К настоящему времени разработано множество сплавов металлов, обладающих различными свойствами, для разных сфер применения. Первым из них стала бронза. Сплав, его производство, применение и особенности рассмотрены далее.
Варианты состава
Данный материал представляет собой смесь меди с легирующими элементами, в качестве которых применяют неметаллы и металлы. При этом цинк и никель не должны являться основными среди них.
Путем варьирования соотношений между компонентами изменяют свойства бронзы. В соответствии с этим существует несколько ее разновидностей, выделяемых на основе легирующих добавок. В их качестве используют:
- олово;
- бериллий;
- цинк;
- кремний;
- свинец;
- алюминий
- никель;
- железо;
- марганец;
- фосфор.
Первой была разработана бронза оловянная (в начале 3 тысячелетия до н. э.). В небольшом количестве данный элемент придает твердость, легкоплавкость, упругость. При повышении его концентрации до 5% снижается пластичность, а при 20% бронза обретает хрупкость. Путем доведения олова до максимальной доли в 33% сплаву придает серебристо-белую окраску.
Материал с бериллием отличается наибольшими упругостью (закаленный) и твердостью, а также химической устойчивостью. Он подходит для обработки путем резания и сварки.
Цинк и кремний повышают текучесть, что актуально для литья, а также придают поверхности устойчивость к истиранию. Кремниево-цинковая бронза характеризуется отсутствием искр при механическом воздействии и хорошим сопротивлением сжатию.
Свинец улучшает устойчивость к коррозии, антифрикционные свойства, прочность, тугоплавкость.
Алюминий повышает плотность, антифрикционные свойства, устойчивость к коррозии и химическому воздействию. Бронза такого состава подходит для резки.
Фосфор используется в совокупности с некоторыми прочими добавками с целью раскисления сплава. Его наличие отражается в названии при содержании более 1% (оловянно-фосфористая бронза).
Введение любых легирующих добавок понижает теплопроводность. Следовательно, чем их меньше, тем сплав по данному показателю ближе к меди, а наиболее легированные бронзы имеют худшую теплопроводность.
Что касается меди, ее содержание определяет не только технологические и эксплуатационные параметры, но и цвет, который имеет бронза. Красная окраска свидетельствует о концентрации меди более 90%. При содержании ее около 85% (наиболее часто встречается) бронза имеет золотистый цвет. Если сплав состоит из меди наполовину, белым цветом он напоминает серебро. Для получения серой и черной окраски нужно сократить процент меди до 35. Такой цвет материала тоже встречается нередко, однако нужно учитывать, что данный сплав может приобрести темную окраску с течением времени в результате воздействия различных факторов (температуры, воды и т. д.). К тому же технологии, позволяющие добавлять в бронзу придающие ей насыщенный черный цвет легирующие элементы, стали применять относительно недавно, а изделия из рассматриваемого сплава такой окраски обширно распространены издавна.
Таким образом, в зависимости от числа элементов данные материалы подразделяют на двух- (один легирующих компонент) и многокомпонентные. Их доля составляет от 2,5%.
Кроме того, существует классификация бронзы, основанная на внутренней структуре, а именно количестве фаз в твердом растворе. Она подразумевает ее разделение на одно- и двухфазные варианты.
Наконец, ввиду обширной распространенности оловянного типа сплав подразделяют на оловянные и безоловянные бронзы.
Производство
Исходным сырьем для бронзы служат чистые металлы либо сплавы, в том числе бронзовые отходы. Второй вариант более обширно распространен, прежде всего, ввиду меньшей стоимости. В качестве флюса, предотвращающего чрезмерно интенсивное окисление расплава металла, применяют древесный уголь. Из всех исходных материалов составляют шихту, рассчитывая ее состав на основе целевых параметров и используемой технологии производства.
Процесс плавки осуществляют в определенной последовательности:
- в предварительно разогретую до необходимой температуры печь (обычно используют электродуговые и электрические устройства ввиду их высокой эффективности) помещают тигель с шихтой;
- после полного прогрева и расплавления металла в его состав включают служащую катализатором фосфористую медь;
- после выдержки добавляют связующие и легирующие компоненты бронзы, перемешивая;
- с целью удаления газовых примесей осуществляют дегазацию путем продувки азотом или аргоном;
- для снижения интенсивности окисления перед разливкой снова добавляют фосфористую медь.
На протяжении всего процесса необходим контроль температурного режима и количества добавляемых в расплав компонентов.
Свойства
Характеристики рассматриваемого материала определяются двумя факторами: составом и структурой.
Как было отмечено, химический состав бронзы разрабатывают с целью придания ей требуемых параметров. Одними из основных среди них являются пластичность бронзы, твердость и прочность. Варьировать первые две характеристики позволяет изменение концентрации олова. Так, его доля в составе бронзы связана прямой зависимостью с твердостью и обратной с пластичностью.
Наибольшее влияние на твердость и прочность оказывает концентрация бериллия. Некоторые содержащие его марки бронзы превосходят по второму параметру стали. Для придания пластичности бериллиевый сплав подвергают закалке. При этом основное значение имеют не количественные показатели содержания веществ, а выраженность создаваемых ими свойств. То есть, при одинаковом количестве двух различных элементов, один из них может изменять характеристики материала в значительно большей степени, чем другой.
