Нанести графит на металл

На главную

  Материалы, из которых изготовляются формы для гадьвано-пластического наращивания металла, являются диэлектриками, поэтому для создания на их поверхности электропроводящего слоя требуется специальная обработка.   Чтобы наносимый слой не ухудшал точность гальванорепродукции, он должен быть очень тонким.   Электропроводность можно придать механическим натиранием или химическим путем.

Проводящие слои для гальванопластических форм см. также на стр. 183.   Наиболее распространенным и дешевым материалом для механического нанесения электропроводящего слоя (натиранием) является графит; применяются и порошкообразные металлы: медь, бронза, серебро и золото.

  Химический способ придания электропроводности заключается в выделении на поверхности формы меди, серебра или золота из их солей.

  Применяется также способ нанесения металла в вакууме катодным распылением или испарением в вакууме.

Механические способы

ПОДГОТОВКА ГРАФИТА

  Существует несколько сортов графита; наиболее приемлем для создания электропроводящего слоя на формах чешуйчатый графит.

  Применяемый для натирания форм графит должен удовлетворять требованиям ГОСТ 4408—48, отличаться чистотой, не иметь посторонних примесей, не быть крупночешуйчатым или матовым (матовый графит — землистый или так называемый сажевый — можно употреблять только как наполнитель для восковых форм).

  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 окислы железа, для чего замешивают в сметанообразную массу с водой и добавляют соляной кислоты; 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 шелковое сито с числом отверстий не менее 400 на 1 мм2.

Наиболее мелкий графит используется для небольших и очень точных копий: для копий большого размера можно применять более крупный графит, так как он обладает повышенной электропроводностью.

  Следует отметить, что графит, в отличие от меди, бронзы, серебра и золота, имеет значительно удельное сопротивление. При небрежном графитированин омическое сопротивление графита может еще более возрасти. Его следует наносить плотным слоем, чтобы частицы графита хорошо соприкасались между собой.   Для повышения электропроводности графита, что ускоряет наращивание первого слоя металла, применяют химические способы обработки графита.   По одному из них графит смешивают с эфирным раствором азотнокислого серебра и после нанесения на форму подвергают действию яркого света.   Можно заранее обработать графит серебром; смешивают его с раствором азотнокислого серебра в дистиллированной воде, затем сушат, разрыхляют и насыпают на помещенное под источником света стекло, на котором перемешивают. Азотнокислое серебро восстанавливается до металлического, обволакивая каждую частицу графита.

  Более эффективный способ обработки заключается в том, что графит, смоченный азотнокислым серебром, подвергают прокаливанию, для чего 100 г предварительно обработанного графита разводят в виде суспензии в растворе 10 — 15 г азотнокислого серебра в 200 г дистиллированной воды. Высушив графит, прокаливают его при красном калении в закрытом тигле. После охлаждения такой прокаленный «серебряный графит» разрыхляют и снова просеивают через мелкое сито.

  Аналогичным образом получают «золоченый графит»: 100 г обработанного и просеянного графита замешивают с 0,2 г хлористого золота в 200 г серного эфира, затем сушат и подвергают действию яркого света.   Существует прием обработки графита и после графитировання гальванопластических форм. В густую пастообразную водную суспензию графита вводят азотнокислое серебро и после нанесения на форму подвергают действию сероводорода; азотнокислое серебро переходит в сернистое.

  Можно добавлять порошкообразное серебро и непосредственно к графиту. Для получения такого серебра можно пользоваться контактным способом: 2 — 3 г азотнокислого серебра растворяют в 1 л дистиллированной воды и в раствор бросают кусочки меди, на которой выделяется металлический порошок серебра.

Раствор следует взбалтывать для освобождения кусочков меди от уже выпавшего на нее порошка серебра, затрудняющего дальнейшее выделение. По окончании реакции раствору дают отстояться до выпадения на дно всей взвеси серебра.

Затем жидкость сливают, а порошок металлического серебра несколько раз промывают водой, сушат и добавляют к графиту.

  Существует также способ предварительного опыления тонкого слоя графита серебром или золотом в камере катодного распыления металла.

ОСОБЕННОСТИ НАНЕСЕНИЯ ГРАФИТА НА РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ

  Графитирование всегда производят с большой осторожностью. При нанесении графита на формы, имеющие тонкий рельеф, надо применять кисть из мягкого, но не очень длинного волоса, чтобы пользоваться торцом кисти. На кисть следует надевать резиновую трубку, чтобы защищать форму от возможного соприкосновения с металлической державкой кисти.

  Для графитирования обычно применяют акварельные колонковые кисти от № 8 до № 14, а также более жесткие кисти, употребляемые в масляной живописи. Кроме того, пользуются ватными тампонами, главным образом для натирания гипсовых форм.

  Гипсовые формы, пропитанные озокеритом, или восковые формы лучше графитировать, когда они еще не совсем остыли: тогда сцепляемость частиц графитовой пудры с полостью формы значительно повышается. Для этого производят графитирование в два приема.

Предварительно еще теплую форму осторожно припудривают ватным тампоном, нанося графит в избытке, затем, по охлаждении формы, ее окончательно графитируют.   Если форма приготовлена из мягкой восковой композиции и в особенности из пластилина, следует пользоваться мягкими беличьими кистями или ватными тампонами.

