Для создания декоративных покрытий на всевозможных металлических и неметаллических поделках, например, на ювелирных изделиях, обычно применяется электролитическое осаждение на поверхность этих поделок каких-либо благородных металлов, электрохимическое оксидирование изделия из алюминия и его сплавов, а также другие способы. Для электролиза понадобится источник постоянного тока низкого напряжения (3...5 В).

Качество создаваемых декоративных покрытий определяется многими обстоятельствами, например, типом и составом электролита, плотностью тока. Однако успех отделки зависит не только от правильно составленного электролита для гальванической ванны и поддержания точного режима гальванического процесса, но и предварительной подготовки изделий к гальваническому покрытию.

Подготовка изделий

К такой подготовке относятся: обезжиривание, а также травление для удаления окислов, обычно покрывающих металл.

Обезжиривание. В зависимости от характера покрытия и свойств металла применяют следующие способы удаления жировых загрязнений:

• промывку поверхности органическими растворителями (керосин, бензин, уайт-спирит и др.);

• обработку щелочными растворами.

Обезжиривание органическими растворителями применяют в тех случаях, когда изделия загрязнены минеральными маслами.

Обезжиривание щелочными растворами необходимо для удаления растительных масел: надежный результат дает обезжиривание в горячем или кипящем растворе. С хорошо обезжиренной поверхности металла вода стекает равномерно, без образования капель.

В таблице приведены реактивы, на основе которых готовят растворы для обезжиривания некоторых металлов, а также рабочие температуры растворов и продолжительности процесса обезжиривания в них.

Реактивы для получения щелочных обезжиривающих растворов и некоторые параметры процесса удаления растительных масел:

Травление. Для снятия окислов с бронзовых и медных изделий рекомендуется применять 5...10%-ный раствор серной кислоты (температура раствора — 40...60°С). Продолжительность травления зависит от состояния поверхности.

Чтобы придать поверхности матовый вид, применяют следующий раствор, % (по массе):

Чем больше в ванне сульфата цинка, тем более матовой становится поверхность изделий. Продолжительность травления — 2...10 мин.

При травлении изделий из алюминия, а также чтобы придать им белый цвет, изделия опускают в раствор едкого натрия или калия. Когда алюминиевые изделия очистятся, их помещают для осветления в разбавленную азотную кислоту, затем промывают водой, погружают в смесь из равных частей уксусной кислоты и воды, опять промывают в воде и сушат.

Золочение

Золото — единственный металл, обладающий устойчивым блестящим желтым цветом. Его отражательная способность 81%. Нанесение золотых покрытий с последующей обработкой поверхности матированием или полированием дает самые разнообразные декоративные эффекты. Золотое покрытие блестящее или матовое ярко-красное или бледно-желтое, с элементами черной тонировки усиливает выразительность изделий.

Бесцианистые электролиты для желто-оранжевого золочения. Электролиты для желто-оранжевого золочения, состоящие из хлорного золота, железистосинеродистого калия (желтой кровяной соли) и соды, не содержат ядовитых цианистых солей. Однако такие электролиты (их называют железистосинеродистыми) хорошо «работают», если оптимальное соотношение компонентов в них строго выдержано.

Ниже приведены составы железисто-синеродистых электролитов. (Учтите, что в этих и во всех остальных составах содержание отдельных компонентов дано в граммах, при этом смесь компонентов растворяется в 1 л дистиллированной воды.)

1-й состав:

Температура ванны — 50°С, плотность тока — 0,01...0,05 А/дм².

2-й состав:

Температура ванны — 50°С, плотность тока — 0,1...0,2 А/дм².

При приготовлении электролита предварительно в горячей воде растворяют железистосинеродистый калий, затем этот раствор добавляют к хлорному золоту и вводят кальцинированную соду. Полученный раствор отстаивают и фильтруют для удаления небольшого количества осадка (гидроксида железа).

Схема «электролизной установки» обычная. Катод из нержавеющей стали. При электролизе он должен лишь касаться поверхности электролита, его даже лучше держать при электролизе рукой — электролиз ведь длится обычно не более 3 мин. Напряжение на ванне 3...4 В.

При золочении и серебрении в качестве анода используют карандашный графит, который погружают в электролит всего на 2...3 мм, при этом непрерывно двигая в электролите покрываемое изделие.

Приготовление хлорного золота.

Для получения хлорного золота понадобится смесь соляной и азотной кислот, так называемая царская водка. На 1 г золота берут: соляной кислоты (р — 1,19 г/см³) — 10 мл, азотной кислоты (р — 1,52 г/см³) — 3 мл. Кислоту наливают в фарфоровую чашку, в которую кладут мелкие кусочки золота, устанавливают чашку на песочной бане и нагревают на электроплите. Нагревание следует вести при температуре 100...120°С в вытяжном шкафу или на воздухе. Об окончании процесса судят по прекращению выделения бурых паров и образованию темно-коричневой маслянистой массы, оседающей на дне и стенках чашки. Полученную массу предварительно растворяют в кипятке, затем добавляют к нему десятикратное количество аммиака. На дно сосуда выпадает темно-бурый осадок, который представляет собой смесь хлорного золота и хлористого серебра. Образовавшаяся при этом аммиачная медь (медь содержится в исходном золоте) окрашивает раствор в синий цвет. Удаление аммиачной меди деконтированием (промыванием) ведут до тех пор, пока вода не станет прозрачной. Затем осадок помещают на мокрую промокательную бумагу и тонкой палочкой тщательно удаляют белые творожистые крупинки серебра, так как его наличие в электролите придает бледный цвет нанесенному золотому покрытию (серебро, как и медь, всегда присутствует в исходных кусочках золота).

