КРАСИМ БЕЗ КРАСКИ

Без краски можно покрасить многие металлические поверхности, если покрыть их (химически или электрохимически) тонким слоем цветных оксидов или солей, прочно сцепленных с поверхностью. Последнее условие выполнить не так-то легко. Например, железо во влажном воздухе быстро (и без нашей помощи) покрывается красно-бурым налетом продуктов окисления, попросту говоря — ржавчиной, но такой метод окраски никуда не годится, потому что ржавчина еле-еле держится и пачкается при прикосновении.

Здесь мы приведем несколько рецептов окрашивания цветных металлов. Лишь некоторые из них пригодны для домашнего эксперимента, остальные требуют химических реактивов, которые не купишь ни в аптеке, ни в фотомагазине. Однако надеемся, вы уже записались в химический кружок.

Медь и латунь довольно быстро тускнеют на воздухе. Но они сохранят блеск, если окрасить их химическим путем. Подготовка деталей потребует некоторого времени, потому что поверхность должна быть совершенно чистой, без следов грязи и жира. Отполированную деталь тщательно протрите тряпочкой, смоченной в бензине, а затем влажным мелом или зубным порошком. Промыв деталь в проточной воде, подвесьте ее на суровой нитке или леске и не касайтесь больше руками, чтобы не оставить жировых пятен (даже если кожа на вид совершенно сухая, все равно на ней есть хоть немного жира). Опустите деталь в разбавленный раствор азотной кислоты (не более 5—10 мл на 100 мл воды) и снова промойте, лучше горячей водой. Подготовка завершена.

Дальнейшее зависит от того, в какой цвет вы решили покрасить медь. Если в черный, то подержите деталь минут пять в растворе, в котором на 100 мл воды приходится 0,9 г едкого натра и 0,3 г персульфата аммония (NH₄)₂SO₈ (его применяют в фотографии). Температура раствора 90—100 °С.

В растворе хлорида калия, сульфата никеля NiSO₄ и сульфата меди CuSO₄ (соответственно 4,5, 2 и 10,5 г на 100 мл воды) при той же температуре медь и латунь приобретут приятный шоколадный оттенок. Латунь станет лазурной после кратковременного выдерживания в смеси, состоящей из 3 г ацетата свинца (можно использовать свинцовую примочку), 6 г тиосульфата натрия (гипосульфита), 5 г уксусной кислоты и 100 мл воды. Температура такого раствора — около 80 °С.

Медь можно и позеленить. Для этого ее нужно опустить в такой раствор: на 100 мл воды—20 г нитрата меди Сu(NO₃)₂, 30 г нашатырного спирта и по 40 г хлорида аммония (нашатыря) и ацетата натрия; раствор последнего вещества легко получить из соды и уксуса. С нитратом меди обращайтесь, пожалуйста, осторожно, избегая попадания на лицо и особенно в рот.

За исключением опыта с чернением, мы нигде не указываем времени реакции. Подберите его сами на опыте, приняв во внимание, что чем дольше время обработки, тем интенсивнее цвет.

Следующий металл, который поддается химической окраске, — это цинк. Его используют нечасто, но с оцинкованными предметами—ведрами, тазами, корытами—все хорошо знакомы. Объектом эксперимента может быть любой старый, негодный оцинкованный предмет. Промойте его поверхность раствором соды или протрите тряпочкой, смоченной в бензине, вымойте горячей водой с мылом и несколько раз прополощите. На оцинкованную поверхность нанесем смеси веществ, которые вступят с цинком в реакции; дающие окрашенные соединения. Вот рецепты красок.

Черная: 2 части нитрата меди, 3 части оксида меди, 8 частей соляной кислоты и 64 части воды; после появления окраски поверхность промыть водой и высушить.

Зеленая: по 10 частей сульфата меди и винной кислоты, 12 частей воды и 24 части раствора едкого натра в воде (1:15); как только появится окраска, сейчас же ополоснуть поверхность водой, иначе будет бурый оттенок.