Что касается структуры, она определяет вмещающую способность материала по отношению к элементам. Это можно рассмотреть на примере олова. Так, однофазная структура содержит до 6 - 8% данного элемента. При превышении его количеством предела растворимости, составляющего 15%, формируется вторая фаза твердого раствора. Это влияет на баланс твердости и эластичности. Так, однофазные варианты более эластичны, в то время как двухфазная бронза тверже, но хрупкая. Это определяет дальнейшую обработку: материалы первого типа подходят для ковки, а двухфазные сплавы - для литья.
Далее в качестве примера рассмотрены основные характеристики литьевой оловянной бронзы. Ее плотность определяется содержанием олова и при его доле 8 - 4% составляет 8,6 - 9,1 кг/см 3 . Температура плавления равна в зависимости от состава 880 - 1060°С. Теплопроводность данного материала - 0,098 - 0,2 кал/(см*с*С). Это небольшое значение. Электропроводность составляет 0,087 - 0,176 мкОм*м, что также немного. Интенсивность коррозии в морской воде равна 0,04 мм/год, на воздухе - 0,002 мм/год. То есть такая бронза обладает высокой устойчивостью к ней.
Обработка
Существует еще одна классификация бронзы, основанная на технологии обработки, применяемой при производстве из нее каких-либо изделий. В соответствии с этим выделяют два типа сплавов:
- литейные;
- деформируемые.
Литейные бронзы служат для создания отливок сложной конфигурации (деталей различных устройств и т. д.), так как деформируются только в расплавленном состоянии, в то время как деформируемую бронзу обрабатывают способами ковки, прокатывания, резания, производя металлопрокат в виде проволоки, ленты, труб, плит, втулок, прутков. Кроме того, бронза подходит для пайки и сварки.
Дополнительная обработка
Для декоративного эффекта и в защитных целях возможно нанесение на поверхность бронзовых изделий лака, хрома, позолоты, никеля.
Кроме того, для рассматриваемого материала существует специфический способ обработки поверхности, называемый искусственным патинированием. Он основан на процессе естественного старения бронзы, состоящем в формировании пленки зелено-белого цвета карбонатного либо оксидного состава, называемой патиной, в результате воздействия воздуха и содержащихся в нем компонентов. Искусственное создание такого покрытия носит декоративный (придание винтажности) и защитный смысл.
Данную процедуру осуществляют путем нагрева после нанесения на поверхность серного состава. Существует и обратная технология, то есть удаление патины со старых бронзовых изделий.
Достоинства и недостатки
Бронза обладает множеством положительных качеств. Среди них:
- разнообразие свойств и, следовательно, сфер применения;
- возможность создания вариантов для различных способов обработки (литья либо деформирования) в зависимости от потребностей;
- небольшая усадка (0,5 - 1,5%);
- возможность многократной обработки без потери свойств, то есть бронзу можно перерабатывать;
- высокие показатели устойчивости к химическому воздействию среды (воды, воздуха, кислот);
- большая упругость многих вариантов.
Основным недостатком является высокая стоимость некоторых марок, например, оловянной бронзы. Виды другого состава, такие как алюминиевый сплав, значительно дешевле. Таким образом, стоимость рассматриваемых материалов в значительной степени определяется входящими в их состав легирующими элементами.
Применение
Оловянный материал с 2% олова подходит для ковки при нормальной температуре ввиду высокой пластичности. Варианты с его концентрацией 15% характеризуются твердостью и прочностью. Такая бронза имела обширную область применения в древности. Предметы из нее были обнаружены при археологических раскопках. Она служила для производства посуды, оружия, денег, статуй, зеркал, украшений. Однако наиболее известно применение бронзы данного состава для изготовления колоколов, в связи с чем оловянную бронзу до сих пор называют колокольной.
Закаленную бронзу, содержащую бериллий применяют для производства пружин, мембран и рессор.
Для изготовления изделий, эксплуатирующихся в особо неблагоприятных условиях (высокой влажности, химически активных средах и т. д.), используют бронзу, обогащенную алюминием. Она обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью.
В качестве материала для подвергающихся фрикционным и ударным нагрузкам деталей (подшипников и т. д.) подходит свинцовая бронза.
Алюминиево-никелевая бронза особо актуальна для деталей, постоянно находящихся в соленой воде, ввиду высокой коррозионной устойчивости. Это относительно новый материал, который применяют для производства элементов шельфовых нефтяных платформ.
Детали из бронзы
Кроме того, большинство марок бронзы отличается отсутствием магнитности и малой усадкой. Ввиду этого они подходят для производства электротехнических изделий, а также декоративных предметов.
Также многие варианты сплава имеют низкую теплопроводность, вследствие чего их применяют для производства ванн, умывальников, сантехнических деталей.
Наконец, большая часть бронзовых сплавов характеризуется плохой электропроводностью. Одним из исключений является серебряный сплав, близкий по данному параметру к меди.
Помимо названных сфер, бронзу используют в машино-, судо-, авиастроении, для изготовления агрегатов подвижных узлов благодаря износостойкости, химических приборов и трубопроводов ввиду химической устойчивости.
Маркировка
В настоящее время встречается множество марок бронзы. Они отличаются составом, определяющим параметры и сферу применения. Для удобства на основе этого была создана система маркировки, включающая буквенные и цифровые символы. Так, легирующие добавки обозначают буквами, первыми в названии представляющих их химических элементов. Цифры означают содержание компонентов сплава в долях процента. При этом данные обозначения не содержат данных о количестве меди. Данное значение высчитывают как разность между общим составом бронзы и количеством легирующих добавок.
Маркировка бронзы позволяет легко определить требуемую для конкретной задачи марку. Для этого достаточно воспользоваться специальными таблицами. Они содержат данные о составе, параметрах сплава и сферах его применения.
