Патинирование (чернение, состаривание) меди, латуни и бронзы своими руками. Окраска латуни и бронзы Как покрасить бронзой с металлическим блеском

Свое название "cuprum" медь получила от острова Кипр (Сург), где ее добывали древние греки и римляне. Медь имеет характерный красный цвет; на матовых поверхностях он приобретает своеобразный розовый оттенок, мягкий, приглушенный. Полированная медь отличается более ярким цветом и блеском.

При добавлении меди в сплавы в больших количествах они также окрашиваются в теплые красноватые тона, например томпак и бронза. Сплавы, содержащие меньший процент меди, имеют желтые и зеленовато-желтые цвета; сплав, содержащий 50% меди и 50% олова, имеет белый цвет. На основе меди изготовляют сплавы, имеющие красновато-желтый цвет, очень близко напоминающие золото - так называемое французское золото.

Медь - мягкий и тягучий металл; он легко обрабатывается давлением и волочением. Из меди легко штамповать, дифовать и чеканить. Она легко принимает самую разнообразную форму, допускает выколотку высокого рельефа. Медь хорошо прокатывается; из нее изготовляют тончайшие листы и ленты (фольгу), толщина которых составляет не более 0,05 мм , а также различные трубки, прутки и проволоку; причем диаметр проволоки может быть доведен всего до 0,02 мм . Однако благодаря своей вязкости медь плохо пилится напильником, задирается и быстро забивает напильник (особенно личной). Обработка чистой меди на режущих станках также затруднительна - она плохо точится, сверлится и фрезеруется.

Чистовой обработке, шлифовке и полировке медь подвергается хорошо, однако благодаря малой твердости детали из полированной меди быстро теряют блеск. Плотность меди 8,94; удлинение 45-50%; медь обладает очень высокой тепло- и электропроводностью; температура ее плавления 1083°С; температура кипения 2305-2310°С. Отливается медь плохо даже при высокой температуре чистая медь остается густой, кашеобразной и плохо заполняет форму. Кроме того, расплавленная медь жадно поглощает газы, и отливки получаются пористыми.

В сухом воздухе медь не окисляется. При нагреве свыше 180°С, а также под действием воды, щелочей, кислот и т. п. медь окисляется; причем окисление протекает иногда весьма энергично, например в крепкой азотной кислоте. На открытом воздухе изделия из красной меди быстро покрываются пленкой из окислов меди зеленого цвета и сернистых соединений меди черного цвета. Эта пленка защищает медь от дальнейшей коррозии в глубину. Медь добывается из руд.

В качестве примесей в меди присутствуют: кислород, висмут, сурьма, свинец, мышьяк, железо, никель, сера, олово, цинк. Наиболее вредным из этих примесей является висмут, который вызывает красноломкость меди в интервале 400-600°С. При этой температуре нагретая медь становится хрупкой и непригодной для обработки штамповкой, прокаткой и другими методами. При дальнейшем нагреве хрупкость пропадает.

В художественной промышленности чистая, или красная, медь применяется довольно часто, однако все же не так широко, как ее сплавы - бронза и латунь. Применение чистой меди в ряде случаев обусловливается ее исключительно высокой пластичностью и вязкостью, позволяющей из листов сравнительно небольшой толщины (0,8-1,2 мм ) получать путем выколотки сложные объемные формы.

Кроме того, медь отличается высокой стойкостью против коррозии. Изделия из чистой меди прекрасно сохраняются на открытом воздухе без всякой окраски или других антикоррозионных покрытий, например медная чеканная дверь Туркменского павильона на ВДНХ (рис. 7). Эти свойства чистой меди сделали ее основным материалом для дифовочных работ при изготовлении крупных скульптурных и орнаментальных композиций для экстерьера. Примером таких медночеканных скульптур могут служить многочисленные статуи и декоративные фигуры начала XIX в., украшающие различные здания Ленинграда (квадрига Аполлона на бывшем Александрийском театре).

Кроме дифовочного производства чистая медь применяется для штамповки очень высоких и сложных рельефов и орнаментов, для которых латунь оказывается недостаточно пластичной. Красная медь остается пока незаменимым материалом в области филигранных работ, имеющих массовый характер. Проволока из красной меди, применяемая для филигранных работ, в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные причудливые элементы орнамента. Она может быть изготовлена любой толщины. Кроме того, проволока из красной меди (благодаря своей тугоплавкости и теплопроводности) очень легко и хорошо спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится.

Благодаря этим свойствам (тугоплавкости и теплопроводности), а также определенным коэффициентам расширения при нагреве красная медь является незаменимым материалом для художественных изделий (филигранных или чеканных) с последующим их эмалированием. Коэффициент линейного и объемного расширения при нагреве у красной меди очень близок к такому же коэффициенту горячих эмалей. Поэтому при остывании изделия эмаль хорошо держится на красно-медном изделии, не трескается и не отскакивает.

Аноды из красной меди высших марок являются основным материалом для производства художественных гальванопластических работ, а также для нанесения гальваническим путем подслоев меди при никелировании и хромировании стальных изделий, так как хром и никель, осажденные непосредственно на стальную поверхность, держатся непрочно.

