Глава 11 обработка поверхности ювелирных отливок

Окончательная обработка поверхности отливок описана в большом количестве специальной литературы. Однако в домашних условиях можно осуществить не все операции. Перечислим доступные операции обработки отливок в неспециализированных помещениях: отжиг, очистка травлением в основном серебряных изделий, электрохимическое полирование, химическая окраска золота, механическое полирование и копирование. Такие операции, как голтование, ультразвуковая очистка и ряд других, следует исключить по причине отсутствия необходимого оборудования. Коротко приведем приемы обработки поверхности отливок в домашних условиях.

2.11.1. Отжиг

Отжиг — процесс нагрева залитой формы в печи до заданной температуры и охлаждении нагретого изделия с печью до комнатной температуры. Иногда отжиг проводят в печах с защитной атмосферой, но это чаще встречается на производстве. После отжига изделие опускают в воду, промывают и отбеливают,

2.11.2. Очистка травлением

Отбеливание золотых изделий проводят в 50 процентном растворе серной кислоты. Ее нагревают в стеклянной посуде до кипения, затем изделие извлекают из кислоты, промывают и сушат, иногда применяют горячий раствор серной и соляной кислоты (50 : 50). Этот раствор считается лучше сернокислотного, так как при нагреве на 80—100 °C он еще и удаляет окислы и приставшую к отливке формовочную массу. После отбеливания отливки кратковременно помещают в раствор соды. Если отливки отбеливать в растворе соляной кислоты более 1 мин, то они станут коричневого цвета, если же использовать раствор, состоящий из смеси серной и азотной кислоты, разбавленной 2—4 частями воды, то изделия приобретут цвет чистого золота. При отбеливании золотых отливок в течение

5 мин в 10-процентном растворе азотной кислоты при 60—70 °C золотая окраска сохранится. Если после отбеливания изделие получает зелено-серый цвет, то его удаляют механическим полированием или электролитическим путем.

2.11.3. Травление и очистка серебряных изделий

Серебряные изделия тоже отбеливают. Технология отбеливания следующая:

1. В раствор 10-процентной серной кислоты добавляют перманганат калия (КМnO4) и в него погружают изделие.

2. Образовавшуюся сульфидную пленку удаляют погружением изделия в раствор смеси 80—85 г тиомочевины, 60—65 г спирта, 5—10 г средства ОП-7, растворенных в 1 л воды.

Составляют мыльный раствор тиомочевины, а затем добавляют в него этиловый спирт.

2.11.4. Электрохимическое полирование

Как правило, электрохимическое полирование следует за голтованием. Но если его нет, то операцию проводят по следующей технологии. Берут бутыль большой емкости или банку с широкой притертой пробкой. В посуду помещают отливки и емкость заполняют моющими средствами, керамическими частицами, ракушками и пр. Соотношение объемов составляет: 1 часть изделий к 8 частям наполнителя. В моющие средства входят моющие порошки, сода, аммиак, гидроксиз натрия и хлористый натрий. Емкость загружают на 50—80 % и трясут длительное время или помещают на крутящиеся валки и вращают от 2 до 10 ч.

Изделие очищается от облоя и смазывается раствором моющих средств. Виброголтовку в домашних условиях трудно осуществить, но если это возможно, то используют шлифовальные, полировочные и моющие средства, в которые помещают кусочки металла, шарики, керамические конусы и пр.

Электрохимическое полирование производят в установке, собранной самостоятельно. Она состоит из выпрямителя, титановой пластинки, изделия, нуждающегося в полировке и электролита. Установку собирают по схеме, приведенной на рис. 2.11.4.1.

Рис. 2.11.4.1. Схема установки для электролитической полировки.

Полирование золотых изделий проводят в электролите, состоящем из 90 мл тиомочевины и 10 мл серной кислоты при температуре электролита 60 °С. Ювелирное изделие — анод, титановая пластинка — катод. Плотность тока 5—7 A/дм². Время полирования от 2 до 3 мин.

После электрополирования изделие пассивируют в растворе перекиси водорода с серной кислотой. Источник тока 12—30 В, ток 10—20 А.

Пассивирование делается для того, чтобы изделие не приобрело коричневых пятен от остатков электролита. После электрополирования и пассивирования изделие промывают и высушивают.

Для электролитического полирования сплавов серебра применяют следующие электролиты на базе борной кислоты и создают следующий электрический режим.

Состав электролита:

• борная кислота Н₃BO₃ — 20 г;

• аммиак NH₄OH (0,88 г/л) — 8—12 мл;

• вода — 40 мл;

• температура электролита — 18—20 °C;

• анод — нержавеющая сталь;

• плотность тока — 200—250 A/дм².

Вторым составом электролита для золотых и серебряных изделий служит электролит на основе цианистого калия.

Состав электролита:

• цианистый калий KCN — 65 г/л;

• углекислый калий К₂СO₃ — 12 г/л;

• вода Н₂O — 1000 мл;

• температура электролита — 18—20 °C;

• плотность тока — 0,3—1 A/дм².

Указанный электролит очень вреден для здоровья человека из-за KCN. Поэтому он применяется редко.

2.11.3. Химическая окраска золота

Золоту 750-й и 585-й проб можно придать цвет червонного золота. Необходимый цвет получают после кипячения изделия в течение 2—3 мин в растворе, состоящем из 200 г калиевой селитры, 100 г поваренной соли, 100 г соляной кислоты и 50 г воды.

Раствор перемешивают для интенсивного выхода газообразного хлора. При этом изделие очищается от меди и растворяется небольшое количество золота. Затем изделие промывают в чистой воде с помощью латунной щетки, увлажненной пивом или раствором винного камня. После этого в опилках сухого дерева производят сушку изделия.

