Наука всегда помогала человечеству изобретать что-то новое и делать что-то необыкновенно красивое. Так при помощи метода гальванопластики современное общество сегодня пытается скопировать элементы природы: листья, цветы, букашек, жуков, и сделать из них настоящие произведения искусства. А почему бы и нет: такие изделия всегда будут актуальными и популярными, так как придумать лучшие формы, чем сделала это природа, человеку еще не удавалось.
Давайте сегодня попробуем хоть немного разобраться с тем, что такое гальванопластика, какие примеры гальванопластики мы можем встретить в повседневной жизни, и как ее используют для создания самых необыкновенных по красоте ювелирных украшений.
Что такое гальванопластика понятным языком?
Гальванопластика – технология получения точных металлических копий различных предметов, путем осаждения разнородных металлов на модели. Другими словами, мы берем в руки какой-то предмет, который хотим скопировать до мельчайших подробностей. Далее посредством электрохимического влияния и разнородных манипуляций, мы осаждаем на этом предмете тонкий слой металла. На следующем этапе модель отделяется от покрытия. Все.
Основной целью метода гальванопластики является получение точной металлической копии модели, воспроизведение точной формы предмета, или нанесение тонкого покрытия металла. Вы, скорее всего, понимаете, что если взять в руки лист с любого дерева, то его механическими методами просто невозможно скопировать до мельчайших подробностей. На такие подвиги способна только машина или супер точный робот. Однако все равно всех перегибов, выпуклостей и мельчайших деталей компьютеризированный мозг не способен воспроизвести.
Гальванопластика получила такое романтическое название по той причине, что осаждаемый в процессе электролиза металл «пластически точно» воспроизводит изделие, отпечаток которого был в форме.
Начало этой технологии в России и во всем мире связано с именем Б.С. Якоби (1801-1874 гг.), который и открыл метод гальванопластики. Якоби родился в Германии – здесь его звали Мориц Герман. В 1835 году он переехал в Россию.
В 1836 г. Якоби Б.С. изобрел оригинальную конструкцию медно-цинкового гальванического элемента. 4 октября 1838 года Б.С. Якоби официально сообщил о своем изобретении в письме к секретарю Академии наук П.Н. Фуссу в город Санкт-Петербург. На следующий день об изобретении было незамедлительно доложено на заседании Академии наук. К письму была приложена гальванопластическая копия гравировальной доски, на которой был изображен двуглавый орел. Под орлом помещалась надпись, составленная женой ученого: «Великое великим парит и осеняет».
Метод гальванопластики дает самые неограниченные возможности для копирования, и, соответственно, для творчества. Это метод позволяет создавать документально точные:
- копии барельефов;
- гербов;
- монет;
- медалей;
- мемориальных досок;
- эмблем;
- табличек с надписями.
Также эта технология широко применяется при реставрации или создании предметов интерьера, скульптур, статуэток, светильников, подсвечников, предметов быта, сувениров и т.д.
Принцип действия
Принцип работы этого метода довольно простой. Рассмотрим процессы покрытия и копирования.
Покрытие
Предмет, например, ложка, вилка, табличка, монета, пластик, эмаль, листик с дерева помещается в ванную с химическим раствором. Далее эта вся система подключается к источнику питания и запускается электрохимическая реакция, при которой металл из раствора (то есть, атомы металла, присутствующие в жидкости) осаждается на поверхности предмета. Чем дольше поддерживать протекание реакции, чем толще осадок получается на модели. Далее процесс останавливается, модель остужается и промывается в проточной воде от реактивов. Все готово, предмет покрыт слоем металла.
Копирование
Если вы собрались не нанести покрытие на предмет, а полностью скопировать его, не подвергая никаким воздействиям, то путь немного другой.
- С копируемого предмета или изделия (назовем его моделью) прежде всего снимают отпечаток с двух сторон на легкоплавком металле, воске, пластилине или гипсе, как, например, делается отпечаток ключа для копирования.
- Далее эти две половинки-копии отпечатков соединяют (склеивают) между собой, оставляя отверстие для заливки модельного материала типа воска – эта конструкция называется литейной формой.
- После в эту форму заливается жидкий легкоплавкий металл.
Для позолоты куполов храма Христа Спасителя в Москве, Исаакиевского собора, Петропавловского собора и нескольких других гальванопластическая мастерская при участии Б.С. Якоби израсходовала 45 пудов 32 фунта (750,2 кг) золота.
- Литейная форма помещается в холодное место, чтобы мастер-модель застыла.