  Гипсовые формы после пропитки озокеритом можно в теплом виде припудривать тампоном. По охлаждении формы можно втирать в нее графит ватным тампоном. Затем стенки полости гипсовой формы следует дополнительно графитировать довольно жесткой кистью, обращая главное внимание на узкие или глубокие детали рельефа.

  При графитировании ватным тампоном необходимо часто осматривать его рабочую поверхность: навощившись, тампон может повредить рельеф формы.   Наиболее трудно графитируются парафиновые формы, так как графит чрезвычайно плохо сцепляется с их поверхностью, вследствие чего требуется длительное графитирование.

Парафиновые формы лучше графитировать кистью, а не тампоном, потому что парафин хрупок и при натирании склонен к отслаиванию.

  При нанесении графита на пластилиновые формы или непосредственно па пластилиновые рельефы, а также на круглую скульптуру из пластилина поверхность следует предварительно покрывать шеллачным лаком для создания тонкой пленки, предохраняющей верхний слой пластилина от повреждений при графитировании и от размывания электролитом.

  Следует рекомендовать скульптору изготовлять пластилиновые барельефы на пластмассовой или стеклянной подложке, создающей плоский фон.   Круглую скульптуру из пластилина, на которую наращивают металл поверх пластилина, надо изготовлять на алюминиевых каркасах. Если опора каркаса выходит наружу, ее следует покрывать парафином или воском.

Но выступающую часть каркаса следует оставлять до конца гальванопластического процесса, так как каркасом можно пользоваться для подвески скульптуры в ванне. Только по окончании процесса выступающую часть каркаса отрезают ножовкой, а надрез плотно замазывают пластилином, покрывают проводящим слоем, затем наращивают тонким слоем металл, подвешивая в электролит на медной проволоке.

  Для нанесения графита на стеклянные, пластмассовые и другие материалы, на которые металл наращивают преимущественно в декоративных целях, можно пользоваться следующим приемом.

Графитируемый материал предварительно покрывают тонким каучуковым или восковым слоем, для чего готовят 0,1 — 0,3 — процентный раствор каучука или воска в чистом бензине и наносят его пульверизацией, окунанием или кистью. После этого мягкой кистью тщательно наносят графит.   При наращивании металла на гигроскопичные материалы, например дерево, кружево, бумагу и т. п., предварительно пропитывают их парафином или воском. Так, например, кружева и ткани, подвергаемые гальванопластическому наращиванию, нужно предварительно натягивать на каркас из жесткого электропровода с хлорвиниловой изоляцией, затем пропитывать окунанием в расплавленный парафин или воск. Далее для удаления лишнего воска или парафина ткань или кружево кладут между слоями папиросной или тонкой писчей бумаги и проглаживают утюгом. Затем еще в теплом виде припудривают их графитом, натирают жесткой кистью и обдувают воздухом (при помощи меха или от компрессора) для удаления несвязанного графита.   Графитирование форм из гуттаперчи, целлулоида, дерева и других твердых материалов не отличается от графитирования гипсовых, форм: графит втирают ватным тампоном с последующей обработкой кистью.

  Способ графитирования форм для гальванопластического репродуцирования скульптуры не механизирован, так как формы, снятые со скульптур, обычно глубоко и резко профилированы, вследствие чего в каждом случае требуется индивидуальная ручная обработка графитом.

Для опыления крупных форм в отдельных случаях можно использовать пескоструйный аппарат, нанося графит сжатым воздухом на стенки полости формы, предварительно покрытые медленно сохнущим шеллачным лаком. Опыление форм графитом производят в изолированной камере.

Но при таком способе покрытия графитом расход его значительно повышается. После графитирования пульверизацией формы приходится дополнительно обрабатывать — вручную уплотнять нанесенный слой графита.

Для графитирования форм с низким рельефом можно использовать специальный станок, применяемый для тех же целей в полиграфической промышленности (рис. 24).

Нанести графит на металл

  На чугунной станине 5 станка расположено графитирующее приспособление, которому сообщается возвратно-поступательное движение кривошипным механизмом 4. Приспособление смонтировано на раме 3, движущейся по направляющим 1, В раме укреплены щетки из мягкого волоса.

Между направляющими имеется стол 2, на который устанавливают и крепят обрабатываемую форму. Графит подают вручную; в процессе графитирования он ссыпается с формы сквозь отверстия в столе в наклонный сборник.

  Рабочая часть станка закрывается кожухом, что предохраняет от распространения графитовой пыли.

  Для ручного графитирования наиболее целесообразно пользоваться специальным ящиком со смотровым стеклом и отверстиями для рук, снабженными нарукавниками (рис. 25).

Нанести графит на металл

  В процессе гальванопластического осаждения металла на неметаллические формы бывает, что часть их поверхности — обычно небольшой участок — не затягивается металлом (это может происходить по ряду причин: недостаточно плотному нанесению графита, неполному смачиванию электролитом всей формы, смыванию графита электролитом при загрузке форм, выделению пузырьков воздуха на форме и пр.).

