По-французски слово «декоратив» означает «украшающий» и происходит оно, в свою очередь, от латинского «декораре» - «украшать». Поверхность металла можно декорировать различными способами; наиболее просто сделать это, покрыв ее обычными красками. Хотя технология правильной окраски металлов не так уж и проста, тем не менее, она вполне доступна каждому. Гораздо сложнее осуществить покрытие металлических поверхностей химическим путем. Но именно такое покрытие (никелем, хромом, серебром, медью и т. д.) представляет большой интерес для любителей, так как, помимо высоких декоративных свойств, оно обладает еще и противокоррозионными свойствами, защищая металл от ржавчины и потускнения. А в некоторых случаях (например, при никелировании) оно пригодно даже для ремонта изношенных деталей: шеек осей, валиков, подшипников и т. п.

Подготовка поверхности под покрытие

Подготовка поверхности сильно влияет на качество декоративного покрытия. Если поверхность подготовлена нами недостаточно хорошо, трудно получить на ней красивое и прочное покрытие. Поверхность детали, на которую мы собираемся нанести покрытие, должна быть предварительно самым тщательным образом отполирована и обезжирена. Кроме того, нередко приходится ее декапировать, а в отдельных случаях и пассивировать. В этом и состоит сущность подготовки поверхности.

Обезжиривание. Деталь, находясь на воздухе, неизбежно покрывается небольшим слоем жировых загрязнений. Если же ее трогают руками - а при обработке это, конечно, неизбежно,- то даже на самой блестящей, самой полированной поверхности отлагается слой жира. Этот слой препятствует нанесению покрытия, и его следует удалять.

Металлическую поверхность обезжиривают с помощью органических растворителей: ацетона, бензина Б-70, уайт-спирита, трихлорэтилена, дихлорэтана и т. д. Растворителем смачивают ватный тампон или кусок ветоши и протирают ими поверхность до тех пор, пока на тампоне не перестанет отлагаться грязь.

Иногда этих растворителей для обезжиривания бывает недостаточно, поскольку ряд декоративных покрытий требует более тщательной очистки поверхности. В этом случае используют химическое обезжиривание в специально приготовленных растворах.

Полное обезжиривание стальных деталей осуществляют в растворах, состав которых указан в таблице 1.

Таблица 1

Процесс обезжиривания проводим в эмалированной посуде: наливаем в нее готовый раствор, ставим на малый огонь и нагреваем до необходимой температуры, после чего помещаем в раствор деталь. Во время обработки раствор помешиваем.

Для обезжиривания деталей из меди или медных сплавов применяем раствор, состав которого указан в таблице 2:

Таблица 2

Кроме того, медь и медные сплавы можно обезжиривать гашеной известью, натерев 2-3 раза ею требующие очистки детали.

В состав раствора для обезжиривания алюминиевых деталей или деталей из его сплавов входят следующие вещества, указанные в таблице 3:

Таблица 3

Процесс обезжиривания меди, алюминия и их сплавов ведется так же, как и обезжиривание стали (см. выше).

Декапирование. Французское «декапэр» означает «очищать металл», следовательно, и этот процесс, как и обезжиривание, необходимо проводить перед нанесением покрытия на металл. Поверхность металла в обычных условиях всегда покрыта тонкой пленкой окислов, препятствующих хорошему сцеплению декоративного слоя с металлом. Окисную пленку нельзя удалить растворителем, поэтому сразу же после обезжиривания поверхности металл обрабатывают декапирующим раствором. Напомним, что раствор всегда готовят на чистой воде, за исключением отдельно оговариваемых случаев, когда вместо воды берут какую-либо другую жидкость. Объем воды должен составлять один литр, если же указывается процентное содержание растворенных в ней веществ - 1 кг.

Стали всех марок декапируют в одном из приводимых ниже растворов (исходные вещества следует брать в граммах на литр):

1. Серная кислота - 30-50; Время обработки - 20-60 сек.

2. Соляная кислота - 25-45; Время обработки - 15-40 сек.

Медь и ее сплавы хорошо декапируются в 5-процентном растворе серной кислоты в течение 20-60 сек.