- Чтобы достать полученную мастер-модель, литейную форму распиливают на две половинки таким образом, чтобы ни в коем случае не повредить полученную копию. Далее ее обезжиривают и подвергают меднению в электролитической ванне, то есть, гальванопластике. Для того чтобы металл не откладывался на тех сторонах формы, где нет оттиска, их покрывают расплавленным воском или парафином при помощи кисточки.
- После процесса гальванопластики легкоплавкий металл, заключенный в медную оболочку, расплавляют в кипящей воде, получая таким образом матрицу. Последнюю заливают гипсом или свинцом, и копия готова.
Преимущества метода
Изготовление копий предметов методом гальванопластики предоставляет ряд преимуществ:
- высокое качество воспроизведения;
- возможность изготовления изделий с высотой рельефа до 20 мм;
- возможность финишной отделки изделий из гальванопластики – придание заданного цвета и покрытие защитными материалами;
- низкая стоимость по сравнению с другими технологиями – литьем и чеканкой;
- возможность изготовления как единичных изделий, так и крупных партий;
- высокая скорость изготовления гальванопластики и возможность быстрого начала производства;
- меньший вес изделия из гальванопластики по сравнению с металлической отливкой.
Обучение работы с гальванопластикой дома с нуля
Для повторения эксперимента дома вам придется хорошенько подготовиться, однако мы заранее предостерегаем вас, что придется иметь дело с ядовитыми химическими реактивами. Поэтому или все таки оставьте эксперименты для специалистов, или проводите ваши опыты в хорошо проветриваемой комнате с мощной вытяжкой, чтобы не отравиться.
Оборудование
Какое оборудование нужно собрать:
- В качестве гальванической ванны можно использовать любую стеклянную емкость таких размеров, чтобы покрываемый металлом предмет свободно в ней размещался.
- В качестве источника тока можно использовать автомобильный аккумулятор или источник питания с диапазоном напряжения от 6 до 12 В.
- Модель будет цепляться на токопровод при помощи медных проводов. Диаметр провода должен составлять приблизительно 0,8…1 мм.
- Токоподвод делается обычно из медных стержней, которые потом в свою очередь присоединяются к источнику питания.
- В ванну с реактивом необходимо постоянно поддерживать определенную температуру. Для этого вам понадобится нагреватель и охладитель. В качестве нагревателя можно использовать обычный кипятильник или электрическую плиту. Использовать открытый огонь для нагрева специалисты не советуют, так как с открытым огнем тяжело контролировать температурный режим, можно случайно перегреть раствор, чего нам совершенно не надо. К тому же, есть риск испортить дорогую газовую плиту каким-нибудь ядовитым раствором. В качестве охладителя вы можете опустить в емкость мягкий шланг и присоединить его к крану с проточной водой.
- Термометр для контроля температуры в пределах 18°…25°C. Желательно использовать спиртовой прибор, так как он более точно измеряет температуру, чем любые другие электрические аналоги.
- В процессе реакции жидкость необходимо будет постоянно перемешивать. Для этого возможно использовать обычный аэратор или циркулятор воды для аквариума.
- Респиратор и перчатки. Любые химические реактивы очень плохо дружат с человеком, поэтому необходимо обязательно соблюдать технику безопасности, чтоб оградить себя от попадания химии на руки и лицо при помощи защитных средств.
- Посуда. Лучше всего прикупить на рынке или базаре набор химической посуды (колбы, чашки, кипелки). Но если такой возможности не представилось, то можно пользоваться любой бытовой стеклянной посудой. Еще понадобится стеклянные бутылки с притертой крышкой. Они необходимы для хранения реактивов и электролитов.
- Измерительное оборудование. Без чего нельзя обойтись так это без весов, так как отмерять реактивы придется с точностью до 1 грамма. Также необходим будет измеритель плотности жидкости, вольтметр для напряжения и амперметр для тока.
Готовим раствор
Далее приготовление раствора. Если вы хотите на поверхности пластины осадить медь, например, для меднения листьев, тогда берут 150-180 г медного купороса. Его необходимо тщательно перемещать с 1 литром чистой (желательно дистиллированной) воды. В эту химию для повышения электропроводности добавляют серную кислоту плотностью 1,4-1,6 г/см3 массой 20-25 г. Для повышения качества осажденной меди можно добавить спирт в количестве 8-10 г/л.
Запомните, что в электролите не должны присутствовать никакие органические включения, вредно влияющие на работу раствора.