Синяя: на 100 мл воды—6 г какой-либо соли никеля и столько же хлорида аммония,

Золотая: раствор из 1 части винной кислоты, 2 частей соды и 1 части воды смешать с чистой глиной; поверхность натереть смесью, а когда она высохнет, ополоснуть водой.

Коричнево-бронзовая: смесь из 1 части яри-медянки и 5 частей уксусной кислоты; поверхность натереть смесью, промыть водой и просушить.

Медная; так как цинк активнее меди, значит, достаточно смочить его раствором медной соли, например, медного купороса.

Между прочим, такими красками можно нарисовать на цинковой поверхности картину.

От цинка перейдем к алюминию. Окрасить его несколько сложнее: и операций больше, и не обойтись без электрического тока. Оксид и соли алюминия невзрачны, поэтому нужен другой способ окрашивания. Он известен: это анодирование. Суть его в том, что через алюминиевую деталь, погруженную в электролит, пропускают ток; при этом на поверхности образуется пленка оксида толщиной менее 0,1 мм. Так как алюминиевые детали в гальванической ванне служат анодом, процесс и называют анодированием. Оксидная пленка пронизана микроскопическими разветвленными порами, в которых хорошо удерживаются красители. Можно окрасить анодированную поверхность и органическими красителями, в том числе природными, но лучше все же неорганическими веществами. Обычно деталь обрабатывают поочередно в двух красящих растворах, и ярко окрашенные продукты реакции остаются в порах.

Отполируйте алюминиевую деталь, обезжирьте ее бензином или ацетоном, промойте в горячей воде и подвесьте на проволочке. Опустите деталь на две-три минуты в 5 %-ный раствор едкого натра, еще раз промойте и погрузите в слабый раствор азотной кислоты (20—30 мл кислоты на 100 мл воды). Разумеется, до детали дотрагиваться уже нельзя, а если с подвеской работать неудобно, помогайте себе пинцетом.

Снова промойте детали в горячей и в холодной воде и подвесьте на проволочке в стакане. Можно положить на края стакана палочку или карандаш и обмотать вокруг него проволочку раз-другой, подобрав такую высоту, чтобы деталь оказалась на несколько сантиметров выше дна. Соедините деталь с положительным полюсом источника тока. Катоды — стальные пластинки — подвесьте таким же образом. Источником тока могут служить батарейки, но они очень быстро «сядут»; аккумулятор или трансформатор с выпрямителем предпочтительнее.

В стакан с деталью налейте раствор серной кислоты (20 мл кислоты на 100 мл воды; осторожно!). Включите в цепь ключ или рубильник и реостат, чтобы регулировать ток. Для его измерения нужен миллиамперметр, но годится и тестер, который есть у многих радиолюбителей. Замкните цепь и установите ток из расчета 20—25 мА на 1 см² поверхности. Деталь сразу покроется пузырьками газа—это выделяется кислород, который и окисляет алюминий. При комнатной температуре процесс длится около часа.

Промойте анодированную деталь в проточной воде и приступайте к окраске. Погружайте деталь поочередно в два красящих раствора, выдерживая в каждом 5—10 мин и промывая каждый раз в проточной воде. Окрашенные детали еще раз промойте и высушите.

Вот составы красящих растворов и их возможная концентрация (в граммах на 100 мл воды):

синий или голубой цвет—ферроцианид калия (1—5) и хлорид железа (III) (1—10); коричневый— ферроцианид калия (1—5) и медный купорос (1— 10); черный—ацетат кобальта (5—10) и перманганат калия (1,5—2,5); желтый—бихромат калия (5— 10) и ацетат свинца (10—20); золотисто-желтый— гипосульфит натрия (1—5) и перманганат калия (1—5); белый—ацетат свинца (1—5) и сульфат натрия (1—5); оранжевый—бихромат калия (0,5— 1) и нитрат серебра (5—10).

ГАЛЬВАНОСТЕГИЯ

После анодирования алюминия естественно будет перейти к очередным электрохимическим опытам, благо под рукой есть и электролитическая ванна, и источник тока, и ключ с реостатом. В этих экспериментах мы будем извлекать металл из раствора и наносить его на поверхность. Этот процесс называют гальваностегией, а покрытия — гальваническими. Кстати, анодирование алюминия тоже относится к гальваностегии.