Благодаря своей высокой теплопроводности красная медь является незаменимым материалом для изготовления сердечников для паяльников. Наконец, высокая электропроводность меди (она уступает только серебру), удельное сопротивление, равное 0,0175 Ом*мм 2 / м, послужили причиной широкого применения меди для изготовления проводников электрического тока - проводов, кабелей и т. п.

Медь является основным компонентом твердых припоев (медных, серебряных и золотых), применяемых для пайки самых разнообразных изделий художественной промышленности, начиная от ювелирных изделий и кончая крупными декоративными предметами. Кроме того, медь наряду с золотом и селеном применяется для изготовления цветного красного стекла (медного рубина), эмали и смальты. В больших количествах медь идет для приготовления сплавов.

Медные сплавы. Сплавы меди с цинком называются латунями; все остальные сплавы на медной основе - бронзами. Кроме того, медь добавляют в специальные стальные сплавы.

Латуни. Большинство латуней имеет красивый золотисто-желтый цвет. Художественные латунные изделия, покрытые специальными бесцветными или слабо окрашенными спиртовыми лаками или нитролаками, приобретают и надолго сохраняют вид и блеск золота. Латуни применяются для изготовления уникальных декоративных предметов (рис. 8). Латуни применяются также для галантерейных и дешевых ювелирных изделий с последующим серебрением или золочением.

Латунь хорошо обрабатывается на режущих станках, полируется и надолго сохраняет полированную поверхность, хорошо сваривается и паяется как мягкими, так и твердыми припоями. Большинство латуней хорошо прокатывается, штампуется и чеканится. Латунь легко и прочно покрывается различными гальваническими покрытиями - никелем, серебром и золотом; хорошо принимает химические оксидировки и может быть тонирована в любые цвета. Температура плавления латуни 980-1000°С. Большинство латуней отливается плохо, но имеются специальные марки литейных латуней, например алюминиевая латунь (ЛА67-2,5), которая благодаря примеси алюминия имеет хорошие литейные свойства и, кроме того, отличается от других латуней высокой коррозионной стойкостью. Литейными свойствами обладают также марганцево-свинцовая латунь (ЛМцС 58-9-2) и некоторые другие виды.

По сравнению с чистой медью латуни более прочны и тверды, а некоторые из них, например латуни, содержащие около 30% Динка (Л68), не уступают чистой меди и в отношении пластичности. На рис. 9 дан фрагмент чеканки из листовой латуни этой марки. Кроме того, латуни значительно дешевле меди (так как цинк дешевле, чем медь) и значительно красивее по цвету, чем красная медь.

Латуни с малым содержанием цинка - от 3 до 20% (марки Л96, Л90 и Л85) называются томпаками; они отличаются красновато-желтым цветом и применяются для изготовления художественной посуды, а также в художественной эмальерной промышленности для изготовления нагрудных спортивных и юбилейных значков, а также дешевых ювелирных изделий. Томпак хорошо обрабатывается в холодном состоянии - штампуется, тянется в проволоку, приближаясь в этом отношении к чистой меди. На открытом воздухе изделия из томпака постепенно темнеют, покрываясь оксидной пленкой.

Очень близки к томпаку сплавы, особенно широко применявшиеся в XIX в. в Западной Европе и в России в качестве "поддельного золота" для производства дешевых ювелирных изделий. Они состоят из меди с небольшими примесями цинка (до 18%) и олова, которое улучшает их литейные свойства. Эти сплавы имели громкие причудливые названия, например "Симилор", "Ореид", "Хризохалк", "Хризорин", "Принцметалл" и др. В настоящее время они вышли из моды и потеряли свое значение.

В настоящее время в отечественной ювелирной промышленности вновь оживился интерес к недрагоценным сплавам, имитирующим золото и серебро.

В табл. 12 приведены некоторые из сплавов, которые проходят промышленную проверку (или уже применяются).

Последние три сплава выделены как наиболее целесообразные для внедрения. Они обладают благоприятным сочетанием механических и химических свойств, удовлетворительной коррозионной устойчивостью и т. п.

Латунь выпускается в виде листов различной толщины, ленты, прутков проволоки и трубок. Литейные латуни выпускаются в виде слитков (чушковая латунь). Следует отметить, что большинство латунных сортаментов нельзя длительно хранить в условиях холодных, неотапливаемых складов, так как от смены температуры, наличия влажности и других условий латунь разрушается.

Художественные изделия, выполненные из латуни, хорошо "работают" в условиях интерьера в теплых и сухих помещениях. На открытом воздухе латунь быстро теряет свой блеск и золотистый цвет, покрывается сернистыми и оксидными пленками, чернеет и утрачивает свои художественные качества. Поэтому для экстерьерных художественных изделий латунь применять нецелесообразно; для этих целей служит бронза.

Несмотря на то что цинк был открыт только в XVI в., латунь была известна уже древним римлянам. Они получали ее, сплавляя медь с галмеем, т. е. с цинковой рудой, которая содержит смесь углецинковых и кремнецинковых солей. Считалось, что галмей обладает свойством окрашивать медь в желтый цвет, но до конца XVII в. не было известно, что латунь состоит из меди и цинка. Этот способ приготовления латуни применялся и в средние века и удержался вплоть до XIX в. Путем сплавления меди с металлическим цинком латунь впервые была получена в Англии в 1781 г. В настоящее время латунь получают сплавлением меди с цинком.

