Нетрадиционные технологии в ювелирном производстве

Из какого бы материала ни была изготовлена форма, необходимо позаботиться, чтобы слой проводящего вещества на его поверхности вследствие металлизации имел хорошее металлическое соединение с теми частями проводника, которые  служат для включения формы в  цепь проводов тока. Для последней  цели боковую поверхность формы  окружают плотно прилегающей лентой из листового олова, фольги или тонкой проволочной спиралью, укрепляя их в самой массе формы таким  образом, чтобы между ними и металлизированной  поверхностью было надежное металлическое  сообщение. Части проводов вне формы  покрываются лаком или другим каким-либо изолирующим веществом. При очень глубоких рельефах от проводника, окружающего форму, ответвляют тонкие проволоки к наиболее углубленным  частям формы, чтобы осадок меди одновременно отлагался на всей поверхности; ответвления  эти также покрывают изолирующим  веществом, исключая оконечности у  формы. Сосуды или вообще резервуары для гальванопластических растворов изготавливаются из различных веществ, каковы: стекла, глазурованная глина, гуттаперча и дерево. Для небольших предметов пользуются стеклянными и гуттаперчевыми сосудами, для больших — ящиками из глазурованной глины и деревянными, покрытыми изнутри сплавом из 3 частей канифоли и 1 части гуттаперчи. [Или же проваривают в расплавленном парафине, которым легко заливаются всякие щели, швы и т. п. Парафин хорошо изолирует, и на него водные растворы солей не влияют.] Для очень больших предметов исключительно употребляются деревянные ящики, облицованные изнутри свинцом. На верхних краях сосудов располагаются медные проводники, соединяемые зажимными винтами с положительным и отрицательным полюсами источника электрического тока. Форма, имеющая значение катода, соединяется металлически с отрицательным полюсом (например, цинк от батареи). С положительным полюсом соединяется медная анодовая пластинка, поверхность которой должна быть приблизительно равной поверхности формы, принимающей осадок меди. Прилагаемые фигуры могут дать понятие об устройстве гальванопластических ванн; фиг. 1, стеклянная ванна для маленьких предметов, фигура 2, ванна из глазурованной глины для больших предметов.

Фиг. 1. Гальванопластическая ванна  для съемки копии с медали m, служащей катодом.

Фиг. 2. Способ расположения частей при  гальванопластическом воспроизведении  целой фигуры.

Сосуды или резервуары наполняются  растворами соединений меди, рецепты  которых приводятся ниже. Для получения  плотного и хорошего осадка меди необходимо руководствоваться следующими соображениями: электрический ток, проходя через  раствор металлических соединений, разлагает их; на это затрачивается  некоторая работа, величина которой  зависит от большей или меньшей  прочности данного химического  соединения. Вследствие этого у зажимов  ванны должна быть установлена известная  разность потенциалов; величины её, выраженные в вольтах, приводятся далее для  различных ванн [См. Гальванометаллургия, Вольт и Вольтметр]. Качество получаемого  осадка зависит от плотности тока, т. е. от силы тока на единицу поверхности  катода (число ампер на 1 квад. дециметр), плотности тока не должны выходить из известных пределов, указанных  опытом. На основании изложенных соображений  при гальванопластических работах  необходимо иметь следующие приборы: а) амперметр (или амметр) с делениями  до наибольшей силы тока, которым пользуются при работе; амперметр включается в цепь последовательно; б) вольтметр  с делениями от 0,1 до 8 вольт; включается он в ответвления от зажимов ванны; в) реостат для поддержания у  зажимов ванны должной разности потенциалов и силы тока. Прилагаемая  схема на фиг. 3 дает понятие о  расположении всех этих приборов при  гальванопластических работах.

Фиг. 3. Схема размещения различных  приборов, применяемых для измерений  тока при гальванопластических работах. M — ванна, K — катод, С — анод, J — источник (батарея или динамо-машина) тока, А - амперметр, V — вольтметр, R — реостат.