Сначала поучимся наносить на стальную поверхность медь. Меднение очень распространено в промышленности, и не только как самостоятельный процесс, но и (пожалуй, даже чаще) как подготовительная операция перед покрытием другими, более прочными и нарядными пленками — хромовыми, никелевыми, серебряными. Причина в том, что медь, правильно нанесенная, очень прочно держится на стали и выравнивает шероховатости и дефекты его поверхности, а другие металлы, в свою очередь, хорошо осаждаются на медной пленке. Казалось бы, все просто: обработал стальную деталь раствором медного купороса, более активное железо вытеснило медь из раствора, и она осела на поверхность. Действительно, так и будет (можете проверить, опустив чистый гвоздь в раствор CuSO₄). Но слой меди на поверхности очень рыхлый — его легко стереть даже тряпкой. А при электрохимической обработке медный слой получается ровным и прочным.

Вот очень простой способ меднения. С одного конца мягкого многожильного провода снимите изоляцию и растеребите тонкие медные проволочки, чтобы получилась «кисть». Для удобства работы привяжите ее к деревянной палочке или карандашу, а другой конец провода подсоедините к положительному полюсу батарейки для карманного фонаря. Электролит—концентрированный раствор медного купороса, желательно слегка подкисленный, — налейте в широкую склянку, в которую удобно будет макать «кисть».

Подготовьте стальную пластинку или другой небольшой предмет, желательно с плоской поверхностью. Протрите его мелкой наждачной шкуркой и обезжирьте, прокипятив в растворе стиральной соды. Положите пластинку в ванночку или кювету и подсоедините ее проводом к отрицательному полюсу батарейки. Схема собрана, осталось только ввести электролит.

Обмакните «кисть» в раствор медного купороса и проведите ею вдоль пластинки, стараясь не дотрагиваться до поверхности; работайте так, чтобы между пластинкой и кистью был всегда слой электролита. Проводки все время должны быть смочены раствором. На глазах пластинка будет покрываться красным слоем металлической меди. На обработку маленькой детали уйдут считанные минуты. Если же поверхность побольше, то потребуется не только дополнительное время, но и дополнительная батарейка; соедините ее с первой параллельно. Когда покрытие нанесено, высушите деталь на воздухе и матовый слой меди натрите до блеска шерстяной или суконной тряпкой.

Кстати, этот опыт можно ставить и с алюминиевой, и с оцинкованной пластинкой. Такой процесс, при котором деталь не опускают в электролитическую ванну, а обрабатывают снаружи небольшими участками, добавляя все время электролит, порой используют и на практике, особенно в тех случаях, когда деталь настолько велика, что для нее не подберешь подходящей ванны. Например, когда надо подновить покрытие на обшивке океанского корабля...

Впрочем, если детали невелики, их обычно все же погружают в ванну с электролитом — это быстрее и удобнее. Вот как это делают при никелировании стали, или, точнее, перед никелированием, ибо без предварительного меднения в этом случае не обойтись.

Металлический предмет, который вы решили покрыть никелем (пусть это будет водопроводный кран или табличка для двери), обработайте, как обычно, наждачной бумагой, чтобы удалить оксидную пленку, протрите щеткой, как следует промойте водой, обезжирьте в горячем содовом растворе и промойте еще раз. В банку или стакан опустите на проволочках (лучше медных) две медные пластинки — аноды. Между ними на проволочке же подвесьте деталь (все эти проволочки, напоминаем, удобнее всего обмотать вокруг карандаша и положить его на края банки). Те проволочки, которые идут от медных пластинок, соедините вместе и подключите к положительному полюсу источника тока, а деталь — к отрицательному; включите в цепь реостат или радиосопротивления на 200—300 Ом, чтобы регулировать ток, и миллиамперметр (тестер). Источник постоянного тока — две-три батарейки для карманного фонаря, соединенные параллельно, или аккумулятор с напряжением не более 6 В.

