Электролитический способ копирования барельефов, медалей, старинных монет, ювелирных декоративных украшений и мн.др. Способы изготовления мемориальных досок. Способы металлизации растений, насекомых и других не металлических предметов. Как смастерить простейшую гальваническую ванну для электрохимического окрашивания металлических изделий в любой цвет. Простейшая миниатюрная установка для гальванического покрытия металлических поверхностей и рецепты электролитов для омеднения, никелирования, хромирования, оцинкования, серебрения, золочения. Графитирование, формовка, оксидирование, патинирование, наращивание цветных и драг. металлов и многое другое.
Более 100 лет прошло с тех пор, как русский ученый Борис Семенович Якоби открыл способ электролитического получения копий в металле. Новый способ назвали гальванопластикой, так как осаждаемая в процессе электролиза медь пластически точно воспроизводила изделие, отпечаток которого был в форме. Гальванопластическим способом можно изготовить самую разнообразную скульптуру или металлические украшения. Формы для отложения металла готовят из гипса, воска, парафина, пластических масс, пластилина, но особенно удобен для форм герметик "Виксинт", обладающий хорошей пластичностью.
Для придания электропроводности формам применяют графит или бронзовый порошок. Смонтировав гальванопластическую установку, каждый сумеет не только снимать копии с художественных металлических, гипсовых, пластмассовых и других изделий, но и, вылепив в пластилине или глине модель, сможет свою работу затем перевести в металл техникой гальванопластики. Гальванопластическим способом выполняют множество работ, например, превращают обычные кружева в металлические и ими украшают рамы для картин или шкатулки, изготавливают филигранные ажурные изделия - броши,
серьги, браслеты. Кроме этого, гальванопластикой получают в металле различные рельефы, снимают копии с памятных медалей и, наконец, создают круглую (объемную) скульптуру.
Гальваническая установка и режим работыГальванопластические работы проводят в сосудах-ваннах, имеющих обычно прямоугольную форму. Но годятся сосуды и другой формы. Емкость сосудов-ванн определяется объемом тех предметов, которые репродуцируют. Для снятия копии с медалей подойдут стеклянные цилиндрические банки емкостью 4-5 л, а при репродуцировании небольших барельефных работ - 10-20 л. В качестве ванн используют не только стеклянные сосуды, но и керамические (глазурованные), пластмассовые, в частности,
коробки от аккумуляторов или же сварные емкости из листового винипласта, а также деревянные ящики, покрытые битумом. Для осуществления электролиза понадобится источник постоянного тока низкого напряжения (3-6 В), для чего подойдут достаточно мощные селеновые или другие выпрямители.
Рис.8. Пресс-форма (а) и модель (б) Заключив контррельеф в стальное кольцо (рис.8), в него заливают свинец или баббит, который припаивается к облуженной стороне контррельефа. Кольцо легко отрезать от трубы соответствующего диаметра. Во избежание растекания свинца контррельеф вдавливают в песок, предварительно насыпанный на асбест. Песком следует засыпать и внешние края кольца. В полученной таким образом пресс-форме можно прессовать изделия из пластической массы - органического стекла, предварительно размягчив его над электрической плиткой или в кипятке до состояния резины. Для прессования размягченное органическое стекло укладывают на полученную пресс-форму, поверх которой кладут толстую губчатую резину, а затем стальную плитку толщиной 4-5 мм.
Подготовленную пресс-форму ставят на пресс и сдавливают массу органического стекла в течение 3-5 мин почти до полного отвердевания. После прессования форму вместе с моделью погружают в воду для окончательного охлаждения и извлекают модель из готовой формы легким постукиванием. Для выдавливания моделей небольших размеров (5-6 см) достаточно канцелярского винтового пресса или гидравлического пресса, расплавленный состав, после чего графитируют, прикрепляют проводник и груз.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРЕС ФОРМТребования, предъявляемые к формам:Материалы, идущие на изготовление форм для гальванопластического репродуцирования скульптуры, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
- легко отделяться от заформованных предметов, давать точные их отпечатки;
- иметь минимальную усадку при схватывании и затвердевании, не деформироваться при остывании или сушке;
- не обладать гигроскопичностью, быть безвредными для электролита, не загрязнять его и не разрушаться от длительного пребывания в электролите;
- легко связываться с наносимым электропроводящим слоем.
