Химическое окрашивание металлов
Процесс изменения цвета металлических поверхностей с помощью различных химических растворов
Генри Мур, «Семейная группа» (1950), патинированная бронза
Накладка на голову быка, около 700-600 гг. до н.э., урарты, северо-запад Ирана, бронза – Музей искусств Кливленда, ранний пример окраски металла
Металлокромия – цветные кольца Nobilis, Музей Галилея; Флоренция.

Химическое окрашивание металлов — это процесс изменения цвета металлических поверхностей с помощью различных химических растворов.

Химическую окраску металлов можно разделить на три типа:

  • гальваника — покрытие поверхности металла другим металлом с помощью электролиза .
  • Патинирование – химическая реакция поверхности металла с образованием цветного оксида или соли . [1]
  • анодирование – процесс электролитической пассивации, используемый для увеличения толщины естественного оксидного слоя, создавая пористую поверхность, которая может легко принимать 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 подразумевает химическую реакцию, тогда как простое покрытие в ней не участвует.

История

Процессы химического окрашивания металлов так же стары, как и технология металлообработки. Некоторые из самых ранних известных примеров цветных металлических предметов имеют возраст около 5000 лет. Это бронзовые отливки с некоторыми серебристыми деталями, которые происходят из Анатолийского региона. [2] Похожие процессы можно найти на некоторых древнеегипетских медных листах. [3] Еще одним примером раннего химического окрашивания металлов является небесный диск Небры , имеющий зеленую патину и золотые инкрустации. Ранним примером черного железа является знаменитый кельтский наконечник копья, найденный в реке Темзе и датируемый между 200 и 50 годами до нашей эры. [4] [5]

Плиний Старший упоминал различие между естественной и искусственной патиной в первом веке нашей эры. [6] Другим древним документом о химической окраске металлов является Лейденский папирус X (III век нашей эры). Зосима из Панополиса , греко-египетский алхимик, живший в конце III и начале IV веков, также чрезвычайно важен, поскольку приписываемые ему тексты считаются старейшими письменными рецептами химической окраски металлов. [7]

Двумя важными источниками Средневековья по химически окрашенным металлам являются Mappae clavicula , датируемый IX–XII веками, и труд Феофила Пресвитера De Diversis Artibus , датируемый XII веком.

В эпоху 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 Гаурикусом в его работе «De Sculptura» 1504 года. Андре Фелибьен также кратко упоминает некоторые методы патинирования бронзовых скульптур в своей работе «Principes» в 1699 году. [9]

Начало современной научно обоснованной химической или электрохимической окраски металлов отмечено открытием Леопольдо Нобили (1784–1835) цветных колец Нобилиса в 1826 году. [10] Леонард Эльснер, Александр Уатт, Антуан Сезар Беккерель (1788–1878) и Рудольф Кристиан Бёттгер (1806–1881) также являются важными людьми в ранней истории электрохимической окраски металлов. Джордж Ричардс Элкингтон (1801–1865), известный своим патентом на гальванопокрытие серебром и золотом (1840), запатентовал по крайней мере один процесс электрохимической окраски металлов (его процедура была далее разработана и усовершенствована американцем Дж. Э. Стареком в 1937 году. ). [11] [12] В 19 веке были опубликованы первые руководства, посвященные исключительно химической окраске металлов. [13]

В 1868 году Пушер впервые сообщил о применении многоцветной или блестящей патины на основе тиосульфата натрия и ацетата свинца (современные рецепты для этой патины используют соединения меди вместо токсичного свинца). [14] [15]

С конца XVIII века химическое окрашивание металлов стало постоянной темой различных сборников рецептов химической технологии, а с середины XIX века эта тема вошла в большинство руководств по гальванопокрытию и справочников ювелиров и серебряных дел мастеров.

Большой прогресс был достигнут в промышленном применении химического окрашивания металлов в начале 20-го века. Например, около 1905 года были получены первые патенты на черный никель (немецкие патенты DRP 183972 и DRP 201663) и черный оксид (около 1915–1922, немецкие патенты DRP 292603, DRP 357198, DRP 368548). Между 1923 и 1927 годами были опубликованы первые патенты Великобритании, касающиеся оксидированного алюминия., [16] [17] и черный хром был разработан в 1929 году (немецкий патент GP 607, 420).