Раствор электролита — 20 г медного купороса и 2—3 мл серной кислоты на 100 мл воды — налейте в стакан, раствор должен полностью покрыть электроды. Пользуясь реостатом или подбирая сопротивления, установите ток от 10 до 15 мА на каждый квадратный сантиметр поверхности детали. Минут через двадцать выключите ток и выньте деталь — она покрыта тонким слоем меди. Электролит меднения не выливайте, он еще пригодится.

Далее — собственно никелирование. Приготовьте новый электролит (30 г сульфата никеля, 3,5 г хлорида никеля и 3 г борной кислоты на 100 мл воды) и налейте этот электролит в другой стакан. Для никелирования нужны никелевые электроды. Опустите их в электролит, соберите схему так же, как при меднении, и включите ток, вновь примерно на двадцать минут. Выньте деталь, промойте и просушите ее. Она покрыта сероватым матовым слоем никеля. Чтобы покрытие приобрело привычный блеск, его надо отполировать.

Электролит для хромирования содержит обычно хромовую кислоту. Но так как этой кислоты у вас, вероятно, нет, прибегнем к обходному маневру.

Вы уже получали зеленый хромовый пигмент. Если же вы не ставили тот опыт, то имейте в виду, что хромовый зеленый продается в магазинах. Сплавьте оксид хрома с содой на воздухе, т. е. нагрейте смесь в чистой металлической банке. Вы получили хромат натрия Na₂CrO₄. Растворите его в воде, профильтруйте и подкислите серной кислотой; в этом растворе можно проводить хромирование. Разумеется, если у вас есть готовый хромат натрия, готовить его излишне.

Небольшой предмет, который вы собираетесь хромировать, обработайте как обычно наждачной бумагой, обезжирьте, протравите слабым раствором кислоты и промойте. Он будет катодом, подсоедините его к отрицательному полюсу источника тока. Анод нужен инертный, например, графитовый. Разберите старую батарейку и извлеките из нее графитовый стержень.

Чтобы получить ток, достаточный для хромирования, надо взять аккумулятор либо несколько батареек для карманного фонаря. Время опыта и требуемый ток подберите самостоятельно. По окончании электролиза выньте деталь из электролита, тщательно промойте ее и отполируйте до блеска тряпочкой с зубным порошком.

ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА

Еще один очень распространенный электрохимический процесс — гальванопластика, т. е. осаждение толстого, массивного слоя металла на поверхности какого-либо предмета, форму которого хотят воспроизвести, скопировать. Гальванопластику используют в тех случаях, когда у металлической детали очень сложная форма и обычными способами (литьем или механической обработкой) ее трудно или невозможно изготовить. Так воспроизводят иногда скульптуры по моделям (колесница Аполлона на фронтоне Большого театра сделана гальванопластикой); так же кодируют с записи-эталона металлические формы, в которых прессуют грампластинки, в точности воспроизводя тончайший рельеф бороздок.

Если у вас не осталось раствора для меднения, то приготовьте его вновь. Возьмите кусок воска или парафина, очень тщательно разгладьте его поверхность, чтобы она стала по возможности плоской. На этом гладком участке процарапайте надпись, рисунок или узор. Советуем написать свои инициалы — тогда у вас получится монограмма. Писать удобнее всего иглой, только, пожалуйста, не оставляйте слишком глубоких царапин.

Мягкой кисточкой нанесите на поверхность с рисунком электропроводящий порошок. Можно, например, растолочь в ступке грифель простого карандаша или графитовый стержень батарейки. По краям рисунка прижмите к поверхности, покрытой графитом, тонкие оголенные медные проволочки (они будут служить токоотводами) и соедините их между собой. Восковой слепок подвесьте в стакан, налейте электролит, опустите медный электрод и соберите такую же схему, как и в опытах с меднением. Но в отличие от гальваностегии тут нужен намного меньший ток, примерно 5—10 мА. Поэтому придется передвинуть движок реостата или же подобрать другое радиосопротивление.

Включите ток и наберитесь терпения, потому что при таком токе медь будет осаждаться на графитированной поверхности по меньшей мере пять часов, если не больше, однако увеличивать ток не надо: качество работы будет гораздо хуже. Разомкните цепь и выньте из стакана восковой слепок. Осторожно опустите воск в горячую воду—он расплавится. А у вас в руках окажется тонкий медный листок с узором. Аккуратно оторвите от него проволочки-токоотводы. Точная копия рисунка получена.

