Гальванопластика в домашних условиях

Целью гальванопластики является получение точной металлической копии предмета. При гальванопластике осадки получаются массивными, прочными, легко отделяющимися от покрываемой поверхности. Основное применение в гальванопластике имеет медь, более ограниченное использование железа, никеля, серебра, золота, а также олово, хром и другие металлы.

Гальванопластическим способом можно изготовить самую разнообразную скульптуру или металлические украшения, 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.

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.

Итак, чтобы самостоятельно заниматься гальванопластикой, необходимы:

• гальваническая установка
• электролит
• токопроводящие материалы для покрытия заготовок
• знание технологии

 Гальваническая установка и режим работы

Гальванопластические работы проводят в ваннах, имеющих обычно прямоугольную форму. Но годятся сосуды и другой формы. Ёмкость ванн определяется объёмом тех предметов, которые репродуцируют. Для снятия копии с медалей подойдут стеклянные цилиндрические банки ёмкостью 4–5 л, а при репродуцировании небольших барельефных работ — 10–20 л. В качестве ванн используют не только стеклянные сосуды, но и керамические (глазурованные) и пластмассовые.

Для осуществления электролиза понадобится источник постоянного тока низкого напряжения (3–6 В), для чего подойдут достаточно мощные селеновые или другие выпрямители. Наиболее доступны домашнему гальванику выпрямители для зарядки автомобильных аккумуляторов, они дают ток до 7 А при напряжении 6 В.

Регулирование силы тока, плотность которого при работе составляет 1–2 А на 1 дм², обычно производится с помощью ползунковых или водяных реостатов. Для измерения силы тока устанавливают амперметр постоянного тока, а для наблюдения за напряжением — вольтметр.

Форму (катод) и медный электрод (анод) укрепляют в ванне на подвесках, медный электрод — на медном или латунном проволочном крючке так, чтобы отверстие в электроде и крючок не касались электролита во избежание разъедания крючка. Форма подвешивается на медной или латунной проволоке на расстоянии 15–20 см от электрода. Анодом для медной гальванопластической ванны служит медная пластина толщиной от 3–4 мм и больше. Форму из воска или гипса предварительно делают электропроводной, покрывая слоем материала, проводящего электрический ток, этот слой и присоединяют к отрицательному полюсу.

Приготовление электролита

Медный электролит для гальванопластических работ приготовляют на основе медного купороса с добавкой серной кислоты, повышающей электропроводность электролита. Для медного электролита понадобится сульфат меди (медный купорос) — на 1 л воды 150–180 г. Растворение сульфата меди лучше всего вести в горячей или тёплой воде. После полного охлаждения раствора и доведения его до комнатной температуры электролит фильтруют через ткань и затем в него осторожно вливают серную кислоту. Серную кислоту следует вливать медленно, тонкой струёй во избежание быстрого разогревания электролита и его разбрызгивания, что может вызвать тяжёлые ожоги. В медных сульфатных ваннах содержание серной кислоты поддерживают в пределах 35–40 г/л (плотность кислоты 1,84 г/см³).

В этой статье я рассмотрю более доступный и сравнительно безопасный способ с использованием уже готового аккумуляторного электролита. Скорее всего, вы приобретете электролит с плотностью 1,28 (наиболее распространён). В этом случае, можно спокойно использовать полученное в приведённом мной ниже примере расчёта соотношение электролит/вода. Однако, плотность, указанная на этикетке может и отличаться от указанной и составлять, например, 1,26, а значит, неплохо было бы уметь пересчитать требуемое соотношение «на лету». В этом нам поможет древнее, как мир и так же хорошо забытое «правило креста». Итак, прежде всего нужно пересчитать «непонятные» единицы плотности аккумуляторного электролита (1,28) в понятные процентные (процентное содержание H₂SO₄ в воде). В этом нам поможет таблица пересчёта плотностей растворов серной кислоты в проценты.