После Второй мировой войны возрос интерес к зеленым патинированным медным листам, которые в первую очередь предназначались для архитектурного использования. [18] [19] [20] Технологии анодного окисления титана , а позднее ниобия и тантала , развивались с середины 1960-х годов. Технология анодного окисления нержавеющей стали была разработана также в 1957 году. (патент US 2957812A). [21] [22] [23]

В настоящее время изучаются возможности использования бактериальных культур при патинировании меди и железа, а также тестируется лазерное окрашивание меди и ее сплавов, ниобия , нержавеющей стали и хромированных предметов. [24] [25]

Использует

Химическое окрашивание металлов в основном используется при изготовлении скульптур, ювелирных изделий, значков, медалей, часов и украшений. Оно также используется в архитектуре, металлографии, при изготовлении металлической мебели, а также в военных целях и декоративных сосудах. Оно используется в некоторой степени при реставрации и консервации металлов.

Примеры

Металл для окраски должен быть полностью очищен от окислов и жира . Защитную одежду, перчатки и очки следует использовать в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе.

Черный для серебра

Предметы погружают в 2,5% раствор сульфида калия или натрия , после появления цвета тщательно промывают и покрывают воском или лаком. [26]

Зеленый для меди и ее сплавов

Окрашивайте или распыляйте на предметы раствор 250 граммов карбоната аммония / 250 граммов хлорида аммония / 1 литр воды, каждый слой сушите в течение 24 часов, после достижения желаемого оттенка покройте его воском или лаком. Коричневый или черный можно использовать в качестве базового цвета для медной патины. Если количество хлоридов уменьшается, цвет будет более голубовато-зеленым, если количество карбонатов уменьшается, более желто-зеленым. [27]

Черный для меди

Раствор полисульфида натрия 2,5%, после проявления цвета предметы необходимо погрузить в раствор, вымыть, высушить и покрыть воском или лаком окрашенные предметы. [27]

Коричневый для меди

Изделия кипятят в водном растворе 12%-ного медного купороса , выдержанном не менее 3 дней, после проявления цвета материал промывают, сушат и покрывают 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 для любого металла, который можно нагреть до указанной температуры (кроме свинца, олова и их сплавов). [28]

Коричневый для железа

Используйте 5% водный раствор хлорида железа . Предмет покрывают раствором, через 24 часа натирают грубой тканью или тонкой стальной ватой , процесс повторяют не менее трех раз, в конце материал следует протереть жирной тряпкой. [29]

Серый для олова или олова

Использовать 20% водный раствор хлорида железа, необходимо погрузить предметы в раствор, высушить и покрыть воском или лаком. [30]

Серо-черный для цинка

Используйте 20% водный раствор хлорида железа, погружайте предметы на 20 минут, после появления цвета предметы следует промыть, высушить и натереть воском или покрыть лаком. [30]

Черный для алюминия

Вскипятите раствор 20 г молибдата аммония и 5 г тиосульфата натрия в литре воды, погрузите в него предметы, промойте, высушите, покройте воском или лаком после проявления цвета. [31]

Цвета блеска

Используйте раствор 280 г тиосульфата натрия , 25 г ацетата меди и 30 г лимонной кислоты . Его можно использовать на меди и ее сплавах, серебре, никеле, железе, золоте. Цвет зависит от продолжительности погружения, последовательность цветов на латуни: золотисто-желтый-медный-фиолетовый-темный, синий-светлый, синий-хром-никель-красно-серый, синий и серо-черный для железа 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 виннокислого калия-натрия , 12 г сульфата меди, 1 л воды, температура раствора 18-22 °C, 5–50 минут, желтый, коричневый, красный, зеленый, синий, фиолетовый, объект должен контактировать с куском меди, площадь поверхности которого в 300 раз меньше площади обрабатываемого объекта. [34]