Гипсовые формыИзготовление гипсовых форм с круглой скульптуры. Получение объемных форм из гипса для целей гальванопластики при воспроизведении художественной скульптуры не отличается особыми приемами от обычного формования. Правда, ввиду того, что гипсовые формы гигроскопичны, их приходится подвергать дополнительной пропитке в озокерите, воске или парафине. Как было уже отмечено выше, черновые формы обычно состоят из двух, иногда трех кусков-раковин. Черновая форма из двух раковин наиболее проста для гальванопластики; при такой форме удобно как наносить электропроводящий слой на внутреннюю поверхность (полость) формы, так и проводить процесс электролиза. Металл наращивается в каждую раковину отдельно. Для монтирования скульптуры подготавливают соединительные швы раковины, затем спаивают их. Для получения репродукции, не требующей подгонки и спаивания двух частей, прибегают к следующему приему. Предварительно подготовленные раковины-формы, пропитанные восковым составом и покрытые электропроводящим слоем, точно соединяют одну с другой, стягивают проводом, имеющим изоляцию. Затем пластилином, не содержащим наполнителя и пигмента, изнутри заделывают шов в месте соединения раковин. Наиболее пригоден для заделки швов желтый озокерит: он обладает высокой пластичностью и вязкостью.
Такой же прием можно применять и при работе с кусковыми формами, но там он менее удобен вследствие громоздкости кусковых форм, наличия кожуха и большого количества швов, образуемых отдельными кусками формы, тем более что швы все же остаются заметными на металлической репродукции. Применение обычных черновых форм с наращиванием металла в каждую раковину отдельно наиболее просто и технически удобно, но требует подгонки раковины. Использование соединенных заранее раковин черновой формы с проработкой шва не требует монтировочных работ для соединения частей готовой металлической репродукции, но такой способ осложняет ведение процесса электролиза: затрудняется равномерное наращивание металла в наиболее углубленных местах формы. Применение обычных черновых форм целесообразно главным образом при изготовлении крупной скульптуры. Отдельные детали можно изготовлять в кусковых формах, а затем готовые детали спаять между собой.
Изготовление гипсовых форм с барельефов. При снятии форм с барельефов, медалей и других художественных изделий, имеющих рельеф без поднутрений ("замков"), формы делают заливкой моделей гипсом. Для этого гипс засыпают в воду и размешивают его, получая сметанообразную массу. Предварительно рекомендуется гипс на рельеф нанести кисточкой, с тем чтобы в полученной форме не было не залитых гипсом мест и следов воздушных пузырьков. Нанеся тонкий слой гипса на поверхность копируемой модели, заливают ее разведенным гипсом. При этом работу следует выполнять "в темпе", так как разведенный гипс быстро затвердевает. Для снятия гипсовых форм с гипсовых моделей последние предварительно смазывают раствором парафина в керосине, что предотвращает сращивание гипсовой модели с изготовляемой гипсовой формой. Подобные формы несложно снимать не только с металлических, деревянных и пластмассовых моделей, но и с пластилиновых и глиняных. В этом случае, правда, модели обычно разрушаются при снятии формы. Во избежание растекания заливаемого гипса вокруг модели устанавливают обечайку (обод) из
картона, ватманской бумаги или фольги. Когда гипс остынет и окончательно затвердеет, снимают обечайку, подправляют ножом края формы и делают отверстие в крае формы для электропровода, необходимого для подвески и контактирования с отрицательным полюсом источника тока.