Покраска под металл
Вам понадобятся:
Губка с «царапающей» текстурой;
Обычная губка (для гладких поверхностей).
Для этой покраски я использовал рог, изготовленный из латекса.
Обезжирив поверхность, наносим самую тёмную матовую краску - я обычно использую чёрную. На этом этапе нужно прокрасить изделие максимально тщательно, не оставляя белых точек - для этого может потребоваться покраска в два этапа. Нанесите первый слой кисточкой, двигаясь вдоль текстуры, прокрашивая все углубления. Дайте краске высохнуть - пока она влажная и глянцевая, вы можете не заметить, что пропустили какие-то участки, если нужно - добавьте второй слой. Чёрный цвет имитирует патину.
Следующим слоем наносим металлик, начиная с самого тёмного цвета, в нашем случае это бронза антик. Если на первом этапе краска должна быть чуть водянистой и максимально прокрасить всё, а двигаться нужно вдоль текстуры, то здесь краска должна быть максимально сухой и наносить её нужно поперёк, не позволяя попадать в углубления. Для нанесения оптимально подходит губка с крупной «царапающей» поверхностью. За неимением такой, можно обойтись обычной губкой, но перед каждым нанесением краски на изделие стирать излишки – например, о бумагу.
Краска наносится короткими, царапающими движениями, выделяя только самые выступающие участки; штампующими движениями. Чем «новее» должно выглядеть изделие, тем больше металлика стоит нанести. При окрашивании более гладких, не текстурных поверхностей, последние слои я наношу обычной губкой, чтобы поверхность выглядела более однородной и отполированной. Такой принцип покраски имитирует то, что происходит с настоящим металлом: патина скапливается в углублениях, а металл виден на выступающих, отполированных участках.
На предыдущем этапе можно остановиться. Если же хочется придать изделию более интересный вид, можно добавить другие цвета. По-прежнему наносим их царапающей сухой губкой, стараясь покрыть ещё меньше поверхности, чем на предыдущем шаге. Здесь вторым слоем был на нанесён Изумрудный Деколор , третьим (только на концы колец рога) - Золото Геральдик .
Покраска под дерево
Вам понадобятся:
Несколько оттенков матовой акриловой краски (чёрная, коричневая, охра и пр.);
Обычная губка.
Схема покраски совпадает, с небольшими оговорками, с предыдущей. В данном случае использовался амулет из самозатвердевающей пластики . На амулет на этапе лепки были нанесены горизонтальные бороздки для имитации текстуры дерева.
1. Обезжирив поверхность, кистью наносим чёрную краску, следя, чтобы не осталось белых участков.
2. Наносим второй слой коричневой краской (в данном случае я использовал обычную губку), стараясь прокрасить большинство углублений, но не до конца.
3. Наносим третий слой более светлой краской (подойдёт охра), используя губку. Перед каждым нанесением краски убираем излишки о лист бумаги, так краски на губке каждый раз оказывается мало и она достаточно сухая, поэтому затрагивает только выступающие части изделия, минуя углубления. Наносить можно штампующими движениями; царапающими движениями поперёк углублений.
4. Последние штрихи наносятся кисточкой самой светлой краской (например, желтой или охрой , немного разбавленной белилами). Кисточку ведём строго вертикально, по направлению бороздок, имитируя рисунок древесины (по-прежнему не заходя в углубления).
Несколько параллельных друг другу светлых полос добавляют более «деревянный» вид.
Покраска под лаву
Вам понадобятся:
1. Окрашиваем деталь в однотонный красный цвет. Стараемся прокрасить максимально тщательно.
2. Тонкой кисточкой прокрашиваем самые главные углубления в рыжий, аккуратно растушёвывая.
3. Самой тонкой кисточкой прокрашиваем центр углублений в жёлтый (в случае с другими схемами можно использовать, например, белый). Можно добавить светящейся краски для усиления эффекта.
«Царапающей» губкой наносим чёрный - сухой краской, поперёк углублений, не заходя вглубь.
Чем более «остывшая» лава нужна, тем больше чёрного стоит использовать.
Художник: Сергей
Благородство оттенка бронзы всегда привлекает внимание к предмету или поверхности, которые окрашены подобным цветом. Такое окрашивание часто применяется для обновления памятников, выполненных из обычной стали, а также для придания окрашиваемому предмету налета некоей античности.
Как выбрать и подготовить необходимый состав для окраски
Сейчас использование бронзовой краски не отличается столь значительной трудоемкостью, как прежде. Раньше, чтобы получить требуемый состав, бронзовый порошок необходимо было тщательно размешать в органическом растворителе. Теперь в состав бронзовой краски вводятся специальные акриловые пигменты, которые хорошо растворяются даже водой.
Наличие акриловой составляющей позволяет избавиться еще от одного недостатка прежней бронзовой краски – ее электропроводности, что ограничивало использование состава при покраске некоторых металлических поверхностей. Наконец, замена растворителя акрилом убрала и неприятные запахи, которыми неизбежно сопровождалось окрашивание. Поэтому выбор краски цвета «под бронзу» может производиться из двух основных вариантов:
- акриловой краски, которая наносится на поверхность при помощи традиционных малярных принадлежностей;
- бронзовой краски в баллончиках, аэрозоль которых выполнит покрытие методом обычного распыления.
Каждый из способов имеет свои рациональные области применения. Например, чтобы покрасить сложные по конфигурации поверхности или подновить отдельные участки античных предметов интерьера, более подойдет окрашивание кистью. Аэрозоль выгоднее, если требуется получить бронзовое покрытие на ровной поверхности.
