Металлизация

Цель металлизации - облагораживание и защита поверхности предмета от химического воздействия. В ювелирном деле металлизацию применяют при золочении и серебрении.

Процессы химического золочения и серебрения в основном схожи. Предмет опускают в соответствующий раствор соли металла (металлические ванны), ванна химически разлагается, а на поверхности предмета выделяется золото или серебро. Подобного разложения ванны достигают или бестоковым путем, или с помощью электричества. При первом способе, т. е. в горячих ваннах, металлы на предметах выделяются всегда в небольших количествах (тысячных долях миллиметра), однако для многих целей этого вполне достаточно.

Более толстую и плотную пленку можно получить в том случае, если предмет поместить в горячую ванну вместе с алюминием или цинком (предмет окружают тонкой алюминиевой проволокой или узким пояском из тонкой цинковой проволоки). При такой контактной металлизации в ванне возникает гальванический элемент, который улучшает разложение ванны и ускоряет процесс, прежде чем алюминий или цинк покроются слоем драгоценного металла.

При гальванической металлизации, при которой протекает электролиз, можно достигнуть любых необходимых по толщине количеств металла или сплавов. Для золота можно, например, избрать красный сплав с медью или зеленый е серебром, если ванна для золочения содержит соответствующую соль меди или серебра.

Подлежащий металлизации предмет подвешивают в качестве катода, т. е. как отрицательный электрод; в качестве положительного электрода, анода, подвешивают либо металлическую пластину, которая металлизирует предмет, либо инактивный материал, например полированную платину или нержавеющую сталь.

Аноды, подвешенные в ванне на расстоянии 5-10 см от предмета, представляют собой соответствующей величины пластины, которые металлизируют предмет. При металлизации мелких предметов в одной руке держат подвод с предметом, в другой - подвод с анодом; в ванне их держат таким образом, чтобы они не соединились (чтобы не произошло короткое замыкание). Золотые и серебряные электроды в ванне постепенно растворяются, в результате чего они уменьшаются в размерах. Однако при этом ванна истощается медленнее, чем при использовании нерастворимых анодов. Напряжение в ванне необходимо поддерживать согласно предписанию, ток соответствует величине электрода, его удаленности и составу ванны. Напряжение измеряют вольтметром, ток - амперметром.

Постоянный ток поступает исключительно через выпрямитель. В качестве материала для ванн используют стекло, фарфор, камень, эмаль или пластические массы.

Перед погружением (подвеской) в ванну для металлизации предметы тщательно обрабатывают, чтобы они были такими, какими бы их хотели видеть после металлизации. Поверхность шлифуют на наждачном кругу, полируют на войлочном полировальном кругу, натертом полировочными пастами. Затем предмет тщательно обезжиривают, с него удаляют остатки шлифовальных и полировальных веществ раствором венской извести, порошковой пемзой и щеткой. Щетки ручные или дисковые из волнистой латунной проволоки должны быть очень тонкими (диаметр проволоки 0,06-0,08 мм). Химическим способом поверхность очищают растворителями, жировой покров смывают раствором соды. Если же в отдельных местах жировые пятна останутся, то при металлизации металл или совсем не выделится, или выделится плохо (ноздревато).

Чтобы достигнуть прочного сцепления пленки с основанием, предметы перед серебрением или золочением амальгамируют, особенно предметы из меди, латуни, томпака, бронзы и всех остальных сплавов меди и никеля. Железо, сталь, никель и цинк сначала покрывают медью или латунью, а затем уже ртутью. Ртуть наносят только после обезжиривания. Хорошее качество амальгамирования обеспечивается только абсолютно чистой поверхностью предмета. Дефекты амальгамирования свидетельствуют о том, что предмет не был абсолютно чистым, и тогда возникает необходимость повторения операции (ртуть устраняют путем нагревания над огнем). Амальгамирование осуществляется путем погружения предмета в течение нескольких секунд в раствор, состоящий из 1 л воды, 5-10 г цианортутного калия и 10-20 г цианида калия.