Таблица плотности раствора процентному содержанию серной кислоты в воде:

%(w/w)	M	g/L	p
0.261	0.0266	2.61	1
3.242	0.3372	33.07	1.02
6.237	0.6613	64.86	1.04
9.129	0.9866	96.77	1.06
11.96	1.3170	129.17	1.08
14.73	1.6520	162.03	1.1
17.43	1.9904	195.22	1.12
18.76	2.1614	211.99	1.13
23.95	2.8570	280.22	1.17
25.21	3.0330	297.48	1.18
27.72	3.3915	332.64	1.2
30.18	3.7540	368.20	1.22
32.61	4.1228	404.36	1.24
35.01	4.4976	441.13	1.26
37.36	4.8757	478.21	1.28
39.68	5.2594	515.84	1.3
41.95	5.6458	553.74	1.32
44.17	6.0346	591.88	1.34
46.33	6.4242	630.09	1.36
48.45	6.8170	668.61	1.38
50.5	7.2084	707.00	1.4
52.51	7.6024	745.64	1.42
54.49	8.0002	784.66	1.44
56.41	8.3971	823.59	1.46
58.31	8.7988	862.99	1.48
60.17	9.2022	902.55	1.5
62	9.6085	942.40	1.52
63.81	10.0191	982.67	1.54
65.59	10.4323	1023.20	1.56
67.35	10.8496	1064.13	1.58
69.09	11.2708	1105.44	1.6
70.82	11.6974	1147.28	1.62
72.52	12.1261	1189.33	1.64
74.22	12.5617	1232.05	1.66
75.92	13.0042	1275.46	1.68
77.63	13.4554	1319.71	1.7
79.37	13.9189	1365.16	1.72
81.16	14.3983	1412.18	1.74
83.06	14.9047	1461.86	1.76
85.16	15.4552	1515.85	1.78
87.69	16.0932	1578.42	1.8
91.11	16.9066	1658.20	1.82
91.56	17.0088	1668.22	1.822
92	17.1093	1678.08	1.824
92.51	17.2230	1689.23	1.826
93.03	17.3388	1700.59	1.828
93.64	17.4716	1713.61	1.83
94.32	17.6177	1727.94	1.832
95.12	17.7865	1744.50	1.834
95.72	17.9085	1756.46	1.835

Следуя этой таблице плотность 1,28 автомобильного электролита соответствует 37,4% содержанию H₂SO₄ в воде. Нам же требуется 50 мг. на 1 л., что соответствует 5% содержанию H₂SO₄ в воде. Расчёт долевого соотношения автомобильный электролит/раствор медного купороса будем проводить согласно «правилу креста», проиллюстрированного ниже:
— Итак, то, что нам нужно получить, а именно — 5% пишем в центр креста. Слева сверху — определённая нами по таблице концентрация серной кислоты в растворе автомобильного электролита (37,4%), слева снизу — 0% (концентрация H₂SO₄ в дистиллированной воде):

37,4
	5
0

– Применяем «правило креста» и справа сверху пишем разность по модулю по одной диагонали (5%), а справа снизу — разность по другой диагонали: 37,4 — 5 = 32,4%
– Таким образом, в правой части «креста» мы имеем соотношение в «частях» исходного электролита (5) и разбавителя — раствора медного купороса (32,4) для смешивания, чтобы получить кислый раствор требуемой концентрации:

37,4		5
	5
0		32,4

Согласно этому расчёту, рецептура для приготовления 1 л. электролита для гальванопластики будет выглядеть примерно так:

•  разводим требуемые нам 200 г. медного купороса в 500 мл воды
• фильтруем полученный раствор в 3 л. банку
• доливаем 134 мл. электролита плотности 1,28
• доводим дистиллированной водой до 1 л. и хорошо перемешиваем

Чтобы было проще, 1 л. отметку на банке можно сделать заранее, налив в банку требуемое количество обычной воды и наклеив кусок изоленты по уровню налитого.