Преимущества оттенка
Их можно рассматривать с точки зрения функциональности и эстетичности достигнутого результата:
Естественно, что все эти достоинства в полной мере могут проявить себя только в том случае, когда все предметы интерьера дома выполнены в похожем стилевом решении, например, античном.
Если в отделке помещений присутствуют, например, серебристые оттенки – покрасить что-то бронзой будет означать стилевой разнобой и элементарную безвкусицу.
Подготовительные работы
Старая поверхность, на которой явственно заметны трещины и сколы, а для металла – еще и следы коррозии – перед покраской должна быть тщательно очищена и прошлифована. Дело в том, что наличие металлсодержащего акрилового пигмента не защитит металл от коррозии, а лишь усугубит ее, поскольку слой бронзовой краски не является стопроцентной защитой от атмосферной влаги.
Для снятия прежнего покрытия можно воспользоваться одним из следующих способов:
Сухую поверхность затем необходимо прогрунтовать, используя бесцветную грунтовку.
Как окрасить предмет
Покраска может быть выполнена в один или несколько слоев. В первом случае покрытие можно получить более однотонным, зато во втором можно добиться выразительного конечного результата.
Покрасить поверхность в один слой можно кистями или малярным валиком, если окрашиваемая поверхность ровная и плоская. Особое значение имеет качество кисти – жесткие волоски могут остаться на покрытии и нарушить его целостность.
Оценить качество окраски можно по равномерности отблеска готовой поверхности под направленным источником света. Если пятна с иным цветом отсутствуют, то покрасить предмет удалось вполне качественно.
Чтобы покрасить вещь или поверхность «под бронзу» в несколько слоев, необходимо:
- Произвести предварительную грунтовку акриловым составом, содержащим бронзовые компоненты, либо аэрозолем в баллончике. Поскольку качество тут особой роли не играет, то применение аэрозоля в баллончике заметно ускорит процесс окрашивания.
- Если необходимо получить эффект многослойности бронзового покрытия, то по высохшей поверхности наносят краску вторично, но перед этим акриловую основу разбавляют водой, чтобы конечный цвет получился менее насыщенным. При желании применить для этих целей аэрозоль в баллончике придется подобрать цвет, более светлый по сравнению с цветом первого окрашивания.
- Чтобы получить рельеф на поверхности предмета, необходимо соответствующие выступающие его части окрасить бронзовой краской прежнего цвета.
- Чтобы покрасить предмет с наличием характерного металлического блеска, на еще не высохшую бронзовую краску наносят бронзовую пудру, для чего акриловый состав готовят с недостатком воды, создавая краске более вязкую консистенцию.
Покрасить что-то «под бронзу» абсолютно безвредно с экологической точки зрения. Зато улучшается внешний вид предмета и его способность противостоять резким колебаниям влажности и температуры – как в доме, так и вне его.
Как изменить цвет металлов?
Одно из чудес, доступных настоящему мастеру - это изменение внешнего вида металлов . Им можно придать необычный цвет и блеск без применения лаков и красок.
Для этого надо всего лишь изменить состояние их поверхности -- нанести тонкую пленку другого металла (так происходит при золочении, серебрении, никелировании, хромировании, меднении) либо обработать их химическими реактивами. В результате изделие из металла не только выглядит эффектнее, но и приобретает дополнительную защиту от воздуха и влаги.
Попробуйте с помощью простых химических операций "поколдовать" с металлами, и вы почувствуете себя волшебником-алхимиком. Однако сначала надо по всем правилам оборудовать "лабораторию" : поскольку предстоит работать с едкими жидкостями, выделяющими вредные пары, следует обеспечить хорошую вентиляцию, а рабочий стол защитить прочной клеенкой или куском линолеума.
Чтобы заняться "облагораживанием" поверхности металлов, потребуется эмалированная или фарфоровая посуда, для успеха в работе поверхность металлических изделий надо сначала тщательно обезжирить и очистить от пленки оксидов. Получить равномерное и красивое покрытие можно, если полностью погружать изделие в раствор рекомендуемого состава, а раствор непрерывно перемешивать.
Железные и стальные изделия сначала отшлифовывают и полируют , а затем обезжиривают в растворе, содержащем в 1 л воды 20 - 30 г гидроксида натрия или гидроксида калия, 25 - 50 г соды и 5 -10 г жидкого стекла.
При такой обработке растительные и животные жиры превращаются в мыла, которые легко удалить водой. Обезжиривание можно вести и раствором гидроксида натрия без добавок, но тогда его придется нагреть до 70 - 80 o С, а время обработки растянется до 20--30 минут. Парафин, вазелин и нефтяные масла щелочами не омыляются, и их снимают с металла органическими растворителями - бензином или тетрахлоридом углерода.
Медные, латунные и бронзовые изделия обезжиривают в растворе, содержащем в 1 л воды 100 г тринатрийфосфата и 10 - 20 мл жидкого стекла. После обезжиривания изделие тщательно промывают в горячей воде и погружают на 30 - 60 секунд в 5%-ю соляную кислоту для удаления слоя оксидов металла, после чего изделие еще раз промывают водой и сразу же переносят в раствор для нанесения покрытия.
Учтите, что обезжиренное изделие уже нельзя брать руками (чтобы не загрязнить его кожным жиром), а только деревянными щипцами. Признаком полного обезжиривания и удаления оксидной пленки является равномерное смачивание металлической поверхности водой (на жирных местах поверхности вода остается в виде капель).
