Химическая окраска металлов
Химическая окраска металлов – это процесс изменения цвета металлических поверхностей различными химическими растворами.
Химическую окраску металлов можно разделить на три типа:
- гальваника – покрытие поверхности металла другим металлом с помощью электролиза .
- патинирование – химическое воздействие на металлическую поверхность с образованием цветного оксида или соли . [ 1 ]
- анодирование – процесс электролитической пассивации, используемый для увеличения толщины слоя естественного оксида, создавая пористую поверхность, которая может легко воспринимать органические или неорганические красители. В случае титана, ниобия и нержавеющей стали образующийся цвет зависит от толщины оксида (которая определяется напряжением анодирования).
Химическое окрашивание металла отличается от простого покрытия его таким методом, как золочение или ртутное серебрение , поскольку химическое окрашивание включает химическую реакцию, а простое покрытие - нет.
История
[ редактировать ]Процессы химической окраски металлов так же стары, как и технология металлообработки. Некоторым из самых ранних известных образцов цветных металлических предметов около 5000 лет. Это бронзовые отливки с некоторыми деталями серебряного цвета, происходящие из Анатолийского региона. [ 2 ] Подобные процессы можно найти на некоторых древнеегипетских медных листах. [ 3 ] Еще одним примером ранней химической окраски металлов является небесный диск Небры , имеющий зеленую патину и золотые инкрустации. Ранним примером черного железа является знаменитый кельтский наконечник копья, найденный в Темзе и датированный между 200 и 50 годами до нашей эры. [ 4 ] [ 5 ]
Плиний Старший упомянул различие между естественной и искусственной патиной в первом веке нашей эры. [ 6 ] Еще одним древним документом о химической окраске металлов является Лейденский папирус X (3 век н. э.). Чрезвычайно важен также Зосима Панопольский , греко-египетский алхимик, живший в конце III — начале IV веков, поскольку приписываемые ему тексты считаются древнейшими письменными рецептами химической окраски металлов. [ 7 ]
Двумя важными источниками средневековья по химически окрашенным металлам являются Mappae clavicula , датируемая 9-м и 12-м веками, и Теофила Пресвитера работа De Diversis Artibus , датированная 12-м веком.
Во времена Возрождения наиболее значимыми документами были « Трактат о ювелирном деле» и «Трактат о скульптуре» известного итальянского маньериста , скульптора и ювелира Бенвенуто Челлини . [ 8 ] Патинирование также кратко упоминается итальянским художником и писателем Джорджо Вазари и Помпонием Гауриком в его работе «De Sculptura 1504». Андре Фелибьен также кратко упоминает некоторые методы патинирования бронзовых скульптур в своей работе «Принципы» 1699 года. [ 9 ]
Начало современной научно обоснованной химической или электрохимической окраски металлов положило открытие Леопольдо Нобили (1784–1835) цветных колец Нобилиса в 1826 году. [ 10 ] Леонард Эльснер, Александр Ватт, Антуан Сезар Беккерель (1788–1878) и Рудольф Кристиан Беттгер (1806–1881) также являются важными людьми в ранней истории электрохимической окраски металлов. Джордж Ричардс Элкингтон (1801–1865), известный своим патентом на гальваническое покрытие серебра и золота (1840 г.), запатентовал по крайней мере один процесс электрохимической окраски металлов (его процедура была дополнительно разработана и усовершенствована американцем Дж. Э. Стареком в 1937 г.). [ 11 ] [ 12 ] В XIX веке были изданы первые руководства, посвященные исключительно химической окраске металлов. [ 13 ]
В 1868 году Пушер впервые сообщил о нанесении разноцветной или глянцевой патины на основе тиосульфата натрия и ацетата свинца (в современных рецептах этой патины вместо токсичного свинца используются соединения меди). [ 14 ] [ 15 ]
С конца XVIII века химическая окраска металлов стала постоянной темой различных сборников химико-технологических рецептов, а с середины XIX века эта тема вошла в большинство гальванических пособий и справочников ювелиров и серебряников.
Большой прогресс был достигнут в промышленном применении химической окраски металлов в начале 20 в. Например, около 1905 г. первые патенты на черный никель (патенты Германии DRP 183972 и DRP 201663) и черный оксид были получены (около 1915–1922 гг., патенты Германии DRP 292603, DRP 357198, DRP 368548). Между 1923 и 1927 годами были опубликованы первые патенты Великобритании, касающиеся окисленного алюминия. [ 16 ] [ 17 ] а черный хром был разработан в 1929 г. (патент Германии GP 607, 420).
