксидно-солевые пленки по составу близки к естественным патинам. Пленки различных оттенков коричне­вого цвета однослойны и состоят, как и естественные, из оксида меди. Зеленые и голубые патины двухслойны. Внутренний слой в них обра­зован оксидом меди, наружный — основными солями меди.

Почти все искусственные патины более тонкие, пористые и рыхлые, чем естественная атмосферная патина.

Ниже приводятся некоторые патинирующие составы для придания отливкам определенного цвета.

Светло-коричневая патина

Бихромат натрия Na2Cf2 О? — 124 г/л Азотная кислота НМОэ (плотность 1,4 г/см³) — 15,5 г/л Соляная кислота НС1 (плотность 1,192 г/см³) — ⁴-⁶⁵ г/л Сульфид аммония (MH^S (18%-ный раствор) — 3—5 мл/л

Раствор наносят кистью, через 4—5 часов промывают холодной водой. После высыхания обрабатывают еще 2 раза. Патину полируют сухой ветошью.

Золотисто-коричневая патина с малиновой побежалостью Медный купорос CuSO₄ • 5Н₂О — 20 г/л Перманганат калия КМпО« — 5 г/л

Раствор наносят кистью, через сутки промывают горячей водой, высушивают и повторяют операцию 3—4 раза. Затем полируют сухой ветошью.

Патина от темно-коричневого до тепло-черного цвета Персульфат аммония (МНчЭ^Ов — 9,35 г/л Едкий натр NaOH — 50 г/л

Подогретые изделия погружают в раствор, нагретый до 90—95° С. Промывают горячей водой, сушат и повторяют обработку 2—3 раза.

Устойчивая патина золотистого цвета Сульфат меди CuSO^ — 0,6 г/л Едкий натр NaOH — 180 г/л Молочный сахар (лактоза) — 180 г/л

Отдельно готовят раствор щелочи и лактозы, затем сливают вместе, кипетят и добавляют раствор сульфата меди. Изделие опускают на 10—15 минут в раствор нагретый до 90 °С.

Зеленая двухслойная патина Медный купорос CuSO4 • 5HjO — 50 г/л Едкий натр NaOH — 10 г/л Аммиачная вода NH₄OH (25% р-р) — 176 г/л

В раствор медного купороса добавляют раствор аммиака, затем вводят щелочь. В начале обрабатывают 2—3 раза раствором сульфата аммония с промежуточной сушкой, промывкой и осушением. Затем наносят раствор, сделанный выше, дважды в день в течении 4—5 суток с последующей промывкой холодной водой. Образовавшаяся голубая патина преобразуется в зеленую.

Темно-оливковая патина («под старую бронзу») Нитрат меди Cu(NO₃>2 — 200 г/л Нитрат серебра АдМОэ — 8 г/л Азотная кислота НМОз (плотность 1,4 г/см³) — 6,5 мл/л

Патина различных цветов Раствор 1

Гидросульфит натрия NaHSOs — 45 г Вода — 500 мл Раствор 2

Медный купорос CuSO4 • SHjO — 15 г Вода — 500 мл

Растворы сливают вместе, нагревают до кипения. Отливку опускают в кипящий раствор. Через несколько секунд начинается окрашивание в следующем порядке: через 5—10 с — тон старого золота, 12—15 с — темно-пурпурный цвет, 16—18 с — фиолетово-пурпурный, 19—22 с — фиолетово-серый, 25 с — 2 мин — серый до черного.

Патинирование можно осуществлять электрохимическим способом. Для получения патины зеленоватых тонов (от серо-зеленой до темно-зеленой) используют раствор следующего состава, г/л:

Сульфат меди CuSO4 — 50

Хлорид аммония NH« C1 — 28

Хлорид натрия Nad — 14

Уксусная кислота СН₃СООН — 12

Хлорид цинка ZnCh — 6

Глицерин — 6

Отливка является катодом, аноды медные. Обработка ведется в те­чение 5—10 мин при плотности тока 0,3—0,5 А/дм². (Более подробно о технологии патинирования рассказано в книге «Химия в реставрации» М. К. Никитина и Е. П. Мельниковой, выпущенной в Ленинграде издательством «Химия» в 1990 г.)