Если, не устранив неполноту затяжки форм, вести дальнейшее наращивание, могут получиться значительные поры в толще металла. Чтобы не допустить этого, формы следует заранее вынуть из электролита, промыть в слабой струе воды или в проточной водяной ванне и просушить незатянувшиеся места формы струей теплого воздуха или фильтровальной бумагой.

Затем в незатянувшихся местах надо произвести местное графитирование формы мягкой кистью, лучше торцовой, которая дает возможность производить покрытие графитом не только выступающих частей формы, но и углублений в ней.

  Применение ватных и марлевых тампонов для такого дополнительного графитирования совершенно неприемлемо, так как волокна ваты или марлевые нити налипают на форму, что делает металл при дальнейшем наращивании шероховатым.

  Формы, покрытые графитовым электропроводящим слоем, необходимо тщательно обдуть воздухом при помощи меха или от компрессора для удаления лишнего, не связанного с формой графита; особенно тщательно следует обдувать формы со сложным глубоким рельефом.

НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

  Способ образования электропроводящего слоя нанесением бронзовых порошков менее распространен, чем графитирование, так как бронзовые порошки прочно пристают только к пластилину или подогретым восковым композициям, но не к материалам, из которых обычно изготовляют формы для гальванопластики.

Исключение составляет серебряный порошок, который связывается сравнительно прочно с любым материалом форм.   Бронзовые порошки предварительно обезжиривают в эфире, затем при помощи кисти натирают ими форму, после чего 15 — 25-процентным раствором спирта полностью смачивают всю ее поверхность.

Читайте также:  Ответы на контрольную работу по химии 9 класс по теме металлы 1 вариант

Немедленно после смачивания сливают спирт с формы и наливают на нее подогретый до 30 — 35° раствор, состоящий из 6 г азотнокислого серебра и 37,5 г цианистого калия в 1 л дистиллированной 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, а форму тщательно промывают водой.

  Для нанесения серебряного порошка можно пользоваться суспензией порошкообразного серебра, наносимого тонким слоем мягкой кистью или непосредственным натиранием сухого порошка на формы. Для приготовления порошкообразного серебра используется азотнокислое серебро. Для этого растворяют 1 вес. часть азотнокислого серебра в 20 вес.

частях воды и постепенно вливают в раствор азотнокислого серебра раствор поваренной соли; образовавшийся творожистый осадок хлористого серебра отделяют от жидкости деконтацией или фильтрованием и несколько раз промывают водой; промытый осадок хлористого серебра затем заливают 5 — процентным раствором серной кислоты, в этот же сосуд бросают кусочки цинка.   В процессе восстановления хлористое серебро превращается в тончайший порошок серебра. По восстановлении хлористого серебра в металлическое его отделяют от жидкости, промывают водой и затем используют в виде жидкой пасты или порошка, наносимого на металлизируемые формы.

  К способу механического нанесения металлического слоя относится также выклеивание полости формы свинцовой, латунной или алюминиевой фольгой, накладываемой на нитролак или шеллачный лак. Этот способ пригоден только при репродуцировании скульптур с грубой фактурой.

При репродуцировании таких скульптур для создания электропроводящего слоя можно пользоваться и расплавленным алюминием, наносимым распылением на поверхность полости формы равномерным и тонким слоем.

Слой алюминия, переходящий при этом способе на готовую металлическую скульптуру, стравливается в горячем едком натре. Для растворения алюминия берется водный раствор едкого натра 200 г/л. Для силумина концентрация едкого натра берется 400 г/л, для дюралюминия — 500 г/л.

Кроме того, алюминий и силумин могут быть растворены в 30 — процентной соляной кислоте, подогретой до 30 — 40°.

  Способом распыления можно также наносить электропроводящий слой из латуни, которую оставляют на готовой металлической скульптуре, что придает ей цвет бронзы.

предыдущая страница оглавление следующая страница

Энциклопедия Технологий и Методик — Гальванопластика. Нанесение электропроводящего слоя на формы

Энциклопедия Технологий и Методик
Технологии по работе с металлом
Гальванопластика
  • Гальванопластика
  • Нанесение электропроводящего слоя на формы
  • Графитирование

Подготовка графита. Существует несколько сортов графита; наиболее качественным для создания электропроводящего слоя на формах считается чешуйчатый графит, но можно пользоваться любым сортом этого материала.

Графит, применяемый для натирания форм, должен отличаться чистотой, не иметь посторонних примесей, не быть крупночешуйчатым или матовым (матовый графит — землистый, или сажевый — иногда употребляется в качестве наполнителя для восковых форм).

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 добавляет 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 шелковое 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.

Нанесение графита на различные формы. Графитирование производят с большой осторожностью. 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 жесткие 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 еще не совсем остыли; сцепляемость частиц графитовой пудры с воском значительно повышается. Графитирование в этом случае проводят в два приема.

Предварительно еще теплую 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 жесткой 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 объемные фигуры их предварительно покрывают шеллачным лаком или нитролаком для создания тонкой пленки, предохраняющей поверхностный слой пластилина от повреждений при графитировании и от размывания электролитом.

Пластилиновые барельефы изготовляют на пластмассовой или стеклянной доске, создающей плоский фон.

Объемные 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 приемом.

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 т. п., их предварительно пропитывают парафином или воском.