Для осветления (декапирования) алюминия или его сплавов употребляют 10-15-процентный раствор азотной кислоты, обрабатывая в нем детали в течение 5-15 сек.

Пассивирование. Основу этого слова составляет латинское «пассивус», что означает «недеятельный, инертный». С помощью пассивирования металл прекращает окисляться и его поверхность длительное время пассивна, то есть, свободна от окисной пленки. Пассивированные поверхности длительно сохраняют присущий металлам блеск, а если на них нанести покрытие, хотя бы из обычной краски, долговечность покрытия возрастает. Таким образом, пассивирование следует считать завершающим процессом при подготовке металлических поверхностей под декоративные покрытия.

Черные металлы пассивируют в хроматном или азотирующем растворе (исходные вещества берем в г/л):

1. Хроматный раствор - хромовая кислота – 50; Время обработки - от 10 до 20 мин. при температуре 75°С

2. Азотирующий раствор - нитрит натрия - 20-100; Время обработки - от 15 до 20 мин. при температуре 30-40°С.

Азотирующий раствор для пассивирования стали следует считать более предпочтительным.

Пассивирующий раствор для обработки меди и ее сплавов имеет такой состав (все вещества в г/л): Хромпик калиевый – 100; Серная кислота – 15; Температура - 45 °С4 Время обработки - от 5 до 10 мин.

Алюминий и его сплавы пассивируют в двух растворах по выбору (вещества брать в г/л):

1. Ортофосфорная кислота – 300; Хромовый ангидрид – 15; Время обработки - от 1 до 5 мин.

2. Хромпик калиевый – 200; Время обработки - от 5 до 10 мин.

Для пассивирования силуминовых сплавов в раствор № 2 добавляют 2 мл/л плавиковой кислоты.

Серебряные детали пассивируют в горячем 5-процентном растворе хромпика в течение 20 мин.

Покрытие металлических поверхностей осажденными металлическими пленками

Гальванические методы нанесения покрытий на металлы известны еще с прошлого века; они были открыты русским ученым Б. С. Якоби и получили широкое применение в различных отраслях техники. Но использовать гальваностегию в домашних условиях чрезвычайно затруднительно, да и опасно. Мы рекомендуем наносить декоративные покрытия на металлы химическим путем,- это менее сложно, нет нужды в громоздкой и дорогостоящей аппаратуре, опасности меньше. Разумеется, химическое осаждение металлов не является безобидным процессом и требует соблюдения определенных правил и осторожного обращения с некоторыми химическими реактивами. Следует избегать попадания реактивов на кожу, в глаза, в пищевую посуду и в продукты. Как правило, процесс осаждения ведут в эмалированной посуде (миске, кастрюле, кювете), не имеющей царапин. Подогрев осуществляют на малом огне газовой плиты (примуса, керосинки и пр.). Детали опускают в раствор на специальных подвесках. После работы использованную посуду тщательно моют, потом горячей водой и мылом отмывают руки.

Если требуется нанести покрытие на внутреннюю поверхность трубки, ее помещают в кювету с горячей водой и понемногу через трубку пропускают рабочий (осаждающий) раствор (рис. 1). Температура воды в кювете должна быть на 5-10° выше, чем это указано в каждом конкретном рецепте.

Рисунок 1

Никелирование. Для нанесения на металлическую поверхность декоративного слоя никеля используют кислотные (имеющие в основе сернокислый никель) и щелочные (в основе которых - хлористый никель) растворы. Твердость никелевого покрытия, полученного в кислотном растворе, обычно немного выше, чем покрытия из щелочного раствора. То же можно сказать и о коррозионной стойкости.

Никелирование сталей проводят в одном из следующих растворов (вещества указаны в г/л):

1. Сернокислый никель – 20; Уксуснокислый натрий – 8; Гипофосфит натрия – 20.

2. Хлористый никель – 45; Лимоннокислый натрий – 45; Гипофосфит натрия – 20; Хлористый аммоний – 40.

Температура каждого раствора - 90-92°С, а скорость осаждения- до 15 мкм/ч.

Этими же растворами можно никелировать медь со всеми ее сплавами, но неплохие результаты даст использование еще и такого раствора (все в г/л): Хлористый никель – 45; Лимоннокислый натрий – 45; Хлористый аммоний – 50; Гипофосфит натрия – 15; Температура - от 80 до 88°С; Скорость осаждения - до 10 мкм/ч.