Ванну для амальгамации сплавов, содержащих никель, составляют из 1 л воды, 100 г сульфата ртути и 160 мл концентрированной азотной кислоты.

Хорошо обработанный ртутью предмет очищают, тщательно промывают чистой водой и тотчас же опускают в гальваническую ванну. Поэтому во время металлизации необходимо часто и мягко чистить предмет, при этом щетку надо смачивать отваром мыльного корня или старым пивом, можно также смачивать раствором винного камня (1 часть на 10 частей воды).

Бедные металлами ванны быстро истощаются, и металлизация протекает очень слабо. Используемые химические реактивы должны быть исключительно чистыми, особенно цианистый калий, который со временем на воздухе превращается в углекислый калий (поташ). Разбавляют кислоты в дистиллированной воде.

Медные ванны. Очень тонкая медная оболочка возникнет в том случае, если предмет опустить в раствор, состоящий из 10 г медного купороса и 10 г серной кислоты, растворенных в 1 л воды. После нанесения покрытия предмет промывают.

Чтобы покрыть предмет толстым слоем меди, готовят такую ванну: 10 л воды, 2 кг сернокислой окиси меди (медного купороса), 0,2 л чистой серной кислоты; медные аноды, напряжение 1,5-2 В. Ванна должна быть из камня.

Латунные ванны. 1л воды, 17 г основного карбоната меди (пленка основных углекислых солей^*), 2,3 г окиси цинка (цинковые белила), 17 г углекислого натрия и 60 г цианида калия.

^* (Зеленый налет, образующийся на меди в присутствии воздуха, влаги или сернистого газа - прим. пер.)

Серебряные ванны. Ванну готовят из нитрата серебра (AgNO₃) или из хлорида серебра (AgCl), который получают осаждением нитрата поваренной соли. 10 г чистого серебра дают 16,5 г нитрата серебра. В фарфоровой миске в теплой азотной кислоте растворяют серебро, а появившийся раствор выпаривают насухо, вплоть до кристаллизации. Белые кристаллы - это и есть нитрат серебра.

1. Бесконтактная ванна при температуре 80-90° С: в 1 л горячей воды растворяют 35 г цианида калия и 10 г азотнокислой соли или хлорида серебра (т. е. с 6 г чистого серебра).
2. Ванна для контактного серебрения: 1 л воды, 30 г цианистого калия, 16 г азотнокислой соли или осажденного с нее хлорида серебра (т. е. с 6 г чистого серебра).
3. Ванна для холодного гальванического серебрения: 1 л воды, 20 г цианида калия, 16 г азотнокислой соли или хлорида с 10 г чистого серебра, напряжение 1,25 В, плотность тока 0,3 А/дм².

Небольшое количество органических веществ в ванне, например, добавка формиата натрия, оказывает благоприятное воздействие на блеск серебра. Если же выделенное серебро пожелтеет, то его следует оставить в ванне при выключенном токе до побеления, если же почернеет, то надо добавить в ванну цианида калия. Ванну с небольшим количеством серебра можно улучшить, добавив в нее хлорид серебра.

Ванны для золочения. Основным веществом для приготовления ванны служит хлорид золота (АuСl₃), который получают путем растворения чистого золота в "царской водке" (3 части соляной кислоты и 1 часть азотной кислоты); выпариванием "царской водки" и высушиванием из 1 г золота получают 1,5 г хлорида золота.

1. Ванна для легкого золочения мелких предметов при кипении без контакта или при температуре 80-90° С с алюминиевым или цинковым контактом: в 1 л воды постепенно растворяют 6 г сульфита натрия, 8 г цианида калия и 1 г хлорида золота.
2. Ванна для контактного золочения: в 1 л воды растворяют 7 г цианида калия и 2 г хлорида золота.
3. Ванна для контактного и гальванического золочения без цианида калия: в 3/4 л горячей воды растворяют 20 г желтой кровяной соли, 20 г углекислого калия, 20 г поваренной соли, а в 1/4 л воды растворяют 2 г хлорида золота. Оба раствора смешивают и кипятят. При гальваническом золочении используют стальные аноды. Напряжение 2 В, плотность тока 0,1 А/дм². В обоих случаях ванна должна быть теплой.
4. Ванна для гальванического золочения холодная и теплая: в 1 л горячей воды растворяют 8-10 г цианида калия и 4 г хлорида золота; напряжение 2,1 В (при расположении анода в 10 см от предмета), плотность тока 0,15 А/дм².