Никелирование.
Никелирование железных или стальных изделий ведут в растворе, содержащем в 100 мл воды 5 г сульфата никеля и 4 г хлорида аммония, куда дополнительно вносят несколько кусочков металлического цинка. В результате выделения никеля на поверхности изделия образуется красивая серебристая пленка.
В этом случае причина выделения металлического никеля - восстановление хлорида никеля гипофосфитом натрия в щелочной среде, которая создается при гидролизе ацетата натрия. При нагревании выше 95 o С гипофосфит натрия разлагается с выделением водорода, превращаясь сначала в фосфит натрия Na2PHO3, а потом в ортофосфат Na3PO4.
Меднение.
Покрытие слоем меди железных изделий можно вести в растворе 1- 5 г медного купороса и 1 - 5 мл концентрированной серной кислоты в 100 мл воды; процесс идет при комнатной температуре всего 3 - 5 секунд. Обработанную вещицу вынимают из раствора, промывают водой и сушат. При меднении этим способом идет восстановление соли меди железом.
Медноаммиачный реактив -- это раствор аммиачного комплекса меди состава SO4. Выделение тонкой пленки меди связано со взаимодействием поверхностного слоя железа с медноаммиачным комплексом, а предварительная обработка смесью HCl и ZnCl2 делает железо более активным в химическом отношении.
Хромирование.
Покрытие изделий из стали, меди и латуни тонким слоем хрома ведут в растворе, содержащем в 200 мл воды 3 г фторида хрома, 1,5 г гипофосфита натрия, 1,5 г цитрата натрия, 2 мл ледяной уксусной кислоты и 2 мл 20%-го раствора гидроксида натрия. Чтобы пленка хрома на поверхности изделия была достаточной толстой, прочной и ровной, процесс ведут при 80 o С в течение 3 - 8 часов, а потом изделие промывают водой и сушат.
Стальные предметы перед хромированием дополнительно покрывают пленкой меди, чтобы обеспечить лучшее сцепление наносимой пленки хрома с поверхностью. Хромирование металлов описанным здесь способом основано на химических реакциях, в которых восстановителями металла служат гипофосфит натрия и цитрат натрия.
Лужение.
Покрытие слоем олова железных или стальных изделий ведут при комнатной температуре в растворе, содержащем 2 г хлорида олова SnCl2 и 10 г лактата натрия в 100 мл воды.
Серебрение
Любых обезжиренных металлов проводят в кипящем растворе, содержащем 12 г желтой кровяной соли, 8 г поташа и 0,75 г хлорида серебра в 100 мл воды. При нагревании малорастворимый хлорид серебра превращается в комплексное соединение состава K, которое затем восстанавливается на поверхности железа до металлического серебра.
Одновременно карбонат калия выводит из раствора излишек солей железа, мешающий образованию прочной серебряной пленки, и осаждает коричневый осадок гидроксида железа.
Серебряное покрытие, получаемое этим способом, красиво, но лишено блеска. Чтобы оно засияло как зеркало, пасту с изделия смывают, погружают его в раствор 6 г гипосульфита натрия и 2 г ацетата свинца в 100 мл воды и нагревают до 70 - 80 o С в течение 1 -15 минут.
Превращение латуни в "золото".
Если латунное изделие после его очистки и обезжиривания погрузить в нагретый до 30 - 40 o С водный раствор ацетата меди, то в зависимости от длительности обработки оно примет новую окраску - от светло-желтой до рубиново-красной и даже фиолетовой. Затем изделие промывают водой и сушат. Концентрацию ацетата меди подбирают опытным путем.
Латунь - это сплав меди с цинком. Появление окраски при химической обработке его поверхности обусловлено реакцией восстановления цинком растворенной соли меди. Медь, выделяясь на поверхности латуни, придает ей разные (в зависимости от толщины слоя) оттенки красного цвета. Чтобы медное покрытие было долговечнее, его покрывают бесцветным лаком.
Превратить олово в "бронзу"
Можно, если погрузить его в раствор 5 г медного купороса и 5 г железного купороса в 100 мл воды. Можно и просто протереть поверхность изделия тампоном, смоченным тем же раствором. После обработки изделие промывают водой, сушат, протирают тряпочкой и опускают в раствор 25 г ацетата меди в 100 мл 10%-й уксусной кислоты.
Воронение
Это окраска железных или стальных предметов в сине-черный цвет.
Латунь станет коричневой, если ее обработать :
Для "окраски" медных изделий в различные цвета
В результате окислительно-восстановительной химической реакции сульфата меди с лактозой в щелочной среде получаются глюконовая кислота и выделяется осадок оксида меди(I). Вначале образуется тончайшая желтая пленка Cu2O, которая придает поверхности меди золотистый оттенок. При продолжительном нагревании кристаллы Cu2O укрупняются, становятся темно красными, отсюда и изменение цвета покрытия.
Алюминиевый "перламутр" .
Зачищают поверхность алюминия металлической щеткой, нанося штрихи в различных направлениях. Стружку и грязь удаляют чистой тряпкой и на подготовленную поверхность, нагретую до 80 o С, кистью наносят ровным слоем нагретый до 90 o С 10%-й раствор гидроксида натрия. После высыхания раствора на поверхности металла образуется красивая пленка, похожая на перламутр. Для лучшей сохранности ее покрывают бесцветным лаком.