Серебрение

Как и при золочении, при серебрении лучше применять электролиты, не содержащие цианистых солей, то есть железистосинеродистые электролиты. Ниже приводится состав наиболее доступного электролита, употребляемого при серебрении.

Температура электролита при электролизе 60...80°С, плотность тока 1,5 А/дм².

При составлении электролита поташ и калий железистосинеродистый (желтую кровяную соль) растворяют отдельно. После кратковременного кипячения оба раствора вливают в хлористое серебро и кипятят, защитив от света, в течение 1,5...2 ч. Остудив раствор, его отфильтровывают, в результате чего электролит приобретает светло-желтый цвет.

Для улучшения качества серебряных покрытий в электролит можно добавить поверхностно-активное вещество трилон Б.

Тогда состав электролита несколько изменится.

При серебрении электролиз ведется так же (схема, аноды, напряжение на ванне), как и при золочении.

Серебрение растений

Для серебрения листьев, цветков, веточек и др. предварительно готовят 4 раствора. В состав каждого раствора входит 100 мл дистиллированной воды и одно из следующих веществ: едкий натрий или едкий калий (4 г); азотнокислое серебро (4 г); нашатырный спирт (7 г); кусковой сахар (2,5 г). Приготовленные растворы сливают в один общий сосуд.

Растения, конечно, сначала высушивают, а затем обрабатывают в спирте или же в растворе хлорида натрия, бария или кальция в течение нескольких минут.

Затем растение опускают в описанную выше смесь растворов. После того как растение или цветок покроется «предварительным» слоем серебра, его вынимают из раствора и промывают в кипяченой или дистиллированной воде.

Теперь придется получить «медный цветок», для чего покрытое серебром растение опускают в медную гальваническую ванну. Анод — медный электрод, катод — посеребренное изделие. Для электролита понадобится сульфат меди (медный купорос) — на 1 л воды 150...180 г, а также серная кислота (р — 1,84 г/см³), содержание которой в медной сульфатной ванне достигает 35...40 г/л. При этом напряжение на ванне от 1,5 до 6 В, плотность тока примерно 1 ...1,5 А на каждые 100 см² площади суммы всех деталей растения. Температура электролита 20...25°С. Растение покрывают тонким слоем меди толщиной примерно 0,1...0,3 мм, затем прополаскивают водой и высушивают.

Для удаления растения, заключенного в медную оболочку, в ней делают небольшое отверстие и осторожно выжигают уже ненужное растение. Затем омедненное растение снова и уже окончательно серебрят в приготовленном ранее растворе серебра.

Электрохимическое оксидирование

Оксидирование художественных изделий из алюминия и его сплавов электрохимическим способом широко применяется в художественной промышленности. Оксидная пленка отличается не только значительной антикоррозионной стойкостью и твердостью, но также высокой адсорбционной способностью. Эту-то особенность оксидной пленки и применяют для декоративного окрашивания путем обработки ее соответствующими растворами красителей.

Используя такие особенности оксидной пленки алюминия и алюминиевых сплавов, можно получать не только монохромные, но и полихромные цвета, удается также окрашивать пленку в декоративные имитационные цвета (под мрамор, гранит, различные породы дерева, шелк и т.п.) или же, нанеся на пленку светочувствительный состав (в виде эмульсий или растворов), воспроизводить на ней фоторепродукции.

Тонкая пленка оксида, образующаяся на поверхности алюминия и алюминиевых сплавов, предохраняет металл от воздействия воздуха, влаги и т.д. Но эта пленка в обычных условиях отличается мягкостью, неравномерностью, пористостью и не может быть использована как антикоррозионная защита; она непригодна и для декоративных целей.

Прочная оксидная пленка образуется при искусственном оксидировании алюминия и его сплавов электролитическим способом. В результате на металле возникает пленка, верхний слой которой представляет собой микропористый оксид металла, под которым находится нижний слой — микроскопически тонкая стекловидная пленка, отличающаяся значительной твердостью. Верхняя пленка состоит из частично гидратированного оксида алюминия, а нижняя — из безводного оксида. Вот эта верхняя пористая наружная оксидная пленка и используется для наполнения ее красителями, лаками и т.п.

Физико-механические свойства оксидной пленки, ее пористость и равномерность толщины зависят не только от режима обработки металла в электролите, но и самого сплава алюминия. При наличии в сплавах алюминия меди, цинка, кремния или других добавок в значительных количествах оксидирование таких сплавов, каким является, например, вторичный алюминий, и получение равномерной и светлой пленки оксида невозможны.