С середины XVIII в. из латуни начали производить "бронзировальный порошок" для бронзирования художественных изделий из гипса, дерева, папье-маше, а также использования его при печатании обоев и для других целей. Его получали путем механического измельчения тончайших латунных пластинок, предварительно прокатанных и расплющенных под паровым молотом до толщины, равной нескольким микронам.

Бронзировальный порошок получают и другим способом - восстановлением раствора медного купороса металлическим железом. Полученную губчатую медную массу измельчают, промывают и сушат, а затем придают бронзовый оттенок, нагревая с парафином в железных ящиках до появления цветов побежалости.

Бронзы. Бронзы известны человечеству очень давно, за несколько тысячелетий до нашей эры. В истории развития человеческого общества целая эпоха носит название "бронзового века". В эту эпоху человек впервые из медной и оловянной руды научился выплавлять бронзу и производить из нее предметы быта и оружие, позднее монеты и различные украшения. Во всех древнейших очагах человеческой культуры - в Египте, Китае, Индии, в искусстве древних ассирийцев, этрусков, греков и римлян находятся памятники искусства, сделанные из бронзы. Уже в седьмом веке до нашей эры античные художники научились отливать бронзовые статуи, например бронзовая фигура "Дельфийского возничего", отлитая в 470 г. до н. э. (рис. 10).

Рис. 10. Бронзовая фигура "Дельфийского возничего" 470 г. до н. э

В состав наиболее древних бронз, относящихся к бронзовому веку, входило приблизительно 88% меди и 12% олова. Античные, или коринфские, бронзы содержали еще больше меди - до 90%. Кроме того, в них нередко в виде примесей содержались железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро. Это объясняется тем, что бронзу получали выплавкой медной и оловянной руд, в которых всегда присутствуют примеси различных металлов. Византийские и корсунские бронзы, а также древнерусские бронзы IX-X вв. были очень близки к античным. Они содержали олова не более 8-10%, а остальное медь.

В XII-XIV вв. в Древней Руси отливки производились из сплава меди, олова, цинка и, возможно, свинца, называемого "Спруда".

В XV-XVII вв. отливки производили из красной меди с оловом, а с XVIII в. из желтой меди - бронзы с добавкой цинка. С середины XIX в. для отливки памятников применялась так называемая "Сукрасная" бронза, в состав которой входила цинковая лигатура (до 5%). Из этой бронзы было отлито около 70 различных памятников на Санкт-Петербургской фабрике бронзового литья А. Морана : памятники М. И. Глинке в Ленинграде и Смоленске, И. К. Айвазовскому в Феодосии, Н. В. Гоголю в Москве во дворе дома на Суворовском бульваре, И. Крузенштерну в Ленинграде и др. В конце XIX в. широкое применение для художественного литья получила бронза с содержанием 2-4% олова и 10-18% цинка.

В Западной Европе для статуарного литья применялись бронзы, близкие к этому составу. Например, во Франции применялась бронза, состоящая из 82% меди, 13,5% цинка, 3% олова и 1,5% свинца.

В настоящее время литье художественных изделий производится из специальной художественной бронзы. В ГОСТ включено три марки бронзы следующего состава (табл. 13).

Кроме цинка и олова в состав этих бронз входит небольшая примесь свинца, а остальное - медь.

Древние бронзы представляли собой сплав из двух компонен* тов - меди и олова (если не считать случайных примесей). Однако употребление для отливки крупных фигур и статуй бронзы, состоящей только из меди и олова, имеет ряд недостатков. Такая бронза отличается густоплавкостью и плохо заполняет форму, она дорога и плохо обрабатывается резанием. Кроме того, при наиболее употребительном содержании олова в пределах от 7 до 15% сплав легко подвергается ликвации , т. е. при медленном охлаждении происходит разделение сплава, часть с большим содержанием меди затвердевает раньше. Ликвация еще более усиливается, если в бронзе присутствует свинец (свыше 3%).

Ликвация служит большой помехой при отливке крупных памятников, так как она отрицательно влияет на отделку и оксидировку готовых фигур, а также на появление естественной патины. Ликвацию можно предотвратить путем добавления в сплав в небольших количествах цинка, фосфора и некоторых других компонентов, а также путем быстрого охлаждения отливки. Однако излишние прибавки цинка отрицательно влияют на цвет бронзы и способность покрываться естественной патиной.

Цвет бронзы с увеличением процентного содержания олова изменяется от красного при содержании в ней меди не менее 90% в желтый при содержании меди не менее 85%, в белый - при 50% и в серо-стальной - при содержании меди менее 35%.

Современные художественные бронзы являются материалом для литья памятников и монументальных скульптур. В экстерьере северного климата бронза является прекрасным материалом, исключительно долговечным, не подвергающимся атмосферным влияниям и стойким против механических повреждений, а также хорошо противостоящим действию морозов. По своим цветовым качествам бронза одинаково хорошо смотрится и на открытом пространстве в условиях городской площади, и в зелени сквера или парка.

Наряду с изделиями для экстерьера бронза широко применяется для отливки высокохудожественных предметов убранства общественных интерьеров - театров, дворцов, залов, например, больших люстр, бра, канделябров, торшеров и других предметов.