2.11.4. Крацевание

Цель крацевания — очистить поверхность изделия от окалины, придать ему блеск, снять заусенцы. Крацуют изделие металлическими щетками, у которых толщина проволоки составляет 0,08—0,1 мм². Скорость вращения такого щеточного диска — 1500 об/мин, диаметр диска — 30 см.

2.11.5. Механическое полирование

Механическое полирование производим и на горизонтальных полировальных станках, В качестве привода можно использовать электродрель. Полировальными кругами могут служить шерстяные или войлочные диски, смазанные пастой ГОИ, а также фетровые, волосяные, матерчатые и нитяные. Диаметры дисков составляют от 70 до 100 мм. В качестве полировочных паст используют оксид хрома, парафин, оксид железа, стеарин, керосин, олеиновую кислоту и животные жиры.

Внутренние поверхности ювелирных изделий обрабатывают полировальниками. Они представляют собой стержни с идеально отполированным рабочим концом, которые смачивают раствором соды, мыла или пива. При работе полировальниками сглаживаются выступы, риски и другие дефекты.

2.11.8. Копирование ювелирных изделий

Копировать ювелирное изделие можно только нарастив его методом нанесения на поверхность гальванического покрытия. Кроме того, необходимо иметь гальваническую ванну, электролит и выпрямитель (рис. 2.11.8.1).

Рис. 2.11.8.1. Схема простой установки для гальванического покрытия.

Перед копированием ювелирное изделие наращивают методом нанесения на его поверхность тонкого слоя меди, серебра или никеля.

Электрическая схема изображена на рис. 2.11.8.2. Электролит состоит из 2 кг медного купороса и 0,2 л серной кислоты.

Рис. 2.11.8.2. Электрическая схема гальванической ванны.

Анод выполняют из чистой меди толщиной от 3 до 10 мм. Напряжение 1,2—2 В, плотность тока 1—1 А/дм². Расстояние между анодом и катодом не менее 100 мм. На катод обычно навешивают ювелирное изделие. Выпрямитель собирают из старого трансформатора от радиоприемника с напряжением на выходе 6—12 В. Для ограничения тока последовательно с диодом подключают резистор 51—150 Ом. Выпрямителем служат полупроводниковые диоды Д-303, Д-304 и Д-214. Однако кратко описанная выше технология копирования подразумевает наращивание ювелирного изделия методом нанесения серебряных и золотых покрытий с использованием постороннего источника тока. В домашних условиях встречается еще одна, более трудоемкая технология — контактное нанесение серебра и золота в соответствующих растворах при отсутствии постоянного источника тока. Опишем обе технологии.

2.11.9. Различные методы нанесения гальванических покрытий

В предыдущем разделе было рассказано о том, что провести копирование возможно, только нарастив на поверхность ювелирного изделия гальваническое покрытие.

Ювелир в своей практике иногда встречается с другой задачей. Ему нужно копировать ювелирное изделие, выполненное не из благородного металла, а, допустим, из медного сплава. Из экономических соображений изделие можно также копировать методом предварительного наращивания серебряного или золотого покрытия.

Однако до этого изделие сначала амальгамируют, т. е. наносят ртутное покрытие. Это делается для того, чтобы уменьшить разницу потенциалов в паре серебро — неблагородный металл до величины, соответствующей паре серебро — ртуть. Таким образом, поверхность изделия облагораживается электрохимическим способом.

То же делается перед огневым золочением и серебрением, для того чтобы покрытие было более прочным. Состав амальгамы следующий: 10 частей ртути, 11 частей азотной кислоты, 500 частей воды.

В фарфоровую чашку наливают ртуть, доливают ее азотной кислотой и нагревают до невысокой температуры. Если остаток ртути остается в чашке нерастворенным, то раствор насыщенный. Происходит следующая реакция:

3Hg + 8HNO₃ → ЗНg (NO₃)₂ + 4Н₂O + 2NO.

Затем раствор разбавляют водой.

Технология нанесения покрытия. Хорошо очищенное и обезжиренное изделие закрепляется на проволоке-электроде в гальванической ванне и погружается в раствор нитрата ртути на 2—3 с. Если получается плотный хороший слой ртути, изделие извлекают из раствора и ополаскивают в проточной воде. В серебряной ванне остатки соли исключены.

Покрытие погружением основано на ионном обмене. Ювелирное изделие погружают в ванну, температура которой 90—95 °C, при этом на дне ванны образуется тонкий металлический осадок. Этот способ применяется в крайнем случае, когда отсутствует постоянный автономный источник тока. Несмотря на присутствие источника тока, гальваническое покрытие в последнем случае менее трудоемко, обходится дешевле и гораздо надежнее, чем первое.

Приводим состав ванны для серебрения:

• нитрат серебра AgNO₃ — 10 г;

• цианид калия KCN — 35 г;

• вода Н₂O — 11л.

Технология приготовления раствора следующая. Цианид калия и нитрат серебра растворяют каждый в 0,5 л воды, затем оба раствора сливают:

2KCN + AgN₃ → К [Ag(CH₂)] + KNO₃.

Обезжиренное изделие погружают в ванну при температуре электролита 85—95 °C. На нем через несколько секунд образуется тонкая серебряная пленка.

По окончании работы оставшееся в ванне серебро удаляют, так как срок службы такой ванны очень мал из-за ее загрязнения ионами ювелирного изделия. После извлечения изделия из ванны, когда получен нужный тон окраски покрытия, его промывают и сушат в опилках или стружках.

Золочение погружением. Для этой операции готовят ванну следующего состава:

• фосфат натрия Na₃PO₄ — 4 г,

• гидроксид калия КОН — 4 г,

• хлорид золота H[AuCl₄] — 10 г;

• вода Н₂O — 1 л.

