Художественное травление металла издавна известно оружейных дел мастерам. Оно заменило один из трудоемких процессов – ручную гравировку, не опустив при этом планку качества.

Техникой травления сравнительно легко можно на любом металле воспроизвести рельефный или углубленный орнамент, сюжет, текст. Даже для таушировки можно использовать этот метод, при котором образуются канавки для запрессовки проволоки или металлических контрастирующих полосок. Требуется только небольшая доводка – расширение днища канавок, что значительно экономит время по сравнению с выполнением этих углублений техникой гравировки.

Существует два способа травления – химический и гальванический. Второй более эффективен и менее вреден: раствор электролита не выделяет ядовитых газов, которые неизбежны при химическом способе.

 

Химическое гравирование металлов

Сущность технологического процесса изготовления художественных изделий методом химического травления (рис. 33) состоит в следующем: металлическое объемное изделие или пластину покрывают слоем кислото– и щелочеупорного лака. После высыхания лака на его поверхности прочерчивают тонким резцом линии рисунка, предварительно переведенные с помощью копировальной бумаги на поверхность лаковой пленки. После этого с поверхности изделия тщательно удаляют лаковую стружку и погружают его в травильный раствор. При травлении не защищенные лаком участки металла будут растворяться, образуя на поверхности канавки-штрихи, идентичные рисунку.

По окончании травления лак с поверхности изделия удаляют органическим растворителем. Продолжительность травления определяют визуально.

Рис. 33. Схема процесса химического травления: 1 – травильная жидкость; 2 – слой лака; 3 – изделие; 4 – корпус ванны

Строго говоря, химическое гравирование можно производить двумя способами: либо покрыть веществом, на которое действует протрава, все линии и поверхности рисунка, либо, наоборот, защитить от действия кислот все промежутки, оставляя линии и поверхности рисунка свободными. Если затем погрузить изделие в состав для травления, то в первом случае рисунок получится слегка рельефным, а во втором – углубленным. Первый способ применяют в цинкографии для изготовления клише, с которого затем печатают бумажные оттиски. Вторым же способом проводят художественное гравирование металлических поверхностей.

Процесс химического травления несложен, но художественное исполнение гораздо труднее, так как требует тщательной, кропотливой работы по созданию композиции рисунка и четкого переноса его на подготовленное изделие. К тому же как ни проста на первый взгляд технология травления, начинающие часто терпят неудачу, в особенности при травлении тонких рисунков.

Прежде чем наносить предохраняющее покрытие, обрабатываемую поверхность следует тщательно очистить от тонкого налета ржавчины, жира и иной грязи. Поверхность изделия зачищают, шлифуют, полируют, обезжиривают, промывают и просушивают. Приставший к поверхности жир можно удалить промыванием в спирте или бензине, прокаливанием или провариванием в подогретом до 50 °С 10 %-м растворе едкого натра в течение 5 мин. Затем изделие на 1–2 мин переносят в 15 %-й раствор серной кислоты и хорошо промывают в горячей воде, чтобы покрывной лак прочно держался на поверхности металла и в процессе травления не отслаивался.

После этого обрабатываемую поверхность можно отполировать, если форма предмета позволяет, а назначение его не противоречит этой операции. Но подобная предварительная полировка не обязательна. До вычищенной поверхности нельзя дотрагиваться пальцами, так как на них всегда есть некоторое количество жирового вещества, а на жир протрава не действует.

Когда протравливаемая поверхность вычищена уже настолько, что имеет свежий металлический блеск, приступают к нанесению предохранительного покрытия. В качестве покрытия для химического гравирования применяют битумный, нитролак или лак следующего состава: 6 г. канифоли, 10 мл этилового спирта, 10 капель нашатырного спирта. Если в этот лак добавить 2–3 кристаллика сухих фиолетовых чернил, то его можно использовать для нанесения рисунка на металлическую поверхность с помощью рейсфедера. В этом случае после травления рисунок будет выпуклым, а не в виде канавок, как в случае прочерчивания рисунка на сплошной лаковой поверхности. Чернила служат для визуального контроля над процессом нанесения лаковых штрихов: прозрачный лак контролировать трудно.