Начиная с XVIII в. появляется золоченая бронза. Люстры, канделябры, торшеры, декоративные вазы из золоченой бронзы в комбинации с граненым хрусталем, полированным камнем и цветным стеклом играли немаловажную роль в общем художественном решении дворцовых интерьеров (залов Кремлевского Дворца, Эрмитажа и др.).

Кроме оловянистых бронз в настоящее время наша промышленность выпускает специальные безоловянистые бронзы. В составе этих сплавов нет олова - оно заменено алюминием, цинком, свинцом, кремнием, никелем, марганцем и другими элементами. Безоловянистые бронзы отличаются целым рядом новых механических и технологических свойств и во многих отношениях значительно превосходят оловянистые бронзы. Так, например, марганцевая бронза отличается высокой жаропрочностью; кремнистые бронзы с добавкой никеля или бериллиевые бронзы получают свойство закаливаться и по прочности не уступают стали. Однако в области художественной промышленности они почти не применяются, а идут на изготовление различных деталей технического и специального назначения.

Покрытие изделий краской под бронзу защищает их поверхность от разрушающего воздействия влаги и распространения коррозии.

Провести покраску сможет каждый, располагающий необходимым инструментом и запасом времени.

Типы красителя и их преимущества

Раньше бронзовая краска содержала растворители органического происхождения. Это приводило к тому, что от краски исходил резкий запах. Сейчас вместо устаревших составов для окрашивания металлов применяются смеси. Они являются растворимыми в воде и содержат только натуральные компоненты.

Теперь в современных красителях содержатся металлические пигменты естественного происхождения. В качестве связующих элементов в них используются акриловые красители.

Покраска металлов под бронзу имеет следующие преимущества:

• Экологичность и отсутствие запахов.
• Низкая цена, которая объясняется водной основой красящего состава по металлу.
• Возможность получения различных натуральных стилизаций (например, под старину»).
• Простота обработки изделий.
• Надёжная защита металлических поверхностей от влаги и коррозии.
• Срок службы покрашенных таким составом поверхностей составлять десятки лет.

Если поверхность предварительно покрашена слоем электропроводной краски, её коррозийная защита упрощается за счёт образования плёнки из оцинковки.

Также к достоинствам красителя под бронзу относятся высокие показатели устойчивости покрытия к УФ излучению и внешним механическим воздействиям.

Нанесение красящих составов

Перед тем как покрасить металл под бронзу, его следует подготовить.

Нанесение лакокрасочного материала на неподготовленные места не даст результата.

Требуется тщательная подготовка поверхности – удаление следов грязи и ржавчины. Если же нанести лакокрасочные материалы на повреждённые коррозией места, то это не защитит металл от преждевременного разрушения.

Подготовительные работы

С поверхности металла нужно удалить ржавчину и остатки старой краски. Для проведения таких работ применяют следующие методы:

1. Грубая механическая очистка щёткой с проволочной щетиной или механизмами с абразивными дисками.
2. Пескоструйная обработка. Преимущество этого способа – проникновение в труднодоступные зоны. А минус – в сравнительно высокой цене агрегата.
3. Очистка поверхностей химическими составами, вступающими в реакцию со ржавчиной и старой краской. По её окончании все легко стирается мягкой ветошью.

При проведении этих работ потребуются защитные средства, предохраняющие лицо и руки от поражения мелкими частицами и реактивами (очки, перчатки из плотной х/б ткани и респиратор).

После очистных операций на подготовленные поверхности наносят грунтовку (в два слоя). Это позволяет повысить адгезию металлической поверхности. Одновременно с этим используют дополнительное влагозащитное покрытие из полимера. После того, как верхний слой грунтовки схватится, можно приступать к нанесению бронзового красителя.

Покраска

В зависимости от вида красителя его наносят одним из методов с формированием однотонного покрытия. Для этого необходимо:

Металл широко присутствует в наших помещениях, и используется там, где необходимы его уникальные по сравнению с другими материалами физические качества. Впрочем, нередко металл еще и украшает своим присутствием жилую зону. И для того, чтобы его визуальные характеристики были еще более интересными, металлической поверхности можно придать тот или иной цвет либо текстуру. Сама по себе покраска металла чаще всего производится с защитными целями, однако техника декоративной покраски имеет очень много отличий.

Окраске с декоративными свойствами чаще всего подвержены различные металлические предметы, колпаки для ламп, радиаторы отопления, мойки и тому подобные элементы. При этом работы можно проводить как для предметов, использующихся в помещениях, так и для наружных металлических элементов.

Советы тем, кто собрался красить металлическую поверхность при минусовой температуре

Хоть этот совет может коснуться больше обычной покраски, чем декоративной, но ситуации бывают разные. К примеру, вам необходимо сразу покрасить деталь, только что принесенную с мороза. Поэтому дадим несколько советов:

• Самым лучшим способом окраски на морозе является использование алкидных эмалей желеобразной консистенции, имеющие высокую адгезию (способность проникать в структуру поверхности);
• Окраска поверхности, охлажденной до температурных значений ниже +5 градусов по Цельсию, должна производиться исключительно с предварительной обработкой этой самой поверхности горелкой или тепловой пушкой. В противном случае на поверхности будет образовываться конденсат, на которой краска просто не ляжет;
• Если при окраске холодно в самом помещении, то время высыхания слоя может увеличиться в несколько раз, что при декоративной окраске особенно неприятно. Поэтому рекомендуется установить тепловую пушку, а поверхность покрыть пленкой.