В 0,75 л воды растворяют фосфат натрия и гидроксид калия; в 0,25 л воды растворяют хлорид золота и цианистый калий. Оба раствора смешивают. Способ аналогичен серебрению погружением.

Контактный метод. Метод основан на электрохимическом различии напряжений между металлом ванны и изделием. Это различив напряжений увеличивают тем, что металл (изделие) соединяют с особенно неблагородным металлом, который в ряду напряжений далеко отстоит от Н₂ и тем самым дополнительно повышает разность потенциалов между покрываемым металлом (изделием) и металлом ванны.

В качестве примера можно привести следующий. Медный стержень, который мы же лаем посеребрить, обматывают алюминиевой проволокой. Алюминий в растворе становится ионом Аl⁺. При этом он вытесняет Ag⁺ из ионного раствора. Серебро осаждается на меди и алюминии. Процесс заканчивается, если оба погруженных металла пассивируются посредством покрытия металлом ванны.

Преимущества и недостатки контактного метода. Ванна проста в использовании и менее чувствительна к различиям в концентрациях и к примесям, чем гальваническая (ванна для золочения с постоянным источником тока не применяется из-за использованного при ее пайке олова, которое может попасть в электролит). Такая ванна неэкономична в употреблении ввиду того, что благородный металл может заимствоваться только из ванны, а не у анода. Покрытие получается тонким и неравномерным.

Контактное серебрение. Для этого используют следующий электролит:

• нитрат серебра AgNO₂ — 17 г,

• цианид калия KCN — 25 г;

• вода Н₂O — 1л.

Каждую соль растворяют в 500 г воды и сливают вместе. Изделие плотно обматывают проволокой. Конец проволоки оставляют такой длины, чтобы за него можно было удерживать покрываемое серебром изделие. Раствор должен быть нагрет до 85—90 °С. Изделие, погруженное в ванну, перемещают вперед и назад до тех пор, пока не образуется плотное покрытие. (Если изделие пробудет в ванне слишком долго, то возникнет измененная окраска поверхности.) Затем изделие извлекают из раствора, освобождают от проволоки, промывают, зачищают и снова обматывают проволокой. Вторичную обмотку следует сместить на другие места, чтобы покрытие получилось равномерным. Теперь серебрение можно проводить несколько раз до получения нужной толщины покрытия. Следует помнить, что каждый раз надо брать новую проволоку, поскольку в процессе серебрения она пассивируется и становится непригодной.

Контактное золочение. Для контактного золочения используют готовые препараты соли. Их состав:

• хлорид золота H[AuCl₄] — 2 г;

• сульфид натрия Na₂S — 10 г;

• цианистый калий KCN — 5—10 г;

• фосфат натрия Na₃PO₄ — 60 г;

• вода Н₂O — 1л.

Указанные химикалии находятся в подогретой воде до полного растворения.

Данный метод золочения сходен по существу с контактным серебрением. При покрытии белым золотом требуется небольшое количество контактного материала и более низкая температура ванны по сравнению с покрытием красным золотом. Если при золочении выпадает темный осадок, то это свидетельствует о том, что изделие находилось в ванне слишком долго или что температура ванны была слишком низкой.

2.11.10. Гальванические процессы при наличии постороннего источника тока

Схема простой установки для электролитического покрытия была приведена на рис. 2.11.8.1, а электрическая схема — на рис. 2.11.8.2. Однако для нужд промышленного предприятия небольшие установки недостаточны (хотя их принцип сохраняется в любом гальваническом процессе), потому наиболее подходящими здесь будут универсальные гальванические установки многоцелевого назначения. В них четыре ванны встроены в стол и по необходимости могут использоваться как для любых гальванических работ, так и для обезжиривания и промывания. При нагрузке в 100 A напряжение можно плавно изменять в пределах от 0 до 10 В. Для нагрева ванн используют коммутационный аппарат, а наблюдение ведется по контрольным лампам. Сигнальные часы с секундной и минутной стрелками гарантируют контроль за тем, чтобы время обработки было одинаковым. Все ванны оборудованы обсасывающими устройствами для охраны здоровья работающих. Нижняя часть стола представляет собой шкаф для хранения химикатов.

2.11.11. Гальваническое серебрение

Для гальванического серебрения используют следующие составы ванн и режимы их работы.

I. Для предварительного серебрения:

1) дицианоаргентаат калия (54 % Ag) К[Ag(CN)₂] - 8 г/л;

2) цианид калия KCN — 80 г/л;

материал анода — сталь; температура — 18—20 °C; плотность тока на катоде — 2 A/дм²; напряжение ванны при расстоянии между анодами 15 см — 4—6 В.

Расчетные нормы:

серебро в ванне — 3—4 г/л;

свободный цианистый калий—60—80 г/л.

II. Для толстослойного серебрения:

1) дицианоаргентаат калия (54 % Ag) K[Ag(CN)₂] - 50 г/л;

2) цианид калия KCN — 25 г/л;

3) карбонат калия К₂СO₃ — 30 г/л;

материал анода — чистое серебро; температура — 18—24 °C; плотность катодного тока: при неподвижных изделиях — 0,3—0,5 A/дм²; при движении изделий — 1—1,5 A/дм²; напряжение ванны при расстоянии между анодами 15 см — 0,7—1 В.

Расчетные нормы:

серебро в ванне — 25—30 г/л;

свободный цианистый калий — 70—100 % от содержания серебра;

карбонат калия — не более 100 г/л.

Ванна состоит из трех компонентов: калиевого цианида серебра (дицианоаргентаата калия) как носителя металла, цианида калия и карбоната калия как солей электролита. Вместо соли калия могут быть использованы и соли натрия. Самостоятельно составлять ванну для серебрения не разрешается, так как мелкозернистый осадок можно получить только в ваннах с цианистым калием. И по этой причине другие составы ванн в этой книге рассматриваться не будут.