Пропитка и изоляция гипсовых форм. Пропитка гипсовых форм для устранения гигроскопичности является одной из важнейших операций. Перед пропитыванием гипсовые формы хорошо высушивают при равномерном повышении температуры до 50-60°С. Особенно медленно следует повышать температуру при сушке очень сырых только что снятых форм во избежание деформаций и трещин. Формы, состоящие из нескольких кусков, сушат в собранном виде с плотно прижатыми один к другому кусками (для устранения их деформации). В сушильном шкафу формы размещают на перфорированном стеллаже (с отверстиями) открытой частью вверх, чтобы формы равномерно прогревались снизу, а влага имела выход кверху. Хорошо высушенная форма имеет совершенно белый цвет и издает при простукивании специфический звук сухого гипса. Такая форма быстро воспринимает пропитку и не дает трещин. Гипсовые формы пропитывают расплавленными восковыми составами с температурой плавления от 50 до 125°С; предпочтительны составы, имеющие низкую температуру плавления. Формы, погружаемые в пропиточный состав, подогревают, при этом воздух, находящийся в порах форм, вытесняется. Глубина пропитки зависит от времени выдержки гипсовых форм в составе, достаточная толщина ее 2-5 мм.
Чем выше температура пропитывающего состава (а она может быть значительно выше его точки плавления) тем меньше в нем выдерживают формы. Чем толще стенки формы, тем больше времени требуется для подготовки и пропитывания. Массивные толстостенные формы следует пропитывать не слишком перегретыми составами чтобы избежать разрушения гипса он повышенных температур; наиболее при годны составы с температурой плавления 60-80°С. Таковы, например, составы на петролатумной, церезиновой, озокеритовой и стеариновой основах с добавками канифоли. Пропитывание производят с выдержкой в соответствующем составе в течение 2-2,5 ч. Обработка составом с более высокой температурой плавления или перегретым составом применяется только для небольших тонкостенных форм при кратковременной выдержке (не более 10-20 мин). Температуру плавления разных веществ, применяемых для пропитывания, можно отыскать в соответствующих справочниках. Сорта церезина с высокой температурой плавления употребляют для пропитывания форм без смешивания с другими материалами. Однако наиболее целесообразно производить пропитку в озокеритовых композициях, составленных так, чтобы они обладали всеми качествами, необходимыми для пропитывающих составов.
К основным требованиям, предъявляемым к пропитывающим составам, относятся: - невысокая температура плавления;
- хорошая проникаемость в поры форм;
- свойство не размягчаться при нормальном нагреве электролита;
- достаточно хорошее сцепление с электропроводящими составами, наносимыми на форму;
- способность не зажиривать электропроводящих составов (во избежание повышения омического сопротивления);
- хорошая смачиваемость электролитом;
- отсутствие взаимодействия с электролитом;
- высокая температура вспышки.
Обычно для пропитки гипсовых форм применяют пропиточные составы из двух-трех компонентов. Составы некоторых из них приведены ниже, % (по массе):
• 1-й состав (Т плав 85°С)
- Озокерит 70
- Восковая монтановая композиция 30
• 2-й состав (Т плав 64,5°С)
- Озокерит 70
- Восковая монтановая композиция 15
- Канифоль 15
• 3-й состав (Т плав 75°С)
- Озокерит 85
- Канифоль 5
- Стеарин 10
• 4-й состав (Т плав 82°С)
- Восковая монтановая композиция 80
- Петролатум 20
Пропитывать формы можно и чистым, но твердым озокеритом
Восковые формыРецепты восковых композиций. Восковые композиции удобны для непосредственной заливки на металлические модели, а также на гипсовые, смоченные водой во избежание прилипания, или иные модели, выдерживающие высокие температуры восковых композиций (70-80°С). Ввиду того, что свойства веществ, входящих в эти рецепты, весьма нестабильны, следует рецепты не копировать слепо, а приспосабливать их к конкретным условиям, учитывая при этом особенности отдельных компонентов восковых композиций. Парафин снижает мягкость пчелиного воска, но увеличивает усадку; спермацет облегчает смешение компонентов; введение лишнего стеарина следует избегать, так как он реагирует с электролитом медной ванны; минеральное масло и говяжий жир смягчают композицию, но ведут к зажириванию проводящего слоя. Сильным смягчающим действием обладает скипидар, он не портит проводящего слоя, но при длительном хранении восковой композиции улетучивается из нее.