Что такое кузнечные краски

В последнее время большой популярностью пользуются кузнечные краски, специально оптимизированные для работы с кованными материалами. Такие краски наносятся на ковку с декоративными целями, что позволяет имитировать самые различные поверхности, начиная от золота и заканчивая чугуном.

Стоимость таких красок выше, чем у обычных. Однако это объясняется их повышенным сроком годности, который достигает 5 лет и более. При этом такие краски еще и действительно эффектно смотрятся, позволяя придать требуемый визуальный эффект уже самым фактом своего присутствия. Без необходимости применять различные способы окраски.

Сегодня имеется немало видов подобного покрытия, однако самым востребованным по праву считается немецкая краска WS-Plast, производимая Weigel & Schmidt GmbH. Данные краски позволяют придавать металлической поверхности множество различенных цветов и текстур. Тут вам и изумрудный цвет, и отличающийся красными тонами графит, и различные виды окраски под старину. При этом такое покрытие не только украшает, но еще и защищает металлическую поверхность от коррозии и прочих неприятностей, вызванных воздействием природы.

Также популярностью обладает молотковая краска (Hammerite), которая в настоящее время становится все более востребованной. Причина заключается в том, что такая краска не требует нанесения грунтовки, и даже может быть использована непосредственно на поверхностях, поврежденных коррозионными процессами. Впрочем, если ржавчина рыхлая, то ее все же придется удалить. Поверхность, обработанная данным покрытием, становится однотонной с эффектом узоров неравномерной формы и алюминиевых хлопьев.

Нанесение данной краски в основном практикуется с черными металлами, такими, как сталь и чугун. Впрочем, ей можно обрабатывать и некоторые цветные металлы.

Чем проявить налет патины

Патина является характерным налетом зеленоватого цвета, проявляющимся на поверхности изделий из меди и бронзы после окисления. На данный момент оптимальным способом проявить данный эффект является краска WS-Patina. Таким образом, удается состарить металл и придать ему характерный респектабельный блеск.

Покраска под старину

Одним из самых популярных способов красить черный металл является эффект старины. В этом случае на поверхность металла наносится несколько вариантов покрытия в определенном порядке. Но сначала сам металл необходимо подготовить должным образом. Его в обязательном порядке очищают от коррозии, подвергаю шлифовке, удаляют грязь и жир. Только будучи уверенным в чистоте поверхности, можно приступать к процессу, который подразделяется на несколько этапов:

• При помощи кисти наносим на поверхность металлизированную краску. Не бойтесь делать это небрежно, так как в создаваемом нами эффекте подобное только помогает;
• Как только первый слой полностью высох, необходимо нанести кракелюрную грунтовку. Последняя позволяет получить слой прозрачной пленки, созданной из полимеров;
• Кракелюрное покрытие наносится после высыхания слоя грунтовки, что позволяет получить характерные трещины, подобные тем, что появляются на вещах, которыми пользовались десятилетия и даже века.

Важно! Вместо кракелюрного состава эффект старины можно добиться нанесением на краску жженой умбры. В этом случае лучше всего работать сухой тканью, а остатки убрать после высыхания слоя краски.

Окраска металла под бронзу

Бронзовое покрытие является одним из самых эффектных визуально. Поэтому часто люди стремятся воссоздать именно его. И способов сделать это существует несколько, и все они подразумевают использование бронзовой краски.

В первую очередь поверхность подготавливается. Производится очистка от грязи, жира и ржавчины. После этого на нее наносится слой грунтовки для металла, что повысит адгезию наносимых выше слоев. На третьем этапе идет нанесение бронзовой металлизированной краски в 2-3 слоя.

Если данному бронзовому слою хочется придать эффект старины, то углубления необходимо обработать патиной, что позволяет получить эффект потемнения от времени. После этого проводится лессировка, в ходе которой мы проходим по выступающим элементам и тем местам, для которых характерны потертости, белой краской. После высыхания последней наносится прозрачный лак, позволяющий закрепить эффект.

Заключение

Аналогичным образом происходит покраска под все остальные виды металлов. Современные металлизированные краски позволяют создать эффект латуни, меди, серебра, золота и прочих металлов.

Не стоит опасаться, что у вас не получится, Практика показывает, что подобные способы обработки металла осуществимы без каких-либо серьезных познаний. Приведенный ниже видеоурок даст вам исчерпывающую информацию по этому поводу.