Растворимость сульфата меди значительно снижается с увеличением количества кислоты. При повышенном содержании сульфата меди он выкристаллизовывается на стенках ванны и, что хуже, на аноде, затрудняя процесс электролиза. Избыток серной кислоты в ванне вызывает хрупкие и недоброкачественные отложения меди из–за водорода, интенсивно выделяющегося на катоде, особенно при работе с повышенными плотностями тока. При недостаточной концентрации серной кислоты в электролите образуется рыхлый и пористый осадок меди, непригодный для практических целей. Для повышения качества меди иногда применяют добавки, например спирт в количестве 8–10 г/л. Наличие спирта значительно улучшает качество меди, делая ее мелкокристаллической и более плотной. Добавку спирта вводят не более нормы, так как его избыток делает медь хрупкой.

Иногда в электролит попадают примеси в виде органических веществ, вредно влияющих на работу электролита. К таким веществам относятся клей, некоторые сорта резины и прочие. Для устранения подобных примесей подогретый электролит окисляют перманганатом калия (2–3 г на 1 л электролита) или удаляют их с помощью мелко истолчённого активированного угля (2–3 г/л), после чего электролит фильтруют.

В обычных гальванопластических электролитах поддерживают температуру на уровне 18–20 °С. Она может повышаться до 25–28 °С в результате выделения теплоты при прохождении электрического тока через электролит. Фильтрование электролита должно осуществляться возможно чаще, чтобы 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. Как правило, шлам оседает на дно ванны, но более лёгкие его частицы, находясь во взвешенном состоянии, благодаря конвекции перемещаются к катоду, что вызывает засорение гальванопластической меди.

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

Требования, 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 формы

• Изготовление гипсовых форм с объёмной скульптуры

Получение объёмных форм из гипса для целей гальванопластики при воспроизведении художественной скульптуры не отличается особыми приёмами от обычного формования. Правда, ввиду того что гипсовые формы гигроскопичны, их приходится подвергать дополнительной пропитке в озокерите, воске или парафине.

Черновые формы обычно состоят из двух, иногда трёх кусков-раковин. 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 приёму. 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 жёлтый озокерит: он обладает высокой пластичностью и вязкостью.

Такой же приём 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 соединённых 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 углублённых 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

•  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 издаёт при простукивании специфический звук сухого гипса. Такая форма быстро воспринимает пропитку и не даёт 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 её 2–5 мм.

Чем выше температура пропитывающего состава (а она может быть значительно выше его точки плавления), тем меньше в нем выдерживаются 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 от повышенных температур, наиболее пригодны 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 (t-плавления 85 °С)

1. Озокерит 70%
2. Восковая монтановая композиция 30%
3. (Восковая монтановая композиция (монтан–воск) применяется в производстве грампластинок)

2-й состав (t-плавления 64,5 °С)

1. Озокерит 70%
2. Восковая монтановая композиция 15%
3. Канифоль 15%

3-й состав (t-плавления 75°С)

1. Озокерит 85%
2. Канифоль 5%
3. Стеарин 10%

4-й состав (t-плавления 82 °С)

1. Восковая монтановая композиция 80%
2. Петролатум 20%

Пропитывать формы можно и чистым, но твёрдым озокеритом.

Восковые формы

• Рецепты 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 неё.

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

1. Канифоль 70%
2. Воск пчелиный 20%
3. Парафин 10%

2-й состав

1. Воск пчелиный 30%
2. Стеарин 70%

3-й состав

1. Воск пчелиный 60%
2. Озокерит 15%
3. 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 шёлк.

• 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 распространёнными в технике гальванопластики. Недостатки— усадка восковых композиций, а также невозможность использования восковых форм для многократного репродуцирования.

Для 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 тому подобных 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 рисунке показан момент заливки восковой формы с применением обечайки.

Перед снятием форм с металлической барельефной скульптуры её 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 наращённой скульптуры можно было бы без затруднений пользоваться ножницами.

Расплавленный воск заливают в обечайку равномерной струёй 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, даёт 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 её. 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 гравюрных моделей. При гальванопластических работах возникают самые разнообразные вопросы, связанные с приёмами 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 учётом условий гальванопластической техники (например, без глубоких впадин в сложных профилях, без подвнутренний) 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 её 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 её 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 неё 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 неё 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 пластилиновые и восковые модели

Такой 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 твёрдостью. Парафиновая (стеариновая) композиция заливается в увлажнённые 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 нанесённого 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 рифлёвками (напильниками специальной формы), а затем прочеканивают, после чего восковую композицию вытапливают.

