Занимательная гальванотехника: Пособие для учащихся

В обычных гальванопластических электролитах поддерживают температуру на уровне 18–20 °C. Она может повышаться до 25–28 °C за счет выделения теплоты при прохождении электрического тока через электролит.

Фильтрование электролита должно осуществляться возможно чаще, это дает возможность удалять из ванн осадок — шлам, накапливающийся в виде порошкообразной меди, графита и пыли.

Чем выше плотность тока и чем интенсивнее растворяются аноды, тем больше шлама собирается в ванне, особенно при использовании низкосортной анодной меди. При таких электролитах шлам оседает на дно ванны, но более легкие его частицы, находясь во взвешенном состоянии, благодаря конвекции перемещаются к катоду, что может вызвать засорение гальванопластической меди.

Шлам, соприкасаясь с отлагающейся медью на катоде, включается в металл и вызывает образование шероховатостей и шишек, которые мешают дальнейшему равномерному отложению металла. Кроме того, графит, применяемый как электропроводящий слой для форм, также загрязняет электролит, что вызывает вкрапления графита в металл и способствует получению шероховатостей поверхности. Поэтому фильтрование электролита имеет важное значение для получения доброкачественных отложений меди. Обычно фильтрование производится сифонным переливанием электролита через фильтр из сукна, стеклянного или асбестового волокна.

Техника анализа медного электролита

Содержание серной кислоты определяется путем титрования.

Для определения содержания свободной серной кислоты необходимо иметь приборы: бюретку на 200 мл, пипетку на 1–2 мл, стеклянную палочку, два стеклянных стаканчика. Реактивы: раствор 0,2 н.[3] гидроксида натрия NaOH или гидроксида калия КОН и индикатора 0,1-процентный раствор метилового оранжевого.

Ход анализа

Перемешивают электролит и отбирают в колбу из разных мест ванны некоторое количество электролита; из колбы берут в стаканчик 20 мл электролита и разбавляют водой в 2–3 раза. В разбавленный электролит вносят стеклянной палочкой одну каплю индикатора и приступают к титрованию щелочью до перехода розовой окраски раствора в желто-лимонную.

Расчет содержания свободной серной кислоты в электролите производят по формуле

где х — количество свободной серной кислоты (в мг/л); А — количество раствора гидроксида, пошедшего на титрование пробы в миллилитрах; В — количество электролита, взятое для анализа, в миллилитрах; н. — нормальность раствора гидроксида; 0,049 — коэффициент пересчета на содержание серной кислоты; 1000 — коэффициент пересчета на 1 л.

Определение содержания меди

Наиболее простой и быстрый способ определения содержания меди в электролите основан на том, что плотность раствора сульфата меди и серной кислоты при одинаковой концентрации равны н при смешении этих растворов плотность смеси не изменяется. Измерив плотность электролита и зная количество серной кислоты в нем, можно по таблице 4 определить количество сульфата меди. Для определения необходимо иметь ареометр, цилиндр, термометр.

Ход анализа

Электролит размешивают в ванне и наливают в цилиндр. Затем опускают ареометр и определяют плотность электролита при температуре 25 °C.

После этого по таблице 4 находят общее содержание медного купороса и серной кислоты в соответствии с плотностью электролита. Зная количество серной кислоты в электролите, по разности находят содержание в нем сульфата меди.

Пример. Плотность электролита при температуре 25 °C равна 1,16, что соответствует общему содержанию сульфата меди и серной кислоты (CuSО₄ ·5H₂О + H₂SO₄) — 268 г/л.

Если по анализу содержание серной кислоты равно, например, 35 г/л, то содержание сульфата меди составит: 268 — 35 = 233 (г/л).

Получение медных скульптур техникой гальванопластики

Одним из первых применений гальванопластики было изготовление декоративной скульптуры. Техникой гальванопластики в 30—40-х гг. XIX в. было впервые в России изготовлено значительное количество скульптуры, сохранившейся до нашего времени (например, часть скульптуры на фасаде Исаакиевского собора в Ленинграде. скульптура в Екатерининском парке города Пушкина и др).

Свое произведение скульптор обычно создает в глине или пластилине. Однако законченное произведение никогда не остается в этих материалах, оно передается в руки мастеров, переводящих скульптуру в более прочные материалы, не разрушающиеся со временем: медь, бронзу или чугун.

Воспроизведение скульптур в бронзе или чугуне возможно только литейным способом, к сожалению, не дающим возможности получать скульптурное произведение с абсолютной точностью; при отливке ухудшается передача мельчайших штрихов, а вместе с ними и той манеры, в которой воспроизведена лепка.