Разные цвета на титане

В качестве простого электролита можно использовать 3% раствор тринатрийфосфата , катод из нержавеющей стали, предмет в качестве анода. Цвет зависит от напряжения. Можно использовать много других электролитов, 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. Обязательно, чтобы этот процесс выполнялся в резиновых перчатках (потенциально опасное напряжение!). [35]

Различные цвета на нержавеющей стали 18 Cr / 8 Ni

7,5 г бихромата натрия , 1000 мл серной кислоты (1,24 г/см3 ) , свинцовые катоды, объект в качестве анода, температура 70-90 °C, 0,06 А/дм2 , напряжение 1,3 В — цвета зависят от продолжительности процедуры (5-50 мин.), коричневый, синий, красновато-коричневый, желтый, зеленый. Согласно русской литературе после обработки предметы следует замочить в растворе бихромата калия (5-10%), 5-15 минут, температура раствора 70-90 °C. [36] Согласно одному китайскому патенту, обработанные предметы затем можно погрузить в горячий разбавленный раствор силиката натрия (1-5%, 95-100 С, 3-10 мин.). [37] Шестивалентные хроматы канцерогенны и токсичны, в качестве замены сейчас 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/дм 2 , 0,1–15 минут). [38] [39] [40]

Ссылки

  1. ^ Фишлок, Дэвид: Окрашивание металлов, Теддингтон 1962., стр. 8
  2. ^ Ланис, Сьюзен; Крэддок, Пол: Металлопокрытие и патинирование: культурное, техническое и историческое развитие, Бостон 1993., стр. 6
  3. ^ Хьюз, Р.; Роу, М. Окраска, бронзирование и патинирование металлов, Лондон, 1982, стр. 10
  4. ^ Giumlia-Mair, Alessandra (1 декабря 2020 г.). «Плавирование и поверхностная обработка древних металлических изделий». Advances in Archaeomaterials . 1 (1): 1– 26. doi : 10.1016/j.aia.2020.10.001 . S2CID  234560603.
  5. ^ "Наконечник копья | Британский музей".
  6. ^ http://www.che.uc.edu/jensen/W.%20B.%20Jensen/Books/Leyden%20&%20Stockholm%20Papyri.pdf Архивировано 06.12.2019 на Wayback Machine . Получено 1.01.2018.
  7. ^ Giumlia-Mair, Alessandra (2020). «Плавировка и поверхностная обработка древних металлических изделий». Advances in Archaeomaterials . 1 : 1– 26. doi : 10.1016/j.aia.2020.10.001 .
  8. ^ https://archive.org/stream/bub_gb_Gsh2BJGzZLEC#page/n67/mode/2up Получено 2.01.2018.
  9. ^ http://northernlightstudio.com/docs/Patina.doc Получено 26.01.2018.
  10. ^ Л. Нобили: Sui colori ingenere ed in particolare sopra una nuova scala cromatica dedotta dalla metallocromia ad uso delle science e delle arti, Antologia, 39, 117, 1830 и su Bibl. унив. 15, 337, 1830; 16, 35, 1830 г.
  11. ^ Фишлок, Дэвид: Окрашивание металлов, Теддингтон, 1962., стр. 126
  12. ^ Патент США 2,081,121 A
  13. ^ http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6218907f.r=+patines+du+bronze.langFR Получено 2.01.2018.
  14. ^ http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj190/ar190108 Архивировано 12 октября 2019 г. на Wayback Machine. Получено 7 февраля 2018 г.
  15. ^ Фишлок, Дэвид: Окрашивание металлов, Теддингтон, 1962., стр.219
  16. ^ Патент Великобритании 290901, 1927.
  17. ^ Патент Великобритании 223994, 1923 г.
  18. ^ US1974140A
  19. ^ US3152927A
  20. ^ JPS53142935A
  21. ^ Патентное ведомство США, http://www.reflectionandrefraction.co.uk/history.html Получено 19.01.2018.
  22. ^ "Patent Images". pdfpiw.uspto.gov . Получено 5 мая 2020 г. .[ название отсутствует ]
  23. ^ "Окраска нержавеющей стали".
  24. ^ https://www.up2europe.eu/european/projects/biological-patina-for-archaeological-and-artistic-metal-artefacts_8707.html Получено 15.01.2018.
  25. ^ BA Dajnowski, J. Marczak, A. Sarzyński, M. Strzelec, JL Mass, A. Lins, SI Shah, R. Murray, TP Beebe Jr., Z. Voras: Создание лазерной патины на медных сплавах - происхождение цветов и их влияние на медные сплавы , METAL 2016, Нью-Дели 2017. Труды конференции, страницы 153 - 160
  26. ^ Фишлок, Дэвид: Окрашивание металлов, Теддингтон, 1962.
  27. ^ abc Deutsches Kupfer Institut: Chemische Färbungen von Kupfer und Kupferlegierungen , Берлин, 1974 г.
  28. ↑ Энджер, Р. Х.: Воронение и коричневание огнестрельного оружия, округ Онслоу, 1936.
  29. ↑ Энджер, Р. Х.: Воронение и потемнение огнестрельного оружия , округ Онслоу, 1936.
  30. ^ ab Buchner, G.: Die Metallfärbung und deren Ausführung , Берлин, 1891.
  31. ^ Краузе, Х.: Metallfärbung , Берлин, 1922.
  32. ^ Хьюз, Р., Роу, М.: Окрашивание, бронзирование и патинирование металлов , Лондон, 1992.
  33. ^ патент США 9,163,312 B2.
  34. ^ Патент СССР 815081
  35. ^ Унтрахт, О.: Концепции и технологии ювелирных изделий , Нью-Йорк, 1980.
  36. ^ Бобрикова, ИГ; Селиванов В.Н.: Технологии электрохимической и химической художественно декоративной обработки металлов и их сплавов , Новочеркасск, 2009., с. 87
  37. ^ «Способ производства нержавеющей стали с цветной зеркальной поверхностью».
  38. ^ Эллиотт, Джордж (2020). Электрохимическое окрашивание аустенитной нержавеющей стали в молибдате натрия и других экологически безопасных растворах (диссертация). Университет Лафборо. doi :10.26174/thesis.lboro.12530660.v1.
  39. ^ «Вид красящей жидкости, окрашенной для нержавеющей стали электрохимическим и колорирующим методом».
  40. ^ "Техника гальванохимической окраски нержавеющей стали".