•  Изготовление форм для литья скульптуры из пластических масс

Металлические формы изготовляются методом контактного копирования с моделей скульптуры. Чтобы получить формы для репродуцирования скульптур из литейных пластических масс, предварительно изготавливают модели таким же способом, как для наращивания поверху. В кусковые гипсовые увлажнённые формы заливают специальную восковую композицию, например, следующего состава, в граммах:

1. Озокерит — 700 гр
2. Парафин — 200 гр
3. Канифоль — 100 гр

На полученные восковые модели наносится затем тончайший графитный электропроводящий слой, для чего их натирают тонкой просеянной графитовой пудрой. После графитирования на модели устанавливают проводники и под током погружают в электролит. После образования слоя металла требуемой толщины воск из металлических форм выплавляют, для чего подогревают их над паром. Затем промывают формы бензином, ацетоном или другими растворителями, обезжиривают горячей щёлочью и промывают также горячей водой. Изготовленные таким образом формы отличаются высокой точностью, лёгкостью и прочностью.

В эти формы заливается пластмассовая смола, например эпоксидная, резитовая, неолейкоритовая смолы, обладающая высокими литейными свойствами. После конденсации смолы (отвердевание залитой пластмассы производят в машинном масле, которое заливают в железный сосуд, устанавливают в него форму и нагревают масло до температуры 60–70 °С) формы удаляются с готовых скульптур, растворяя их в том же сернокислом медном электролите, в котором производится наращивание форм. Для этого формы завешивают на анод и одновременно проводят наращивание новых форм на восковые модели, завешенные на катоде. Таким образом, медные формы, залитые пластмассой, не утрачиваются, а служат анодами для изготовления новых форм.

 Нанесение электропроводящего слоя на формы

• Графитирование 

Существует несколько сортов графита, наиболее качественным для создания электропроводящего слоя на формах считается чешуйчатый графит, но можно пользоваться любым сортом этого материала. В качестве графита лучше всего использовать не карандашный (электропроводность его оставляет желать лучшего), а графит технический, использующийся в токосъёмниках, либо в щётках электродвигателя.

Предварительно графит обрабатывают. Обычный мелкий чешуйчатый графит размалывают в фарфоровой шаровой мельнице с водой или растирают в фарфоровой ступке, наиболее мелкий графит — коллоидный, измельчают в коллоидной мельнице. Из размолотого графита удаляют содержащиеся в нем обычно оксиды железа, для чего его замешивают с водой до сметанообразной массы и добавляют хлорводородную кислоту, через сутки графит осаждается на дно сосуда. Воду сливают, графит многократно промывают водой до полного удаления кислоты, затем сушат, растирают шпателем и просеивают через тонкое металлическое или шёлковое сито с числом отверстий не менее 400 на 1 см². Наиболее мелкий графит необходим для небольших и очень точных копий, для копий большого размера более пригоден крупный графит, так как он обладает повышенной электропроводностью.

Следует отметить, что у графита значительное удельное электрическое сопротивление. При небрежном графитировании омическое сопротивление графита может возрасти, поэтому его следует наносить плотным слоем, чтобы частицы графита плотно соприкасались друг с другом. При нанесении графита на формы, имеющие тонкий рельеф, нужна кисть из мягкого, но не очень длинного волоса, чтобы пользоваться торцом кисти. На кисть надевают резиновую трубку, чтобы защитить форму от возможного соприкосновения с металлической оправкой кисти. Для графитирования обычно применяют акварельные колонковые кисти от № 8 до № 14, а также более жёсткие кисти, употребляемые в живописи маслом. Кроме того, пользуются ватными тампонами, главным образом для натирания гипсовых форм.