При подготовке растворов, а также в процессе нанесения покрытия следует соблюдать определенные правила, а именно: растворять компоненты растворов нужно в теплой воде, за исключением гипофосфита натрия. Полученный раствор фильтруют, нагревают до рабочей температуры и лишь после этого растворяют в нем гипофосфит натрия. Как только гипофосфит растворится, сразу же опускают в раствор заранее подготовленную (отполированную, обезжиренную и декапированную) деталь. Запомним, что раствор нельзя нагревать выше той температуры, которая указана в рецепте, в особенности же щелочной раствор, иначе произойдет мгновенное выпадение никеля в осадок, сопровождающееся его расплескиванием. Кроме того, детали из меди или медных сплавов следует завешивать в раствор на алюминиевой или стальной проволоке, иначе процесс осаждения никеля не пойдет. Покрытые никелем детали осторожно промывают и подвергают термической обработке (см. ниже). Никелирование деталей из алюминия или его сплавов идет немного сложнее: детали вначале покрывают цинком. Это делают так: в течение 2-3 мин. деталь травят в 15-процентном растворе едкого натра при температуре 60-70°С, затем декапируют в 15-20-процентном растворе азотной кислоты в течение 5- 15 сек., промывают чистой водой и сразу же опускают в раствор для цинкования на 30-40 сек. Раствор имеет в расчете на 1 л воды 40- 50 г окиси цинка и 120-140 г едкого натра.

Можно оцинковать алюминий и по-другому: растворить отдельно в двух порциях воды, содержащих по 0,5 л каждая, 40 г сернокислого цинка и 120 г едкого натра, затем растворы смешать и в получившуюся смесь на 1,5- 2,0 мин. погрузить детали, прошедшие всю предварительную обработку. Покрытая слоем цинка деталь должна иметь однотонную голубоватую поверхность без каких-либо пятен. Эту деталь на 10- 15 сек. опускаем в 15-процентный раствор азотной кислоты, промываем холодной водой и вновь покрываем цинком, сокращая время цинкования в два раза. Затем деталь промываем в теплой и холодной водах и тут же помещаем в раствор для никелирования,- в такой же, как для никелирования стали, либо приготовленный специально для алюминия (все в г/л): Хлористый никель – 21; Уксуснокислый натрий – 10; Гипофосфит натрия – 24; Температура обработки - 90°С; Скорость осаждения - до 25 мкм/ч.

Слой никеля, осажденный описанным путем на стали, меди, алюминии или их сплавах, слабо скреплен с основным металлом. Для лучшего «схватывания» покрытия с деталью производим термическую обработку; если же покрытие выполняет чисто декоративные функции, то есть деталь не работает на истирание,- термическую обработку можно опустить.

Никелированную стальную деталь нагреваем до 400-500°С и выдерживаем при этой температуре в течение 1,0-1,5 часа. Правда уже при нагреве детали до 380 °С слой никеля на воздухе начнет покрываться цветами побежалости, в диапазоне от золотисто-желтых до фиолетовых. Если такое расцвечивание никеля нам ни к чему, деталь нагреваем только до 250- 350 °С, но время термообработки увеличиваем до 2,0-2,5 часа.

Однако это еще не все. Любое металлическое покрытие, полученное путем химического осаждения, имеет пористую - незаметную для глаза, впрочем,- структуру. На открытом воздухе эта пористость приводит к быстрому разрушению покрытия. Пористость можно снизить, если покрытие наносить в несколько слоев; особенно успешно снижение пористости происходит при нанесении нескольких слоев покрытия из разных металлов (например, медь - никель - хром).

Можно степень пористости не снижать, а попытаться закрыть поры. Для этого следует поверхность детали протереть пастой из окиси магния и воды. Через 2-3 мин. излишки пасты удаляют, а деталь на две минуты опускают в 50-процентный раствор соляной кислоты. Но более эффективен второй метод. Суть его состоит в том, что никелированную деталь сразу после термообработки охлаждают до 100-150°С и опускают в старый, долго стоявший рыбий жир, имеющий температуру 80-100° С. Деталь выдерживают в рыбьем жире 1-2 часа, после чего излишки жира удаляют тряпкой. Пропитанной жиром детали дают полежать в теплом месте 10-12 суток - и деталь пригодна для работы даже в морской воде.