Химические составы электролитов для никелирования, серебрения, золочения, и т.п. отличаются друг от друга, но в их составе обязательно присутствует кислота, вода и сульфаты или нитраты наносимых металлов.
Расчет плотности тока
Ровное плотное покрытие предмета металлом (медью, никелем и прочими металлами) получается при определенной величине тока, которая зависит от двух факторов:
- площади поверхности предмета;
- допустимой для данного электролита плотности тока.
Производится следующий расчет. К примеру, модель предмета имеет общую поверхность равную 0,5 дм2. Допустимая плотность тока в реакции должна составлять 0,5 А/дм2. Это значит, что ток не должен превышать Iмакс=0,5-0,5=0,25 (А).
Теперь собираем схему
Нам нужно подготовить два электрода, которые называют катод (электрод с отрицательным потенциалом) и анод (электрод с положительным потенциалом).
В нашей схеме катод состоит из трех деталей:
- модели, которую нужно скопировать;
- медного токопровода;
- токоподвода.
Модель очень жестко закрепляется вручную на токопроводе. Эта деталь в свою очередь вешается на токоподвод, который в горизонтальном положении крепится на стеклянной таре. Далее при помощи обычных проводов токоподвод присоединяется к отрицательному полюсу источника питания.
Собираем анод. Анодных пластин должно быть две. Обычно они изготавливаются из двух толстых пластин меди, которые устанавливаются в ванну на определенном расстоянии друг от друга, параллельно. Расстояние выбирается таким образом, чтобы между анодными пластинами свободно помещалась подвешенная модель катода. Однако можно сделать анод другим способом. Возьмите одну медную пластину и загните ее в форме цилиндра. При этом имейте в виду, что объема внутри цилиндра должно быть столько, чтобы туда без проблем помещался катод, со всеми своими подвесками. Важно, чтобы покрываемые предметы были обращены к анодам своими наибольшими площадями и находились с ними примерно в параллельных плоскостях.
Далее аноды крепятся к горизонтальным токоподводам. Эти перекладины, необходимо снабдить клеммами для удобства и надежности соединения. Проволоки, которыми прикреплен анод к перекладине, должны находиться выше уровня электролита, особенно если они сделаны из другого металла. Иначе в этом месте проволока утончается и перегорает.
Аноды должны быть очень тщательно очищены от окислов, грязи и обезжирены, так же как и предметы, предназначенные для покрытия металлом.
Важным условием успеха данной технологии является чистота. Если в электролите появилась легкая муть или образовался осадок, то раствор необходимо профильтровать. Для этого найдите пустую емкость достаточного размера. Вымойте ее. Просушите. За это время вся грязь в растворе усядется. Аккуратно, не опрокидывая стеклянную ванную, посредством трубочки (как сливают бензин с машины) либо чашки (методом зачерпывания), перелейте раствор. Гущу со дна зачерпывать не стоит. Ее лучше просто утилизировать. Однако остатки раствора не стоит смывать в канализацию. С трубами могут потом работать сантехники, которые просто-напросто пожгут себе руки, при контакте с вашими химикатами, да и труды от такого раствора вам спасибо не скажут.
Электрическая схема подключения
Электрическую схему подключения вы можете без проблем найти в интернете. Однако следует помнить одно простое правило. Для получения хорошего осадка необходимо, чтобы в процессе реакции поддерживалась надлежащая сила тока на единицу поверхности катода. Для регулирования электрической схемы пользуются реостатом, который вводят через провода к ванне. А чтобы знать напряжение на электродах, ставится вольтметр.
Примеры изделий из гальванопластики вы могли видеть в церквях, музеях, выставках. Это иконы, гербы, таблички с надписями.
Финиш
Запомните, что предмет, вынутый из ванны, как бы хорошо он ни был предварительно отполирован, имеет матовую поверхность. Для придания блеска его полируют тончайшим мелом (зубным порошком) при помощи суконки или прорезиненного круга.
Покрытие металлом неметаллических предметов: жуков
Для покрытия металлом различных насекомых, бабочек, жуков, других предметов их необходимо подготавливать соответствующим способом. Насекомых вымачивают в 1,5 % растворе сулемы (хлорид ртути II, бесцветное кристаллическое растворимое в воде очень ядовитое соединение). Далее их высушивают, покрывают специальным лаком или тонким слоем воска. Затем всю поверхность нужно сделать токопроводящей, иначе металл не ляжет. Для этого жука при помощи кисточки смазывают жидкой кашицей из графита, разведенного на спирте или водке. После высыхания излишки графита удаляют.