Гипсовые формы, пропитанные воском, и восковые формы лучше графитировать, когда они ещё не совсем остыли, сцепляемость частиц графитовой пудры с воском значительно повышается. Графитирование в этом случае проводят в два приёма. Предварительно ещё тёплую форму осторожно припудривают ватным тампоном, нанося графит в избытке, а после охлаждения форму окончательно графитируют. Если форма сделана из мягкой восковой композиции или из пластилина, следует пользоваться мягкими беличьими кистями или ватными тампонами. Стенки полости гипсовой формы лучше дополнительно графитировать довольно жёсткой кистью, обращая главное внимание на узкие или глубокие детали рельефа. При графитировании ватным тампоном необходимо часто осматривать его рабочую поверхность, так как она может навощиться и повредить рельеф формы.

Труднее графитируются парафиновые формы, потому что графит чрезвычайно плохо сцепляется с их поверхностью. Вследствие этого обычно требуется длительное графитирование. Парафиновые формы обрабатывают кистью, а не тампоном, ведь парафин хрупок и при натирании склонен к отслаиванию. При нанесении графита на пластилиновые формы, рельефы и объёмные фигуры их предварительно покрывают шеллачным лаком или нитролаком для создания тонкой плёнки, предохраняющей поверхностный слой пластилина от повреждений при графитировании и от размывания электролитом.

Пластилиновые барельефы изготовляют на пластмассовой или стеклянной доске, создающей плоский фон. Объёмные скульптуры из пластилина, на которые наращивается металл, делают на алюминиевых каркасах. Если опора каркаса выходит наружу, ее покрывают парафином или воском. Но выступающую часть каркаса оставляют до конца гальванопластического процесса, так как каркасом удобно пользоваться для подвески скульптуры в ванну. Только по окончании процесса выступающую часть отрезают ножовкой, а надрез плотно замазывают пластилином, покрывают электропроводящим слоем и затем наращивают металл в электролите.

Для нанесения графита на стеклянные, пластмассовые и другие материалы, на которые металл наращивают преимущественно в декоративных целях, пользуются следующим приёмом. Графитируемый материал сначала покрывают тонким каучуковым или восковым слоем, для чего готовят 0,2–0,3 %-ный раствор каучука или воска в чистом бензине и наносят его пульверизатором или кистью. После этого мягкой кистью тщательно кладут графит.

При наращивании металла на гигроскопичные материалы, например дерево, кружево, бумагу и тому подобных, их предварительно пропитывают парафином или воском.

Иногда приходится дополнительно подграфичивать формы, уже частично наращённые металлом. Дело в том, что в процессе гальванопластического осаждения металла на неметаллические формы, иногда часть поверхности не затягивается металлом. Это происходит по ряду причин: недостаточно плотное нанесение графита, неполное смачивание электролитом всей формы, смывание графита электролитом при загрузке форм, выделение пузырьков воздуха на форме. Обычно не покрываются металлом небольшие участки. Если, не устранив неполноту затяжки форм, вести дальнейшее наращивание, образуются значительные поры в толще металла. Чтобы не допустить этого, формы заранее вынимают из электролита, промывают в проточной водяной ванне или в слабой струе воды и сушат незатянувшиеся места формы струей тёплого воздуха или фильтровальной бумагой. Затем эти места подграфичивают мягкой кистью, лучше торцовой, которая даёт возможность производить графитирование не только поверхности формы, но и стеной небольших отверстий.

Ватные и марлевые тампоны для подграфичивания совершенно не годятся, так как волокна ваты или марли налипают на форму, что делает металл при дальнейшем наращивании шероховатым. Формы, покрытые графитовым электропроводящим слоем, тщательно обдувают для удаления лишнего, не связанного с формой графита. Особенно тщательно следует обдувать формы со сложным глубоким рельефом.

• Бронзирование

Способ образования электропроводящего слоя нанесением бронзового порошка менее распространён, чем графитирование, так как бронзовый порошок непрочно пристаёт к материалам, из которых обычно изготовляют формы для гальванопластики (за исключением пластилина или подогретых восковых композиций).

При помощи кисти порошком натирают форму, затем 15–25 %-ным раствором спирта смачивают её поверхность. Немедленно после смачивания спирт удаляют и наносят на форму подогретый до 30–35 °С раствор, состоящий из 6 г нитрата серебра и 50 г тиосульфата натрия, разведённых в 1 л воды. Когда окраска поверхности формы изменится, раствор сливают и наливают свежий. После того как форма приобретает серый цвет, который больше уже не изменяется, последнюю порцию раствора сливают и форму тщательно промывают водой.