Серебрение. Светлые металлы- латунь, мельхиор и пр.- серебрят в чисто декоративных целях. Радиолюбители часто серебрят медь, если им бывает нужен посеребренный провод для катушек индуктивности. Вообще же серебрение темных металлов - меди, стали и др.- требует нанесения более толстых слоев покрытия.

Простое серебрение осуществляют при помощи старого, отработанного фотографического закрепителя (фиксажа). В фиксаж добавляют 25-процентный аммиак и технический формалин (2- 3 мл аммиака и 5-6 капель формалина на 500 мл закрепителя), завешивают в раствор деталь на цинковой подвеске и серебрят ее два часа.

Деталь с большой поверхностью, которую нельзя опустить ни в какую посудину, можно посеребрить с помощью специальной пасты: натереть поверхность тампоном, смоченным пастой. Пасту готовим так: растворяем в 300 мл кипяченой воды два грамма азотнокислого серебра и небольшой струйкой вливаем понемногу туда же 10-процентный раствор поваренной соли - столько, чтобы перестал выпадать хлопьевидный осадок. Этот осадок (хлористое серебро) промываем водой 5-6 раз и фильтруем. Отдельно в 100 мл воды растворяем 20 г гипосульфита натрия и два грамма хлористого аммония. В полученный раствор небольшими порциями добавляем хлористое серебро. Как только оно перестанет растворяться, жидкость фильтруем и замешиваем на мелу (на зубном порошке) до густоты сметаны. Паста готова.

Более качественную пасту получаем из следующих реактивов (взятых в весовых долях): Азотнокислое серебро - 0,8; Хлористый аммоний - 4,0; Лимонная кислота (пищевая) - 8,0.

Все компоненты по отдельности размельчаем в фарфоровой ступке, а затем смешиваем. Если нет азотнокислого серебра, используем ляпис-карандаш (в просторечии - ляпис, или средство для сведения бородавок), но только в три раза больше, чем указано в нашем рецепте, потому что ляпис - это смесь одной весовой части азотнокислого серебра и двух весовых частей азотнокислого калия.

Получившуюся сухую смесь, в отличие от всех серебрильных паст и растворов, можно хранить не сутки, а почти целый год - в темной бутылке, в темном месте. Когда потребуется что-либо посеребрить, небольшое количество смеси отсыпаем из бутылки в чашку и заливаем водой так, чтобы получилась паста. Берем пасту на тампон и серебрим деталь. Паста хороша еще тем, что ею можно работать по неподготовленной поверхности: она сама удаляет жиры и окислы с детали, да еще и серебрит ее.

Меднение. Стальные детали меднят в растворе, имеющем на 1 л воды по 10 г сернокислой меди и серной кислоты. Подготовленные детали завешивают в раствор на алюминиевых подвесках, а толщину получившегося слоя определяют на глаз.

Покрытия, получаемые химическим путем (серебряные и медные), могут быть, как и никелированные, подвергнуты термообработке: это в несколько раз увеличивает прочность сцепления их с основным металлом. Обработка заключается в нагреве деталей до 250- 400°С и выдержке их при этой температуре в течение 2-4 часов.

Химическое окрашивание металлов

Окрашивание стали. Окраску стали химическим путем проводят с помощью оксидирования. Оксидная пленка имеет цвет от темно-синего до черного; она плотная и довольно-таки устойчива к истиранию. На кремнистых сталях пленка приобретает коричневый цвет. Для создания на поверхности стали оксидной пленки деталь перед оксидированием обрабатывают: полируют, обезжиривают, декапируют и пассивируют. Вообще-то такая обработка требуется не только для стальных деталей, но и при всех видах оксидирования металлов. Обработанную деталь опускают в один из щелочных растворов, приведенных в таблице 4.

Таблица 4

После оксидирования деталь промывают в теплой воде, затем в 2-4-процентном растворе хромовой кислоты и, наконец, в горячем растворе хозяйственного мыла. Ополоснув деталь в воде, ее погружают на некоторое время в нейтральное (авиационное или веретенное) масло с температурой 105-110°С. Деталь готова.

