Бронзирование металла в домашних условиях

О гальванике — без формул

Что же это такое интересное, что заставило матерую валяльщицу ))) задвинуть подальше ящик с шерстью и начать создавать совсем другую красоту? Честно говоря, я занялась гальваникой с одной лишь целью — меднить и латунить фурнитуру для своих войлочных сумок, ведь так трудно подобрать все одного цвета! Но оказалось, что с большей частью фурнитуры этот номер не проходит, но зато в гальванике столько возможностей!! Не оторваться!))

О том, что такое гальваника, полным-полно статей в интернете, также там приводятся схемы электрической цепи и химический состав растворов — во все это «сильно заумное» многие не хотят или не могут вникать, да собственно, и незачем, если не собираешься этим заняться. Мне удобно думать, что мозг устроен так же, как компьютер, и любая лишняя информация, накопленная в нем, ухудшает быстродействие, не оставляет свободного пространства для творчества. Поэтому для многих вещей достаточно общего понимания, если появится необходимость — всегда можно поднакопить информации, разобраться подробнее.

Вряд ли я расскажу о гальванике лучше, чем это сделал Владислав Киселевич , его видео «Мастер-класс Гальваника в домашних условиях», по моему мнению, лучший в ру-нете.

Но все же попробую сказать пару слов о гальванике без схем и формул, специально для моих подписчиков и коллег по «войлочному цеху», озадаченных метаморфозами в моем магазине))). Очень много вопросов и догадок, иногда весьма забавных)))

Я не «окунаю всякое в жидкую медь» — это невозможно, медь — твердая. И не крашу медной краской — вещицы получаются действительно медные, твердые и прочные. И не отливаю из меди — плавить металл — это для меня пока слишком сложно! И, да — гальванику не я придумала, и омеднять растения — тоже! )))) А суть процесса в следующем.

В посудке разводится «маринад» из большого количества воды и пары флаконов химии из хозяйственного магазина. В основе химии — медный купорос, синенькие кристаллы, знакомые дачникам — его используют как удобрение. И автомобильный электролит, который автомобилисты наливают в аккумулятор. В посудку (емкость, которую называют гальванической ванной) — с одной стороны помещается кусок настоящей меди — лист или трубка (трубки легче купить, они продаются много где и используются в кондиционерах и холодильниках). Эту пластинку называют Анод. С другой стороны в емкость помещается деталька, которая хочет стать медной. Как только она погружается в раствор, ее называют Катод. (прим.: в гальванике, в отличие от электролиза, + и — меняются местами. Впрочем я и сама путаю термины, поправьте, если опять ошиблась, главное — не перепутать провода, «+» — красный — на отдающую пластину, «-» — черный — на принимающую). Точный рецепт «маринада» ищется по запросу «состав электролита для меднения», кто заинтересуется формулами и цифрами, найдет без затруднений.

Эта деталька, которую хотим покрыть медью, обязательно должна уметь проводить ток, то есть, быть металлической, или ее покрывают специальным составом, который ток проводит. Чаще всего это лак на основе графита — того самого, что в карандашах. Лак продается в магазинах для радиолюбителей, дороговат, но вполне доступен. Затем к листу меди и к детальке прикрепляются проводки и на них подается электричество — совсем небольшое, не более чем при зарядке телефона. И тут начинается волшебство. Медь с пластины «растворяется» в «маринаде» и нарастает на детальке. То есть лист меди отдает свои частички, а деталька эти частички принимает. Химический раствор и электричество помогают микро-частицам металла поменять место жительства .

У меня эта конструкция выглядит так:

Чем дольше деталька находится в растворе, тем больше меди на ней нарастает, и тем тверже она становится. Процесс это довольно долгий, несколько часов, а то и дней — чем больше деталька и чем толще нужно получить слой меди — тем дольше. И тем сильнее «худеет» лист меди, отдающий себя во благо)))

Гальванику используют не только для меднения, но и для покрытия предметов другими металлами, в том числе и драгоценными. Но это в домашних условиях делать сложно и опасно — химия используется совсем другая, не из супермаркета, и отдающий металл, разумеется, должен быть тот же, которым изделие покрывается. Металлом можно покрыть любой объект или часть объекта, или сделать металлическую копию — в этом и есть смысл гальваники.