Теперь можно перейти к весьма полезному делу: к изготовлению способом гальванопластики уникальных значков. Они будут только в вашей коллекции! Если же в кружке вы сделаете двадцать-тридцать сувениров, они долго будут напоминать вам и вашим товарищам о туристическом походе, о спортивных соревнованиях...

Советов художественного свойства давать не будем: эскиз придумайте сами. Не надо сложных значков: и делать труднее, и смотрятся они хуже. По эскизу вырежьте шаблон из тонкого картона — он должен повторять внешний контур значка. Положите шаблон на тонкую медную или латунную фольгу и аккуратно вырежьте по нему столько заготовок, сколько значков вы собираетесь сделать.

Ваша заготовка мягкая. Чтобы она стала жесткой, покройте ее слоем меди в гальванической ванне. В принципе вы уже умеете это делать; здесь вы найдете советы применительно к изготовлению значков.

Заготовки проткните у края иглой и пропустите в отверстие тонкую медную проволочку. Промойте заготовки, протрите бензином и зубным порошком, еще раз промойте и, держа за подвеску или с помощью пинцета, опустите на полминуты в разбавленный, примерно 5%-ный раствор азотной кислоты. Напоследок промойте в проточной воде и подвесьте на металлический стержень. Всю подвеску опустите в стакан с двумя медными пластинками-анодами (значки будут катодами). Листочки фольги должны быть расположены на разных уровнях, чтобы они не закрывали друг друга. В стакан налейте электролит! 25 г медного купороса и 1,5 мл серной кислоты на 100 мл воды, желательно дистиллированной. Источник тока — аккумулятор; можно использовать и трансформатор с выпрямителем. Ток в цепи около 10 мА на 1 см². Толщина медного слоя должна быть 0,5-0,8 мм.

Когда меднение закончено, промойте детали. Если вы решили сделать на значке рельефное изображение или надписи, наметьте их иглой. Ту часть поверхности, которую покрывать не надо, закройте тонким слоем клея БФ, лака или парафина, опустите заготовки в электролит и опять включите ток, чтобы открытые участки покрылись слоем меди — тогда они станут выпуклыми. После этого клей или парафин снимите.

Если сумеете, выгравируйте на значке надпись или изображение, и обязательно припаяйте с обратной стороны булавку.

Наконец, придадим значку нарядный вид. Химическая окраска и никелирование вполне пригодны. Но еще лучше выглядят значки под старое серебро.

Заготовьте 2—3%-ный раствор нитрата серебра (можно растворить в воде аптечный ляписный карандаш). Небольшими порциями добавляйте соляную кислоту—три-четыре объема на один объем раствора. С выпавшего осадка хлорида серебра слейте раствор, осадок несколько раз промойте дистиллированной водой, сливая воду очень аккуратно, по стеклянной палочке, чтобы не терять хлорид серебра. К отмытому осадку добавьте небольшими порциями 30 %-ный раствор иодида калия до тех пор, пока осадок не растворится полностью. Долейте воду, чтобы довести объем раствора до первоначального. У вас должно быть столько же электролита для серебрения, сколько вы приготовили его для меднения.

В этот электролит погрузите значки (они вновь будут катодами). Анодами могут служить графитовые стержни, лучше из батареек, а не из карандашей, потому что их площадь должна быть немного больше площади значков. Плотность тока небольшая, около 1 мА/см².

Так на значках образуется слой серебра и, конечно, оно выглядит как новое. Однако не такая уж хитрость почернить значки под старое серебро... Водный раствор сульфида калия примерно 0,5—1%-ной концентрации нагрейте до 50 °С. Значки в этом растворе постепенно изменят цвет — они станут сначала серыми, потом синеватыми и, наконец, черными. Промойте значки и потрите их фетром или суконкой. Тогда выпуклые части посветлеют, остальная же поверхность останется черной, и значки будут выглядеть именно так, как изделия из старого серебра.