• Серебрение

При серебрении для повышения смачиваемости форму обрабатывают не менее 1–2 мин спиртом, затем 2–5 мин раствором следующего состава:

• Хлорид олова  5 г
• Хлорводородная кислота  40 мл
• Дистиллированная вода  1 л

Промыв затем форму дистиллированной водой, приступают к серебрению. Предварительно готовят два раствора следующего состава (в граммах) :

1-й раствор

1. Нитрат серебра 40 г
2. Дистиллированная вода 1000 г

2-й раствор

1. Пирогаллол 7г
2. Лимонная кислота 4г

1-й и 2-й растворы смешивают в соотношении 1:5 (по массе) и наливают на форму. После того как раствор примет бурый цвет, его сливают, форму промывают дистиллированной водой и повторяют операцию серебрения тем же бурым раствором. По окончании серебрения форму сушат. Покрывают форму и сульфидом серебра. Для этого обработанную 5–8 %-ным хлоридом олова форму обливают (или смазывают кистью) раствором, содержащим:

1. Нитрат серебра 10 г
2. Аммиак (25 %-ный) 25 мл
3. Спирт этиловый 30 мл
4. Дистиллированная вода 20 мл

Смоченную форму просушивают и помещают в камеру с сероводородом или обдувают сероводородом в вытяжном шкафу. Для получения паров сероводорода в фарфоровую чашечку насыпают кусочки сульфида железа и обливают хлорводородной кислотой. При обдувании форм из пульверизатора на дно пузырька наливают сульфат аммония и крепят пульверизатор так, чтобы отводная трубка его была на некотором расстоянии от жидкости. Под действием сероводорода на нанесенном слое аммиачного серебра образуется тонкая плёнка сульфида серебра, обладающего довольно высокой электропроводностью.

Распространён способ получения плёнки сульфида серебра на слое шеллачного лака. Для этого форму покрывают тонким слоем лака и после просушки погружают в раствор (можно также наносить раствор кистью), состоящий из нитрата серебра и спирта, взятых в соотношении 2 : 3 (по массе). Влажную форму помещают в камеру с сероводородом или обдувают струей сероводорода. Спиртовой раствор нитрата серебра размягчает поверхностный слой шеллака, благодаря чему серебро лучше держится на поверхности формы.

• Меднение

Металлизировать поверхность медью можно таким способом: на предварительно графитированную форму наносят сперва 50 %-ный раствор спирта для улучшения смачиваемости формы, затем 20 %-ный раствор сульфата меди с добавлением 15 %-ного раствора спирта ректификата. Обработанную таким образом ещё влажную поверхность формы посыпают очень мелкими железными опилками, которые перемешивают мягкой кистью. Процесс повторяют 2–3 раза.

Перед меднением контактным осаждением из аммиачного раствора глицератов меди изделие обезжиривают, затем несколько уменьшают гладкость поверхности (стекло например, обрабатывают шкуркой или травят плавиковой кислотой), чтобы улучшить сцепляемость с осаждаемым металлом. Изделия из пластмассы протирают зубным порошком или оксидом магния, замешанными на 10–15 %-ном растворе карбоната калия или другой щелочи. Фарфоровые или стеклянные изделия погружают на 1–2 мин в слабый раствор плавиковой кислоты. После подготовки предмет тщательно промывают струёй воды, погружают в 1 %-ный раствор нитрата серебра на 5 мин и высушивают при 40–50 °С.

Меднят изделие, опуская его на 10–20 мин в подогретый до 25–35 °С состав, включающий в себя 1,1 л так называемого раствора меди, 400 мл 3 %-ного раствора гидроксида натрия, 200 мл восстановителя и, наконец, 800 мл формалина.