Источниками электрического тока служат: для маленьких предметов —  гальванические элементы, по преимуществу типа Даниэля; число и группировка  их определяется требуемыми плотностью тока и разностью потенциалов  у зажимов ванны. Для больших  работ служат специальные динамо-машины с очень малым внутренним сопротивлением (системы шунт) и развивающие при  нормальном числе оборотов в минуту должную, небольшую разность потенциалов  в цепи; при таких машинах гальванопластические ванны располагаются в цепи параллельно. При работах для производства гальванопластических изделий в  большом количестве по одной и  той же модели ванны обычно располагают  последовательно, пользуясь для  этого динамо-машиной, дающей требуемую  разность потенциалов у своих зажимов. Для больших работ пользуются также и батареями аккумуляторов, особенно тогда, когда работа должна идти без перерыва и ночью. Провода от динамо-машин и аккумуляторов и к ваннам рассчитывают на потерю в них энергии не больше 10%.

Состав медной ванны. Кислая ванна  приготовляется из насыщенного раствора медного купороса, который подкисляется серной кислотой до плотности в 20°  по Боме. Вследствие неодинаковой растворимости  медного анода при прохождении  тока сравнительно с количеством  меди, выделяемой на катоде, ванна со временем ослабевает; для её восстановления к ней прибавляют время от времени  углемедной соли, приготавливаемой смешением  медного купороса и соды, и промыванием  водой полученного зеленого осадка углемедной соли. Расстояние между  анодом и катодом в ванне делают обычно в 15 сантиметров; при этом вольтметр  должен давать показания от 0,5 до 1,75 вольт, амперметр должен давать показания, соответствующие данной плотности  тока, которая для приведенной  ванны может изменяться в пределах от 2,5 до 4 ампер на 1 кв. дециметр. Для  плоских предметов, каковыми являются клише, расстояние между электродами  уменьшают до 5 сантиметров, а плотность  тока до 1,1. Для самых тонких рельефов, как, например, для изготовления картографических клише, плотность тока уменьшают  до 0,85. Указанная кислая ванна не годится для осаждения меди на чугун, сталь, железо и цинк; в этом случае употребляется синеродистая медная ванна, приготавливаемая следующим  образом: в 100 литрах воды растворяют порошок  уксусномедной соли (яри-медянки) и  смешивают с 2 кг соды в 2 кг кислой сернонатровой  соли; затем прибавляют 2,5 кг синеродистого  калия (98%). Исправления обедневшей ванны  достигают прибавлением синеродистой меди (в 51 литре воды 1 кг синеродистой меди и 1,5 кг синеродистого калия). Плотность  тока 0,4. Разность потенциалов у зажимов  ванны должна быть в пределах от 2,54 + 0,048L до 3,4 + 0,121L вольт, где L есть расстояние между электродами ванны в сантиметрах. Гальванопластические изделия после вынимания из ванны ополаскиваются несколько раз водой, затем спиртом и высушиваются в горячих древесных опилках. Для заливания с обратной стороны очень тонких изделий употребляют сплав из 12 частей свинца, 1 части олова и 1 части сурьмы, смазав предварительно обратную сторону, на которую выливается сплав, раствором хлористого цинка в смеси с нашатырем.

Для покрывании металлических изделий  другими металлами (гальваностегия) изделия эти предварительно подготавливают удалением с их поверхности жира и окислов. Предметы из меди и её сплавов нагреваются до темно-красного каления и очищаются в кислых растворах, состав которых приводится ниже. Очень тонкие изделия и те, которые опасно нагревать, очищают  от жиров продолжительным кипячением в щелочах (10% раствора едкого кали или  едкого натра) и в воде. Для очищения поверхности от окислов после  нагревания их погружают еще горячими в 20% раствор серной кислоты и  ополаскивают водой. Далее погружают  в другие ванны, смотря по тому, желают ли иметь матовую поверхность  или блестящую. Раствор для образования  матовой поверхности: 200 частей азотной  кислоты (36° по Боме), 100 частей серной кислоты (66°), 1 часть поваренной соли и от 1 до 5 частей цинкового купороса; для блестящей поверхности: азотной  кислоты (36°) 100 частей, серной кислоты (66°) 100 частей и 1 часть поваренной соли.