После Второй мировой войны возрос интерес к зеленым патинированным медным листам, которые предназначались в первую очередь для архитектурного использования. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Технологии анодного окисления титана , а затем ниобия и тантала развивались с середины 1960-х годов. Технология анодного оксидирования нержавеющей стали была разработана также в 1957 г. (патент США 2957812А). [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
В настоящее время исследуются возможности использования бактериальных культур при патинировании меди и железа, а также лазерно -индуцированные окрашивания меди и ее сплавов, ниобия , нержавеющей стали и хромированных предметов. тестируются [ 24 ] [ 25 ]
Использование
[ редактировать ]Химическая окраска металлов в основном используется при изготовлении скульптур, ювелирных изделий, значков, медалей, часов и украшений. Его также используют в архитектуре, металлографии, при производстве металлической мебели, в военных целях, а также при изготовлении декоративных сосудов. В некоторой степени его используют при реставрации и консервации металлов.
Примеры
[ редактировать ]Цветной металл должен быть полностью очищен от оксидов и жиров . Защитную одежду, перчатки и очки следует использовать в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе.
Черный вместо серебра
Предметы погружают в 2,5% раствор сульфида калия или натрия , после появления цвета хорошо промывают предметы и натирают воском или лаком. [ 26 ]
Зеленый цвет для меди и ее сплавов.
Окрашивайте или опрыскивайте предметы раствором 250 грамм карбоната аммония /250 грамм хлорида аммония /1 литр воды, каждый слой высушивается в течение 24 часов, после достижения желаемого оттенка его покрывают воском или лаком. В качестве основного цвета медной патины можно использовать коричневый или черный цвет. Если количество хлоридов уменьшится, цвет будет более голубовато-зеленым, если уменьшится карбонатов, то более желто-зеленым. [ 27 ]
Черный для меди
Раствор полисульфида натрия 2,5%, после проявления цвета предметы необходимо погрузить в раствор, промыть, высушить и покрыть воском или лаком цветные предметы. [ 27 ]
Коричневый для меди
Изделия кипятят не менее 3 дней в водном растворе 12%-ного медного купороса , после проявления цвета материал промывают, сушат и натирают воском или лаком. [ 27 ]
Черный для железа
Покройте предмет очень тонким слоем льняного масла , затем постепенно нагрейте его до 300–400 °C, при необходимости повторите процедуру. Этот процесс можно использовать с любым металлом, который можно нагреть до указанной температуры (кроме свинца, олова). и его сплавы). [ 28 ]
Коричневый для железа
Используйте 5%-ный водный раствор хлорного железа . Предмет покрывают раствором, через 24 часа натирают грубой тканью или тончайшей стальной ватой , процесс повторяют не менее трех раз, наконец, материал следует протереть жирной ветошью. [ 29 ]
Серый для олова или олова
Используют 20%-ный водный раствор хлорного железа, необходимо погрузить предметы в раствор, просушить и покрыть воском или покрыть лаком. [ 30 ]
Серо-черный для цинка
Используют 20%-ный водный раствор хлорного железа, предметы погружают в воду на 20 минут, после появления цвета предметы следует промыть, высушить и покрыть воском или лаком. [ 30 ]
Черный для алюминия
Раствор 20 г молибдата аммония и 5 г тиосульфата натрия кипятят в литре воды, погружают предметы, ополаскивают, просушивают, после проявления цвета наносят воск или лак. [ 31 ]
Блестящие цвета
Используйте раствор 280 г тиосульфата натрия , 25 г ацетата меди и 30 г лимонной кислоты . Его можно использовать для меди и ее сплавов, серебра, никеля, железа, золота. Цвет зависит от длительности погружения, последовательности цветов на латуни: золотисто-желтый-медный-фиолетовый-темный, синий-светлый, синий-хром-никель-красно-серый, синий и серо-черный к железу или углеродистой стали. . [ 32 ] Вариант для олова и олова: 250 г тиосульфата натрия, 60 г ацетата меди, 25 мл ацетона , 1 л воды, 45–85 °C, 1–20 минут, золотисто-розовый-синий-зеленый. [ 33 ] Вариант для нержавеющей стали: 100 г тиосульфата натрия, 10 г ацетата свинца, 12 г тартрата калия-натрия , 12 г сульфата меди, 1 л воды, температура раствора 18–22 °C, 5–50 минут, желтый, коричневый, красный, зеленый, синий, фиолетовый, предмет должен контактировать с куском меди, поверхность которого в 300 раз меньше поверхности обрабатываемого предмета. [ 34 ]
Различные цвета на титане.