Иногда приходится дополнительно подграфичивать формы, уже частично наращенные 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 и пр. 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 струёй теплого воздуха или фильтровальной бумагой.

Затем эти места подграфичивают мягкой кистью, лучше торцовой, которая дает возможность производить графитирование не только поверхности формы, но и стенок 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.

Броизирооание

Способ образования электропроводящего слоя нанесением бронзового порошка менее распространен, чем графитирование, так как бронзовый порошок непрочно пристает 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 ее 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, разведенных 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.

  1. Серебрение
  2. При серебрении для повышения смачиваемости форму обрабатывают не менее 1–2 мин спиртом, затем 2–5 мин раствором следующего состава:
  3. Хлорид олова — 5 г Хлорводородная кислота — 40 мл
  4. Дистиллированная вода — 1 л
  5. (Хлорид олова является одновременно и катализатором, и восстановителем серебра.)
  6. Промыв затем форму дистиллированной водой, приступают к серебрению. Предварительно готовят два раствора следующего состава (в граммах):
  7. 1-й раствор Нитрат серебра — 40
  8. Дистиллированная вода — 1000
  9. 2-й раствор Пирогаллол — 7
  10. Лимонная кислота — 4

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:
  • Нитрат серебра — 10 г Аммиак (25 %-ный) — 25 мл Спирт этиловый — 30 мл
  • 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 пленка сульфида серебра, обладающего довольно высокой электропроводностью.

Распространен способ получения пленки 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 струёй 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 еще влажную поверхность формы посыпают очень мелкими железными опилками, которые перемешивают мягкой кистью. Процесс повторяют 2–3 раза.

Перед омеднением 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.

Читайте также:  Типы коррозии металлов химическая

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.

  1. Омедняют 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.
  2. «Раствор меди» имеет следующий состав: Сульфат меди (3%-ный раствор) — 1 л 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 приобретет янтарный цвет. Затем его разбавляют водой до объема 1250 мл.

Изделие или формы, покрытые медью, тщательно промывают водой и загружают в электролитическую ванну.

Практическое пособие «Гальванопластика» подготовлена специально для «Энциклопедии Технологий и Методик».

Н.В. Одноралов http://patlah.ru

© «Энциклопедия Технологий и Методик» Патлах В.В. 1993-2007 гг.

Цементация стали в графите в домашних условиях

Много – много лет назад, когда автор этой статьи учился в одном техническом ВУЗе, был у него один странный преподаватель… по металловеденью. Как-то, в конце учебного года, загадал он нам такую загадку: «Кто закалит обычный гвоздь (от сотки и больше), тому тут же поставит пятёрку за год и на экзамен можно не приходить…»

Заманчиво, согласитесь. Однако… низкоуглеродистая сталь Ст1, Ст2, Ст3., из которой изготовлен гвоздь… ну никак не позволит провести этот фокус. Впрочем, никто из нас тогда так и не получил халявную пятёрку. Потому что восприняли вопрос слишком буквально.

Закалить-то не получится, но почему было бы не зацементировать поверхностный слой стали углеродом???

Тест на напильнике, был бы выдержан на «Ура».

В Ютубе существует очень много роликов, с заголовком «Как закалить нож (гвоздь) в графите». На самом деле, описанные в роликах технологии нельзя назвать ЗАКАЛКОЙ. Это скорее именно цементация… в домашних условиях.

  • Для решения каких-либо домашних задач – самое ОНО.
  • Итак, если вы до сих пор не знакомы с этой процедурой — статья для вас!
  • Вам понадобится:
  • 1. Сварочный аппарат
  • 2. Графит в виде порошка (придётся испортить несколько графитовых щёток или разобрать старые батарейки для извлечения из них графитового стержня с положительного контакта)
  • 3. Лист металла (в качестве подложки)
  • 4. Изделие которому нужна твёрдость характера:)
  • Подключаете «МАССУ» сварочного аппарата к листу металла, на котором размещаете графитовый порошок.

Кадр из ролика в Youtube

К держателю подключаете «изделие». Включаете аппарат.

Кадр из ролика в Youtube

Технология заключается в том, чтобы кратковременно опускать поверхность «изделия» в кучку порошка.

Будьте осторожны! Не прикоснитесь «изделием» к листу металла, иначе возникнет полноценная дуга и ваше изделие в месте контакта обгорит.

В месте касания к порошку, вы можете наблюдать незначительную дугу. Это нормально. Данную процедуру нужно выполнять в течении 3-5 минут. Не стоит рассчитывать, что глубина проникновения графита будет более 0,05мм. Тем не менее, этого достаточно, чтобы лезвие ножа или острие гвоздя приобрело значительную твёрдость.

  1. В качестве теста, можно подвергнуть «изделие» таким испытаниям:
  2. -гвоздь стойко противостоит воздействию напильника
  3. -лезвие ножа, словно зубило перебивает обычный гвоздь.
  4. При этом, на обработанной поверхности нет каких-либо существенных деформаций.

Кадр из ролика в Youtube

Зачем всё это вам? Решайте сами. Твёрдые гвозди может и не нужны, а вот нож, который не требует частой заточки – самое оно.