Свое название "cuprum" медь получила от острова Кипр (Сург), где ее добывали древние греки и римляне. Медь имеет характерный красный цвет; на матовых поверхностях он приобретает своеобразный розовый оттенок, мягкий, приглушенный. Полированная медь отличается более ярким цветом и блеском.
При добавлении меди в сплавы в больших количествах они также окрашиваются в теплые красноватые тона, например томпак и бронза. Сплавы, содержащие меньший процент меди, имеют желтые и зеленовато-желтые цвета; сплав, содержащий 50% меди и 50% олова, имеет белый цвет. На основе меди изготовляют сплавы, имеющие красновато-желтый цвет, очень близко напоминающие золото - так называемое французское золото.
Медь - мягкий и тягучий металл; он легко обрабатывается давлением и волочением. Из меди легко штамповать, дифовать и чеканить. Она легко принимает самую разнообразную форму, допускает выколотку высокого рельефа. Медь хорошо прокатывается; из нее изготовляют тончайшие листы и ленты (фольгу), толщина которых составляет не более 0,05 мм , а также различные трубки, прутки и проволоку; причем диаметр проволоки может быть доведен всего до 0,02 мм . Однако благодаря своей вязкости медь плохо пилится напильником, задирается и быстро забивает напильник (особенно личной). Обработка чистой меди на режущих станках также затруднительна - она плохо точится, сверлится и фрезеруется.
Чистовой обработке, шлифовке и полировке медь подвергается хорошо, однако благодаря малой твердости детали из полированной меди быстро теряют блеск. Плотность меди 8,94; удлинение 45-50%; медь обладает очень высокой тепло- и электропроводностью; температура ее плавления 1083°С; температура кипения 2305-2310°С. Отливается медь плохо даже при высокой температуре чистая медь остается густой, кашеобразной и плохо заполняет форму. Кроме того, расплавленная медь жадно поглощает газы, и отливки получаются пористыми.
В сухом воздухе медь не окисляется. При нагреве свыше 180°С, а также под действием воды, щелочей, кислот и т. п. медь окисляется; причем окисление протекает иногда весьма энергично, например в крепкой азотной кислоте. На открытом воздухе изделия из красной меди быстро покрываются пленкой из окислов меди зеленого цвета и сернистых соединений меди черного цвета. Эта пленка защищает медь от дальнейшей коррозии в глубину. Медь добывается из руд.
В качестве примесей в меди присутствуют: кислород, висмут, сурьма, свинец, мышьяк, железо, никель, сера, олово, цинк. Наиболее вредным из этих примесей является висмут, который вызывает красноломкость меди в интервале 400-600°С. При этой температуре нагретая медь становится хрупкой и непригодной для обработки штамповкой, прокаткой и другими методами. При дальнейшем нагреве хрупкость пропадает.
В художественной промышленности чистая, или красная, медь применяется довольно часто, однако все же не так широко, как ее сплавы - бронза и латунь. Применение чистой меди в ряде случаев обусловливается ее исключительно высокой пластичностью и вязкостью, позволяющей из листов сравнительно небольшой толщины (0,8-1,2 мм ) получать путем выколотки сложные объемные формы.
Кроме того, медь отличается высокой стойкостью против коррозии. Изделия из чистой меди прекрасно сохраняются на открытом воздухе без всякой окраски или других антикоррозионных покрытий, например медная чеканная дверь Туркменского павильона на ВДНХ (рис. 7). Эти свойства чистой меди сделали ее основным материалом для дифовочных работ при изготовлении крупных скульптурных и орнаментальных композиций для экстерьера. Примером таких медночеканных скульптур могут служить многочисленные статуи и декоративные фигуры начала XIX в., украшающие различные здания Ленинграда (квадрига Аполлона на бывшем Александрийском театре).
Кроме дифовочного производства чистая медь применяется для штамповки очень высоких и сложных рельефов и орнаментов, для которых латунь оказывается недостаточно пластичной. Красная медь остается пока незаменимым материалом в области филигранных работ, имеющих массовый характер. Проволока из красной меди, применяемая для филигранных работ, в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные причудливые элементы орнамента. Она может быть изготовлена любой толщины. Кроме того, проволока из красной меди (благодаря своей тугоплавкости и теплопроводности) очень легко и хорошо спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится.
Благодаря этим свойствам (тугоплавкости и теплопроводности), а также определенным коэффициентам расширения при нагреве красная медь является незаменимым материалом для художественных изделий (филигранных или чеканных) с последующим их эмалированием. Коэффициент линейного и объемного расширения при нагреве у красной меди очень близок к такому же коэффициенту горячих эмалей. Поэтому при остывании изделия эмаль хорошо держится на красно-медном изделии, не трескается и не отскакивает.
Аноды из красной меди высших марок являются основным материалом для производства художественных гальванопластических работ, а также для нанесения гальваническим путем подслоев меди при никелировании и хромировании стальных изделий, так как хром и никель, осажденные непосредственно на стальную поверхность, держатся непрочно.
Благодаря своей высокой теплопроводности красная медь является незаменимым материалом для изготовления сердечников для паяльников. Наконец, высокая электропроводность меди (она уступает только серебру), удельное сопротивление, равное 0,0175 Ом*мм 2 / м, послужили причиной широкого применения меди для изготовления проводников электрического тока - проводов, кабелей и т. п.
Медь является основным компонентом твердых припоев (медных, серебряных и золотых), применяемых для пайки самых разнообразных изделий художественной промышленности, начиная от ювелирных изделий и кончая крупными декоративными предметами. Кроме того, медь наряду с золотом и селеном применяется для изготовления цветного красного стекла (медного рубина), эмали и смальты. В больших количествах медь идет для приготовления сплавов.