«Раствор меди» имеет следующий состав:

1. Сульфат меди (3 %-ный раствор) 1 л
2. Аммиак концентрированный 20 мл
3. Глицерин 70—80 мл

Для приготовления восстановителя 100 г сахара растворяют при нагревании в 250 мл воды и прибавляют 0,5 мл концентрированной азотной кислоты. Раствор греют до тех пор, пока он не приобретёт янтарный цвет. Затем его разбавляют водой до объёма 1250 мл. Изделие или формы, покрытые медью, тщательно промывают водой и загружают в электролитическую ванну.

Электролитическое наращивание

• Зарядка форм

Подготовленные для электролитического наращивания формы, как уже говорилось, должны быть заряжены, то есть снабжены проводниками, имеющими контакт с электропроводящим слоем и подвеской для крепления на катодных штангах. Если плотность материалов, из которых изготовлены формы, меньше плотности электролита, то формы должны быть снабжены грузами, удерживающими их под верхним уровнем электролита. Проводники делают из очень мягкой, хорошо отожжённой и про травленной медной или латунной проволоки диаметром примерно 0,15–0,2 мм или 0,3–0,5 мм. Более тонкие проволоки пригодны для небольших и средних форм, более толстые — для крупных (применение проводников большего диаметра позволяет повышать плотность тока).

В формах, снятых с рельефов или объёмной скульптуры, предусматривается несколько отверстий для контактирующих подвесок или проводников, а также отверстия для подвешивания грузов. В восковых формах эти отверстия обычно прокалывают в тот момент, когда воск ещё достаточно мягок, в гипсовых же формах сверлят их вручную до пропитывания форм восковой композицией. Отверстия располагают в нерабочих краях формы: диаметр их таков, чтобы в них удалось бы ввести контактирующие провода или подвески, площадь сечения которых обеспечивает отсутствие нагрева при максимальной рабочей плотности тока. У плоских форм отверстия для грузов располагают на противоположной стороне от отверстий для подвесок. Число таких отверстий подбирают, исходя из необходимости уравновесить формы в ванне.

Контактирующие проводники прокладываются на расстоянии 5–10 мм от границ готового изделия, что даёт возможность легко отделять металлический облой при обработке готового барельефа. Располагать проводники подальше от границ формы важно потому, что они покрываются наиболее толстым слоем металла, затрудняющим удаление облоя. У объёмных и кусковых форм проводники укрепляют главным образом на торце. Проводники начинают прокладывать от подвесочного отверстия формы — их вводят в отверстие с лицевой стороны формы и крепят пластилином или церезином в начале, а затем в конце каждого участка.

Для 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 объёмных форм — мягкий многожильный провод с резиновой или иной надёжной 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 ванну

Формы загружают под некоторым углом к поверхности электролита, чтобы облегчить удаление воздуха из поднутрений и узких мест формы. Помещённая в электролит плоская форма затем располагается горизонтально для удаления с неё 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 стёклышек или бисеринок, они трудно удаляются даже при резком стряхивании, и только кистью их сравнительно легко убрать.

Формы завешивают всегда в таком положении, чтобы из поднутрений имелся выход для воздуха к верху. Закрытые объёмные 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.

Металлизация кружев

Кружева, являясь тонко орнаментированными художественными изделиями, в металлизированном состоянии напоминают филигрань. Кружева, металлизированные техникой гальванопластики, служат для украшения разнообразных художественных изделий или же основным элементом для изготовления всего изделия. Тюлевые кружева, особенно тонкие по рисунку, наиболее красивы в сочетании с просвечивающим через них фоном изделия и поэтому наиболее желательны для отделки в виде декорирующих накладок. Гипюровые кружева с более крупной, чем у тюлевых, сеткой ажура пригодны для непосредственного изготовления различных художественных изделий.

Гальванопластическая металлизация состоит в предварительной обработке кружев, наращивании металла и последующей гальваностегической отделке кружев. Сперва кружева растягивают на рамке и пропитывают парафином. Затем их проглаживают утюгом между листами бумаги для удаления избытка парафина. Далее наносят электропроводящий слой мелкого графита, излишек которого тщательно сдувают. Проложив проводники по краю кружева, их крепят на пластмассовой рамке (или рамке из толстого провода с хлорвиниловой изоляцией), вместе с которой загружают в электролит.