Для того чтобы воссоздать скульптуру в металле с сохранением всех деталей работы скульптора, прибегают к технике гальванопластики.

Область гальванопластики, занимающаяся репродуцированием скульптур, называется художественной гальванопластикой. Под репродуцированием понимают изготовление копий со скульптур, исполняемых с полным сохранением объемных размеров и фактуры (характером обработки поверхности).

Следует отметить, что скульптурой называют как оригинал, изваянный скульптором, таки полученную с него в каком-либо материале копию. Исходную скульптуру называют моделью в отличие от окончательной копии, которую называют репродукцией. Репродукция, изготовленная в металле при помощи гальванопластики, называется гальванорепродукцией.

Термин «скульптура» применяют не только к крупным монументальным произведениям (например, статуям), но и к меньшим по размерам (например, медалям).

С точки зрения техники репродуцирования важнейшее значение имеет пространственный (объемный) характер очертаний скульптуры. Поэтому признаку скульптуры можно прежде всего разделить на односторонние и многосторонние.

Односторонняя скульптура предназначена для рассмотрения с мест, расположенных на центральной оси, перпендикулярной к плоскости фона (барельефы), имеющих низкий рельеф, или отчасти с боковых сторон (горельефы), имеющих высокий рельеф.

Многосторонняя скульптура, обычно называемая объемной (статуи), может рассматриваться с любого места — и со всех сторон, хотя всегда имеет главную, фасадную сторону.

Промежуточной между односторонней и многосторонней является медальерная скульптура. Она обычно сочетается из двух односторонних скульптур, одна из которых представляет лицо (аверс), вторая — оборотную сторону (реверс). Реверс медали очень часто снабжается только текстом.

С точки зрения технологии очень существенное значение имеет подразделение скульптур по признаку разъемности.

Очертание называется разъемным, если перемещение его параллельно самому себе и не встречает препятствий ни в одной точке. Так, на рисунке 4 очертание является разъемным в направлении, указанном стрелками, а очертание (рис. 5) не обладает разъемностью ни в каком направлении.

Рис. 4. Схема изделия, работающего на выход.

Рис 5. Схема изделия с «замками».

Обычно очертание можно разделить на части, каждая из которых является разъемной (рис. 4). Пространственные очертания, при разделении которых затруднений не возникает (рис. 3), называются простыми (работающими на выход); пространственные очертания, которые имеют «поднутрения», создающие «замки», и потому не могут быть разделены (рис. 4), называются сложными (замковыми).

В процессе копирования предмет покрывают слоем того или иного материала, а, отделив этот материал, получают рельеф, обратный копируемому. Контактное копирование с даст прямой рельеф.

Все рельефы принято характеризовать по исходной модели; прямым рельефом (позитивом) называют копию, имеющую такой же вид, как модель, а обратным рельефом (негативом) — копию, обращенную по отношению к модели, подобно слепку с нее. Когда репродуцирование производят с плоских скульптур, барельефов или медалей, обычно применяют воск, церезин, озокерит (продукты нефти), гипс или пластилин.

Со скульптур, выполненных в глине или пластилине, обычно снимают из гипса черновые формы, из которых удаляют глиняные модели, разрушая последние. Черновая форма обычно состоит из двух (реже трех) частей — раковин (рис. 6).

Рис. 6. Раковина гипсовой черновой формы.

С отдельных раковин снимают гальванические копии, которые затем спаивают между собой так, что получается объемная металлическая репродукция.

Со скульптур, которые должны быть обязательно сохранены, предварительно снимают кусковые формы, состоящие из значительного числа отдельных кусков, плотно укладываемых в гипсовые кожухи в требуемом порядке (рис. 7).

Рис. 7. Кусковая гипсовая форма

В практике художественной гальванопластики применяют не только воск, озокерит, пластилин, но и восковой сплав, который состоит из воска-монтана, стеарата натрия, стеарата свинца, стеарата алюминия и стеариновой кислоты[4]. Этим восковым сплавом заливают в расплавленном состоянии репродуцируемую модель (главным образом из металла), по остывании восковой состав легко снимается и даст обратный отпечаток — форму.