Очистка цинковых изделий от жиров  и окислов производится кипячением в продолжении нескольких минут (вследствие растворения цинка) в 20°  растворе едкого кали и погружением  на 2 или 3 секунды в раствор: 100 частей азотной кислоты, 100 частей серной кислоты (кислоты по объему) и 1% поваренной соли. Очистка железа и чугуна производится после очищения от жира в растворе едкого кали погружением на 2 или 3 часа в слабый раствор серной кислоты (1%). Чугун и железо предварительно очищаются механическими средствами. Сталь очищается механическими  способами, затем в растворе едкого калия и погружением на несколько секунд в раствор из 100 частей воды, 30 частей соляной кислоты и 10 частей серной кислоты. Серебро очищается нагреванием до темно-красного каления и погружением в 10% раствор серной кислоты. Для покрывания металлических предметов другими металлами их подвешивают на проводниках, как и при осаждении меди, на провода, соединенные с отрицательным полюсом источника электрического тока; анод же делают из того металла, которым желают покрыть предмет. Ниже приводятся рецепты ванн для различных металлов с указанием плотностей тока и должных разностей потенциалов.

Никелирование. Для покрывания никелем  железа, меди и сплавов меди пользуются насыщенным раствором никелевого купороса. Нейтральность раствора поддерживают, прибавляя по временам раствора водного  аммиака или едкого кали до образования  осадка, не растворимого в жидкости ванны. Прибавлением к ванне 0,5% борной кислоты достигается более белый  тон осадка никеля. Плотность тока от 0,8 до 0,6; разность потенциалов у  зажимов ванны от 2,5 до 3,5 вольт. Для  маленьких предметов плотность  тока 0,4; разность потенциалов 4 вольта. Для придания большей твердости  осажденного никеля в состав ванны  прибавляют солей кобальта (например, для клише). Аноды должны быть из чистого никеля, как, например, вальцованного; трудно производить хорошее никелирование, если никелевый анод содержит медь или железо. При никелировании  необходимо с особой тщательностью  очистить металлические поверхности  для осаждения на них никеля; если предметы спаяны оловом, то их предварительно покрывают гальванопластически  медью.

Покрывание металлов железом. В  некоторых случаях, как, например, для  клише, необходимо бывает придать поверхности  особую прочность; для этой цели покрывают  их пленкой твердого железа, или, как  говорят, осталивают. Для получения  такого железа приготавливают ванну  растворением в воде равных по весу частей железного купороса и серномагнезиальной соли (плотность 1,55); раствор насыщают до прекращения отделения газа углемагнезиальной солью. Расстояние между электродами (анодом и катодом) 4 см., плотность тока 0,019. Разность потенциалов у зажимов ванны 0,024 + 0,021 L вольт, где L расстояние между электродами в сантиметрах.

Серебрение. Серебряная ванна состоит  из раствора синеродистого серебра  в синеродистом калии. Для приготовления  её растворяют 150 гр. азотносеребряной соли в 1 литре дистиллированной воды и смешивают с раствором синеродистого  калия (250 гр. синеродистого калия  в 9 литрах воды), взбалтывая смесь. Анодом служит пластинка чистого серебра. Если при серебрении анод белеет, прибавляют к ванне синеродистого калия; если анод чернеет — прибавляют синеродистого или хлористого серебра; осаждение идет нормально, когда  анод сохраняет при прохождении  тока серый цвет и белеет лишь при  прерывании тока. Раствор при работе все время приводится в движение перемешиванием. Плотность тока 0,5. Для разбавленной ванны разность потенциалов у зажимов 0,594 + 0,108 L; для крепкой 0,416 + 0,084 L вольт. Для покрывания очень тонким слоем серебра маленьких  предметов с большим удобством может служить ванна.

Ванна содержит раствор синеродистого  серебра в синеродистом калии; туда же вставляется пористый сосуд А  с цинком, погруженный в 10% раствор  синеродистого калия. Посеребряемые  предметы металлически соединяются  с цинком. По мере обеднения ванны  к ней прибавляют синеродистого  серебра.