Нормальное серебрение. Цель нормального серебрения заключается в получении стойкого относительно толстого серебряного покрытия. Поверхность изделия должна получиться матово-белой, равномерно покрытой серебром без пятен и блестящих мест. Для этого применяют анод из чистого серебра толщиной 1 мм. Величина поверхности анода должна быть соизмерима с площадью поверхности изделия. В нашем случае при серебрении ювелирных изделий (мелкий предмет) анод подвешивают так, чтобы он только частично был погружен в раствор ванны. Если анод слишком мал, необходимо более высокое напряжение, кроме того, должно быть увеличено расстояние между анодами, для того чтобы сохранить их рассеивающую способность. В общем, как было указано ранее, расстояние между анодами должно составлять более 10 см. Когда ванна эксплуатируется, анод должен быть матовым, светло-серым. Обесточенный анод белого цвета. В неработающем состоянии анод должен находиться в электролите.

Последовательность операций. После включения тока изделие серебряной проволокой крепят на штангу катода. Сначала напряжение повышается до ~5—6 В. После получения плотного серебряного покрытия продолжают работать с нормальным рабочим напряжением.

Если изделие прошло предварительное серебрение и крацевание, то его сразу можно серебрить при нормальном рабочем напряжении. Через 15—20 мин его вынимают, промывают и крацуют латунными щетками. Поверхность становится блестящей, и уже можно контролировать — вся ли поверхность покрыта серебром. Затем изделие снова промывают в воде. Если толщина недостаточна, то описываемые процессы повторяются до получения желаемой толщины.

После последнего крацевания изделие подвешивается на 3 мин в ванну без пропускания тока. Затем изделие промывают, просушивают и полируют на тканевых или войлочных полировальных кругах. Иногда изделие имеет следующие недостатки: 1) оно не имеет блестящей поверхности, и его приходится полировать; 2) низкая плотность тока допускает только медленное осаждение металла; 3) поверхность покрытия получается мягкой и быстро истирается. Возможные дефекты при серебрении приведены в табл. 2.11.11.1.

Табл. 2.11.11.1. Возможные дефекты при серебрении.

Вид дефекта	Причина появления	Способ устранения
Пузырчатый (воздушный) осадок	Изделие неудовлетворительно обезжирено и амальгамировано	Обезжирить и амальгамировать
Неровный (шероховатый) осадок	Загрязненная ванна	Отфильтровать электролит
Полосчатый осадок	Неравномерное амальгамирование изделия	Обезжирить и амальгамировать
	Ванна слишком концентрированная	Разбавить электролит водой
	Ванна слишком холодная	Подогреть ванну
Края изделия грубые	Слишком малое содержание металла	Добавить соли серебра
Анод с бело-металлическим блеском	Слишком много KCN	Добавить соли серебра
Темные пятна на аноде, осадок голубовато-желтый	Слишком мало KCN	Добавить 1-2 г/л KCN
Никакого осадка	Анод и изделие не имеют контакта	Прочистить контакты
Осадок серого цвета, выделение водорода	Плотность катодного тока слишком высокая	Понизить силу тока или навесить больше изделий
Плохая рассеивающая способность	Слишком низкая катодная плотность тока	Повысить плотность тока
Анод пассивен	Слишком высокая плотность анодного тока	Крацевать анод
Плохая рассеивающая способность	Расстояние изделие — анод слишком мало	Расстояние увеличить минимум на 10 см

Серебрение можно улучшить следующим образом: 1) добавить в ванну с KCN блескообразующие добавки (соли селена, теллура, тиомочевину, сероуглерод, тиосульфат алюминия); 2) отказаться от цианида как основы электролита и ванну составить из иодидов, радонидов, тиосульфатов и др.

В последнее время были проведены исследования серебрения. В результате процесс, длившийся 3—4 ч сократился до 30 мин, так как была повышена плотность тока до 1,2 A/дм². Отпала необходимость прерывать процесс для крацевания, поскольку изделие получалось без пор и пузырьков, имело равномерный блеск и обладало высокой прочностью и малой изнашиваемостью.

2.11.11. Гальваническое золочение (нормальное золочение)

Способ похож на гальваническое серебрение.

Состав ванн. В специальной литературе опубликовано множество рецептов по золочению, сходство которых заключается в том, что ювелир без специальных знаний в области химии может воспользоваться ими с большим трудом. При несоблюдении технологии и отклонений в составе ванн могут возникнуть существенные потери драгоценных металлов, поэтому нужно пользоваться имеющимися ваннами и готовыми препаратами, которые достаточно эффективны и недороги. В настоящее время ванны составляются на основе цианидов: дицианоаураата калия («золотой соли»), являющегося носителем благородного металла; цианида калия, играющего роль «свободного» цианистого калия, и фосфата натрия (токопроводящей соли), служащего для увеличения электропроводности. Приводим рецепты ванн для гальванического золочения.

Ванна золочения, работающая на холоде или с подогревом:

1) дицианоаураат калия (40 % Au) К[Au(CN)₂] - 8,5 г/л;

2) цианид калия KCN — 10 г/л;

3) динатрийфосфат Na₂HPO₄ — 70 г/л;

материал анода — чистое золото; температура — 18—20 °C; плотность катодного тока — 0,1—0,52 A/дм²; напряжение ванны при расстоянии между анодами 15 см при 18— 20 °C — 2—2,2 В; при 60—70 °С — 1—2 В; чистого золота в ванне — 3—4 г/л; свободного цианистого калия — 10—15 г/л.

Ванна золочения, работающая с подогревом:

1) дицианоаураат калия (40 % Au) к К[Au(CN)₂] - 2,5 г/л;

2) цианид калия KCN — 5 г/л;

3) динатрийфосфат Na₂HPO₄ — 70 г/л;

материал анода — нержавеющая сталь; температура — 60—70 °C; плотность тока — 0,2—0,5 A/дм²; напряжение ванны при расстоянии между анодами 15 см — 2—3 В; чистого золота в ванне — 0,8—1 г/л; свободного цианистого калия — 5—10 г/л.