Медные сплавы. Сплавы меди с цинком называются латунями; все остальные сплавы на медной основе - бронзами. Кроме того, медь добавляют в специальные стальные сплавы.
Латуни. Большинство латуней имеет красивый золотисто-желтый цвет. Художественные латунные изделия, покрытые специальными бесцветными или слабо окрашенными спиртовыми лаками или нитролаками, приобретают и надолго сохраняют вид и блеск золота. Латуни применяются для изготовления уникальных декоративных предметов (рис. 8). Латуни применяются также для галантерейных и дешевых ювелирных изделий с последующим серебрением или золочением.
Латунь хорошо обрабатывается на режущих станках, полируется и надолго сохраняет полированную поверхность, хорошо сваривается и паяется как мягкими, так и твердыми припоями. Большинство латуней хорошо прокатывается, штампуется и чеканится. Латунь легко и прочно покрывается различными гальваническими покрытиями - никелем, серебром и золотом; хорошо принимает химические оксидировки и может быть тонирована в любые цвета. Температура плавления латуни 980-1000°С. Большинство латуней отливается плохо, но имеются специальные марки литейных латуней, например алюминиевая латунь (ЛА67-2,5), которая благодаря примеси алюминия имеет хорошие литейные свойства и, кроме того, отличается от других латуней высокой коррозионной стойкостью. Литейными свойствами обладают также марганцево-свинцовая латунь (ЛМцС 58-9-2) и некоторые другие виды.
По сравнению с чистой медью латуни более прочны и тверды, а некоторые из них, например латуни, содержащие около 30% Динка (Л68), не уступают чистой меди и в отношении пластичности. На рис. 9 дан фрагмент чеканки из листовой латуни этой марки. Кроме того, латуни значительно дешевле меди (так как цинк дешевле, чем медь) и значительно красивее по цвету, чем красная медь.
Латуни с малым содержанием цинка - от 3 до 20% (марки Л96, Л90 и Л85) называются томпаками; они отличаются красновато-желтым цветом и применяются для изготовления художественной посуды, а также в художественной эмальерной промышленности для изготовления нагрудных спортивных и юбилейных значков, а также дешевых ювелирных изделий. Томпак хорошо обрабатывается в холодном состоянии - штампуется, тянется в проволоку, приближаясь в этом отношении к чистой меди. На открытом воздухе изделия из томпака постепенно темнеют, покрываясь оксидной пленкой.
Очень близки к томпаку сплавы, особенно широко применявшиеся в XIX в. в Западной Европе и в России в качестве "поддельного золота" для производства дешевых ювелирных изделий. Они состоят из меди с небольшими примесями цинка (до 18%) и олова, которое улучшает их литейные свойства. Эти сплавы имели громкие причудливые названия, например "Симилор", "Ореид", "Хризохалк", "Хризорин", "Принцметалл" и др. В настоящее время они вышли из моды и потеряли свое значение.
В настоящее время в отечественной ювелирной промышленности вновь оживился интерес к недрагоценным сплавам, имитирующим золото и серебро.
В табл. 12 приведены некоторые из сплавов, которые проходят промышленную проверку (или уже применяются).
Последние три сплава выделены как наиболее целесообразные для внедрения. Они обладают благоприятным сочетанием механических и химических свойств, удовлетворительной коррозионной устойчивостью и т. п.
Латунь выпускается в виде листов различной толщины, ленты, прутков проволоки и трубок. Литейные латуни выпускаются в виде слитков (чушковая латунь). Следует отметить, что большинство латунных сортаментов нельзя длительно хранить в условиях холодных, неотапливаемых складов, так как от смены температуры, наличия влажности и других условий латунь разрушается.
Художественные изделия, выполненные из латуни, хорошо "работают" в условиях интерьера в теплых и сухих помещениях. На открытом воздухе латунь быстро теряет свой блеск и золотистый цвет, покрывается сернистыми и оксидными пленками, чернеет и утрачивает свои художественные качества. Поэтому для экстерьерных художественных изделий латунь применять нецелесообразно; для этих целей служит бронза.
Несмотря на то что цинк был открыт только в XVI в., латунь была известна уже древним римлянам. Они получали ее, сплавляя медь с галмеем, т. е. с цинковой рудой, которая содержит смесь углецинковых и кремнецинковых солей. Считалось, что галмей обладает свойством окрашивать медь в желтый цвет, но до конца XVII в. не было известно, что латунь состоит из меди и цинка. Этот способ приготовления латуни применялся и в средние века и удержался вплоть до XIX в. Путем сплавления меди с металлическим цинком латунь впервые была получена в Англии в 1781 г. В настоящее время латунь получают сплавлением меди с цинком.
С середины XVIII в. из латуни начали производить "бронзировальный порошок" для бронзирования художественных изделий из гипса, дерева, папье-маше, а также использования его при печатании обоев и для других целей. Его получали путем механического измельчения тончайших латунных пластинок, предварительно прокатанных и расплющенных под паровым молотом до толщины, равной нескольким микронам.
Бронзировальный порошок получают и другим способом - восстановлением раствора медного купороса металлическим железом. Полученную губчатую медную массу измельчают, промывают и сушат, а затем придают бронзовый оттенок, нагревая с парафином в железных ящиках до появления цветов побежалости.