Золочение. Золочение производят в  растворах, подогретых до 50° Ц. и  имеющих следующий состав: для  серебра, меди и её сплавов: кристаллической  фосфорнонатровой соли 600 частей, кислой сернонатровой соли 100 частей, синеродистого  калия 10 частей, хлористого золота 10 частей; для железа, стали и чугуна: фосфорнонатровой соли 500 частей, кислой сернонатровой соли 125 частей, синеродистого калия 5 частей, хлористого золота 10 частей. Фосфорнонатровую соль растворяют в 8 литрах горячей воды и смешивают с раствором хлористого золота в 1 литре воды. С другой стороны, приготавливают растворы кислой сернонатровой соли в 1 литре воды и в таком же объеме воды синеродистый калий, и все между собой смешивают. Анодом служит или золотая пластинка, или платиновая; в последнем случае ванна быстрее беднеет золотом, что исправляется прибавкой раствора синеродистого золота в синеродистом калии. При платиновом аноде изменяют тон позолоты большим или меньшим погружением её в ванну. Плотность тока 0,1. Разность потенциалов у зажимов ванны 0,421 + 0,551 L вольт. Позолота садится ровнее, если вещи помещаются в ванну амальгамированными; ртуть затем удаляют нагреванием.

Платинирование. Раствор для осаждения  платины приготавливается следующим  образом: в 2-х литрах воды растворяют 500 гр. лимонной кислоты и к кипящему раствору прибавляют при помешивании  хлороплатинат аммония, приготовленный из 75 гр. сухой хлорной платины, раствор  кипятят, пока он не сделается совершенно светлым, и затем его разбавляют водой до 5 литров. Для увеличения электропроводности раствора прибавляют 20-25 гр. нашатыря. Для избежания растворения  платиновых анодов раствор время  от времени заменяется свежим. Медь и её сплавы могут быть прямо покрываемы платиной. Железо, сталь и другие металлы покрывают предварительно медью. Ванна во время осаждения  платины должна быть нагрета от 80 до 90°. Разность потенциалов у зажимов  ванны от 5-6 вольт. После прохождения  тока в течение 8-10 минут предметы с осадком платины вынимаются из ванны, сушатся и полируются. Если желают получить осадок очень прочный, то после первого осаждения его  полируют стальной щеткой и еще раз  осаждают на него в течение 10 минут  слой платины, пользуясь более слабым током.

Пользуясь приведенными рецептами  растворов, возможно гальванопластическим путем не только получать однородные металлические осадки, но и украшать поверхности металлов инкрустацией из других металлов. Для этой цели данную металлическую поверхность покрывают  слоем мягкого лака, обнажают резцом те части, на которых должен осесть другой металл и помещают предмет  в ванну с раствором соли взятого  металла, как анод, т. е. соединяют  его с положительным полюсом  источника электрического тока, катодом  служит пластинка из того же металла. При прохождении тока в местах, освобожденных от лака, образуются углубления, которые в ванне из другого металла заполняются  последним, если предмет поместить  уже как катод. На этом принципе основано изготовление рельефов для гальваногравюр.

Применения гальванопластики в  технике и в общественном быту весьма обширны и разнообразны. Гальванопластика дала возможность воспроизводить с  фотографической точностью редкие экземпляры скульптуры и античных предметов. Большие исторические коллекции  в музеях: Кенсингтонском в Лондоне, галло-романском в Сен-Жермене  и художественном музее в Вене содержат многие редкие экземпляры, воспроизведенные гальванопластическим способом. Таким  же путем изготовлены колоссальные статуи, украшающие в Петербурге Исакиевский  собор, в Париже — двери церкви св. Августина и фасад Новой  Оперы. Особенно распространено в технике  покрывание гальванопластическим способом одних металлов другими; одна, например, гальванопластическая фирма Кристофль  в Париже ежегодно осаждала около 800 пудов серебра на сумму свыше 4-х миллионов франков, не считая других работ. В настоящее время  можно сказать с уверенностью, что ни один хорошо устроенный механический завод, ни одна экспедиция заготовления государственных и других ценных бумаг, покрытых гравюрами, и т. п. не обходится без своего гальванопластического  отделения для заводских потребностей.