Читать

Одноралов Николай Васильевич

«Занимательная гальванотехника: Пособие для учащихся»

От автора

Книга «Занимательная гальванотехника» предназначена для учащихся. Мы назвали ее занимательной, так как в ней описаны наиболее эффектные декоративные отделки металла и изготовление гальванопластикой различных декоративных металлических изделий.

Юные читателе этой книги найдут самые различные способы декоративных отделок металла: серебрение, никелирование, хромирование и другие покрытия, а также способы цветного оксидирования металла в красивые яркие цвета.

Технология и рецептура, предлагаемые нами, просты, практически проверены автором и могут быть легко освоены школьниками, знакомыми с элементарными основами химии и электротехники. Автор в своей работе стремился способствовать развитию практических интересов учащихся и приобретению ими навыков самостоятельного пополнения знаний.

  • Мы считаем, что данная книга, носящая прикладной характер, может явиться пособием для школ на уроках химии и при организации производственного обучения школьников, а также быть использована юными техниками во Дворцах пионеров.
  • Книга состоит из двух разделов: гальванопластики, где описаны способы получения копий с художественных изделий в металле, и гальваностегии, где описаны способы декоративной отделки этих изделий путем оксидирования — придания соответствующего цвета изделиям или покрытия их серебром, никелем и другими металлами, придающими гальванопластическим изделиям красивый внешний вид.
  • В настоящем издании некоторые разделы книги дополнены и переработаны.
  • Метод гальванопластики находит широкое применение в различных областях промышленности — машиностроении, приборостроении для получения высокоточных или тонкостенных изделий и др.

Особенно широкое применение находит гальваностегия, имеющая особо важное значение почти во всех областях машиностроения, для нанесения защитных, декоративных и специальных металлических покрытий. Сюда относятся покрытия, наносимые с целью повышения твердости, износоустойчивости, жароустойчивости, коррозиоустойчивости, для декоративных целей и т. п.

Все эти методы гальванотехники дают возможность улучшать изделия, выпускаемые нашей промышленностью, экономить и заменять цветные металлы.

Поэтому овладение технологией гальваностегии и гальванопластики на основе теоретических и практических знаний дают возможность не только получить общее представление о прикладной электрохимии, но и овладеть определенными навыками в этой области, что даст возможность перенести их в производственные условия тем, кто посвятит себя этой интересной работе.

История и цель гальванопластики

Много веков прошло, пока человек сумел расплавить металл, сделать его текучим и придать металлу посредством заполнения формы любой требуемый вид. Расплавленный металл вливали в каменные формы, сделанные из мягкого камня, жировика — стеатита, который легко поддается обработке путем вырезывания и выдалбливания. Позднее стали применять формы из глины с песком и т. д.

Литье металла стало в настоящее время важным техническим процессом, исходным в обработке металлов.

Современная техника вооружена многими способами литья, но не все существующие способы дают достаточно точное воспроизведение нужной конфигурации в металле: здесь сказываются материал, из которого изготовлены формы, точность их изготовления, усадка металла, деформации, возникающие при неравномерном остывании металла и т. д. Поэтому литейщики упорно и небезуспешно работают над тем, чтобы получать отливки безукоризненной точности.

Существуют способы придавать металлу требуемую форму и не прибегая к отливке, штамповке, чеканке. Эти способы связаны с изготовлением сложного, дорогого и быстро изнашивающегося инструмента. Так готовят, например, монеты. Изготовить крупные изделия с высоким рельефом этим путем невозможно.

Здесь на помощь приходит гальванопластика, воспроизводящая форму в металле с безукоризненной точностью и любым рельефом. Гальванопластика основана на электролизе водных растворов солей металлов, которые в процессе электролиза выделяют металл, осаждающийся на поверхности форм. Гальванопластику применяют там, где требуется точность изготовления изделий или деталей в металле.

Более ста лет прошло с тех пор, как русский ученый Борис Семенович Якоби открыл способ электролитического получения копий в металле.

Это было выдающееся открытие; в истории культуры оно приравнивалось Русским техническим обществом к открытию книгопечатания.

Новый способ был назван гальванопластикой, так как осаждаемая в процессе электролиза медь пластически точно воспроизводила форму пластинки, на которую осаждалась.

После открытия гальванопластики Б. С. Якоби продолжал работать над усовершенствованием своего открытия и только в 1838 г. продемонстрировал свое изобретение в Академии наук в Петербурге.

С тех пор гальванопластика получила самое широкое распространение Вскоре в Петербурге впервые в мире было организовано крупное промышленное гальванопластическое предприятие — завод по изготовлению монументальной скульптуры.

Образцы работ русских мастеров, создавших значительное количество гальванопластических художественных изделий, многократно демонстрировались на всемирных выставках в Лондоне, Париже и других городах Европы. В 1867 г. на Всемирной парижской выставке Б. С. Якоби выступил с отчетом о результатах своих исследований в области гальванопластики, которые не утратили своего значения и поныне.

На Всемирной парижской выставке были представлены не только художественные изделия и монументальная скульптура, выполненная путем гальванопластики, но и образцы технических изделий, изготовленных этим способом. Их представил последователь Б. С. Якоби Ф. Г. Федоровский.

Россия являлась ведущей страной в техническом развитии гальванопластики с момента ее открытия. Существуют две области гальванотехники. Одна из них занимается осаждением тонкого слоя металла (толщиной в тысячные доли миллиметра) на другой металл для защиты его от ржавления или декоративной отделки, придающей изделию красивый внешний вид.