Для красного золочения в ванну добавляют цианид медистокислого калия, для зеленого золочения - небольшое количество раствора серебряной ванны. Можно также использовать медные или серебряные аноды на небольшом расстоянии от предмета.

Эмалированные предметы золотят в холодной ванне без цианида калия для того, чтобы эмаль не облупилась.

В специальной литературе приводится целый ряд различных способов приготовления металлических ванн и их использования.

После серебрения и золочения предметы промывают в чистой воде и мелкой щеткой, увлажненной отваром мыльного корня или старым пивом, очищают и сушат в опилках из твердого дерева. Места предмета, не требующие металлизации, окрашивают асфальтовым или компактным, окрашенным в черный цвет лаком, который должен хорошо просохнуть. Затем лак устраняют ацетоном или его смесью с бензином. Посеребренные и позолоченные предметы заворачивают в сухую шелковистую бумагу, которая не содержит ни кислоты, ни хлора, ни серных соединений. Из отработанных ванн остатки драгоценных металлов осаждают при помощи цинковой пыли и затем драгоценные металлы отделяют разбавленной серной кислотой. При манипуляциях с ядами и кислотами работать надо осторожно!

Горячее золочение. Еще до развития современной химии и электротехники металлические предметы золотили на огне при помощи амальгамы - определенного раствора золота в ртути.

Готовят золотую амальгаму так: куски тонких полосок чистого или червонного золота погружают в фарфоровую миску с теплой ртутью (1 часть золота на 6-8 частей ртути). Когда золото в ртути растворится, амальгаму выливают в воду и при помощи рабочих кож прессуют, чтобы удалить избыточную ртуть. Для качественного золочения необходимо в амальгаму добавлять воск. Жидкая амальгама золотит слабее. Амальгаму готовят и продают аффинерии.

При горячем золочении на приготовленный и тщательно обезжиренный предмет амальгаму наносят шпателем или ватным тампоном и размазывают. Нагреваясь от пламени раскаленных древесных углей, ртуть испаряется - "отжигается"^*, а слой золота, спаянный с предметом, в дальнейшем полируют или матируют и химически окрашивают.

^* (Практический совет: при отжиге необходимо следить за тем, чтобы на поверхности предмета не образовались крупицы; если это произойдет, то отжиг следует тотчас же прекратить. Если капли воды, распыляемые по поверхности, отскакивают, то процесс считается законченным.)

Пары ртути ядовитые, и вдыхать их нельзя, поэтому работать надо с действующим вытяжным шкафом. Если в огне золотят медь и ее сплавы, то предмет после очистки в азотной кислоте должен быть покрыт ртутью путем погружения его в раствор нитрата ртути. Железо сначала покрывают гальваническим способом медью или латунью, затем ртутью и, наконец, золотят на огне. Серебряные предметы ртутью не покрывают.

Горячее золочение до сих пор сохраняется в мастерских по изготовлению серебряных изделий (сосудов и различных предметов, а также деталей громоотводов, где необходимо сильное и длительное золочение). Поскольку испарения ртути опасны для здоровья человека, горячее золочение заменено химическим золочением с соответственными растворами - ваннами с электрическим током, гальваническим золочением.

Родирование. Гальваническая металлизация драгоценностей из драгоценных и цветных металлов высококачественным металлом платиновой группы - родием надежно предохраняет поверхность предмета от возможной оксидации. Изделия, пролежавшие долгое время, а также долго носившиеся драгоценности обновляют устойчивой родиевой пленкой.