Графит в незначительной степени повышает электропроводность форм и облегчает последующий процесс графитирования. Оседая во время отливки восковых форм в расплавленной массе залитого воска, он сосредоточивается на рабочей поверхности формы, где улучшает связывание воска с графитом, наносимым на форму в процессе графитирования.
Для изготовления форм рекомендуются следующие составы, % (по массе):
• 1-й состав
- Канифоль 70
- Воск пчелиный 20
- Парафин 10
• 2-й состав
- Воск пчелиный 30
- Стеарин 70
• 3-й состав
- Воск пчелиный 60
- Озокерит 15
- Канифоль 15
Восковые композиции лучше всего плавить на паровой бане, хуже - на песочной, плохо - на огне (обязательно слабом), чтобы избежать вспышки воска и его пригорания ко дну сосуда. Плавление необходимо начинать с наиболее легкоплавких компонентов и постепенно вводить более высокоплавкие; с огнеопасными компонентами, такими, как скипидар, следует работать дальше от источника огня, притом вводить их в последнюю очередь. При загрязнении воск следует профильтровать через марлю, а очень тонкие восковые композиции, не содержащие графита,- через шелк. Изготовление форм для барельефной и медальерной скульптуры. Восковые формы, применение которых обеспечивает высокую точность репродуцирования, применяются главным образом для медальерной и барельефной скульптур. Сравнительная дешевизна восковых композиций, хорошая их связь с наносимым электропроводящим слоем, простота изготовления восковых форм, повышенная точность репродукций делают такие формы наиболее распространенными в технике гальванопластики. Недостатки - усадка восковых композиций, а также невозможность использования восковых форм для многократного репродуцирования.
Заливка восковой формыДля получения форм восковую композицию расплавляют и заливают ею репродуцируемую металлическую или сырую гипсовую модель. При заливке барельефов, медалей и другой подобной скульптуры понадобятся металлические обечайки в виде колец, прямоугольников и т.п. с высотой стенок, соответствующей высоте рельефа заливаемой скульптуры. Так, для репродуцирования медальерной скульптуры, обычно округлой и с низким рельефом, требуются кольцевые обечайки с высотой стенок в 10-15 мм. Для создания достаточно прочной и не деформирующейся при окончательном остывании формы высота стенок обечайки должна быть тем выше высоты рельефа, чем больше площадь барельефа. На рис. 9 показан момент заливки восковой формы с применением обечайки.
Рис.9. Момент заливки восковой формы в металлической модели.Перед снятием форм с металлической барельефной скульптуры ее предварительно хорошо протирают для удаления пыли и подогревают до 50-60°С, после чего модели кладут в обечайку и заливают расплавленным воском. Формы отливают на гладкой мраморной, керамической или металлической подложке (листе), на которую кладут газету. Размеры обечайки делают несколько больше размеров модели, чтобы готовые формы имели достаточно прочные и широкие края (борта). Так, при диаметре барельефа 50-100 мм толщина формы составляет 10-20 мм. Это необходимо для укладки проводников на стенки форм и удобства расположения отверстий для груза и контактирующей подвески, а также для того, чтобы при обрезке облоя по периметру наращенной скульптуры можно было бы без затруднений пользоваться ножницами. Делать борта у форм значительно больших размеров, чем необходимо для "зарядки" формы и обрезки облоя, у готового изделия, не следует, так как при излишней площади бортов повышаются отходы металла. Расплавленный воск заливают в обечайку равномерной струей без брызг; воск следует лить между обечайкой и моделью, постепенно наполняя обечайку воском. Равномерная и достаточно медленная заливка воска, притом не на модель, а сбоку, дает возможность получить формы без раковин, которые в случае быстрой и неравномерной заливки образуются из-за включений воздуха. Формы снимают с формовочного стола после полного затвердевания, когда температура воска, например на монтановой основе, понижается примерно до 30-40°С. Заформованные модели извлекают из восковых форм над столом, чтобы избежать повреждения их в случае выпадения из форм. Для удаления моделей легко разжимают края формы и встряхивают ее. До полного отвердевания воска в стенках форм прокалывают одно против другого отверстия для груза и контактирующей подвески.