К таким металлическим покрытиям относятся никелирование, хромирование, золочение, серебрение и многие другие покрытия. Эта область гальванотехники называется гальваностегией. Задача ее — получить возможно более крепкое соединение откладываемого металла с исходным металлом.

Другая область гальванотехники, которую мы будем описывать в этой книге, называется гальванопластикой; она занимается осаждением металлов толстыми слоями (измеряемыми в миллиметрах), причем осаждение металла производится с целью последующего отделения от покрываемой металлом формы, поэтому крепкого соединения здесь не нужно, изделием является сам отложенный слой металла.

Гальванопластическим способом можно изготовить самые разнообразные художественные изделия. Формы для отложения готовят не только из металла, но и из материалов, не проводящих электричества (например, из гипса, воска, пластических масс), для чего их поверхности делают предварительно электропроводными.

Гальванопластику используют не только в промышленности, где изготовляют этим способом детали машин и приборов, но и в искусстве, где создают копии скульптур и различных художественных изделий из металла.

Гальванопластика является одним из важных методов в полиграфической промышленности, где техника изготовления клише — гальваностереотипов — значительно повышает качество печати книг и иллюстраций.

Копирование гравюр на дереве, линолеуме и т. п. до сего времени осуществляется только гальванопластически.

С помощью гальванопластики изготовляют также матрицы, которыми прессуют из пластмассы патефонные пластинки.

Науглероживание стали графитом

В старину топоры из сырого железа помещали в герметичный глиняный горшок, наполненный углем, и ставили в печь на несколько суток. Внешние слои насыщались углеродом под действием жара. Инструмент получал твердую поверхность, сохраняя мягкую, пластичную сердцевину. Сущность технологии сохранилась, прием получил развитие, стал распространенным и разделился на несколько ветвей.

Метод цементации описывается как способ обработки металла с использованием высоких температур в среде определенных химических веществ (химико-термическая обработка); среда может быть жидкой, газовой или твёрдой. Химические компоненты при нагревании выделяют свободный углерод. Поверхность нагретого металла поглощает атомы газа, меняя свою структуру (происходит диффузное насыщение на глубину от 0,5 до 2 мм).

Цементации подвергают детали, работающие на истирание, испытывающие при работе вибрацию и удары. Назначение такой термообработки в том, чтобы изменить (усилить) некоторые характеристики поверхностного слоя металлического изделия:

  1. Слой укрепляется, улучшаются такие его свойства, как твердость и износостойкость; при этом более глубокие слои сохраняют свои первоначальные свойства (вязкость и упругость). Поверхность хорошо сопротивляется истиранию, сердцевина способна выдерживать динамические нагрузки.
  2. После обработки предмет приобретает твердость, аналогичную с полученной по методу классической закалки (огнем и механическим воздействием).
Читайте также:  Как называются соединения углерода с металлами

Выделяют следующие особенности метода:

  • При организации процесса цементации важно выдерживать временные и температурные интервалы. Оптимальная плотность атомарного углерода появляется при поддержании температуры от 850 до 950°C.
  • Диффузное насыщение идет с малой скоростью; в этом заключается его особенность. Поглощение поверхностью атомов газа течет со скоростью 0,1 мм/час (значение может немного меняться в зависимости от среды и температуры). Учитывая, что ожидаемая толщина слоя начинается от 0,8 мм, нетрудно подсчитать, что полезные свойства деталь приобретет минимум через 8 часов.
  • Метод признан эффективным для легированных (инструментальных) и низкоуглеродистых сталей, где доля углерода в составе ограничена 0,2-0,25%, и они способны поглотить дополнительное количество атомов газа. Допускаются машиностроительные, строительные и арматурные стали марок 20х, 40х. Углеродистые стали таким способом не обрабатываются.
  • Технология цементации допускает использование нескольких сред. Разработаны приемы закалки в присутствии твердого и газового карбюризатора (углеродистого вещества, способного делиться углеродом). Поверхностное науглероживание возможно в кипящем слое, в растворах электролитов и в пастах.

  Особенности подбора электродов по диаметру

Самыми распространенными в циклах производства являются газовые и твёрдые карбюризаторы.

Что происходит при цементации стали

Под цементацией понимают специальный высокотемпературный процесс, в ходе которого происходит насыщение поверхности материала атомарным углеродом. Наряду с другими видами химико-термической обработки (азотирование, цианирование и т. д.), цементация повышает качественные характеристики верхнего слоя металла, в особенности его прочность и устойчивость к разного рода нагрузкам.

Существует несколько способов цементации стали, причем некоторые из них можно использовать даже в домашних условиях.

В любом случае происходит диффузное насыщение поверхности атомами углерода при высокой температуре (обычно в пределах +500… 1200 градусов).

Без повышения температуры невозможна активация углерода, и он не сможет проникнуть в межкристаллическое пространство стали. Скорость взаимодействия металла и углерода довольно низка: за час последний внедряется не более, чем на 1 мм.