В качестве простого электролита можно использовать 3% раствор тринатрийфосфата , катод из нержавеющей стали, анодом предмет. Цвет зависит от напряжения. Можно использовать многие другие электролиты, даже кока-колу. Соломенно-желтый / 10 В — фиолетовый / 29 В — синий / 30 В — сине-зеленый 45 В — светло-зеленый / 55 В — пурпурно-красный / 75 В — серый / 110 В. Эту процедуру обязательно выполнять в резиновых перчатках. (потенциально опасное напряжение!). [ 35 ]
Различные цвета на нержавеющей стали 18 Cr/8 Ni
7,5 г дихромата натрия , 1000 мл серной кислоты (1,24 г/см 3 ), свинцовые катоды, объект в качестве анода, температура 70-90 °С, 0,06 А/дм 2 , напряжение 1,3 В – цвета зависят от продолжительности процедуры (5-50 мин.): коричневый, синий, красновато-коричневый, желтый, зеленый. По данным отечественной литературы после обработки изделия следует замочить в растворе бихромата калия (5–10%) на 5–15 минут, температура раствора 70–90 °С. [ 36 ] Согласно одному китайскому патенту, обработанные предметы можно затем погружать в горячий разбавленный раствор силиката натрия (1-5%, 95-100°С, 3-10 мин). [ 37 ] Шестивалентные хроматы канцерогенны и токсичны, в настоящее время в качестве заменителя предлагаются растворы на основе молибдата (например, молибдат 30-100 г/борная кислота 10-18 г/ сульфат марганца 0,5-5 г/1 л воды. 0,1-20 А/дм3). 2 , 0,1–15 минут). [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фишлок, Дэвид: Окраска металла, Теддингтон, 1962., стр.8.
- ^ ЛаНис, Сьюзен; Крэддок, Пол: Металлическое покрытие и патинирование: культурные, технические и исторические события, Бостон, 1993., стр.6.
- ^ Хьюз Р.; Роу М. Окраска, бронзирование и патинирование металлов, Лондон, 1982, стр. 10.
- ^ Гумлия-Майр, Алессандра (1 декабря 2020 г.). «Гальваническое покрытие и обработка поверхности древних металлических изделий» . Достижения в области археоматериалов . 1 (1): 1–26. дои : 10.1016/j.aia.2020.10.001 . S2CID 234560603 .
- ^ «Наконечник копья | Британский музей» .
- ^ http://www.che.uc.edu/jensen/W.%20B.%20Jensen/Books/Leyden%20&%20Stockholm%20Papyri.pdf . Архивировано 6 декабря 2019 г. на Wayback Machine . Проверено 1 января 2018 г.
- ^ Гумлия-Майр, Алессандра (2020). «Гальваническое покрытие и обработка поверхности древних металлических изделий» . Достижения в области археоматериалов . 1 :1–26. дои : 10.1016/j.aia.2020.10.001 .
- ^ https://archive.org/stream/bub_gb_Gsh2BJGzZLEC#page/n67/mode/2up Проверено 2.01.2018.
- ^ http://northernlightstudio.com/docs/Patina.doc Проверено 26.01.2018.
- ^ Л. Нобили: О цветах вообще и в частности о новой хроматической шкале, выведенной из металлохромии для использования в науках и искусствах, Antologia, 39, 117, 1830 и в Bibl. Унив. 15, 337, 1830; и 16, 35 1830 г.
- ^ Фишлок, Дэвид: Окраска металла, Теддингтон, 1962., стр. 126.
- ^ Патент США 2081121 А.
- ^ http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6218907f.r=+patines+du+bronze.langFR Проверено 2 января 2018 г.
- ^ http://dingler.cultural.hu-berlin.de/article/pj190/ar190108. Архивировано 12 октября 2019 г. на Wayback Machine. Получено 7.02. 2018.
- ^ Фишлок, Дэвид: Окраска металла, Теддингтон, 1962., стр.219.
- ^ Патент Великобритании 290901, 1927 г.