Органические предметы (растения, перышки, ракушки и т.п.) предварительно нужно полностью покрыть графитом, а потом меднить. При этом растение получается в меди, как в саркофаге — без доступа воздуха оно не гниет и не портится. Слой меди нужно делать довольно толстым — чтобы было прочно. Металлические предметы (правда, не все металлы подходят) меднятся сами, без графита.

Многие материалы нельзя погружать в элктролит, например, первое, что я сделала, конечно же — частично обмазала графитом войлочный шарик и сунула его в раствор! Если у вас есть машина и электролит хоть раз попадал на вашу одежду, вы поймете что произошло))) таки да, шерсть в раствор — нельзя! и еще много чего нельзя, без риска испортить волшебный бульончик.

Так что если надумаете вникать в тему и попробовать это увлекательное занятие — не размахивайтесь сразу на аквариум в 20 литров, попробуйте в малых количествах.

Гальваническое покрытие металлом можно нанести и на маленькую бусинку, и на целый большой памятник! Но для этого, конечно, нужна не маленькая посудка, а целый большой бассейн раствора и много-много металла. Еще — большие и криволинейные объекты покрывают металлом гальванической кистью, но это уже другая история. Так реставрируют памятники, например, гальваникой — бронзой — покрыта четверка лошадей на фронтоне Большого театра.

В домашних условиях и «для девочек» интереснее всего меднить различные природные объекты и делать из них потом украшения.

Меднение растений процесс увлекательный, но больше меня привлекло в гальванике другое — создание текстур.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА БРОНЗИРОВАНИЯ ИЗ СУЛЬФАТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Космодамианская Л.В., Тютина К.М., Николаева О.Е., Ле Хюэ Хыонг, Одинокова И.В.

РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Москва РХТУ им. Д.И. Менделеева

125047, Москва, Миусская пл.,9. Факс: (095)200-42-04; тел. (095)978-61-95;

Одной из возможностей замены благородных металлов является использование покрытий сплавом медь-олово. Бронзовые покрытия находят промышленное использование в основном для декоративных и специальных целей. Покрытия сплава медь-олово, содержащие 10-20% олова, обладают достаточно высокой микротвердостью, низким коэффициентом трения и имеют приятный внешний вид. Покрытия белой бронзой, содержащие 40-70% олова, легко полируются, хорошо паяются, имеют внешний вид и коэффициент отражения близкие к серебру.

В настоящее время наиболее перспективными являются сульфатные электролиты бронзирования, отвечающие требованиям современного производства: они малотоксичны, сравнительно дешевы, просты в эксплуатации и обладают многими довольно высокими технологическими показателями.

Для электроосаждения сплава Cu-Sn предложен сульфатный электролит, содержащий сернокислые соли меди и олова, серную кислоту, сернокислый натрий или калий, антиоксидант, НПАВ (ОС-20 или Синтанол ДС-10) и блескообразующую добавку ЦКН-31. Электролит работает при перемешивании катодной штангой – 28-30 кач/мин и температуре 18-25°С.

Из предложенного сульфатного электролита в интервале катодных плотностей тока от 0,5 до 2 А/дм 2 осаждаются полублестящие золотистые покрытия, содержащие 83-90% меди с выходом по току 96-100%. При дальнейшем повышении плотностей тока от 2,5 до 5,5 А/дм 2 получаются зеркально-блестящие золотисто-желтые осадки, но при этом содержание меди в сплаве падает до 25-30%, а выход по току снижается с 95 до 92%.

Химический и фазовый составы бронзовых покрытий из сульфатных электролитов существенно зависят от катодного потенциала. При смещении потенциала в отрицательную сторону сплав значительно обогащается оловом, при этом также изменяются составы интерметаллических соединений из которых в основном состоят бронзы. С этим, по-видимому, и связан сложный характер катодной поляризационной кривой осаждения бронзы.

В результате исследования химической устойчивости сульфатных электролитов бронзирования было установлено, что ионы Cu 2+ практически не влияют на окисление Sn 2+ в растворе. Однако, при наличии медной пластин опущенной в сульфатный электролит наблюдается протекание реакции Sn 2+ →Sn 4+ +2e (на поверхности Cu). Следует предположить, что окисление Sn 2+ до Sn 4+ происходит по электрохимическому механизму с участием Cu 2+ , который может восстанавливаться до металлической меди Cu 0 по реакции Cu 2+ +2e→Cu 0 (на медной пластине) либо с участием атомов кислорода воздуха. Медная пластина, вероятно, является переносчиком электронов. Не исключается возможность того, что медная пластина является инициатором (или катализатором) реакции взаимодействия Sn 2+ с кислородом, растворенным в электролите, либо находящимся в прилегающем к нему слое атмосферы.