10.3. ЧЕКАНКА

Чеканка — один из древнейших способов обработки металлов. Она была известна в Древнем Египте, античной Греции и Риме и других странах древнего мира.

Диапазон возможностей, предоставляемых этой техникой, очень широк — от грубой отделки фона (набивка фактуры) до проработки тончайших деталей, например изображений человеческих лиц.

Чеканкой обрабатывают и миниатюрные ювелирные изделия, и многометровые монументальные статуи из стали, бронзы, алюминия.

В отличие от чеканки листа, при которой из листовой заготовки создается художественное произведение, чеканка литья только выяв­ляет художественную форму уже созданную скульптором и отлитую в металле, придает ей законченность.

Большинство металлов и сплавов хорошо поддаются чеканке, по­скольку обладают определенной пластичностью Исключение состав­ляют некоторые наиболее хрупкие их них, например чугун.

Металл чеканят специальным стержнем — чеканом, по верхнему концу которого наносят удары молотком. Нижний рабочий конец чекана оставляет отпечаток на металле.

Чеканы представляют собой специально кованые стальные стержни длиной 120—170 мм, несколько утолщенные в средней части. Матери­алом для чекана может служить любая инструментальная сталь. Наи­более часто употребляют сталь У7 и У8. Рабочий конец чекана (бой) закаливают.

В арсенал высококвалифицированного чеканщика обычно входит более сотни чеканов различающихся формой рабочей части

Наиболее часто употребляемые для чеканки листа чеканы показаны на рис. 10 3.

Канфарники — чеканы с заостренным концом в форме тупой иглы — служат для перевода рисунка с бумаги на металл, а также для отделки фона точками (канфарения).

При помощи расходников на металле воспроизводят контур рисунка, обводя его по точкам канфарника. Прямые расходники ис­пользуют для проведения прямых линий, полукруглые с различным радиусом закругления — для обводки кривых линий.

Лощатники, наиболее обширная и разнообразная группа чеканов, применяются для выравнивания плоскостей. Лощатники бы­вают гладкими, оставляющими на металле гладкий, как после ковки, след, и шероховатыми, оставляющими матовый, мягкий, шероховатый след.

Чеканы со сферической головкой — пурошники — служат для получения ямочной фактуры.

Для той же цели используют бобошники, имеющие овальный бобовидный рабочий конец.

Трубочками называют чеканы, рабочая часть которых имеет вогнутую полушаровую поверхность различных диаметра и глубины. На металле образуется выпуклый сферический отпечаток, как бы имитация зерна.

Рисунчатые чеканы по форме напоминают лощатники, но дают рисунчатые отпечатки (решеточки, полосчатость, ямчатость, штриховатость).

Литье чеканят практически тем же инструментом, что и листы. Отличие состоит только в том, что рабочие концы чеканов для отделки литья тверже.

Отливки перед чеканкой очищают от формовочной смеси, как правило, отжигают, затем промывают и высушивают.

Чеканку литья начинают с устранения следов литника. На отливках, выполненных в кусковых формах, всегда остаются более или менее заметные заливы в местах стыка кусков. Их срубают и зачеканивают.

На пустотелых отливках часто остаются отверстия от знаков стер­жней. Такие отверстия рассверливают, в них вставляют пробки на резьбе и зачеканивают.

Чеканкой часто исправляют брак литья: раковины, спаи, заливы и т. п.

При окончательной чеканке литья очень важно правильно подобрать такие чеканы, форма боя которых придает поверхности нужную фак­туру, чтобы передать характер изображаемого: сочность плодов или нежность лепестков и пышность цветов, мягкость складок ткани и пу­шистость меха или, наоборот, твердость граней камня, упругость и блеск металла.

При чеканке и других видах механической отделки художественно­го литья широко используются бормашинки с набором всевозможных шарошек. Шарошками легко удаляют различные наплывы, следы лит­ников. При этом можно получить разнообразную фактуру поверхности, какую нельзя создать чеканами.

Крупное монументальное литье чеканят пневматическими молотка­ми, различающимися массой, частотой ударов, длиной хода и др. Пневматическими молотками выполняют различные подготовительные операции, а также наносят грубые фактуры.

10.4. ЭМАЛИРОВАНИЕ

Эмалирование — одно из наиболее эффективных средств придания художественной отливке качественно новой эстетической ценности.