Для оксидирования используют и кислотные растворы. В них сталь покрывается оксиднофосфатной пленкой, имеющей цвет от темно-серого до черного. Наличие фосфора в пленке повышает ее защитные, антикоррозионные свойства. В приводимых рецептах вещества берут в г/л:

1. Ортофосфорная кислота – 1; Азотнокислый кальций – 25; Перекись марганца – 1; Температура - 98- 100°С; Время обработки - 45 мин.

2. Ортофосфорная кислота - 8,5; Азотная кислота - 3,0; Хлористый аммоний - 60,0; Гипосульфит натрия - 80,0; Время обработки - до 60 мин.

Второй раствор работает при комнатной температуре - это большое преимущество, особенно при художественной обработке стали. После оксидирования деталь обрабатывают так же, как было сказано выше, но при желании можно ограничиться обработкой в одном лишь горячем масле. Для окраски в голубой (до синего) цвет сталь обрабатывают в растворе, имеющем на 1 л воды 120 г гидросернистого натрия и 30 г ацетата свинца, в течение 60 мин, при температуре от 90 до 100°С.

Есть любопытный раствор, позволяющий окрасить сталь в любой цвет (вещества берем в г/л): 50-60 г сернокислой меди, 80- 90 г сахара-рафинада и 40-50 г едкого натра. В 0,25 л воды растворяем сернокислую медь, затем добавляем к ней сахар (до полного растворения). Отдельно растворяем едкий натр (тоже в 0,25 л воды), к которому приливаем первый раствор. После полного смешивания обоих растворов доливаем остальные 0,5 л воды. Подготовленную заранее стальную деталь подключаем к минусу батарейки напряжением 1,25-1,5 В, а к ее плюсу - любой медный электрод. В приготовленный нами раствор опускаем вначале вспомогательный (медный) электрод, а затем уже деталь. Через 5-10 сек. батарейку отключаем, и далее процесс окрашивания идет без тока. Через две минуты после начала процесса деталь постепенно окрашивается в такие цвета (они появляются последовательно друг за другом): коричневый, фиолетовый, синий, голубой, светло-зеленый, желтый, оранжевый, красно-лиловый, зеленовато-синий, зеленый, розово-красный. Не нарушая процесса, деталь можно вынимать из раствора для проверки цвета и вновь опускать в раствор - окрашивание продолжается. Через 25-28 мин. после начала окрашивания, если оставить деталь в растворе, процесс повторится, то есть в том же порядке начнут появляться все перечисленные цвета. Этими цветами деталь обязана отлагающейся на ее поверхности меднозакисной пленке. Пленка получается недостаточно прочной (она снимается с детали тампоном, смоченным нашатырным спиртом), но если пленку вместе с деталью окрасить прозрачным лаком, такое декоративное покрытие будет служить достаточно надежно.

Для получения более контрастных цветов меднозакисной пленки в красящий раствор следует добавить 20 г/л углекислого натрия.

Окрашивание меди. Выбор цветов химической окраски для меди и ее сплавов больше, чем для стали.

В черный с синеватым отливом цвет медь окрашивается в одном из следующих растворов (все в г/л):

1. Едкий натр - 50-60; Персульфат калия - 14-16; Температура - 60-65°С; Время обработки - до 5 мин.

2. Едкий натр - 9,5; Персульфат аммония - 3,0; Температура - 100°С; Время обработки - 5 -15 мин.

Для получения коричневого цвета медь выдерживают в растворе следующего содержания (все в г/л): Хлористый калий – 45; Сернокислый никель – 20; Сернокислая медь – 105; Температура - 90-100° С Время обработки - до 20 мин.

Зеленый цвет меди сообщает раствор, имеющий (в г/л): Азотнокислой меди – 200; Аммиака (25%) – 300; Хлористого аммония – 400; Ацетата натрия – 400; Температура - 60-100° С Время обработки - до 40 мин.

Медные изделия после такой обработки не промывают. Медь, наконец, очень часто окрашивают под старую бронзу (патинируют). Для этого применяют раствор (безводный!): Хлористый натрий - 50 г; Углекислая медь (свежеосажденная) - 150 г; Уксусная кислота - 1000 мл.