Бронза (химич.). - Так называются сплавы меди с оловом в различных пропорциях (медь в избытке), затем сплавы меди с оловом и цинком а также некоторыми другими металлами или металлоидами (свинцом, марганцем, фосфором, кремнием и др., в небольших количествах). Присутствие посторонних металлов в настоящей бронзе (сплавах меди с оловом) носит иногда случайный характер и обусловливается неполной чистотой исходного материала (некоторые образчики античной бронзы), но обыкновенно прибавка известного количества тех или других веществ производится заведомо, с определенными целями, и тогда такая бронза получает особые названия (марганцовая бронза, фосфорная бронза и т.д.). От прибавки олова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а следовательно звучной, способной к полировке, но менее тягучей, а потому бронза, главным образом, идет на отливку различных предметов. Качества бронзы зависят от состава, способов приготовления и последующей обработки. Если сплавы меди с оловом, содержащие от 7% до 15% этого последнего и наиболее употребительные в практике, подвергнуть медленному охлаждению, то происходит разделение сплава и часть более богатая медью застывает ранее; такое явление, называемое ликвацией бронзы, служит большой помехой при отливке больших бронзовых предметов; его до известной степени можно устранить прибавкой некоторых веществ (напр., фосфористой меди, цинка) или быстро охлаждая отлитые предметы (обратно, примесь свинца обусловливает более легкое разделение сплава, так что следует избегать прибавки этого последнего свыше 3%). При закалке бронзы происходит явление совершенно обратное тому, которое наблюдается для стали: бронза становится мягкой и до известной степени ковкой.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% - 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%) и стально-серый (до 35% меди). Что касается тягучести, то при 1% - 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а при содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородности и одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическим строением обладает большею способностью сопротивления. Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется от проковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша (Riche), сплав, отвечающий формуле SnСu3, имеет наибольший уд. вес 8,91 (следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладает сплав SnCu4. Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и тому подобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногда превосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей, столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugo nobilis, Patina, Verde antico. Patina предохраняет бронзу от дальнейшего изменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы - вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте. Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет. Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явление зависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где здания отапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения. Для сохранения статуй рекомендуют чистить их раствором спермацета в бензине.

Античная бронза была известна гораздо раньше латуни; в очень отдаленные времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия, монет, различных украшений и т.п. (бронзовый век). Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нередко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% меди и 12% олова (F. Wibel, "Die Cultur der Bronzezeit Nord- und Mittel-europas", Киль, 1865).

Пушечный или артиллерийский металл состоит (в круглых цифрах) из 90 -1 ч. меди и 9 - 10 ч. олова (содержит также иногда небольшие количества цинка и свинца). Сплавы с таким составом весьма склонны к ликвации. Уд. вес артиллерийского металла, содержащего 10% олова, равен 8,87. Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладать большим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью по отношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавы указанного состава, но только до известной степени. Так называемая стальная бронза Ухациуса (Stahlbronze) содержит 8% олова. Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загоняя при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра.

Колокльный металл отличается от предидущего большим содержанием олова; средний состав его: 78% меди и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную или излишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав меди с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т.е. звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействием разрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета) легкоплавок, хрупок. Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг, имеют состав подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой.

Новая статуйная бронза . Употребление литейных работ бронзы, состоящей только из меди и олова, кроме сравнительной дороговизны, представляет не мало и других неудобств: такая бронза довольно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легко подвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитых предметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina); притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут быть устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком. Сплавы с 10% - 18% цинка и 2% - 4% олова отличаются красивым красновато-желтым цветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки для обработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленый налет (patina). Большее содержание олова делает бронзу слишком хрупкой, а от излишней прибавки цинка она теряет свой цвет и покрывается некрасивым темным налетом металлических соединений. От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествах свыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д"Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% меди, 18% цинка, 3% олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 862/3 % меди, 62/3 % олова, 31/3 % свинца и 31/3 % цинка.

Фосфорная бронза , предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90% меди, 9% олова и 0,5% - 0,5% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т.п. Прибавка фосфора (в виде фосфорной меди или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливается и хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составных частей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчков строение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.

Алюминевая бронза -сплавы меди с алюминием, содеожащие от 5% до 10% алюминя и 90% - 95% меди. Цвет бронзы, при содержании 5% алюминия, весьма похож на золото; кроме красоты, она отличается многими другими превосходными качествами (между прочим сплавы с 8% - 5% алюминия весьма тягучи). В торговле имеется алюминиевая бронза пяти сортов, с различной степенью тягучести и противодействия разрыву; она хорошо сопротивляется окислению и действию морской воды, гораздо лучше, чем другие сплавы. Примесь кремния меняет цвет и свойства алюминиевой бронзы. Как материал для изготовления различных частей машин, она вытесняет на бумажных фабриках и пороховых заводах фосфорную бронзу ("Jahresber. ub. d. Leist. d. chem. Technol.", 1890, 359).

Кремневая бронза обладает таким же сопротивлением к разрыву, как фосфористая бронза и отличается большой электропроводностью, употребляется для телефонных проволок. Вейлеровская кремневая бронза (для телефонных проволок) содержит, по анализу Гампе, 97,12% меди, 1,62% цинка, 1,14% олова и 0,05 кремния.

Марганцовая бронза получается путем сплавления марганцовистого чугуна (ферромангана) с медью, затем с медью и цинком или же с медью, цинком и оловом. Вronce Сompany в Англии изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей (Heinzerling, "Abriss d. Chem. Technologie", 1888).

Кроме этих сортов бронзы, существуют ещё другие сплавы имеющие различные применения; такова, напр., бронза для зеркал, медалей, монет, подшипников и различных частей машин и т.д.

К настоящему времени разработано множество сплавов металлов, обладающих различными свойствами, для разных сфер применения. Первым из них стала бронза. Сплав, его производство, применение и особенности рассмотрены далее.

Варианты состава

Данный материал представляет собой смесь меди с легирующими элементами, в качестве которых применяют неметаллы и металлы. При этом цинк и никель не должны являться основными среди них.