Эмаль представляет собой тонкий слой сравнительно легкоплав­кого стеклянного сплава различных цветов. Ее наносят в порошкооб­разном состоянии на поверхность изделия и затем наплавляют, под­вергая изделие обжигу. Эмаль не только украшает изделие, но и защищает от коррозии. Она обладает большой стойкостью к воздей­ствию атмосферных факторов и агрессивных сред (кислот, щелочей, ядовитых газов).

В состав эмалевого порошка входят кремнезем, глинозем и другие оксиды, которые называют «плавнями». Качество эмали определяется соотношением тугоплавких и легкоплавких компонентов.

Преобладание тугоплавких соединений, например окиси кремния, приводит при охлаждении и затвердевании к частичной кристаллиза­ции (так называемому расстекловыванию).

Избыток легкоплавких соединений, например оксида натрия и ка­лия, снижает прочность эмали. Она легко трескается, разъедается кислотами и даже может растворяться в горячей воде.

По составу эмали разделяют на прозрачные и глухие (непрозрачные).

Для получения цветных эмалей (прозрачных и глухих) сначала готовят основной сплав, а затем к этому бесцветному сплаву добавляют различные красители и вновь все переплавляют. Примером основы цветных эмалей могут служить составы, представленные в табл. 10.5.

Красители, которые добавляют к основе в различных пропорциях, представлены в табл. 10.6. Применяются также и другие красители.

Таблица 10.6 Красители цветных эмалей

Красящее вещество	Цвет эмали
Оксид железа в комбинации с другими	Желтый, красный, коричневый, серый,
соединениями	черный
Оксид марганца	Фиолетовый, коричневый, серый, черный
Металлическая медь	Рубиново-красный, а также с переходом
	в розовый и лиловый, серый и бирюзовый
Оксид меди	Гамма сине-зеленых цветов
Закись кобальта	Синий различных оттенков, голубой
То же в смеси с другими оксидами	Фиолетовый, серый, черный
Оксид хрома	Зеленый
Хромовокислый свинец и хромпик	Розовый, ярко-красный, коричневый
Хромистый железняк	Черный, коричневый
Комбинация оксидов хрома, кобальта,	Сиреневый и цвета гвоздики
олова, калия
Оксид урана	Желтый, красно-оранжевый
Титановая кислота	Желтый
Триоксид сурьмы	Желтые и оранжевые тона
Оксид никеля	Серый, коричневый
Оксид иридия	Черный
Соединения золота	Различные оттенки от розового до пурпур-
	ного
Оксид олова	Молочно-белый
Оксид олова с фосфорной кислотой	Бирюзово-лазурный
Соединения серебра	Желтый
Водный оксид железа	Охристый

Художественные эмали должны быть легкоплавкими с температу­рой плавления до 800 °С (для алюминия 600 °С), химически стойкими к отбеливанию, обладать хорошей кроющей и адгезионной способно­стью, ярким, чистым цветом и блеском.

Процесс эмалирования включает три основных этапа: подготовка изделия, нанесение эмали, обжиг.

Подготовка изделия заключается в очистке металла от различных загрязнений, оксидных пленок и т. п. механическим способом (краце-ванием) с последующим обезжириванием и травлением.

Изделия из медных сплавов после очистки нагревают в печи до появления на поверхности тонкой пленки оксидов. Эта пленка, прочно соединенная с металлом, улучшает сцепление эмали с металлом.

Перед наложением куски плавленой эмали размалывают в порошок с частицами размером до 0,01 мм. Более крупные частицы неравномер­но распределяются по поверхности изделия.

Важно, чтобы эмалевый порошок был однородным по размеру зерен, иначе мелкие зерна, которые плавятся значительно быстрее, успевают выгореть, прежде чем начнут плавиться крупные. В резуль­тате цвет эмали будет тусклым. Пылевидные частицы после размола обычно удаляют, промывая порошок водой.

Размолотую эмаль смешивают с водой и в виде кашицы накладывают на изделие кистью или шпателем.