Если ювелиры хотят придать золотым изделиям более сложную окраску, то в этом случае в ванну добавляют и другие ингредиенты. Под их воздействием на поверхность основного изделия осаждаются одновременно два покрытия (металла). Например, в ванне зеленого золота, состав которой мы приводим, гальваническое покрытие на изделии образуют золото и серебро.

Ванна зеленого золота:

1) дицианоаураат калия K[Au(CN)₂] — 6,2 г/л;

2) цианид серебра AgCl — 0,8 г/л;

3) цианид калия KCN — 7,5 г/л;

материал анодов — нержавеющая сталь; температура — 50—60 °C; плотность катодного тока — 1—2 A/дм².

Подготовка изделий и эксплуатация ванны. Действия при подготовке сводятся к следующему:

1. Тщательная очистка и обезжиривание поверхности покрываемого изделия.

2. Любая царапина или какой-либо дефект такого плана оттеняются.

3. Изделие должно быть безукоризненно промыто и обезжирено.

4. Перед золочением следует отказаться от амальгамирования, ибо белый цвет ртути просвечивает через позолоченное покрытие и неблагоприятно действует на общий цвет поверхности изделия.

Нормальное золочение. При нормальном золочении применяют как растворимые аноды из чистого золота, так и нерастворимые из платины и нержавеющей стали. Для осуществления процесса электролиза достаточно, чтобы площадь анодов соответствовала 1/3 площади поверхностей изделий. При золотом аноде напряжение может быть 1—2 В. Для золочения хорошо зарекомендовали себя не растворимые аноды, чаще из платины. Если же анод выполнен из нержавеющей стали, напряжение должно составлять 2—3 В. Следует иметь в виду, что предварительное золочение осуществляют точно так же, как и основное золочение, изделие оставляют в ванне до тех пор, пока не образуется плотное покрытие достаточной толщины. Не разрешается использовать старый, бывший в употреблении раствор для золочения, потому что образующиеся в этом случае осадки не полностью перекрываются в процессе основного золочения.

Последовательность проведения операций при золочении.

Требования сводятся к следующему:

1. Ванна должна иметь строго определенную температуру.

2. На обмотанное контактной проволокой изделие и подвешенный на глину катод должен немедленно подаваться ток.

Продолжительность золочения точно определить невозможно. Она зависит в основном от мощности ванны, от желаемого качества поверхности покрытия и, наконец, от характерных особенностей ювелирного изделия. Если покрытие осуществлять менее 30 с, оно останется блестящим, если же изделие продержать в электролите больше положенного по технологии времени, то его поверхность станет матовой. Изделие принимает солидную толщину покрытия, если его опускать в ванну трижды по 5 мин. Чтобы остатки от крацевания не попадали в ванну, после каждого крацевания изделие промывают. Процесс — золочение — промывание — крацевание — промывание — золочение повторяют столько раз, сколько нужно для получения требуемого качества покрытия. Для получения металлического блеска достаточно крацевания; для полированной поверхности требуется обработка на круге из льняного материала и шерсти. Дефекты процесса золочения и способы их устранения приведены в табл. 2.11.12.1.

Табл. 2.11.12.1. Возможные дефекты при золочении и способы их устранения.

Вид дефекта	Причины появления	Способ устранения
Пятнистый осадок	Остатки химикалия на изделии	Изделие очистить
	Раствор для амальгамирования сильно концентрированный. Изделие слишком долго подвергалось амальгамированию	Раствор разбавить, амальгамирование осуществлять за более короткий срок
	Поры в основном металле	Шлифование и полирование
Местами плохая стойкость	Основной металл содержит фосфор	Применять металл, не содержащий фосфор
Шероховатый осадок	Ванна загрязнена	Ванну профильтровать
Пузырчатый осадок	Изделие плохо обезжирено	Изделие обезжирить
Красный осадок	Ванна загрязнена примесями меди	Добавить 2—5 г/л KCN
Ванна работает медленно	Ванна слишком густая	Разбавить водой
Обесцвеченный, не чисто окрашенный осадок	Анод слишком велик или мал	Выверить величину анода
Ванна работает медленно, интенсивное образование водорода. Осадок черно-зеленый	Слишком мало содержание золота	Добавить «золотой соли»
Высокое омическое сопротивление. Аноды становятся коричневыми	Слишком мало KCN	Добавить 2—3 г/л KCN
Анод с металлическим блеском	Слишком мало KCN	Добавить «золотой соли»
Шероховатый осадок	Слишком много К2СO3	Добавить раствор, свободный от карбоната
Края изделия серые; крупнозернистый буро-фиолетовый осадок; образование водорода	Слишком высокая плотность катодного тока	Увеличить силу тока или навесить меньшее количество изделий
Плохая рассеивающая способность	Слишком низкая плотность катодного тока	Повысить плотность тока
	Расстояние изделие — анод слишком мало	Расстояние увеличить минимум на 10 см

Специальные ванны. Известно, что золотые покрытия, как правило, бывают мягкими и быстро истираются. Чтобы избежать этих и других недостатков, разработаны специальные ванны — ванны износостойкого золочения.

Было проделано немало различных опытов для увеличения твердости золотого покрытия. И обнаружено, что если совместно с золотом осаждается другой, более твердый металл (никель), то суммарная твердость покрытия будет увеличена. Но в домашних условиях эта операция невозможна, ее можно осуществить лишь в заводских условиях, ибо только при наличии специальных приборов и установок можно подобрать металлы с равными потенциалами осаждения.

