§ 43. Химические способы отделки

Цвет металлов и сплавов в основном довольно однообразен - это сероватые серебристые или слегка голубоватые тона. Исключение составляет золото, имеющее интенсивно желтый цвет, и медь, обладающая характерным красным (горячим) цветом. Кроме того, латуни и бронзы имеют желтоватые и зеленоватые тона, а сплавы никеля и меди, именуемые французским, немецким, американским золотом, иногда очень приближаются к цвету золота. Однако в практике художественной отделки изделий из металла очень часто требуются более разнообразные цвета и оттенки, которые легко получаются при химической отделке художественных изделий из металла.

Сущность химической отделки заключается в следующем: под действием различных химических веществ на поверхности металла происходит реакция с образованием новых химических соединений, которые прочно соединяются с основным металлом и придают ему тот или иной цвет. Образующиеся соединения в большинстве случаев являются окислами или другими химическими образованиями. Иногда химическая отделка является очень стойкой - не изменяется даже при нагревании или действии слабых кислот; в других же случаях пленки не прочны, легко стираются или смываются водой; для придания им прочности изделия после химической отделки закрывают бесцветным лаком.

Химическая отделка сильно отличается от покраски. Главное отличие- это гораздо более тонкая пленка - в пределах сотых долей микрона.

Получение прочных защитных пленок в художественной промышленности применяют очень широко. Это обусловлено тем, что кроме антикоррозионных свойств они обладают декоративными качествами и значительно расширяют цветовую палитру художника-металлиста. В современных условиях химическим способом возможно получение самых разнообразных цветов и оттенков на поверхности художественных изделий из металлов и сплавов.

Современной химией разработано огромное разнообразие всевозможных приемов химической отделки металлов, которые широко применяются в различных отраслях промышленности.

Для отделки художественных изделий в зависимости от металла (или сплава), из которого они выполнены, можно применять один из следующих способов.

Отделка изделий из меди. Для получения коричневых тонов, от светлого до темного, применяют раствор сернистого аммония. На 1 л воды берут 20-25 г сернистого аммония. Изделия предварительно нагревают и в нагретом состоянии погружают в раствор или, если они крупные, покрывают раствором, нанося его кистью. Интенсивность тона отделки зависит от температуры предварительного нагрева изделия: чем она выше, тем темнее коричневый тон покрытия.

Отделка изделий из латуни. Для получения различных оттенков желто-оранжевого, малинового, фиолетового и синего цвета применяют смесь следующих растворов: готовят раствор серноватистокислого натрия (гипосульфит натрия) - 130 г на 1 л горячей воды. Отдельно в 1 л горячей воды растворяют 35 г кристаллического свинцового сахара (азотнокислого свинца). Оба раствора сливают вместе.

Протравленные в азотной кислоте и промытые в воде изделия при постоянном движении погружают в нагретую до 80°С смесь растворов. На изделии возникают различные цвета, которые быстро сменяют друг друга в такой последовательности: желтый, оранжевый, красный, малиновый, фиолетовый, синий. Синий постепенно тускнеет, переходит в серый, и процесс заканчивается. Как только получен желаемый цвет, изделие быстро вынимают из раствора, промывают, просушивают и закрывают бесцветным лаком, так как пленка малопрочна.

Интересная окраска с радужными переходами получается, если изделие извлекать из раствора постепенно после того, как на нем появится желтая окраска. Если изделие медленно и равномерно извлекать из раствора, то его верхняя часть останется желтой с переходом в оранжевый, далее красный, фиолетовый и, наконец, нижняя часть, которая дольше всего будет находиться в растворе, приобретает синий цвет. После этого изделие необходимо тщательно промыть, просушить и покрыть лаком. Смесь растворов быстро теряет свои окрашивающие свойства, поэтому ее нельзя хранить и каждый раз следует употреблять свежие, только что приготовленные растворы.

Для получения серого и черного цвета можно использовать хлористую сурьму (сурьмяное масло), которую намазывают на готовое изделие и натирают щетинной (жесткой) щеткой или кистью. Получив необходимый цвет, изделие промывают и просушивают. В зависимости от продолжительности времени, в течение которого происходит обработка изделия, а также от концентрации раствора можно получать различные оттенки, начиная от светлых серовато-фиолетовых и кончая совсем черными. Эта отделка очень прочная.

Для меди и латуни можно применять отделку крепкой азотной кислотой. Это старый проверенный долголетней практикой способ, но он требует известного навыка и, главное, большой осторожности при обращении с крепкой азотной кислотой, которая небезопасна для человека. Особенно вредны ядовитые газообразные выделения, образующиеся при проведении работ.

Процесс заключается в следующем: на медное или латунное изделие при помощи ватного тампона, намотанного на деревянную палочку (в виде кисти), наносят крепкую (или разведенную водой) азотную кислоту. После этого на поверхности возникает бурная реакция с выделением газа.

Медная или латунная поверхность при этом сначала зеленеет, а потом постепенно чернеет. Реакция постепенно ослабевает и прекращается. После этого изделие нагревают и процесс вновь активизируется. Нагревание продолжают до полного испарения всей азотной кислоты. Затем изделию дают охладиться и его тщательно промывают в горячей (лучше проточной) воде и высушивают. В зависимости от концентрации кислоты, продолжительности обработки и степени нагрева можно получить самые различные тона - от оливково-зеленых, коричневых, серых до черных. Эта отделка очень прочная. По желанию ее можно шлифовать и полировать.

Кроме того, для получения коричневого цвета латунные изделия можно обработать раствором медного купороса (50 г на 1 л воды) и марганцевокислого калия (5 г на 1 л воды). Темно-коричневая (до черной) патина получается на медных сплавах, если их погрузить на 5-7 мин в нагретый до 70-80°С раствор следующего состава: бертолетовой соли (20 г на 1 л воды) и 25%-ного аммиака (40 г на 1 л воды).

Для окрашивания медных сплавов в цвета от оливкового до коричневого применяют раствор: на 1 л воды берут бертолетовой соли 50-70 г., азотнокислой меди 40-50 г и хлористого аммония 80-100 г. Изделия погружают на 10-15 мин в раствор, нагретый до 60-70°С.

Естественная патина на медных сплавах. Наряду с искусственным оксидированием часто пользуются естественными патинами, которые появляются на художественных изделиях под воздействием атмосферных явлений, например бронзовые скульптуры в условиях экстерьера сравнительно быстро покрываются так называемой естественной патиной. Это объясняется тем, что в воздухе всегда присутствует кислород, под действием которого происходит окисление меди.

Особенно быстро этот процесс протекает в атмосфере больших современных городов, где в воздухе кроме кислорода содержится большое количество сернистых газов, которые ускоряют процесс появления патины за счет образования сернистых соединений. Примером такой естественной патины может служить пленка, появившаяся на памятнике Юрию Долгорукову в Москве.

Скорость образования патины в условиях промышленной атмосферы колеблется в пределах 1,25-2,6 мкм в год (в среднем 1,8 мкм). Минимальная скорость в условиях сельской местности - 0,05-0,08 мкм в год. У всех естественных патин, независимо от их возраста, на границе с металлом имеется слой красновато-коричневой закиси меди (куприт), верхние же слои могут быть различно окрашены (зеленые, черные). Общая толщина естественных патин может достигать от 10 до 50 мкм и даже до 80 мкм (в то время как толщина искусственных пленок не превышает 2,6-2,7 мкм) и хорошо защищает металл от разрушения.

Кроме естественной "благородной" патины на бронзовых скульптурах часто появляются очень вредные и опасные "дикие" патины, разрушающие скульптуру. Они распространяются не только по поверхности скульптуры, но и в глубину. Это хлорные и хлористые соединения меди, имеющие ярко-зеленый цвет и появляющиеся в условиях сырости и повышенной влажности.

Отделка изделий из железных сплавов (черный декапир, кровельная сталь). Наиболее простой, доступный и зарекомендовавший себя способ отделки черных металлов - это обработка масляными веществами с их последующим нагревом. Он заключается в следующем. После тщательной подготовки (очистки) готовое изделие покрывают растительным маслом (например, натуральной олифой) и нагревают до 300-400°С. Наиболее равномерный нагрев происходит в печи, что позволяет получить и наиболее равномерную тонировку. На поверхности изделия образуется прочная красивая пленка черно-коричневого цвета различных оттенков.

Светло- и темно-серые тона можно получить при обработке изделий слабыми растворами азотной кислоты. Раствор готовят не крепче 1:10 (одна часть азотной кислоты на десять частей воды); более концентрированные растворы использовать не следует, так как они травят само изделие. Сначала поверхность приобретает матово-зернистое строение, а при продолжительной обработке изделие разъедается и разрушается, так как скорость реакции прогрессирует за счет выделения теплоты.

Различные оттенки с радужными переходами от охристо-золотистого, красновато-коричневого, фиолетового до синего можно получить за счет образования "цветов побежалости". Для этого хорошо очищенное изделие постепенно и равномерно нагревают, а при температуре 220°С на нем образуется тонкая пленка окислов железа, придающая изделию различные цвета. С повышением температуры или с увеличением времени пребывания изделия при данной температуре оксидная пленка утолщается и цвет изделия изменяется. Этим простым способом можно при определенном навыке получать достаточно прочную и декоративную тонировку.

Для отделки не очень больших изделий в синий и синевато-черные тона можно применять раствор следующего состава: каустической соды (едкий натр) 700 г, нитрита натрия 250 г и нитрата натрия (натриевая селитра) 200 г на 1 л воды. Подготовленное изделие погружают в раствор, нагретый до кипения (135-145°С). В течение всего процесса тонировки раствор должен кипеть.

Полированные стальные изделия воронят, т. е. погружают в расплавленную натриевую селитру при температуре 310-350°С. В течение 3-5 мин на поверхности детали образуется тонкая, но очень прочная пленка красивого синеватого цвета.

Отделка изделий из алюминия. Наиболее простой и декоративный прием отделки изделий из алюминия, при помощи которого хорошо выявляются все детали рельефа и изделие приобретает законченный вид с темными углублениями и светлыми выступающими частями рельефа,- это обработка копотью с керосином (тонировка). Процесс тонировки сводится к следующему: всю поверхность чеканного изделия равномерно покрывают тонким слоем копоти. Для этого изделие держат лицевой поверхностью вниз над сильно коптящим пламенем керосиновой горелки или еще лучше горящей бересты, а затем протирают тампоном, смоченным в керосине. Стирая копоть с выступающих частей рельефа и сохраняя ее в углублениях, можно получить то более темные, то более светлые тонировки.

Для получения темно-серого цвета алюминиевые изделия обрабатывают соляной кислотой с небольшим добавлением раствора медного купороса и серной кислоты (в пределах 3-5%). Процесс протекает быстро, изделия при этом нагреваются (экзотермическая реакция), а раствор теряет активность и требует периодического обновления.

Следует заметить, что качество, цвет и быстрота процесса сильно зависят от марки алюминия, т. е. от содержания в нем различных примесей. Чем ниже марка, тем процесс идет успешней. Например, вторичные сплавы алюминия отделывают этим способом очень хорошо и быстро, а наиболее чистый алюминий при тонировках этим способом приобретает менее темные оттенки и процесс идет труднее.

Отделка изделий из серебра. Для получения коричневых и серых тонов (под "старое серебро") применяют раствор серной печени. Серную печень готовят следующим образом: смесь одной части серы (в порошке) и двух частей поташа подогревают в течение 20-25 мин при постепенном помешивании до полного сплавления и образования густой массы серовато-коричневого цвета с запахом сероводорода. Сплавление лучше всего производить в железной посуде (например, в консервной банке). Помешивая железным прутком, подогревать на электроплитке, так как на открытом огне (например, на газовой горелке) сера легко загорается. Готовую массу выливают на чугунную или керамическую поверхность. Остывшую и затвердевшую серную печень разбивают на куски и хранят в стеклянной банке с притертой пробкой, так как она легко поглощает влагу из воздуха и теряет свои свойства.

По мере необходимости раствор готовят из расчета 10-20 г на 1 л воды. Раствор применяют горячим; процесс идет еще успешнее, если изделие предварительно подогреть и погрузить в него горячим. В зависимости от концентрации раствора и температуры изделия можно получать различные оттенки - от светло-коричневых, темно-коричневых и до серых. Более суток раствор хранить нельзя, так как он теряет свои свойства. Лучшие результаты дают свежие, только что приготовленные растворы.

Если при приготовлении серной печени вместо поташа взять соду, то оксидировки на серебре приобретают серые и светло-серые оттенки.

Для получения зеленовато-серых тонов серебряные изделия погружают в кипящий раствор, состоящий из трех частей концентрированной соляной кислоты, одной части йодистого калия и одной части воды. Раствор готовят в такой последовательности: йодистый калий растворяют в воде и полученный раствор вливают в кислоту. Коричневую окраску дает раствор из двух частей медного купороса, одной части нашатырного спирта и двадцати частей уксусной кислоты (по весу). После промывки и сушки изделие крацуют, а выступающие части рельефа протирают для высветления мягкой тряпкой с венской известью или сухой суконкой с мелом.