Для получения качественного покрытия важно, чтобы температур­ный коэффициент расширения эмали был по возможности близок к коэффициенту расширения металла При большом различии этих коэффициентов эмаль после обжига отслаивается от изделия (см. гл. 2). После наложения эмали изделие тщательно просушивают, чтобы избежать кипения влаги при обжиге, которое приводит к браку изделия. Обжигают эмали при температуре 600—800 ° С в электрических печах с открытыми спиралями. Каждый предмет, обжигаемый в печи, помещают на специальные подставки из никеля или жаропрочной стали.

Перед эмалированием изделия делают пробу. На небольшой пласти­не из того же материала проводят все операции эмалирования.

В процессе обжига наблюдают за состоянием поверхности эмали. Как только она приобретает стекловидный блеск, нагрев прекращают. После обжига металлические части изделия, не покрытые эмалью, отбеливают, чтобы удалить оксиды. Отбеливание производят в слабом растворе серной кислоты (до 15%) или в концентрированной соляной кислоте. Для эмалей с пониженной кислотостойкостью рекомендуют применять лимонную кислоту или щавелевую кислоты.

Техника художественного эмалирования невероятно разнообразна. В одних случаях выразительный эффект достигается введением в ком­позицию небольших цветовых пятен эмали, в других эмаль является основным декором. Наконец, эмалью покрывают все изделие, а металл служит только конструкционной основой.

Выемчатые эмали. Для декоративной отделки художественных от­ливок чаще всего применяют выемчатые эмали. При этом на поверх­ности изделия (на модели) предусматриваются специальные углубле­ния-выемки, которые затем заполняют эмалью. Глубина выемки влияет на прозрачность эмали: чем глубже выемка, тем глуше цвет. Дно углубления тщательно зачищают, так как оно служит рефлектором, отражает свет.

Для непрозрачных эмалей металлическую основу оставляют шеро­ховатой.

Углубление может быть заполнено эмалью как частично, так и на всю глубину. В первом случае эмалью покрывают только дно, и тогда при обжиге образуется цветной мениск. Во втором после многократного нанесения и обжига эмаль заполняет углубление заподлицо с краями.

Перегородчатые эмали. Эта техника в основном используется для ювелирных изделий. Перегородки изготавливают из тонких ленточек, плющеной проволоки или филиграни. Ячейки, образованные перего­родками, заполняются эмалями. Изделие сушат, а затем обжигают.

Гладкие эмали.Их в настоящее время применяют главным образом в посудном производстве. Эмалевые массы делятся на основные (грунт) и покровные, которые последовательно наносят на изделие. Первые значительно превосходят вторые по тугоплавкости.

Живописное эмалирование. Создание тончайших живописных мини­атюр эмалевыми красками на металлической основе имеет очень много общего с живописью по фарфору и выполняется теми же красками.

Живопись по эмали (финифть) — довольно сложный технологический процесс, требующий от художника большого профессионального мастер­ства. Его особенность состоит в том, что после обжига краски меняют свой Ц первоначальный цвет и интенсивность. Художник использует палитры — пластинки, на которые наносят краски и подвергают обжигу.

После обезжиривания и травления поверхность изделия покрывают тонким слоем эмали, которая служит грунтом. Затем живописец при­ступает к переводу рисунка и росписи.

Все краски просушивают при температуре 300—400°С, а затем производится обжиг при температуре 650—900° С.

Обжиг живописных эмалей — весьма ответственная операция. Он производится, как правило, в окислительной атмосфере в обычном муфеле. Прямое воздействие открытого пламени недопустимо, так как при этом краски чернеют и обесцвечиваются вследствие восстановле­ния металлов из их оксидов, являющихся красителями.

Эмаль с накладками. Предварительно изделие сплошь покрывают глухой эмалью. Затем из медной, серебряной или золотой фольги вырезают узор, накладывают на изделие, которое подвергают обжигу до расплавления эмали. Металлические накладки прочно вплавляются в эмалевый слой.

В качестве накладок применяют также серебряную проволоку и эма­левую зернь — мелкие шарики из тугоплавкой эмали.

Прозрачные эмали. Техника заключается в том, что невысокий металлический рельеф сплошь покрывают прозрачной эмалью так, что и его выступы скрыты под слоем эмали. Рельефное изображение просвечивает сквозь эмаль, причем выступающие элементы просвечи­вают сильнее. Своеобразный эффект света и тени как бы увеличивает глубину рельефа.

Прозрачную эмаль наносят и на гравированные изделия.