После этого насекомое подвешивают на нескольких тонких медных проволочках диаметром 0,1-0,2 мм и помещают в гальвано-пластическую ванну. Для устранения плавучести в электролите бабочку или жучка прикрепляют парафином к грузику. Это может быть стекло или кусочек пластмассы. Продолжительность этого процесса обычно занимает несколько часов. Толщина покрытия может колебаться от 0,1 до 2 мм в зависимости от выдержки.
Возможно ли делать украшения по методу гальванопластики в домашних условиях
На данный вопрос есть только лишь один ответ: да, все у вас может получиться, однако придется хорошенько «напрячься». Причин тут несколько:
- В принципе, все необходимое для опытов можно сегодня купить в конторах торгующими химическими реактивами. Но есть одно «но». В России процесс приобретения химии в последнее время стал очень тяжелым занятием. Покупателю реактивов требуется представить доверенность, какую-то выписку из разрешительного документа, что, мол, данное лицо может заниматься соответствующей деятельностью, оплата обычно безналичная и прочие сложности. Для решения этой задачи можно пойти более простым путем и обратиться в хозмагазины, на рынки, СТО или к товарищам.
- Помимо реактивов, необходимо закупаться нормальным оборудованием. Тут обычной банкой не обойдешься. Как минимум вам понадобится чистый, качественно сделанный аквариум. Иначе, реактив будет на столе, ногах, полу, везде, где только можно. А это не совсем безопасно для здоровья.
- Вы найдете огромное количество описаний алгоритмов гальванопластики в интернете и в книгах, однако ошибки и недостаток опыта никто не отменял. Прежде чем наладить производство, вам придется не один час поколдовать, чтобы понять: какой ток лучше выбрать, как правильно чистить поверхность изделий от грязи, как правильно делать формы и т.д.
- Запомните один совет: если вы собрались серебрить металлы или покрывать золотом какие-либо изделия из серебра, то лучше отточите свое мастерство на обычной меди или никеле. Не прибегайте сразу к дорогостоящим металлам. Вы просто-напросто выкинете деньги на ветер, и ничего толком не получится.
Мастер-класс изготовления украшения по технике гальванопластики в домашних условиях
Чаще всего нас интересует техника гальванопластики с точки зрения изготовления различных украшений, как бижутерии, так и ювелирных изделий. Давайте на простом примере разберемся, как в домашних условиях можно изготовить украшение из листьев.
- Для начала со свежих листьев необходимо снять отпечатки, для чего в формочку из плотной бумаги заливают восковую композицию, Далее дают ей остыть почти до полного отвердения, но с таким расчетом, чтобы поверхность ее была эластичной. Затем на поверхность воска накладывают листья и прижимают их стеклом. Когда стекло снимают, на восковой композиции остается четкий отпечаток.
- После полного затвердения воска нужно приготовить токопроводящее покрытие. Форму с отпечатком осторожно графитируют мягкой кистью для создания электропроводного слоя. Проводящий слой может быть нанесен способом восстановления некоторых металлов (серебра, меди, никеля) или механическими путями: втиранием в поверхность формы чешуйчатого графита мягкой волосяной кистью или нанесением покрытия графитового лака.
- Далее необходимо обмерять листья, чтобы определить площадь осаждаемой поверхности, рассчитать плотность тока и сопротивление реостата.
- После этого, если ванная хоть раз уже была использована, необходимо подготовить токоподводы. Их аккуратно зачищают наждачной бумагой от различных окислов, грязи, протирают тканью и промывают в проточной воде.
- Не забываем подготовить анод.
- Запускается процесс нагрева ванны при помощи нагревателя или кипятильника.
- Далее, установив проводники на форме, подвешивают груз (катод) и опускают ее в гальваническую ванну.
- Запускается процесс реакции.
- После нанесения достаточного слоя поверхностного металла установку выключают.
- Красоту вынимают из ванны, отсоединяют от токопроводов, отмывают в чистой дистиллированной воде и полируют.
Итак, вы, наверное, растерялись, прочитав эту статью. Понятное дело. Для того чтобы воспроизвести весь этот алгоритм, требуется достаточное количество знаний из многих отраслей науки и техники. Тут без подготовки не обойтись. Однако все приходит с опытом, великими учеными не рождаются, а становятся, преодолевая огромные кучи книг, посещая множество лабораторий, претерпевая попытки и неудачи. Поэтому если вы захотели поэкспериментировать или просто поиграться в великого химика, тогда не пугайтесь умных слов и длинного списка работ, а действуйте, и скоро на горизонте появится результат.