Восковыми композициями удобно также пользоваться с целью получения оттисков с плоских филигранных изделий, офортов и граверных моделей. При гальванопластических работах возникают самые разнообразные вопросы, связанные с приемами формования и изготовления форм. В зависимости от характера скульптуры или художественного изделия эти вопросы решаются в каждом отдельном случае индивидуально. От правильности формования скульптуры с учетом условий гальванопластической техники (например, без глубоких впадин в сложных профилях, без поднутрении) зависит успех репродуцирования в металле. Описываемыми способами можно изготовлять металлические
доски с надписями и мемориальные
доски. На таких досках обычно имеется текст, рама, часто барельефное изображение. Мемориальную доску или доску с надписью делают следующим образом. На ровный деревянный планшет натягивают ватманскую бумагу, размер которой несколько больше размера изготовляемой
доски, приклеивают края ее к планшету; затем увлажняют бумагу водой, при этом после сушки она сильно натягивается. На бумаге размечают расположения текста, рамы, барельефа и других деталей композиции
доски. Все детали, входящие в состав композиции
доски, изготовляются отдельно в соответствии с ее размерами. Барельеф и раму выполняют гальванопластически и обрезают по контуру. Буквы для текста выпиливают из пластмассы, не деформирующейся при 60-70°С (температура заливки воска). По разметке на ватманской бумаге буквы наклеиваются на нее нитролаком. Барельеф предварительно заливают с обратной стороны воском для создания правильной плоскости и тоже приклеивают нитролаком. Так же устанавливают раму
доски. (В случае наличия воздуха под барельефом или другими деталями
доски он, выходя наружу, вызывает появление раковин на поверхности восковой формы.) Чтобы избежать прилипания воска, лист бумаги с наклеенными деталями протирают подсолнечным или касторовым маслом при помощи кисти. Вокруг подготовленной таким образом модели
доски устанавливают обечайку (деревянную раму), высота стенок которой настолько превышает высоту рельефа модели, чтобы получилась достаточно массивная, толстая и прочная форма, не подвергающаяся деформации.
Стык между обечайкой и доской тщательно промазывают глиной, чтобы не протекал воск. После этого приготовленную модель заливают восковой композицией. После затвердевания воска обечайку разбирают, форму снимают, переворачивают лицевой стороной вверх и осторожно извлекают из нее заформованные детали. Для удаления из восковой формы деталей, в особенности пластмассовых букв, лучше всего пользоваться тонким шилом или ножом с узким острием. Затем форму осматривают, устраняют обнаруженные дефекты, подрезают края. Полученную форму укладывают на лист пластмассы толщиной 10-15 мм, в котором имеются отверстия для укрепления формы. После "зарядки" и нанесения на форму электропроводящего слоя ее загружают в ванну.