Кружева, покрытые медью, обрабатывают латунной щёткой. Из металлизированных кружев вырезают требуемую заготовку и монтируют на изделии или изготовляют само изделие, придавая заготовке кружева соответствующую форму. Металлизированные кружева паяют обычным способом с применением оловянно-свинцового припоя. Гальваностегическая отделка заключается в нанесении на кружева декорирующего слоя серебра, золота или оксидирования их в соответствующий тон.

Изготовление металлических гербариев

Для создания металлических гербариев берут свежие листья и снимают с них отпечатки на восковой композиции. Для этого в формочку из плотной бумаги или в обечайку заливают подготовленную композицию и дают ей остыть почти до полного отвердевания с таким расчётом, чтобы поверхность восковой композиции была ещё эластичной. Листья накладывают на поверхность воска и прижимают их стеклом. После этого снимают стекло и лист, и на восковой композиции остаётся чёткий отпечаток листа. Таким же образом делают отпечаток с обратной стороны листа. Когда воск полностью затвердеет и станет холодным, форму с отпечатком осторожно графитируют мягкой кистью так, чтобы не повредить отпечатка. Установив проводники, на форме укрепляют груз, чтобы они не всплывали, и форму завешивают в гальванопластическую ванну.

Покрытие растений и фруктов

Для покрытия металлом растений, фруктов и тому подобных их предварительно высушивают, а затем обрабатывают в спирте или в растворах хлорида натрия, бария или кальция, уксусной или салициловой кислоты в течение нескольких минут. После этого на поверхность предметов, покрываемых металлом, наносят несколько тонких слоёв шеллачного лака.

Для металлизации растений готовят четыре раствора (применяя при этом дистиллированную воду):

1-й раствор — 4 г гидроксида натрия на 100 мл воды
2-й раствор — 4 г нитрата серебра на 100 мл воды
3-й раствор — 7 г аммиака (25 %-ный раствор) на 100 мл воды
4-й раствор — 2,5 г сахара на 85 мл воды

Все четыре раствора сливают в один сосуд и в полученную жидкость опускают растение, которое хотят металлизировать. После того как поверхность растения покроется серебром, его вынимают из раствора, промывают водой и загружают в гальванопластическую медную ванну. Для устранения плавучести в электролите фрукты, растения и тому подобные прикрепляются на парафине к стеклу или кусочку пластмассы.

Покрытие изделий из дерева и перьев птиц

Мелкие изделия из дерева, например рельефы, могут быть покрыты тонким слоем металла. Такие металлизированные деревянные изделия будут выглядеть как металлические литые предметы. Предварительно изделия из дерева проваривают в воске или парафине, церезине, озокерите или других восковых смесях для устранения гигроскопичности, так как дерево впитывает электролит. Затем изделия графитируются, на них устанавливаются проводники, подвешивается груз и форма загружается в ванну. Таким же способом могут быть покрыты металлом перья птиц, но их не проваривают в воске или парафине, а только погружают в расплавленный состав, после чего графитируют, прикрепляют проводник и груз.

Изготовление пресс-форм для прессования изделий из акрила

С помощью гальванопластики можно изготовлять пресс-формы для прессования в них предварительно размягчённого акрилата (органического стекла). Для этого с рельефной модели снимают металлический контррельеф, наращивая металл в гальванопластической ванне непосредственно на модель. Готовят рельефную модель из гипса или пластилина. Покрыв модель графитом и приложив проводники из проволоки, модель загружают в гальванопластическую ванну и выдерживают её до отложения на ней меди толщиной не менее 1,5–2 мм. Полученный медный контррельеф облуживают с обратной стороны оловянно-свинцовым припоем и устанавливают на столе вниз контррельефом, подложив лист асбеста.

Заключив контррельеф в стальное кольцо, в него заливают свинец или баббит, который припаивается к облужённой 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 размягчённое 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 лёгким постукиванием. Для выдавливания моделей небольших размеров (5–6 см) достаточно канцелярского винтового пресса или гидравлического пресса, имеющегося в каждом физическом кабинете школы.