Путем варьирования соотношений между компонентами изменяют свойства бронзы. В соответствии с этим существует несколько ее разновидностей, выделяемых на основе легирующих добавок. В их качестве используют:

• олово;
• бериллий;
• цинк;
• кремний;
• свинец;
• алюминий
• никель;
• железо;
• марганец;
• фосфор.

Первой была разработана бронза оловянная (в начале 3 тысячелетия до н. э.). В небольшом количестве данный элемент придает твердость, легкоплавкость, упругость. При повышении его концентрации до 5% снижается пластичность, а при 20% бронза обретает хрупкость. Путем доведения олова до максимальной доли в 33% сплаву придает серебристо-белую окраску.

Материал с бериллием отличается наибольшими упругостью (закаленный) и твердостью, а также химической устойчивостью. Он подходит для обработки путем резания и сварки.

Цинк и кремний повышают текучесть, что актуально для литья, а также придают поверхности устойчивость к истиранию. Кремниево-цинковая бронза характеризуется отсутствием искр при механическом воздействии и хорошим сопротивлением сжатию.

Свинец улучшает устойчивость к коррозии, антифрикционные свойства, прочность, тугоплавкость.

Алюминий повышает плотность, антифрикционные свойства, устойчивость к коррозии и химическому воздействию. Бронза такого состава подходит для резки.

Фосфор используется в совокупности с некоторыми прочими добавками с целью раскисления сплава. Его наличие отражается в названии при содержании более 1% (оловянно-фосфористая бронза).

Введение любых легирующих добавок понижает теплопроводность. Следовательно, чем их меньше, тем сплав по данному показателю ближе к меди, а наиболее легированные бронзы имеют худшую теплопроводность.

Что касается меди, ее содержание определяет не только технологические и эксплуатационные параметры, но и цвет, который имеет бронза. Красная окраска свидетельствует о концентрации меди более 90%. При содержании ее около 85% (наиболее часто встречается) бронза имеет золотистый цвет. Если сплав состоит из меди наполовину, белым цветом он напоминает серебро. Для получения серой и черной окраски нужно сократить процент меди до 35. Такой цвет материала тоже встречается нередко, однако нужно учитывать, что данный сплав может приобрести темную окраску с течением времени в результате воздействия различных факторов (температуры, воды и т. д.). К тому же технологии, позволяющие добавлять в бронзу придающие ей насыщенный черный цвет легирующие элементы, стали применять относительно недавно, а изделия из рассматриваемого сплава такой окраски обширно распространены издавна.

Таким образом, в зависимости от числа элементов данные материалы подразделяют на двух- (один легирующих компонент) и многокомпонентные. Их доля составляет от 2,5%.

Кроме того, существует классификация бронзы, основанная на внутренней структуре, а именно количестве фаз в твердом растворе. Она подразумевает ее разделение на одно- и двухфазные варианты.

Наконец, ввиду обширной распространенности оловянного типа сплав подразделяют на оловянные и безоловянные бронзы.

Производство

Исходным сырьем для бронзы служат чистые металлы либо сплавы, в том числе бронзовые отходы. Второй вариант более обширно распространен, прежде всего, ввиду меньшей стоимости. В качестве флюса, предотвращающего чрезмерно интенсивное окисление расплава металла, применяют древесный уголь. Из всех исходных материалов составляют шихту, рассчитывая ее состав на основе целевых параметров и используемой технологии производства.

Процесс плавки осуществляют в определенной последовательности:

• в предварительно разогретую до необходимой температуры печь (обычно используют электродуговые и электрические устройства ввиду их высокой эффективности) помещают тигель с шихтой;
• после полного прогрева и расплавления металла в его состав включают служащую катализатором фосфористую медь;
• после выдержки добавляют связующие и легирующие компоненты бронзы, перемешивая;
• с целью удаления газовых примесей осуществляют дегазацию путем продувки азотом или аргоном;
• для снижения интенсивности окисления перед разливкой снова добавляют фосфористую медь.

На протяжении всего процесса необходим контроль температурного режима и количества добавляемых в расплав компонентов.

Свойства

Характеристики рассматриваемого материала определяются двумя факторами: составом и структурой.

Как было отмечено, химический состав бронзы разрабатывают с целью придания ей требуемых параметров. Одними из основных среди них являются пластичность бронзы, твердость и прочность. Варьировать первые две характеристики позволяет изменение концентрации олова. Так, его доля в составе бронзы связана прямой зависимостью с твердостью и обратной с пластичностью.

Наибольшее влияние на твердость и прочность оказывает концентрация бериллия. Некоторые содержащие его марки бронзы превосходят по второму параметру стали. Для придания пластичности бериллиевый сплав подвергают закалке. При этом основное значение имеют не количественные показатели содержания веществ, а выраженность создаваемых ими свойств. То есть, при одинаковом количестве двух различных элементов, один из них может изменять характеристики материала в значительно большей степени, чем другой.

Что касается структуры, она определяет вмещающую способность материала по отношению к элементам. Это можно рассмотреть на примере олова. Так, однофазная структура содержит до 6 - 8% данного элемента. При превышении его количеством предела растворимости, составляющего 15%, формируется вторая фаза твердого раствора. Это влияет на баланс твердости и эластичности. Так, однофазные варианты более эластичны, в то время как двухфазная бронза тверже, но хрупкая. Это определяет дальнейшую обработку: материалы первого типа подходят для ковки, а двухфазные сплавы - для литья.