Газовая цементация

В машиностроении распространена технология насыщения верхнего слоя стальных изделий углеродом в атмосфере углеродосодержащих газов. Известно, что такое производство удобно для массовой обработки деталей, так как:

  1. Допускается регулирование плотности газов; тем самым формируется углеродистый слой с заданными свойствами.
  2. Полный цикл термообработки (цементация, закалка, промывка и отпуск) проходит в одном месте — в шахтной (цементационной) печи.
  3. Процесс экономичен, механизирован и автоматизирован.
  4. Коробы с карбюризатором не нуждаются в прогреве, что сокращает время протекания цементации.
  5. Скорость науглероживания деталей возрастает в 2 – 3 раза (сравнивая с другими методами), однородность слоя выше.
  6. Температуру газовой смеси углеводородов (метан и окись углерода), доводят до 900-950°С.
  7. После цементации технологическую цепочку завершает отпуск (закаливание).

Структурные изменения в металле

При внедрении атомов азота и углерода в поверхностном слое металла происходят некоторые изменения. При нитроцианировании меняется соотношение остаточного количества аустенитов и мелкокристаллических мартенситов в поверхностном слое, добавляется небольшое количество твердого раствора карбонитридов, что влияет на механические свойства – твердость и износостойкость.

В то же время несколько повышается хрупкость и снижается усталостная и контактная прочность. Особенно это качество проявляется в легированной стали с содержанием никеля более 1.2 %. Таким образом, не все марки стали допустимо обрабатывать по данной методике.

Уменьшение размеров зерен структуры достигается путем дополнительной закалки и отпуска непосредственно после процесса нитроцементации.

Обработанная таким образом сталь имеет меньший размер зерен, чем цементированная, что повышает ее прочность на изгиб при одновременном уменьшении толщины обработанного слоя.

Нитроцементация существенно изменяет характеристики тонкого наружного слоя металла, его твердость и износостойкость. После дополнительной термической обработки – закалки, твердость поверхностного слоя по шкале Роквелла составляет 58-64 HRC или 500 – 1000 HV по методу Виккерса. Применяя низкотемпературную цементацию, можно получить тонкий поверхностный слой с твердостью 5000 – 11000 HV.

В твердом карбюризаторе (твердая)

В качестве среды-донора углерода используют древесный уголь; как вариант — торфяной кокс, каменноугольный полукокс. Смесь дополняют активизаторами (углекислый натрий, барий или кальций).

Для качественного насыщения уголь измельчают до частиц размером 3-10 мм, а затем просеивают, чтобы избавиться от пыли. Активизаторы также измельчают и просеивают, стремясь придать солям вид мелкого порошка.

Процесс цементации стали проходит в несколько этапов:

  • Предметы, очищенные от эмульсии и масла, загружают в ящик из стали, с карбюризатором, который должен полностью их покрывать. Нельзя допустить их касания стенок ящика и друг друга.
  • Емкость помещается в печь. Ее герметичность обеспечивается притертой крышкой, глиной или песчаным затвором.
  • Начав с предварительного прогрева, температуру повышают до технологических 900-950°C.
  • Возможен ускоренный вариант (при 980°C), сокращающий время насыщения в 2 раза, но вызывающий образование карбидной сетки (возникающей из-за слишком высокого углеродного насыщения). Для ее устранения и исправления структуры проводят дополнительную многоэтапную обработку (нормализацию).

Цементация стали в домашних условиях организовывается в твердой среде или с использованием графита. Оба варианта доступны и не требуют специальных познаний. Обустройство помещения для первого способа максимально упрощается, поскольку печь не нуждается в обеспечении высокой герметичности.

Это условие вполне достижимо в домашней мастерской. Несмотря на очевидные преимущества, у метода есть и недостатки: трудоемкость и низкая производительность.

Перед обжигом готовится твердая смесь (карбюризатор). Она состоит из смеси древесного угля с углекислыми солями бария, натрия или кальция. Соли предварительно измельчают до порошкообразного состояния, а затем просеивают, чтобы добиться однородности. Доля древесного угля в смеси — 70-90%, остальное приходится на соли.

Смесь создается одним из двух способов:

  1. Соль и древесный уголь тщательно перемешиваются. Если смесь будет недостаточно однородной, во время цементации разные участки поверхности детали будут поглощать разное количество газа. В результате на изделии образуются пятна, сигнализирующие о недостаточной концентрации углерода; качество поверхности будет неравномерным.
  2. Уголь пропитывают солью, растворенной в воде. Затем его подсушивают до получения смеси, влажность которой не превышает 7%. Такой состав получается однороднее и лучше подходит для использования дома.

Этапы цементации в твердой среде:

  УСЛУГИ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА В МОСКВЕ

  • Изделие очищается от загрязнений и укладывается в металлический короб, засыпается твердым карбюризатором (порошковой смесью). Необходимо следить, чтобы между стенками и ним сохранялся промежуток в 2-2,5 см. Размер ящика должен соответствовать форме предмета; это сократит время прогрева и улучшит качество цементированного слоя.
  • Короб накрывается подогнанной крышкой, ее края промазываются глиной для герметичности (от утечки газов).
  • Емкость помещают в предварительно прогретую печь. Цементация запускается при температуре 850-920°C.
  • Атомы углерода поглощаются раскаленным верхним слоем.

Твердая цементация стали допускает неоднократное использование карбюризатора.