- ^ Патент Великобритании 223994, 1923 г.
- ^ US1974140A
- ^ US3152927A
- ^ JPS53142935A
- ^ Патентное ведомство США, http://www.reflectionandrefraction.co.uk/history.html Проверено 19.01.2018.
- ^ «Патентные изображения» . pdfpiw.uspto.gov . Проверено 5 мая 2020 г. [ название отсутствует ]
- ^ «Окраска нержавеющей стали» .
- ^ https://www.up2europe.eu/european/projects/biological-patina-for-archaeological-and-artistic-metal-artefacts_8707.html Проверено 15.01.2018.
- ^ Б. А. Дайновски, Я. Марчак, А. Саржиньски, М. Стшелец, Дж. Л. Масс, А. Линс, С. И. Шах, Р. Мюррей, Т. П. Биби-младший, З. Ворас: Создание лазерной патины на медных сплавах - происхождение цветов и Их влияние на медные сплавы , METAL 2016, Нью-Дели , 2017. Материалы конференции, стр. 153 - 160
- ^ Фишлок, Дэвид: Окраска металла, Теддингтон, 1962.
- ^ Jump up to: а б с Немецкий институт меди: Химическая окраска меди и медных сплавов , Берлин, 1974 г.
- ^ Энджер, Р.Х.: Воронение и Браунинг огнестрельного оружия, округ Онслоу, 1936 год.
- ^ Энджер, Р.Х.: Воронение и Браунинг огнестрельного оружия , округ Онслоу, 1936 год.
- ^ Jump up to: а б Бюхнер Г.: Окраска металла и ее исполнение , Берлин, 1891 г.
- ^ Краузе, Х.: Окраска металла , Берлин, 1922.
- ^ Хьюз Р., Роу М.: Окраска, бронзирование и патинирование металлов , Лондон, 1992.
- ^ патент США 9 163 312 B2.
- ^ Патент СССР 815081.
- ^ Унтрахт, О.: Концепции и технологии ювелирных изделий , Нью-Йорк, 1980.
- ^ Bobrikova, I.G.; Selivanov, V.N.: Tehnologii elektrohimicheskoi i himichskoi hudozhestvenno dekorativnoi obrabotki metalov i ih splavov , Novocherkask 2009., p. 87
- ^ «Способ получения нержавеющей стали с цветной зеркальной поверхностью» .
- ^ Аллиотт, Джордж (2020). Электрохимическая окраска аустенитной нержавеющей стали в молибдате натрия и других экологически безопасных растворах (дипломная работа). Университет Лафборо. doi : 10.26174/thesis.lboro.12530660.v1 .
- ^ «Разновидность красящей жидкости, окрашиваемой электрохимическим методом и методом окрашивания нержавеющей стали» .
- ^ «Техника гальвано-химической окраски нержавеющей стали» .
Литература
[ редактировать ]Хиорнс, А. (1907). Окраска и бронзирование металлов . Лондон: Macmillan and Co. OCLC 3757279 .
Кауп, WJ (1914). Окраска и отделка металла . Нью-Йорк: Промышленная пресса.
Филд, С. (1925). Химическая окраска металлов и родственные процессы . Лондон: Chapman & Hall, Ltd. OCLC 2922065 .
Фишлок, Д. (1962). Окраска металла . Теддингтон: Р. Дрейпер. OCLC 3982659 .
Хьюз, Р.; Роу, М. (1991). Окраска, бронзирование и патинирование металлов (3-е изд.). Лондон: Темза и Гудзон. ISBN 9780500015018 . OCLC 24734412 .
ЛаНис, С.; Крэддок, П. (1993). Металлическое покрытие и патинирование: культурные, технические и исторические события . Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 9780750616119 . OCLC 27336439 .
Янг, Р.Д. (2000). Современная патинация (5-е изд.). Эскондидо: Скульптура в стиле модерн. ISBN 9780960374410 .
Киппер, П. (2003). Патины для кремниевой бронзы (2-е изд.). Лавленд: Публикации Пути. ISBN 9780964726901 . OCLC 930605479 .
Сугимори, Э. (2004). Японские патины . Портленд: Бринморген Пресс. ISBN 9781929565115 . OCLC 62859653 .
Рунфола, М. (2014). Патина: более 300 цветовых эффектов для ювелиров и мастеров по металлу . Лавленд: Interveave Press. ISBN 9781620331392 . OCLC 871436497 .