Далее в качестве примера рассмотрены основные характеристики литьевой оловянной бронзы. Ее плотность определяется содержанием олова и при его доле 8 - 4% составляет 8,6 - 9,1 кг/см 3 . Температура плавления равна в зависимости от состава 880 - 1060°С. Теплопроводность данного материала - 0,098 - 0,2 кал/(см*с*С). Это небольшое значение. Электропроводность составляет 0,087 - 0,176 мкОм*м, что также немного. Интенсивность коррозии в морской воде равна 0,04 мм/год, на воздухе - 0,002 мм/год. То есть такая бронза обладает высокой устойчивостью к ней.

Обработка

Существует еще одна классификация бронзы, основанная на технологии обработки, применяемой при производстве из нее каких-либо изделий. В соответствии с этим выделяют два типа сплавов:

• литейные;
• деформируемые.

Литейные бронзы служат для создания отливок сложной конфигурации (деталей различных устройств и т. д.), так как деформируются только в расплавленном состоянии, в то время как деформируемую бронзу обрабатывают способами ковки, прокатывания, резания, производя металлопрокат в виде проволоки, ленты, труб, плит, втулок, прутков. Кроме того, бронза подходит для пайки и сварки.

Дополнительная обработка

Для декоративного эффекта и в защитных целях возможно нанесение на поверхность бронзовых изделий лака, хрома, позолоты, никеля.

Кроме того, для рассматриваемого материала существует специфический способ обработки поверхности, называемый искусственным патинированием. Он основан на процессе естественного старения бронзы, состоящем в формировании пленки зелено-белого цвета карбонатного либо оксидного состава, называемой патиной, в результате воздействия воздуха и содержащихся в нем компонентов. Искусственное создание такого покрытия носит декоративный (придание винтажности) и защитный смысл.

Данную процедуру осуществляют путем нагрева после нанесения на поверхность серного состава. Существует и обратная технология, то есть удаление патины со старых бронзовых изделий.

Достоинства и недостатки

Бронза обладает множеством положительных качеств. Среди них:

• разнообразие свойств и, следовательно, сфер применения;
• возможность создания вариантов для различных способов обработки (литья либо деформирования) в зависимости от потребностей;
• небольшая усадка (0,5 - 1,5%);
• возможность многократной обработки без потери свойств, то есть бронзу можно перерабатывать;
• высокие показатели устойчивости к химическому воздействию среды (воды, воздуха, кислот);
• большая упругость многих вариантов.

Основным недостатком является высокая стоимость некоторых марок, например, оловянной бронзы. Виды другого состава, такие как алюминиевый сплав, значительно дешевле. Таким образом, стоимость рассматриваемых материалов в значительной степени определяется входящими в их состав легирующими элементами.

Применение

Оловянный материал с 2% олова подходит для ковки при нормальной температуре ввиду высокой пластичности. Варианты с его концентрацией 15% характеризуются твердостью и прочностью. Такая бронза имела обширную область применения в древности. Предметы из нее были обнаружены при археологических раскопках. Она служила для производства посуды, оружия, денег, статуй, зеркал, украшений. Однако наиболее известно применение бронзы данного состава для изготовления колоколов, в связи с чем оловянную бронзу до сих пор называют колокольной.

Закаленную бронзу, содержащую бериллий применяют для производства пружин, мембран и рессор.

Для изготовления изделий, эксплуатирующихся в особо неблагоприятных условиях (высокой влажности, химически активных средах и т. д.), используют бронзу, обогащенную алюминием. Она обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью.

В качестве материала для подвергающихся фрикционным и ударным нагрузкам деталей (подшипников и т. д.) подходит свинцовая бронза.

Алюминиево-никелевая бронза особо актуальна для деталей, постоянно находящихся в соленой воде, ввиду высокой коррозионной устойчивости. Это относительно новый материал, который применяют для производства элементов шельфовых нефтяных платформ.

Детали из бронзы

Кроме того, большинство марок бронзы отличается отсутствием магнитности и малой усадкой. Ввиду этого они подходят для производства электротехнических изделий, а также декоративных предметов.

Также многие варианты сплава имеют низкую теплопроводность, вследствие чего их применяют для производства ванн, умывальников, сантехнических деталей.

Наконец, большая часть бронзовых сплавов характеризуется плохой электропроводностью. Одним из исключений является серебряный сплав, близкий по данному параметру к меди.

Помимо названных сфер, бронзу используют в машино-, судо-, авиастроении, для изготовления агрегатов подвижных узлов благодаря износостойкости, химических приборов и трубопроводов ввиду химической устойчивости.

Маркировка

В настоящее время встречается множество марок бронзы. Они отличаются составом, определяющим параметры и сферу применения. Для удобства на основе этого была создана система маркировки, включающая буквенные и цифровые символы. Так, легирующие добавки обозначают буквами, первыми в названии представляющих их химических элементов. Цифры означают содержание компонентов сплава в долях процента. При этом данные обозначения не содержат данных о количестве меди. Данное значение высчитывают как разность между общим составом бронзы и количеством легирующих добавок.

Маркировка бронзы позволяет легко определить требуемую для конкретной задачи марку. Для этого достаточно воспользоваться специальными таблицами. Они содержат данные о составе, параметрах сплава и сферах его применения.