Наличие антиоксиданта – ЦКН-32 — не предотвращает окисление Sn 2+ до Sn 4+ , растворенном в растворе кислородом воздуха в присутствии ионов Cu 2+ , по-видимому, вследствии окислительно-восстановительной реакции между ионами Cu 2+ и антиоксидантом с образованием неактивной по отношению к кислороду окисленной формы ЦКН-32. В присутствии гидрохинона содержание Sn 2+ в растворе изменялось незначительно.

Таким образом, рекомендуется после окончания электролиза, проводимого в сульфатном электролите бронзирования (в независимости от его конкретного состава), вынимать медные аноды из ванны (на время простаивания электролита в отсутствие поляризующего тока) с целью снижения дополнительной потери двухвалентного олова в растворе. Кроме того, в качестве антиоксиданта в сульфатном электролите предпочтительнее использовать гидрохинон.

В процессе проведения длительного электролиза (при i_k=1 A/дм 2 ) с медным анодом было установлено, что с увеличением количества пропущенного электричества происходит довольно быстрое уменьшение содержания Sn(II) в сульфатном электролите бронзирования, связанное, по-видимому, с его электрохимическим окислением на аноде до Sn(IV), затем процесс окисления несколько замедляется. Возможность окисления обусловлена значениями потенциалов растворения медного анода в диапазоне рабочих плотностей тока, расположенных значительно электроположительнее стандартного потенциала реакции окисления Sn(II) до Sn(IV). Концентрация меди в растворе изменилась незначительно.

Проведение длительного электролиза в условиях разделения анодного и катодного пространств с помощью модуля с катионообменной мембраной МФ-4СК-1 и нерастворимым анодом показало, что скорость химического окисления Sn 2+ пренебрежительно мала.

Таким образом, для повышения электрохимической устойчивости сульфатного электролита бронзирования желательно работать с разделением катодного и анодного пространств модулем с катионообменной мембраной и применением нерастворимого анода при корректировке электролита через 2-3 А*ч/л пропущенного электричества по солям олова и меди.

Как сделать бронзу – основные этапы производства

Как сделать бронзу? Этот вопрос стоит перед многими мастерами, желающими проявить себя в художественном литье, или людьми, решившими повысить свой уровень образованности в работе с различными металлическими сплавами. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо для начала разобраться что такое бронза, из чего она состоит и только потом подробно рассмотреть весь процесс плавки этого материала.

1 Что такое бронза?

Бронза (итал. “bronzo”) – это сплав в определенных пропорциях меди и олова, где медь всегда является первичным или основным компонентом, а олово вторичным или необязательным. Вместо него в сплав могут быть введены кремний, свинец, алюминий, бериллий и другие металлы, кроме никеля и цинка, хотя иногда и они вводятся в небольших пропорциях.

Бронзовый сплав имеет свои достоинства и недостатки. К положительным техническим характеристикам можно отнести:

• большую твердость и прочность по сравнению с медью;
• легкоплавкость;
• обладает всеми достоинствами для литья;
• имеет высокие антикоррозийные свойства;
• обладает хорошей устойчивостью к износу при длительном трении.

Недостатками бронзы считаются:

• плохо поддается ковке, штамповке и прокатке, то есть всем процессам, происходящим под давлением;
• туго режется;
• плохо затачивается.

По названию добавляющегося металла происходит название полученного бронзового сплава. При добавлении олова получают оловянную бронзу, алюминия – алюминиевую бронзу, бериллия – бериллиевую и т. д.

Классической (колокольной) или основной считается оловянная бронза, в которой медь берется из расчета 80 % ± 3 %, а олово – 20 % ± 3 % от всего сплава. При изготовлении бронзы могут легироваться другие металлы, например, никель, свинец, фосфор и мышьяк. Это делают для придания металлу дополнительных технических свойств. Бронза может быть однокомпонентной, при которой медь сплавляется с одним добавочным металлом, или многокомпонентной, где при сплавлении участвует несколько материалов. Многокомпонентные бронзы считаются более сложными и имеют улучшенные технические характеристики.

Также процесс изготовления бронзы предусматривает получение первичного или вторичного материала. Чтобы получить первичный классический сплав, необходимо сплавить медь и олово, вторичный – при выплавке применить в качестве дополнительного компонента саму бронзу.

Открытие бронзового сплава сыграло большую роль в развитии человеческой эпохи. Конец 4 тысячелетия до н. э. считается временем первого изготовления бронзы и началом длительного пути человека в освоении сплавов различных металлов. Открытие было настолько значимым в истории, что ознаменовало собой начало целой исторической эпохи – Бронзового века. Изготовить бронзу в древние времена было невероятно сложно, что подтверждают попытки получения металла в настоящее время в домашних условиях.

2 Классическая технология изготовления бронзы

Изготовить бронзу можно путем плавки основного компонента меди и дополнительного, например, олова, в стальной или чугунной вращающейся втулке с помощью электрической дуги.

При плавлении оловянных бронз образуются оксиды при непосредственном взаимодействии меди и олова, что снижает технические свойства полученного сплава. Во избежании потери эксплуатационных свойств бронзы перед добавлением олова в расплавленную медь ее раскисляют фосфором, то есть в чистую медь добавляют фосфористую медь, где количество фосфора не превышает 10 %.

Химическая реакция с образованием паров фосфорного ангидрида позволяет провести процесс удаления неметаллических включений в меди. Фосфор – это недорогой раскислитель, значительно снижающий хорошее свойство меди электропроводность. Поэтому иногда для избежания этого эффекта используются более дорогие компоненты в качестве раскислителя. К ним можно отнести кальций, литий и калий.

Процесс плавления, чтобы получить бронзу, делают под слоем древесного угля или его смеси с содой – флюса, и он проходит в несколько общих этапов:

1. Расплавление меди при температуре около 1100 °C под слоем флюса или угля.
2. Ввод фосфористой меди (около 10 %) для раскисления.
3. Добавление дополнительных компонентов для получения однокомпонентного сплава – олова, многокомпонентного – всех дополнительных составляющих, вторичного бронзового сплава – бронзы.
4. Прогревание полученного сплава до температуры 1200 °C.
5. Рафинирование – удаление вредных неметаллических примесей висмута, марганца, серы и сурьмы, а также иногда алюминия, железа, кремния и растворенных газов водорода и кислорода из сплава путем окисления основного компонента.
6. Модифицирование для повышения механических свойств сплава.
7. Разлив по формам при температуре до 1300 °C.

Оловянные бронзы более просты в процессе выплавки и менее склонны к перегреву, чем алюминиевые. Для алюминиевой бронзы очень важен температурный режим, поэтому температура плавления выше 1200 °C не допускается.

3 Изготовление неоловянных бронз

Чтобы изготовить алюминиевую бронзу, необходимо не только следить за температурой, но и хорошо размешать сплав перед заливкой в формы. Это делается из-за большой разницы в плотности сплавляемых компонентов, ведь медь и алюминий могут расслоиться. Поэтому сам процесс немного видоизменяется:

1. Медь расплавляется под флюсом и раскисляется.
2. Вводятся дополнительные компоненты в чистом виде или в виде смеси с медью.
3. Производится вторичное раскисление.
4. Вводится алюминий.
5. Засыпается поверхность сплава флюсом.
6. Сплав рафинируется хлористым марганцем, модифицируется ванадием, бором или вольфрамом и заливается в формы.

Бериллиевая бронза выплавляется по общим этапам в индукционных печах. В процессе применяют графитовые тигли. Высокая токсичность получаемой пыли и паров при изготовлении этого вида бронзы требует проведения выплавки в отдельных изолированных помещениях с мощной системой вентиляции.

Кремнистые бронзы получают в электрических индукционных печах с применением древесного угля. Как и для алюминиевых, для кремниевых сплавов важен контроль за температурой плавления.

Конечный продукт сплава представляет собой металлическую чушку, причем вес ее обычно не более 42 кг. Все чушки, получившиеся в результате разовой плавки, относят к одной партии, вес партии не ограничивается.
Как и любая продукция, бронзовые чушки имеют документ о качестве, отражающий основную информацию: товарный знак производителя, марку выплавленной бронзы, массу и номер партии, количество чушек в партии и их химический анализ.

Необходимость изготовления бронзы обусловлена широкой сферой применения. Арматура, все детали, работающие в непосредственном контакте с паром и маслами, вкладыши подшипников, фасонные элементы трубопровода – вот небольшой список использования бронзы.