Для повторного отжига к отработанному карбюризатору достаточно добавить до 30% свежей смеси.

Для большинства ответственных машинных деталей (валы, поршневые пальцы, зубчатые колеса, лемехи, шпиндели) достаточной считается глубина цементированного слоя от 0,6 до 2 мм. Время выдержки для приобретения достаточной твердости может варьироваться от 6 до 20 часов.

Изделия после цементации в твердом карбюризаторе получаются прочными, но хрупкими. Чтобы избавится от нежелательного свойства, детали подвергают термообработке (закалке) с нагревом до 840-850°С, с последующим отпуском (нагревом до 780-800°С), снимающим внутренние напряжения.

Графитом

Цементацию стали в домашних условиях можно проводить несколько иным способом, без нагревания в печи.

Проверить твердость лезвия (ножа, зубила) можно с помощью напильника, который прекрасно точит не закаленный до нужной степени инструмент. Исправить проблему и повысить прочность кромки можно своими руками, используя несложное оборудование и затратив на это немного времени.

Для домашних условий применим способ цементации металла с использованием графитового порошка, как вещества с хорошей электропроводимостью. При закалке в графите нагрев идет только по режущей кромке.

Для организации рабочего места потребуется:

  1. Графитовый порошок, измельчённый в пыль (даёт мельче искры).
  2. Источник питания (понижающий трансформатор); для комфортной работы графитовым электродом достаточно 6-12 В.
  3. Провода достаточного сечения.
  4. Металлическая подложка (поддон, уголок или кусок профиля).
  5. Предмет, на котором предварительно желательно убрать зазубрины (мелкой шкуркой).

Этапы:

  • На металлический поддон насыпается графитовый порошок (его можно получить, сточив графитовую щетку от электродвигателя или из батарейки)
  • К подложке подсоединяется плюсовой контакт, к предмету, требующему закалки — отрицательный провод.
  • На трансформатор подается напряжение.
  • Предмет (лезвие) необходимо перемещать над слоем графита плавными движениями; при этом цепь замыкается и между лезвием и порошком проскакивают небольшие искры.
  • Лезвие в процессе нагревается; оно не должно касаться подложки. При контакте с поддоном короткое замыкание (дуга) может прожечь кромку.

Ограничения метода:

  1. Трудно достичь равномерного прогрева в порошке, и, следовательно, приемлемого качества для изделия заметных размеров. Науглераживание детали углеродом графита подходит для цементирования режущей кромки садового инструмента (лопат) и ножей. Для ответственных деталей метод не рекомендуется.
  2. Теоретически качественная цементация идет со скоростью около 0,1 мм/час. Скорость можно увеличить, увеличив температуру, но это также становится причиной итоговой хрупкости.

Таким способом можно цементировать лопату, косу, сверло, отвертку, ножи газонокосилки.

Цементация проводится и в менее распространенных карбюризаторах.

Науглероживатель: уникальные свойства, огромный потенциал

В процессе выплавки чугунов и сталей углерод вводят в расплав или подают на зеркало металла в момент его разлива.

Для этого используют специальные углеродсодержащие материалы, которые называют науглероживателями (или карбюризаторами).

Науглероживатель придает сплавам железа дополнительную прочность, твёрдость, снижает их вязкость и пластичность, а также предупреждает окисление отливок во время охлаждения.

В качестве карбюризаторов активно применяется искусственный измельченный графит разных марок.

  Из чего состоит спиртометр стеклянный бытовой

В растворе электролита

Метод базируется на анодном эффекте и подходит для небольших предметов.

  1. Предмет погружается в печь-ванну с раствором, предварительно разогретым до рабочей температуры (от 450 до 1050°С, в среднем — 850-860°С). Необходимое напряжение составляет 150-300 В.
  2. За 1,5-2 часа поверхность металла насыщается углеродом на глубину 0,3-0,4 мм.

Стандартный раствор содержит:

  • соду 75-85 %;
  • хлористый натрий 10-15 % ;
  • карбид кремния 6-10 %.

Видео: цементация (закалка).

Цементация в кипящем слое

Промышленный метод, протекающий в специальной установке (печи кипящего слоя). Основа метода — получение псевдожидкого состояния сыпучего вещества (корунда) в смеси раскаленных газов (в экзогазе). Температура распределяется равномерно по всему объему печи, что уменьшает деформацию предметов и их коробление.

Обработку изделия не заканчивают цементацией; рекомендуется провести термообработку (отпуск) или отшлифовать его. Чтобы достичь необходимого уровня прочности при цементации и закрепить его твердость, необходимо правильно соблюдать условия технологического процесса.

Republished by Blog Post Promoter

Область применения

Карбюризаторы предназначены для получения стали и чугуна определенного химического состава с заданными свойствами. Основные преимущества использования для их производства искусственного измельченного графита:

  • снижение себестоимости конечной продукции;
  • оптимизация технологического процесса выплавки;
  • глубокое, полное и равномерное растворение углерода в металле;
  • удобство транспортировки и хранения;
  • устойчивость к окислению.

Помимо обогащения сталей, науглероживатели широко применяются для вспенивания шлаков, при изготовлении углеграфитовых продуктов и материалов, а также служат наполнителями для графитопластов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector