§ 44. Металлические покрытия

Металлические покрытия широко применялись в древности и применяются сейчас при производстве художественных изделий из металла.

Цель покрытия одного металла другим заключается в том, чтобы сплавы или металлы, менее стойкие против коррозии, закрывались более стойкими и обычно более декоративными.

Различают анодные и катодные покрытия. Анодным называется металлическое покрытие, у которого электродный потенциал меньше потенциала основного металла, т. е. металла, из которого сделано изделие. В процессе электрохимической коррозии анодные покрытия постепенно растворяются и предохраняют основной металл от разрушения не только механически, но и электрохимически. Анодные покрытия не теряют своего защитного действия, если на них имеются риски, царапины и другие внешние дефекты.

Катодные покрытия имеют потенциал больше, чем у основного защищаемого металла, из которого сделано изделие. Поэтому катодное покрытие выполняет свое назначение только механически и до тех пор, пока оно полностью изолирует защищаемый металл от контактов с внешней средой. При нарушении катодного покрытия-появлении трещин, царапин и других повреждений - его защитные действия не только пропадают, но коррозия основного металла еще более усиливается за счет образования гальванопары и катодным покрытием.

Примером анодного покрытия для железных сплавов являются цинк, кадмий, а катодного - медь, олово, никель, серебро, золото.

Покрытие одного металла другим может осуществляться различными способами.

Холодные металлические покрытия

Плакирование. Эта технология получила свое название от французского слова "плаке" (покрывать). Она изобретена в Англии в 1742 г. для изготовления художественных медных изделий, покрытых сплошным толстым слоем драгоценных металлов (серебра или золота) - более толстым, чем при обычном серебрении или золочении.

Для этого предварительно заготовляли медные листы, покрытые серебром. В настоящее время такие двухслойные листы называются биметаллами.

Широко применяются биметаллы, состоящие из слоев двух разных металлов или сплавов. Например, железа и меди, дуралюминия и чистого алюминия, углеродистой стали и нержавеющей стали и т. п.

Обычно основной слой листа состоит из более дешевого, но не стойкого против коррозии металла, а снаружи он покрыт тонким слоем устойчивого и более декоративного металла или сплава.

Применение таких двухслойных листов позволяет значительно экономить дефицитные металлы, например нержавеющую сталь, которая в четыре-пять раз дороже обычной углеродистой стали.

Особый вид накладного серебра представляли собой изделия из латуни, на которые уже в готовом виде напаивалась оловом серебряная фольга толщиной 0,01 мм. Готовое изделие лудили оловом смазывали салом и накладывали фольгу, тщательно притирая ее полировником, а затем изделие нагревалось до плавления олова. Сало играло роль флюса.

Сусальные покрытия. Сусальное золочение и серебрение представляет собой широко распространенный способ покрытия драгоценными металлами различных художественных изделий, главным образом экстерьерного характера. Он заключается в том, что на поверхность изделия наклеиваются тончайшие листочки золота, серебра или так называемого двойника - двухслойного листочка из серебра и золота, а также потали - из серебра и меди. Этот способ известен с глубокой древности. На Руси им широко пользовались для золочения крыш, шпилей, церковных глав, крестов и других элементов архитектуры, выполненных из металлов, а также для золочения дерева, гипса, штукатурки и прочих неметаллических материалов.

Для получения тончайших листочков золото или серебро расковывалось между специальными прокладками из "снасти", или "плевки", которую приготовляли из оболочки говяжьих внутренностей. Такие прокладки позволяли получать гладкие и очень тонкие листочки золота и серебра.. Выделывание из золота тончайших листочков для золочения называлось золотобойным мастерством и было известно с глубокой древности. О нем упоминают Гомер и Плиний.

В настоящее время золотой слиток сначала раскатывают на вальцах в тонкую ленту толщиной до 5 мкм. Затем ленту режут на квадратики-заготовки и дальнейшая обработка производится расковкой. Для этого заготовки укладываются между специальными синтетическими пленками, состав которых недавно разработан советскими химиками. Стопку таких пленок, между которыми проложены золотые листочки, кладут под пневматический молот и разбивают быстрыми и легкими ударами до толщины всего 0,14 мкм.

Современная "книжка" золота содержит 60 тончайших золотых листочков размером 6×12 см, между которыми проложена папиросная бумага, чтобы они не слипались между собой. Масса книжки обычно в пределах 1,5 г. Золото можно довести до толщины, меньшей чем 0,0001 мм, и листок площадью 1 дм² будет весить всего 13 мг. Такое тонкое золото становится прозрачным и пропускает зеленые лучи, но для золочения оно применяется редко, так как становится непрочным. Обычно для получения желтого сусального золота применяется золото, лигатуренное медью от 930-й до 990-й пробы, но иногда для получения цветного зеленого золота, чтобы разнообразить оттенки позолоты, применяют 750-ю пробу, лигатуренную серебром.

Поверхность металлического изделия, подлежащего золочению, тщательно очищают от пыли и следов коррозии и окрашивают два раза суриком на масле. Второй раз можно окрасить под цвет золота, для этого лучше применять золотистую охру, а не желтый крон, который чернеет от сероводорода, находящегося в воздухе, вследствие чего темнеет и позолота. Золочение производят на специальный масляный лак "мордан", который приготовляют по следующему рецепту: 1 кг отстоявшегося льняного масла нагревают в металлической посуде, затем добавляют 65 г свинцового глета и варят в течение 4-5 ч, пока масло не загустеет. Смесь охлаждают и разжижают скипидаром до рабочей консистенции. Лак хранят в закрытой посуде. От долгого хранения качество лака улучшается. Лак наносят тонким слоем на подготовленную поверхность и выдерживают 10-12 ч для высыхания, но с сохранением отлила (отлип сохраняется не менее 24 ч). Листок сусального золота вынимают из книжки легким дуновением, от которого он заворачивается на золотарный нож, положенный плоской частью на край золотого листка. При помощи ножа листок переносят на подушку, на которой его разглаживают и, если нужно, разрезают ножом. Подушка представляет собой дощечку 15×20 см, обитую замшей по двум слоям фланели. С подушки листок берут при помощи "лапки" - широкой кисточки из беличьей шерсти и осторожно кладут на металлическую поверхность, еще имеющую отлип. Затем листок разглаживают колонковой кистью. Таким же способом производят золочение поталью и серебрение. Однако при серебрении грунтовку производят не охрой, а под цвет серебра - белилами и сажей.

В настоящее время получило распространение покрытие серебрёных изделий бесцветным лаком, предохраняющим их от потемнения, а также использование заменителя сусального серебра листочками из недрагоценного сплава, состоящего из 8,3% цинка, 91% олова, 0,4% свинца и 0,3% железа. Это покрытие также требует защиты бесцветным лаком.

Кроме морданного золочения для деревянных изделий, находящихся в интерьере, существует другой способ - золочение на водно-клеевых составах по полименту, который приготовляется из жирной, тщательно очищенной глины, пчелиного воска, мыла, сала, а иногда и яичного белка. Вся эта смесь варится и тщательно перемешивается. Готовый полимент наносится ровным, тонким слоем на изделие, подлежащее золочению, просушивается и тщательно шлифуется. Затем изделие смачивается 20%-ным раствором спирта и покрывается золотом. После просушки оно полируется лощилом из агата.

Горячие металлические покрытия

Покрытия легкоплавкими металлами. В современном производстве очень часто применяются горячие покрытия. Для этого защитный слой из устойчивого против коррозии металла наносится на поверхность в жидком, расплавленном состоянии. Примером горячего покрытия является лужение - покрытие оловом, кадмирование и особенно часто цинкование или шерардизация.

Способ горячего покрытия прост и высокопроизводителен. Он заключается в том, что листы, прутки, трубы или готовые изделия после соответствующей подготовки и очистки окунают в расплавленный металл и быстро вынимают. На изделиях образуется сплошной, тонкий слой из защитного металла, хорошо противостоящий коррозии. Особенно хорошие результаты дает обработка готовых изделий. В этом случае расплавленный металл проникает во все швы и щели изделия и надежно защищает его от коррозии (например, цинкованные ванны, ведра и т. п.).

При производстве горячих покрытий необходимо, чтобы:

1. наносимые металлы были легкоплавкими;
2. температура плавления изделия была значительно выше температуры плавления металла, предназначенного для его покрытия.

Металлизация. Своеобразным способом нанесения металлических покрытий является металлизация, или шоопирование. Сущность этого способа заключается в том, что металлическая проволока плавится в специальном аппарате - металлизаторе и под действием сжатого воздуха распыляется.

Мельчайшие частицы с большой скоростью устремляются из аппарата и осаждаются на поверхности изделия, образуя сплошное покрытие. Полученный таким способом слой металла можно шлифовать, полировать, а также подвергать различным оксидировкам.

В настоящее время применяется два типа металлизаторов - газовый и электрический. В газовом металлизаторе плавление проволоки осуществляется за счет температуры, получаемой от сгорания ацетилена в среде кислорода; в электрическом - за счет вольтовой дуги.

Наиболее производительным является трехфазный металлизатор, изобретенный инженером А. И. Пономаревым. Он в два-три раза превосходит обычный однофазный металлизатор по производительности и может распылять за 1 ч до 10-12 кг металла.

Кроме того, используя трехфазный металлизатор, можно одновременно плавить проволоки из разных металлов. Это позволяет получать покрытия из новых сплавов, образованных из смеси частиц различных металлов.

Недостаток способа металлизации заключается в том, что частицы металла, вылетая с большой скоростью из аппарата, быстро остывают во время полета и соединяются лишь механически, не сплавляясь друг с другом.

В результате плотность покрытия оказывается значительно ниже плотности литого или катаного металла. Это видно из сравнения распыленного и литого металла (табл. 40).

Таблица 40

Понижение плотности происходит от того, что покрытие, полученное распылением, имеет множество пор, через которые к защищаемому металлу может проникать влага и другие химические вещества, вызывающие коррозию. Поэтому способ металлизации с точки зрения защиты от коррозии является в большинстве случаев недостаточным и требует дополнительных мероприятий (пропитки лаками и т. п.).

Однако благодаря декоративным свойствам этого способа он находит довольно широкое применение в отделке художественных изделий из металла. Этим способом можно наносить любые металлы (сталь, бронзу, латунь, цинк, медь) на металличские и неметаллические изделия из дерева, гипса, цемента, бумаги (папье-маше) и других материалов.

Металлизация применима для изделий любой формы и размеров, причем работа может вестись как на заводе, так и непосредственно на строительстве без демонтажа крупных изделий на составные части. Толщина слоя может быть любой, но обычно применяют от 0,01 до 0,5 мм.

Наводка. Золотая или серебряная наводка - очень древний способ нанесения слоя драгоценного металла на изделия из меди, бронзы, железа и других металлов. Этот способ называется также золочением или серебрением "через огонь". Для этого приготовляют золотую или серебряную амальгаму, т. е. раствор соответствующего метала в ртути. Для наводки следует применять только свежеприготовленную амальгаму. Для этого в графитовом тигле докрасна накаливают тонко прокатанные и мелко нарезанные листочки чистого золота (или серебра) и заливают их нагретой до 300°С ртутью, взятой в восьми- или девятикратном количестве по весу. Эту смесь перемешивают графитовым стержнем до полного растворения. Золотая (и серебряная) амальгама представляет собой тестообразную массу.

Полученную золотую амальгаму выливают в воду и после остывания отжимают лишнюю ртуть через замшу. Затем медной проволочной кистью ее наносят на подготовленное изделие, после чего его нагревают.

В прошлом амальгаму нагревали на древесном угле, в настоящее время используют газовые горелки или электрический нагрев. Необходимо, чтобы действовало только тепло, а огонь непосредственно не касался изделия. Когда амальгама начинает плавиться и блестеть, ее необходимо разравнивать мягкой кистью или ватным тампоном. Ртуть при этом испаряется, и поверхность становится сначала матово-белой, а потом желтой. Нагрев прекращают, после охлаждения изделия промывают и позолоченную поверхность крацуют, если необходимо, полируют.

Для того чтобы золото приобрело яркий желтый цвет, его намазывают специально приготовленным открасом и нагревают, открас сгорает. Изделие промывают, просушивают и, если нужно, полируют. Состав откраса, содержащего по одной части уксуснокислой меди, калийной селитры, железного купороса, поваренной соли, хлористого аммония (нашатыря), разводится хлебным квасом до густоты сметаны.

Этот способ золочения очень прочен и в прошлом широко применялся для золочения элементов архитектуры и декоративно-художественных изделий. Однако он имеет два существенных недостатка: во-первых, расход золота на единицу поверхности значительно выше, чем при других способах золочения, например гальваническом (см. § 46); во-вторых, он чрезвычайно вреден для здоровья, так как пары ртути очень ядовиты.