Естественный цвет оксидной пленки зависит от состава сплава алюминия может иметь самые различные тона. Так, сплав алюминия силумин, содержащий 10...12% кремния, нельзя окрасить в светлый тон: он получается серым из-за находящихся в оксидной пленке силицидов. Содержание в алюминии кремния даже в небольших количествах (1...1,5%) уже дает серые тона.

Сернокислотный способ оксидирования. Наряду с другими видами электролитов для анодирования алюминия и его сплавов самое широкое распространение нашел сернокислотный электролит, который наиболее прост в работе и проверен многолетней практикой. Для получения такого электролита в 1 л растворяют 170...200 г серной кислоты (р — 1,84 г/см³). Плотность тока при электролизе — 1...2 А/дм², напряжение — 12... 15 В, температура электролита — 18...20°С, продолжительность анодирования — 60...80 мин. В электролит рекомендуется добавлять органическую добавку — моноэтаноламин в количестве 150 г/л, что увеличивает скорость образования пленки и ее толщину. Корректирование электролита производят периодически добавлением серной кислоты или воды (электролит вырабатывается очень медленно).

В тех случаях, когда требуется получить повышенную антикоррозионную стойкость алюминия и его сплавов, применяют пассивирующий раствор, получая на поверхность так называемую эматаль-пленку. Состав пассивирующего раствора приведен ниже.

Изделия погружают в кипящий раствор на 15...20 мин, затем промывают в дистиллированной или кипяченой воде.

Окрашивание изделий из алюминия и его сплавов

Окраска художественных изделий из алюминия и его сплавов производится органическими красителями, которые используются для крашения шерстяных тканей; количество красителя от 1 до 10 г на 1 л воды.

Окрашивание оксидной пленки производится погружением изделий, предварительно нейтрализованных в аммиаке и промытых в воде, в горячий раствор красителя (температура — 70...80°С) на 12...20 мин; время выдержки зависит от адсорбционных свойств оксидной пленки, а также от качества красителя, температуры раствора и т.п.

Адсорбционная пленка наиболее активна в тот момент, когда изделие только что извлечено из электролита. Адсорбционная способность пленки понижается довольно быстро и через 2...3 дня (особенно если пленка была высушена) становится незначительной. Свежую оксидную пленку, которая обладает наибольшей адсорбционной способностью, нельзя брать в руки, нельзя допускать ее соприкосновения с маслами, жирами и т.п.

Приготовленный раствор красителя рекомендуется прокипятить и профильтровать. Для окрашивания алюминия марок АОО, АО, А5 и сплавов АМг, АМг5 в цвет, имитирующий золото, применяют несколько составов, содержащих оранжевый, черный и желтый красители, в г/л.

1-й состав:

2-й состав:

3-й состав:

Температура окрашивающих растворов 60...70°С, выдержка изделия в красителе от 2 до 6 мин.

После окрашивания эматаль-пленку можно уплотнить, что улучшит антикоррозионные свойства алюминия. Для этого изделия погружают на 1...2 мин в горячую дистиллированную воду, нагретую до 95...100°С.

Декоративная отделка алюминия и его сплавов, имитирующая текстуру гранита

Новым способом декоративной отделки по сравнению с анодированием и эматалированием является получение непосредственно на металле изображения текстуры, образующейся в результате его рекристаллизации. Процесс включает в себя механическую, термическую и химическую обработку изделия с последующим анодированием и адсорбционным окрашиванием, придающим металлу цвет гранита того или иного оттенка.

Для обработки алюминия и его сплавов листовой металл предварительно подвергают растяжению на 6...10%, что делают, например, на гидравлическом прессе. Размеры кристаллов зависят от степени растяжения металла: чем больше будет растянут металл, тем больших размеров кристаллы будут образовываться.

Текстура, образованная на металле, после анодирования просвечивает сквозь оксидную пленку. При этом размеры кристаллов, получаемых в процессе рекристаллизации алюминия, могут быть различными в зависимости от имитируемой породы гранита.

После деформации металл обжигают при температуре 500...550°С и протравливают в смеси азотной, соляной и плавиковой кислот. Травильный раствор выявляет текстуру металла. После промывки в воде алюминий анодируют и адсорбционно окрашивают.

Отделка «Кристаллитом»

В этом случае изделие предварительно покрывают оловом в электролите, состав которого приведен ниже.

Температура электролита 20°С, плотность тока 2 А/дм².

После нанесения пленки олова изделие промывают в горячей воде и высушивают.

Затем изделие помещают в электропечь для выявления текстуры кристаллов олова. Температура нагрева — 300...350°С. Изделия выдерживают в печи 15...20 мин. Медленное охлаждение дает крупные кристаллы, быстрое — более мелкие.

После термической обработки изделия снова завешивают в электролит (но на анод) на 5...10 мин. Плотность тока 0,2 — 0,5 А/дм². Анодом служит пластина из олова. Изделия покрывают цветными нитролаками.

Автор: И. Васильев