Существуют ванны для получения цветного золота. В нормальной ванне можно получать различные оттенки золота посредством изменения условий осаждения металла. Если плотность тока и температура ванны высокие, а содержание свободного цианистого калия низкое, то осадок будет темнее, при обратном соотношении наблюдаются светлые блеклые осадки. Еще более интересный результат можно получить, если в ванну добавить другие соли металла. В частности, имеются готовые препараты для получения следующих оттенков осадков: красного, желтого, зеленого, светло-желтого. Ванны для получения желтого и зеленого золота требуют низкого напряжения и меньшей плотности тока. Для них реакции происходят при 70 °C. Ванна красного золота требует большой энергии и температуры (~80 °С).

2.11.13. Электрохимическое отслаивание и полирование

Следует помнить, что в обоих случаях ванны и схемы обработки деталей являются одинаковыми (в обоих случаях происходит анодное травление). Однако два эти понятия необходимо четко различать по их назначению.

Электрохимическое отслаивание применяют для удаления с поверхности изделия оксидных пленок, образовавшихся при прокаливании, а также налетов, оставшихся после травления золотого сплава. Электрохимическое полирование имеет целью удаление неровностей, сглаживание поверхности и придание ей глянца, как и при механическом полировании. Преимущества указанных процессов заключаются в том, что путем отслаивания в электролите быстро и легко удаляется зеленый налет из самых труднодоступных уголков рельефного украшения. При этом отпадает трудоемкая операция — работа шабером, шлифовальными палочками, натянутой нитью и т. п. После электрохимического полирования нужно лишь слегка отполировать изделие обычным способом.

Оборудование. Для электрохимического отслаивания необходим мощный аппарат с силой тока больше 10 A. Кроме того, нужна ванна следующего состава (в ней будут удаляться налеты и позолоты самостоятельного некачественного приготовления):

• цианид калия KCN — 40 г/л;

• динатрийгидрофосфат Na₂HPO₄ —100 г/л;

• сульфид натрия Na₂SO₃ — 4 г/л;

• гидроксид натрия NaOH — 16 г/л.

Его хранят в закрытой темной бутыли (от распада).

Приводим второй опробованный рецепт:

• гексацианоферрат калия K₄[Fe(CN₆)] (желтая кровяная соль) — 100 г/л;

• цианид калия KCN — 50 г/л.

Рабочий процесс. Температура ванны 80—90 °С. Стальная пластина — катод — соединена с шиной катода толстым проводником. Изделие — анод. Оно крепится на проводе сечением 4 мм². Анодная шина с изделием и проводом подвешивается свободно. (Оно передвигается при анодном травлении.) Сила тока при электрохимическом отслаивании в 20—70 раз больше силы тока при золочении, т. е. около 10 A/дм², и в 3—5 раз больше напряжение — 25 Вт.

Перемещение предмета в ванне занимает 30 с. Движение жидкости и газов отделяет налеты и оксидные пленки. После отслоения изделие выдерживают на штанге анода, пока не будет достигнута желаемая степень электрополированной поверхности. Этот способ лучше всего применим при работе с изделиями 500-й пробы и выше. Он годен в редких случаях и при более низкой пробе. Белое золото требует своей собственной ванны, иначе может потускнеть и окраситься. Тонкие материалы при этом способе не применяются, поскольку изделия могут быть разъедены насквозь.

2.11.12. Эмалирование

Эмалирование — одно из эффективных средств придания художественной ювелирной отливке качественно новой эстетической ценности.

Эмаль представляет собой легкоплавкий сплав различных цветов. Ее наносят в порошкообразном состоянии на поверхность отливки, а затем наплавляют, подвергая обжигу. Эмаль не только украшает изделия (кольца, броши, кулоны и пр.), но и защищает их от коррозии.

В состав эмали входят кремнезем, глинозем и другие оксиды, называемые плавнями. Преобладание тугоплавких соединений (оксида кремния) приводит к частичной кристаллизации, к расстекловыванию. Легкоплавкие соединения (оксиды натрия, калия и др.) снижают прочность эмали.

По составу эмали разделяют на прозрачные и непрозрачные (глухие). Для получения цветных эмалей сначала готовят основной сплав, а затем к нему добавляют красители и снова все переплавляют.

Художественные эмали должны иметь температуру плавления до 800 °С, быть химически стойкими к отбеливанию, обладать хорошей кроющей и адгезионной способностью, ярким цветом и блеском. Процесс эмалирования включает три основных этапа: подготовку изделия, нанесение эмали и обжиг.

Изделие готовят следующим образом: очищают от загрязнений, крацуют, обезжиривают и травят. Перед наложением эмали ее куски размалывают в порошок с частицами размером до 0,01 мм. Стремятся к тому, чтобы эмалевый порошок был однородным по размеру зерен. Пылевидные частицы после разлома обычно удаляют, промывая порошок водой.

Размолотую эмаль смешивают с водой в виде кашицы и накладывают на изделие кистью или шпателем. Для получения качественного покрытия важно, чтобы температурный коэффициент расширения эмали был близок к коэффициенту расширения металла.

Для литья и эмалирования более всего подходит золото. На дошедших до нас фигурках из серебра эмаль в большей или меньшей степени сколота, так как она плохо сцепляется с серебром. Фигурки золотого литья моделируют в основном за счет эмали, а не золота. Золото образует только остов — металлический стержень, покрытый толстым эмалевым слоем. В таких изделиях эмали больше, чем металла. Это объясняется тем, что только так можно обеспечить сцепление эмали с металлом и исключить возникновение напряжений в металле. Напряжение, возникающее на границе между облитым металлом и эмалью, можно уменьшить, если эмаль наносить на небольшие плоскости, т. е. расчленить поверхность металла на ячейки и выемки. Идеальным способом будет покрытие литой поверхности тугоплавкой белой эмалью, смешанной с клеем (трагантом), который наносится на поверхность литого изделия слой за слоем кисточкой или шпателем. Ни в коем случае нельзя выглаживать отливку чеканом, так как при этом сцепление эмали с металлом будет сильно ослаблено. Следует использовать шероховатость отливки, по возможности усилив ее обработкой штихелем.