Бронзы. Бронзы известны человечеству очень давно, за несколько тысячелетий до нашей эры. В истории развития человеческого общества целая эпоха носит название "бронзового века". В эту эпоху человек впервые из медной и оловянной руды научился выплавлять бронзу и производить из нее предметы быта и оружие, позднее монеты и различные украшения. Во всех древнейших очагах человеческой культуры - в Египте, Китае, Индии, в искусстве древних ассирийцев, этрусков, греков и римлян находятся памятники искусства, сделанные из бронзы. Уже в седьмом веке до нашей эры античные художники научились отливать бронзовые статуи, например бронзовая фигура "Дельфийского возничего", отлитая в 470 г. до н. э. (рис. 10).
Рис. 10. Бронзовая фигура "Дельфийского возничего" 470 г. до н. э
В состав наиболее древних бронз, относящихся к бронзовому веку, входило приблизительно 88% меди и 12% олова. Античные, или коринфские, бронзы содержали еще больше меди - до 90%. Кроме того, в них нередко в виде примесей содержались железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро. Это объясняется тем, что бронзу получали выплавкой медной и оловянной руд, в которых всегда присутствуют примеси различных металлов. Византийские и корсунские бронзы, а также древнерусские бронзы IX-X вв. были очень близки к античным. Они содержали олова не более 8-10%, а остальное медь.
В XII-XIV вв. в Древней Руси отливки производились из сплава меди, олова, цинка и, возможно, свинца, называемого "Спруда".
В XV-XVII вв. отливки производили из красной меди с оловом, а с XVIII в. из желтой меди - бронзы с добавкой цинка. С середины XIX в. для отливки памятников применялась так называемая "Сукрасная" бронза, в состав которой входила цинковая лигатура (до 5%). Из этой бронзы было отлито около 70 различных памятников на Санкт-Петербургской фабрике бронзового литья А. Морана : памятники М. И. Глинке в Ленинграде и Смоленске, И. К. Айвазовскому в Феодосии, Н. В. Гоголю в Москве во дворе дома на Суворовском бульваре, И. Крузенштерну в Ленинграде и др. В конце XIX в. широкое применение для художественного литья получила бронза с содержанием 2-4% олова и 10-18% цинка.
В Западной Европе для статуарного литья применялись бронзы, близкие к этому составу. Например, во Франции применялась бронза, состоящая из 82% меди, 13,5% цинка, 3% олова и 1,5% свинца.
В настоящее время литье художественных изделий производится из специальной художественной бронзы. В ГОСТ включено три марки бронзы следующего состава (табл. 13).
Кроме цинка и олова в состав этих бронз входит небольшая примесь свинца, а остальное - медь.
Древние бронзы представляли собой сплав из двух компонен* тов - меди и олова (если не считать случайных примесей). Однако употребление для отливки крупных фигур и статуй бронзы, состоящей только из меди и олова, имеет ряд недостатков. Такая бронза отличается густоплавкостью и плохо заполняет форму, она дорога и плохо обрабатывается резанием. Кроме того, при наиболее употребительном содержании олова в пределах от 7 до 15% сплав легко подвергается ликвации , т. е. при медленном охлаждении происходит разделение сплава, часть с большим содержанием меди затвердевает раньше. Ликвация еще более усиливается, если в бронзе присутствует свинец (свыше 3%).
Ликвация служит большой помехой при отливке крупных памятников, так как она отрицательно влияет на отделку и оксидировку готовых фигур, а также на появление естественной патины. Ликвацию можно предотвратить путем добавления в сплав в небольших количествах цинка, фосфора и некоторых других компонентов, а также путем быстрого охлаждения отливки. Однако излишние прибавки цинка отрицательно влияют на цвет бронзы и способность покрываться естественной патиной.
Цвет бронзы с увеличением процентного содержания олова изменяется от красного при содержании в ней меди не менее 90% в желтый при содержании меди не менее 85%, в белый - при 50% и в серо-стальной - при содержании меди менее 35%.
Современные художественные бронзы являются материалом для литья памятников и монументальных скульптур. В экстерьере северного климата бронза является прекрасным материалом, исключительно долговечным, не подвергающимся атмосферным влияниям и стойким против механических повреждений, а также хорошо противостоящим действию морозов. По своим цветовым качествам бронза одинаково хорошо смотрится и на открытом пространстве в условиях городской площади, и в зелени сквера или парка.
Наряду с изделиями для экстерьера бронза широко применяется для отливки высокохудожественных предметов убранства общественных интерьеров - театров, дворцов, залов, например, больших люстр, бра, канделябров, торшеров и других предметов.
Начиная с XVIII в. появляется золоченая бронза. Люстры, канделябры, торшеры, декоративные вазы из золоченой бронзы в комбинации с граненым хрусталем, полированным камнем и цветным стеклом играли немаловажную роль в общем художественном решении дворцовых интерьеров (залов Кремлевского Дворца, Эрмитажа и др.).
Кроме оловянистых бронз в настоящее время наша промышленность выпускает специальные безоловянистые бронзы. В составе этих сплавов нет олова - оно заменено алюминием, цинком, свинцом, кремнием, никелем, марганцем и другими элементами. Безоловянистые бронзы отличаются целым рядом новых механических и технологических свойств и во многих отношениях значительно превосходят оловянистые бронзы. Так, например, марганцевая бронза отличается высокой жаропрочностью; кремнистые бронзы с добавкой никеля или бериллиевые бронзы получают свойство закаливаться и по прочности не уступают стали. Однако в области художественной промышленности они почти не применяются, а идут на изготовление различных деталей технического и специального назначения.
