Занимательная гальванотехника: Пособие для учащихся - Николай Одноралов

Цвет тонких пленок обусловлен явлениями интерференции света, падающего на пленку и отражающегося как от верхней, так и от нижней поверхности пленок: благодаря различной скорости прохождения света отраженный луч может усиливаться или затухать. Когда на пленку падает белый луч, одна часть его усиливается, другая — затухает, в результате чего пленка получает в зависимости от ее толщины тот или иной цвет.

Химическое окрашивание. Ванна для декоративной отделки меди и омедненных изделий в яркие цвета содержит (г/л):

Тиосульфат натрия… 125

Ацетат свинца… 40

При составлении ванны каждый компонент растворяют отдельно и смешивают перед самым употреблением.

Изделия, смонтированные на проволоке, погружают в ванну, слегка передвигая их в растворе до тех пор, пока не получится требуемый цвет, затем быстро промывают в воде. В процессе окрашивания осаждается сульфид свинца. Этот раствор в кипящем состоянии дает в первые несколько секунд золотистое окрашивание, затем (через 0,5 мин) окраска изменяется и переходит в синий цвет. Для получения синего цвета следует поддерживать температуру раствора до 60 °C, а для получения золотистого цвета — 35–40 °C. Цвета появляются последовательно.

Окрашивание изделий из латуни может производиться в растворе гидроксида натрия, натриево-калиевой соли винной кислоты, сульфата меди. Для придания золотистого оттенка изделие можно обрабатывать в 15-процентном растворе серной кислоты.

Раствор составляют следующим образом: все три компонента в отдельности растворяют в воде, затем раствор гидроксида натрия смешивают с раствором сегнетовой соли и, наконец, в раствор вводят сульфат меди. Температура раствора должна быть не ниже 18–20 °C.

Электрохимическое окрашивание поверхностей художественных изделий в различные цвета производят путем нанесения тончайшей пленки оксида меди (I) на катоде (изделие) из водных растворов органических соединений меди. Этот способ позволяет производить окрашивание в различные яркие цвета в зависимости от режима обработки изделий. Электролиз при окрашивании изделий происходит при очень низких плотностях тока (табл. 7).

Существенным фактором для получения качественного, равномерного цвета является предварительная подготовка поверхности изделия. Равномерную окраску трудно получить на слишком тонкой пленке. Для того чтобы избежать неравномерности интерферирующего оттенка, возникающей вследствие различной светопоглотительной способности поверхности металла, можно применять гальваническое нанесение подслоя из меди. Кроме того, рекомендуется полирование, крацевание или пескоструйная обработка.

Различные оттенки пленки могут быть получены не только вследствие структурной неравномерности металла, но и в связи с посторонними включениями в основной металл.

Различные способы механической обработки поверхности металла также влияют на оттенки пленки.

Видоизменение цвета пленки, зависящее от времени выдержки изделия в электролите, может быть представлено в виде следующих двух циклов:

С каждым последующим циклом на интерферирующие цвета все большее влияние оказывает собственный цвет оксида меди (II).

После девяти циклов глаз перестает улавливать изменение интерферирующих цветов. Оксидные пленки начинают приобретать темно-красный цвет (в то время переливающийся всеми цветами), который уже больше не подвергается циклическим изменениям.

В промежуточные отрезки времени (30 с, 70 с, 190 с и т. д.) можно получить цвета самых разнообразных оттенков, образующихся в результате смешения цветов.

Для получения тонких цветных окисных пленок наиболее удобными являются растворы, дающие образование оксида меди (II) с умеренной скоростью.

Для того, чтобы получить такой раствор, следует проследить скорость смены цветов на катоде. Если скорость образования оксида меди (II) на катоде слишком велика для того, чтобы можно было остановить процесс сразу по получении нужного цвета, рост пленки можно задержать, например, снижением щелочности раствора, понижением температуры, разбавлением раствора или комбинацией этих приемов.

Для цветного электрохимического окрашивания существуют разнообразные электролиты, состоящие в большинстве случаев из органических соединений[9] (г/л):

Для вышеприведенных растворов принимаются режимы, приведенные в таблице 7.