Наращивание металла на восковые и пластилиновые моделиТакой метод применяют, если не требуется особая точность репродуцирования деталей и их можно подвергать механической обработке - опиливанию, чеканке. К деталям, наращиваемым поверху, относятся, например, всевозможные тонкостенные художественные изделия без соединительных швов. Для успешного ведения гальванопластических работ требуется прежде всего хорошо профильтрованный электролит и правильный режим работы при электролизе, что обеспечивает получение мелкокристаллических отложений металла и отсутствие дендритов. Восковые модели изготавливаются из озокерита или композиции, содержащей, помимо озокерита, 50% (по массе) парафина (или стеарина) и обладающей достаточно низкой температурой плавления и незначительной усадкой, а после застывания - значительной твердостью. Парафиновая (стеариновая) композиция заливается в увлажненные гипсовые кусковые формы. Перед заливкой композиции в гипсовую форму укладывают контактирующие проводники в виде крючков или узлов, не забывая глубоко профилированные места будущей модели, являющиеся выступами в гипсовой форме.
После заливки эти проводники выступают над моделью только загнутыми концами. В форму укладывают также латунный или медный стержень, служащий каркасом и контактирующей подвеской, соединяемой со штангой ванны. По застывании восковой композиции копию модели вынимают из гипсовой формы, удаляют швы, образующиеся на местах стыков кусков, и поправляют дефекты, возникающие в процессе отливки восковой модели. При наращивании деталей поверху решающее значение имеет скорость затяжки детали металлом в гальванопластической ванне. Она зависит от качества нанесенного электропроводящего слоя и от правильного расположения контактирующих проводников. После отложения слоя металла соответствующей толщины (обычно 1,5-2 мм), не искажающего рельефа (но достаточной для работы чеканами), его обрабатывают обычными напильниками или рифлевками (напильниками специальной формы), а затем прочеканивают, после чего восковую композицию вытапливают. Образец скульптуры, наращенной поверху, представлен на рис. 10
Рис.11. Схема зарядки формДля обеспечения лучшего контакта с электропроводящим слоем необходимо, чтобы проводник плотно прилегал к форме. С этой целью он дополнительно поджимается острием ножа к плоскости. По окончании прокладки проводника его второй конец снова вводят в подвесочное отверстие формы, а затем там же крепят
подвеску - изолированный проводник, конец которого очищен от изоляции на длине, достаточной для контакта с концами проводника, проложенного на форме. Затем подвесочный
провод загибают в виде крючка. В качестве подвесок для плоских форм лучше употреблять одножильный медный
провод с хлорвиниловой изоляцией, для объемных форм - мягкий многожильный
провод с резиновой или иной надежной изоляцией, защищающей
провод от электролита. В качестве грузов подходят куски фарфора, стекла, глазурованной и непористой керамики. Чтобы грузы не обрастали металлом (что возможно при попадании на них графитовой пыли), нужно всегда покрывать их лаком или воском, следя за тем, чтобы на грузах не было электропроводящих материалов. Поэтому грузы подвешивают на формы после нанесения электропроводящего слоя.
Загрузка форм в ваннуФормы загружают под некоторым углом к поверхности электролита, чтобы облегчить удаление воздуха из поднутрении и узких мест формы. Помещенная в электролит плоская форма затем располагается горизонтально для удаления с нее мягкой кистью оставшихся пузырьков воздуха. Чтобы уменьшить захват пузырьков воздуха, формы перед загрузкой лучше залить спиртом. Пузырьки воздуха не всегда легко заметить под слоем электролита, поэтому необходимо внимательно осматривать форму перед завешиванием в ванну. Пузырьки имеют вид отдельных прозрачных стеклышек или бисеринок, они трудно удаляются даже при резком стряхивании, и только кистью их сравнительно легко убрать. Формы завешивают всегда в таком положении, чтобы из поднутрении имелся выход для воздуха кверху. Закрытые объемные формы заполняют электролитом постепенно, равномерно вытесняя из них воздух. Глубоко профилированные места держат в таком положении, при котором электролит медленно вливается в них, вытесняя воздух. Первоначальная плотность тока должна быть минимальной, чтобы не вызвать подгорания проводников, связанных с электропроводящим слоем. Минимальную плотность тока следует поддерживать до полной затяжки форм металлом и лишь затем переходить на рабочую плотность.