Время обработки меди в этом растворе определяют опытным путем.

Свежеосажденную углекислую медь получают из 235 г сернокислой меди и 100 г кальцинированной соды (или 155 г двууглекислой соды). Растворяют отдельно сернокислую медь и соду, затем раствор соды медленно вливают в раствор сернокислой меди до тех пор, пока цвет раствора не исчезнет (раствор сернокислой меди имеет синий цвет). Полученный на дне осадок промывают несколько раз теплой водой и фильтруют. Его должно быть около 100 г; это и есть углекислая медь.

Окраску латунных изделий производят растворами, состав которых указан в таблице 5 (исходные вещества берут в г/л):

Таблица 5

Применяя раствор следующего состава (г/л): Гипосульфит натрия – 11; Уксуснокислый свинец – 39; Температура - 70° С, получают на латунной детали в течение 3-10 мин. следующий последовательный спектр цветов: золотистый, синий, радужный и все промежуточные оттенки. Когда на детали появляется нужный нам цвет, ее вынимают, сушат и полируют суконкой.

Раствор, о котором мы говорили выше, пригоден для нанесения на медные и латунные изделия меднозакисной пленки всех цветов.

Окрашивание алюминия. Возможности химического окрашивания алюминия и его сплавов ограничены. Растворами, указанными в таблице 6 (концентрация вещества дана в г/л) их окрашивают.

Таблица 6

После окраски всеми указанными растворами алюминиевые детали промывают водой и в течение 20-30 мин. пассивируют в 2-процентном растворе хромового ангидрида.

Для окраски алюминия применяют и более сложный - совмещенный - процесс. Суть его заключается в том, что на алюминиевой детали анодированием (электрическим током) создают оксидную пленку. Эта пленка обычно прозрачна, но покрыта большим количеством микроскопических пор. Каким-либо путем в порах оксидной пленки размещают краску и упрочняют ее сцепление с деталью. Поверхность детали окрашивается в соответствующий цвет.

Оксидную пленку на алюминии можно создать не только с помощью анодирования, но и химическим путем (правда, ее прочность при этом будет недостаточно высокой), например, в растворе следующего состава: Сода кальцинированная (безводная) - 50 г/л; Хромовокислый натрий - 15 г/л; Силикат натрия - 1 г/л; Температура - 80° С Время обработки - 10 мин.

Перед оксидированием деталь должна быть обезжирена, декапирована, а после оксидирования - промыта водой. В заранее приготовленный раствор анилинового красителя (прямого желтого 2Ж, ализаринового желтого, ализаринового красного, кислотного рубинового, кислотного синего, прямого синего М, анилинового голубого, метиленового голубого, прямого зеленого ЖЖ, основного фиолетового, кислотного желтого 3, кислотного оранжевого 2Ж, кислотного черного М или любого другого по вашему выбору) опускают на некоторое время оксидированную деталь и окрашивают в нужный цвет, после чего окрашенную деталь кипятят в течение 40-60 мин. в воде; это упрочняет пленку.

Наиболее эффективно оксидированный алюминий окрашивается под золото; для этого используют растворы красителей следующего состава (в г/л) - под «желтое золото»: Кислотный оранжевый 2Ж - 0,1; Кислотный желтый З - 0,1; Кислотный черный М – ОД; под «красное золото»: Кислотный оранжевый 2Ж - 0,1; Кислотный черный М - 0,1.

Красители разводят в воде, тщательно фильтруют, нагревают раствор до 40-50°С и обрабатывают им деталь в течение 7 мин.

Окрашивание никеля и серебра. Химическим путем серебро окрашивают только в черный цвет - в растворе «серной печени» (концентрацией 20-30 г/л) при температуре до 70°С. Для получения серной печени сплавляют в течение 20 мин. четыре весовых части серы и две весовых части поташа.

Окраску никеля в черный цвет производят в растворе, имеющем на 1 л воды: персульфата аммония - 200 г; сернокислого натрия - 100 г; сернокислого железа - 9 г; роданистого аммония - 6г.

По материалам книги «Послушный металл»