Электрохимическое окрашивание можно производить также в электролите следующего состава (г/л):

Сульфат меди… 60

Сахар-рафинад… 90

Гидроксид натрия… 40

Раствор, содержащий сульфат меди и сахар, следует вливать в раствор щелочи. Плотность раствора при 16 °C 1,10. Аноды — медные. Режим работы следующий: температура 25–40 °C, катодная плотность тока 0,01 А/дм2. Изделия после погружения в ванну выдерживаются без тока в течение 1 мин.

По мере уменьшения объема электролита в раствор добавляется дистиллированная вода. Свежеприготовленный электролит может работать длительное время без корректирования, пока концентрация электролита не снизится до 67 %, что можно определить измерением его плотности.

Для получения более блестящих поверхностей в электролит добавляют 20 г карбоната натрия. Однако электролит без карбоната натрия более стоек. Снятие цветного оксидного слоя производится в 5-процентном растворе аммиака. Для лучшего предохранения окрашенного слоя от коррозии и механических повреждений изделия рекомендуется покрывать прозрачным лаком (нитролаком, глифталевым, перхлорвиниловым и др.).

Существуют и другие составы электролитов. Например, следующий состав (г/л):

Сульфат меди… 110—115

Лимонная кислота… 100—105

Гидроксид натрия… 120—125

Температура комнатная; катодная плотность тока от 0,08 А/дм2 и выше.

По другому способу изделия из стали или имеющие медный подслой окрашиваются в щелочной медной ванне такого состава (г/л):

Сульфат меди… 10—30

Гидроксид натрия… 50—70

Глицерин… 20—65

Хлорат натрия… 1—4

Температура комнатная; катодная плотность тока 0,005—0,15 А/дм2.

Существуют и другие составы электролитов для цветного окрашивания, например (г/л):

1. Молибдат аммония… 10

Тиосульфат натрия… 10

2. Молибдат аммония… 10

Аммиак (25-процентный раствор)… 7

3. Тиосульфат натрия… 240

Ацетат свинца… 25

Сульфат калия… 30

4. Сульфат меди… 25

Сульфат никеля… 25

Соль хлорноватистой кислоты… 12

Перманганат калия… 7

Для получения зеленой окраски со слабым оливковым оттенком предлагается электролит следующего состава (г/л):

Сульфат меди… 60

Сульфат цинка… 45

Молибдат аммония… 30

Температура электролита комнатная; напряжение не менее 1,5 В; катодная плотность тока 0,4–0,4 А/дм2.

Химическое никелирование производится без электрического тока. В процессе никелирования происходит восстановление никеля из его солей. Этим способом можно никелировать изделия из стали, чугуна, меди и ее сплавов, серебра, различных алюминиевых сплавов, а также из керамики и пластических масс.

Химическое никелирование дает возможность наносить равномерный слой никеля при любой конфигурации изделий. Получаемое покрытие представляет собой соединение никеля (93–95 %) с фосфором (5–7 %).

В настоящее время известны различные составы для химического никелирования.

Кислые растворы могут быть применены и для покрытия изделий из меди и медных сплавов (бронза, латунь), но при этом необходим кратковременный контакт изделий с металлом, имеющим большой электроотрицательный потенциал, например алюминием, железом (см. табл. 1).

Положительные результаты при никелировании изделий из цветных металлов (алюминия и сплавов на медной основе) получаются также и в щелочных растворах.

Примером такого раствора может служить следующий.

В 1 л воды растворено цитрата натрия 70 г, хлорида аммония 50 г, хлорида или сульфида никеля 25 г, гипофосфата натрия 10 г. На 1 л этого раствора вводится 150 мл 25-процентного раствора аммиака, который следует периодически, в течение процесса никелирования, добавлять для сохранения постоянного значения концентрации водородных ионов (pH 10). Температура раствора 82–87 °C. В процессе никелирования изделий из алюминия и его сплавов следует вводить 0,3 г сульфата аммония на 1 л раствора.

Скорость осаждения никеля в таком растворе составляет 10–12 мкм/ч. Можно взять раствор, содержащий в 30 г сульфата никеля 10 г гипофосфата натрия при (pH 5). Процесс химического никелирования можно вести или до полной выработки раствора и его замены, или с регулярным введением в раствор израсходованных компонентов. Хорошее качество покрытия и прочность его сцепления с основным металлом во многом зависят от тщательности предварительной подготовки поверхности изделий.