После наложения эмали изделие тщательно просушивают и обжигают при температуре 600—800 °С в муфельных печах с открытой спиралью (рис. 2.11.14.1). Ювелирные изделия помещают на специальные подставки из никеля или жаропрочного сплава эмалью вверх.

Рис. 2.11.14.1. Муфельная печь

В процессе обжига наблюдают за состоянием поверхности эмали. Как только она приобретает стекловидный блеск, подставку с изделиями извлекают из печи. После обжига металлические части изделия, не покрытые эмалью, отбеливают для удаления оксидов. Отбеливание производят в слабом (до 15 %) растворе серной кислоты или в концентрированной соляной кислоте. Для эмалей с пониженной кислотостойкостью рекомендуют применять лимонную или щавелевую кислоту.

Техника художественного эмалирования разнообразна. В одних случаях эффект достигается введением в композицию небольших цветовых пятен, в других — эмаль является основным декоративным элементом. Иногда эмалью покрывают почти все изделие, а металл служит только конструкционной основой.

Эмали бывают выемчатые, перегородчатые, прозрачные, гладкие и живописные (финифть).

Для декоративной отделки ювелирных художественных отливок чаще всего прибегают к выемчатым эмалям. Перегородчатые эмали применяются достаточно редко, и их техника не будет описываться. Гладкие эмали в основном используются при покрытии посуды, и о них тоже речь идти не будет, а прозрачные эмали применяются практически во всех случаях изготовления ювелирных отливок, и потому некоторые сведения о них будут изложены

Выемчатые эмали. Для декорирования художественных отливок чаще всего применяют выемчатые эмали. При этом на поверхности изделия (на модели) предусматриваются специальные углубления — выемки, которые затем заполняют эмалью. Глубина выемки влияет на прозрачность эмали: чем глубже выемка, тем глуше цвет. Обычно литьем можно получить выемку глубиной пример

но 0,5 мм с вертикальными стенками. Следует помнить, что выемку нельзя дорабатывать чеканом или резцом, потому что из-за местной нагартовки могут возникнуть напряжения, которые отрицательно скажутся на сцеплении эмали с металлом. Необходимую доработку выемок следует осуществлять «облагораживанием», т. е. обжигом.

Дно углубления служит отражателем света, поэтому его тщательно зачищают. Для непрозрачных эмалей металлическую основу оставляют шероховатой.

Углубление может быть заполнено как частично, так и на всю глубину. В первом случае эмалью покрывают только дно, и тогда получается цветной мениск. Во втором случае после многократного нанесения эмали и обжига эмаль заполняет углубление в поверхности отливки заподлицо с краями.

Прозрачная эмаль очень хорошо смотрится на литом ювелирном изделии. Техника заключается в том, что невысокий металлический рельеф сплошь покрывают прозрачной эмалью так, что скрывают его выступы. Рельефное изображение просматривается сквозь эмаль, причем выступающие элементы просвечивают сильнее. Своеобразный эффект света и тени как бы увеличивает глубину рельефа. В литых изделиях это выполняется довольно просто.

2.11.13. Нанесение вакуумных ионно-плазменных покрытий

Вакуумная ионно-плазменная технология нанесения покрытий, получившая широкое распространение в различных отраслях машиностроения, главным образом для повышения износостойкости изделий, может с успехом применяться и для декорирования отливок.

Наиболее перспективным считается электродуговой метод, получивший название «конденсация ионной бомбардировкой» (КИБ).

В вакуумной камере размещен катод (рис. 2.11.15.1). Между корпусом камеры и катодом возникает электрическая дуга. Из катодного пятна вылетают ионы, электроны и нейтральные частицы, которые направленным потоком летят к изделию, расположенному внутри камеры. Вначале частицы как бы разрыхляют поверхностный слой изделия, эффективно очищая его и нагревая до 300—500 °С. Далее происходит насыщение поверхностного слоя ионами того материала, из которого изготовлен катод. Если в камеру вводят различные газы (например, азот или углеродсодержащие), на поверхности изделия формируются нитридные или карбидные покрытия.

Рис. 2.11.15.1 Схема нанесения покрытий ме­тодом КИБ: 1 — катод; 2 — ней­тральные частицы; 3 — электроны; 4 — ионы; 5 — изделие.

Широкое распространение получили покрытия из нитрида титана, которые удачно имитируют позолоту. Причем, регулируя параметры процесса, можно добиться полного сходства с золотом различных проб. Покрытия из нитрида титана наносят не только на металлы, но и на стекло, и на керамику. Такие покрытия отличаются прочным сцеплением с материалом изделия и высокой износостойкостью.

При нанесении покрытий методом КИБ предъявляются очень жесткие требования к качеству поверхности изделий. На поверхности не должно быть загрязнений (ржавчины, масла, других неметаллических материалов). Особые трудности возникают при нанесении покрытий на отливки, на поверхности которых есть различные дефекты (поры, шлаковые включения, окисленные трещины). В ряде случаев требуется дополнительная подготовка поверхности. Если в состав материала изделия входят легкоиспаряемые элементы (например, цинк в латуни), то перед ионной бомбардировкой на изделие наносят гальваническим способом подслой никеля.

2.11.16. Определение пробы благородных металлов и их сплавов

Литейщики, работающие как на производстве, так и в домашних мастерских, сталкиваются с определением пробы благородных металлов и их сплавов. Причем им необходимо знать качественный и количественный состав как сырья, поступающего к ним для изготовления ювелирных изделий, так и получившегося изделия после литья, термообработки и окончательной отделки. Поэтому определение пробы благородных металлов в первом случае можно проводить методом разрушающего контроля, а во втором желательно — неразрушающего контроля, с тем чтобы не испортить ювелирное изделие.