Литература

Хиорнс, А. (1907). Окраска и бронзирование металлов. Лондон: Macmillan and Co. OCLC  3757279.

Кауп, В. Дж. (1914). Окраска и отделка металлов. Нью-Йорк: Industrial Press.

Филд, С. (1925). Химическое окрашивание металлов и родственные процессы. Лондон: Chapman & Hall, Ltd. OCLC  2922065.

Фишлок, Д. (1962). Окрашивание металлов . Теддингтон: Р. Дрейпер. OCLC  3982659.

Хьюз, Р.; Роу, М. (1991). Окрашивание, бронзирование и патинирование металлов (3-е изд.). Лондон: Thames and Hudson. ISBN 9780500015018. OCLC  24734412.

LaNiece, S.; Craddock, P. (1993). Металлопокрытие и патинирование: культурное, техническое и историческое развитие . Оксфорд: Butterworth-Heinemann. ISBN 9780750616119. OCLC  27336439.

Янг, РД (2000). Современная патинация (5-е изд.). Эскондидо: Sculpt-Nouveau. ISBN 9780960374410.

Киппер, П. (2003). Патины для кремниевой бронзы (2-е изд.). Loveland: Path Publications. ISBN 9780964726901. OCLC  930605479.

Сугимори, Э. (2004). Японские патины . Портленд: Бринморген Пресс. ISBN 9781929565115. OCLC  62859653.

Runfola, M. (2014). Патина: более 300 эффектов окраски для ювелиров и металлистов . Loveland: Interveave Press. ISBN 9781620331392. OCLC  871436497.

  • Льютон Брейн, К.: Патины для небольших студий (pdf-файл), 1985
  • Будия, Г.: Сборник формул для химического, электрохимического и термического окрашивания металлов, бесцианидного иммерсионного покрытия и гальванопокрытия (файл pdf), Загреб 2025
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Химическое_окрашивание_металлов&oldid=1267786450"