Для форм, имеющих низкий рельеф, применяют также и другие материалы, например, листовое «органическое стекло» — пластмассу, которую перед прессованием размягчают в горячей воде. Но из всех форм самыми совершенными, отличающимися абсолютной точностью, являются медные формы, получаемые непосредственно техникой гальванопластики. Восковые и пластмассовые формы пригодны для воспроизведения плоских скульптур: барельефов, орнаментированных блюд, медалей и других художественных изделий и не имеющих «замков» (поднутрений), т. е. изделий, свободно снимаемых с форм, — «на выход».

Медные формы, получаемые гальванопластикой, удовлетворяют самым высоким требованиям: они дают точное воспроизведение, обладают высокой электропроводностью, не имеют усадки (особенно свойственной восковым) и многократно могут быть использованы для репродуцирования.

Способ изготовления медных форм заключается в том, что металл наращивают непосредственно на гипсовую или восковую модель. Предварительно, как и при наращивании металла в гипсовую или восковую форму, рельеф модели натирают графитом для придания ей электропроводности.

Нарастив металл на модель, получают ее обратное изображение (контррельеф), т. е. форму. Обычно такие формы изготавливают толщиной 2–3 мм.

Подготовка таких форм перед наращиванием в них металла отличается от подготовки восковых, гипсовых или иных неметаллических форм. Такие формы не нуждаются в электропроводящем слое, но зато нуждаются в нанесении на их рабочую поверхность так называемого разделительного слоя, препятствующего сращиванию металла формы с металлом, откладывающимся в процессе электролиза.

Для разделительного слоя используют различные растворы, например раствор нитрата серебра. Для этого 10 г нитрата серебра растворяют в 0,5 л воды и смешивают с раствором хлорида натрия (любой концентрации). Выпавшие белые хлопья AgCl отделяют декантированием и растворяют в 5—10-процентном растворе тиосульфата натрия.

Серебрение поверхности формы производят без применения источника электрического тока — за счет химической реакции:

серебро, восстанавливаясь до металлического, покрывает медную форму равномерным тончайшим слоем (толщиной всего в десятые доли микрона); дальнейшее осаждение серебра из раствора прекратится, как только образовавшаяся пленка серебра прекратит непосредственное соприкосновение меди с раствором серебра.

Этот способ вытеснения одного металла другим за счет разности их электрохимических потенциалов называется контактным.

Нанесенный тончайший слой серебра разделяет медь формы от меди, осаждающейся на нее в процессе электролиза, не давая образующимся кристаллам меди срастись с кристаллами медной формы. Чтобы еще в большей мере воспрепятствовать сращиванию формы, посеребренную форму дополнительно оксидируют в 2-процентном растворе дихромата калия или в водном растворе иода, погружая ее в один из этих растворов на несколько секунд, вследствие чего появляется темная пленка хромата или иодида серебра.

По получении репродукции требуемой толщиной ее отделяют от формы с помощью лезвия ножа, вводимого между формой и полученной репродукцией.

Изготовление форм

Требования, предъявляемые к формам

Материалы, идущие на изготовление форм для гальванопластического репродуцирования скульптуры, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) легко отделяться от заформованных предметов, давать точные их отпечатки;

2) иметь минимальную усадку при схватывании и затвердевании, не деформироваться при остывании или сушке;

3) не обладать гигроскопичностью, быть безвредными для электролита, не загрязнять его и не разрушаться от длительного пребывания в электролите;

4) легко связываться с наносимым электропроводящим слоем.

Ввиду того что гипсовые формы гигроскопичны, их приходится для удовлетворения третьего требования подвергать дополнительной пропитке в озокерите, воске или парафине.

ГИПСОВЫЕ ФОРМЫ

Изготовление гипсовых форм с круглой скульптуры

Изготовление объемных форм из гипса для целей гальванопластики при воспроизведении художественной скульптуры не отличается особыми приемами от обычного формования.

Как было уже отмечено выше, черновые формы обычно состоят из двух, иногда трех кусков-раковин. На рисунке 6 показана основная часть черновой формы для репродукции бюста.

Черновая форма, состоящая 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 в отдельности. Для монтирования скульптуры подготавливают соединительные швы раковины, затем спаивают их.

Для получения репродукции, не требующей подгонки и спаивания двух разрозненных ее 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 в отдельности наиболее просто и технически удобно, но требует подгонки раковин.

На рисунке 8 показана скульптура, изготовленная в черновой форме. В ее затылочной части облой, который удаляют, после чего в это место впаивают затылочную деталь, изготовленную во второй раковине черновой формы. В данной скульптуре боковины и спина отсутствуют, так как они плоские; их изготовляют из листовой меди и при монтаже впаивают.

Рис. 8. Скульптура, изготовленная в черновой форме.