Проблема определения проб благородных металлов широко представлена практически во всех книгах и руководствах по ювелирному производству. Подробное описание процессов определения проб сплавов благородных металлов имеется в книге Э. Бреполя «Теория и практика ювелирного дела», в книге С. А. Селиванкина и др. «Технология ювелирного производства», в «Справочнике по художественной обработке металлов и сплавов» Л. А. Гутова и М. К. Никитина и во многих других изданиях.

Мы же остановимся на двух методах, поскольку в остальных способах определения проб благородных металлов требуется дорогое специальное оборудование, которым литейщики, работающие индивидуально, не располагают.

Выясним, что же такое проба. Проба — это количество чистого драгоценного металла в сплаве. Абсолютно точно пробу в домашних условиях определить нельзя. Это можно сделать только в инспекциях пробирного надзора.

Для качественного и количественного анализа драгоценного металла в сплаве необходимы: пробирный камень, пробирные иглы, кислоты (их смеси, например царская водка), хлорное золото, азотнокислое серебро и хромпик.

Пробирный камень — это кислотостойкий камень черного цвета с мелкозернистой структурой, имеющий отшлифованную поверхность, который тверже благородных металлов и сплавов.

Пробирная игла — это латунная игла, на конце которой припаяна маленькая полоска из сплава известной пробы. Для того чтобы установить пробу имеющегося золота в куске желтого сплава, необходимо пропилить в нем надрез и капнуть в него азотной кислотой. Если в месте разреза возникнет зеленый цвет, это говорит о том, что кусок состоит из сплава на медной основе или что он покрыт золотом. Если образуется цвет розовато-бежевый, то это сплав серебра.

Если реакция с изменением цвета идет вяло, то это либо слиток из золота ниже 333-й пробы, либо мы имеем дело с недрагоценным сплавом. При отсутствии реакции это может быть сплав 500-й или более высокой пробы.

Теперь проведем количественный анализ. С помощью напильника зачистим небольшую поверхность изделия и проведем этим местом по пробирному камню до появления черты (штриха) шириной 3—4 мм и длиной 25—30 мм. На штрих наносим каплю концентрированной азотной кислоты (реактив для 585-й пробы золота). Если через 6—7 с штрих полностью растворится, то испытуемый металл — золотой сплав ниже 333-й пробы или вообще не имеет в своем составе золота. Если штрих окрашивается в коричневый цвет, то сплав может относиться к золотым от 333-й до 500-й пробы. Если цвет за 6—7 с не меняется, то мы имеем дело со сплавом 585-й пробы.

Для определения присутствия в образце белого цвета благородных металлов на очищенную поверхность изделия наносим каплю хлорного золота. Если через 1—2 с цвет станет темно-зеленым, то это означает, что слиток является чистым или высокопробным серебром. Если же во время реакции возникнут газы, то это алюминий или его сплав. Если через 30—40 с поверхность изделия почернеет, то это слиток олова.

Для исследуемого образца серовато-белого цвета возможны следующие варианты:

1. Если после нанесения хлорного золота реакции не последует, это может быть слиток платины.

2. Если через 2 с слиток желтеет, а потом чернеет, то этот слиток состоит из цинка.

3. Если цвет становится грязно-желтым, то слиток состоит из свинца.

Если хлорное золото нанести на сплав золота выше 585-й пробы, цвет исследуемого образца не изменится, если останется слабое пятно, то это сплав 583-й пробы. Если пятно станет светло-коричневым, то это 500-я проба, на сплаве 375-й пробы возникнет темно-коричневое пятно. На сплавах ниже 375-й пробы пятно будет иметь цвет от каштанового до черного.

Сплавы от 585-й до 750-й пробы определяют по взаимодействию с царской водкой, а сплав 950-й пробы при нагревании до красного каления и последующем охлаждении не меняет свой цвет. Образцы 990-й пробы оставляют на пробирном камне чешуйки.

Чистое серебро при нагреве до красного каления и охлаждении остается белым. Если серебро потереть о пробирный камень, а затем это место смочить реактивной жидкостью, состоящей из 16 частей хромовой кислоты и 32 частей воды, и потом ее стереть, то цвет поверхности здесь изменится и станет кроваво- красным. Чем чище серебро, тем окраска будет более интенсивной.

Для определения наличия и чистоты платины используют йодистый камень. На чистую платину он не действует. На черте платинового сплава на пробирном камне реактив оставляет темный осадок. Отбор ведут пробирными иглами.

2.11.17. Определение пробы на пробирном камне

Зачищенной поверхностью ювелирного изделия на пробирный камень наносят черту шириной 3—4 мм и длиной 25 мм. Рядом, на расстоянии 2—3 мм, пробирной иглой по обеим сторонам от испытуемой части проводят такие же штрихи (предполагается, что испытуемый металл и пробы пробирных игл совпадают). Наносят на все штрихи каплю пробирного реактива и засекают время прохождения реакции. Через 15—20 мин каплю надо промокнуть фильтровальной бумагой и проследить за результатом: 1) если на черте от испытуемого сплава останется более темное пятно, чем на черте от пробирной иглы, то испытуемый сплав относится к более низкой пробе; 2) если пятна от реактива на штрихах от пробирной иглы и испытуемого сплава совпадают, то пробу испытуемого сплава считают идентичной пробе пробирной иглы (анализ проводят при дневном свете).

Существует еще несколько методов определения пробы драгоценных металлов и их сплавов (купелирование, химико-аналитический, спектральный и т. д.), но они не применимы в домашних условиях.