Для алюминия используют так называемое «белое чернило», образующее устойчивую пленку. В его состав входят: 100 массовых частей клея 88, 90 массовых частей каолина и органический растворитель, например этиловый спирт, – до получения консистенции жидкой сметаны.

При нанесении предохранительного покрытия необходимо следить за тем, чтобы металлическая поверхность была совершенно сухой, иначе покрытие местами плохо пристает, а кислота может проникнуть до металла и протравить места, которые должны остаться нетронутыми.

Хорошую покрывную смесь для гравирования готовят следующим образом: расплавляют 1 часть асфальта (битума) и 2 части мастики, перемешивают и добавляют 2 части белого воска. По охлаждении этот состав формуют в шарики или конусы, которые заворачивают в тряпку из тонкого полотна. Состав наносят на поверхность следующим образом: обрабатываемый предмет подогревают и, слабо надавливая на поверхность, водят по ней равномерно массой, завернутой в тряпочку; при этом состав тает и просачивается сквозь тряпку, покрывая тонким слоем натираемую поверхность. Когда покрытие затвердеет, его покрывают как можно более тонким слоем свинцовых белил, мелко растертых и растворенных в гуммиарабике. На этот слой переводят рисунок.

При покрытии лаком всей поверхности изделия после высыхания защитного слоя его покрывают тонким слоем свинцовых белил или красят белой гуашью («белое чернило» в таком покрытии, разумеется, не нуждается). Затем отточенным карандашом или с помощью копировальной бумаги переводят на белую поверхность требуемый рисунок или надпись.

Все места, которые требуется вытравить, проскабливают после этого до поверхности металла. Тонкой и острой гравировальной иголкой можно воспроизвести даже тончайшую тушевку рисунка.

Если нужно протравить простую фигуру или надпись, предохранительное покрытие можно разбавить какой-нибудь жидкостью, например скипидаром, до консистенции густой масляной краски. По такому покрытию можно воспроизвести требуемый рисунок от руки иглой или даже стальным пером.

Для травления при химическом гравировании используют различные составы, в зависимости от вида металла.

Протравливаемый предмет опускают в кислото– и щелочеупорную посуду и заливают соответствующим растворителем. Такой посудой может служить глиняная глазурованная или пластмассовая кювета (ванночка). Если обрабатываемая поверхность представляет собой плоскость (пластину), то можно установить ее в горизонтальном положении, вылепить по краям бортик из воска или пластилина толщиной в палец и в полученную таким образом плоскую кюветочку налить соответствующую кислоту.

Таблица 2. Составы растворов для травления при химическом гравировании

Примечание: Ств – сталь высоколегированная, Ст – сталь углеродистая, М – медь, МС – сплавы меди, А – алюминий, AC – сплавы алюминия, Ц – цинк.

Если металл растворяется очень быстро, возникают следующие осложнения:

• кислота проникает под слой покрытия, и рисунок утрачивает четкий контур;

• повышение интенсивности действия кислоты приводит к разрушению покрывной смеси на больших участках изделия и к браку;

• невозможно надежно контролировать глубину травления.

Скорость процесса определяют по интенсивности выделения пузырьков газа, поднимающихся от мест травления. При бурном выделении пузырьков в травильный раствор следует добавить дистиллированную воду.

В процессе травления на поверхности изделия оседают пузырьки, которые могут задерживать процесс травления. Их необходимо удалять кисточкой или чистым гусиным пером. Для проверки глубины травления в ванну одновременно с изделием помещают контрольный образец из того же материала с фрагментом рисунка или простым узором. Образец вынимают, промывают в проточной воде и замеряют глубину рисунка. По ней судят о глубине и времени травления. Если необходима различная глубина травления, то изделие время от времени извлекают из ванны, промывают, просушивают и лаком покрывают те места, которые уже достаточно протравились. Затем травление продолжается.

Когда травление считают оконченным, предмет прополаскивают в чистой воде, а предохранительное покрытие удаляют нагреванием или смывают его скипидаром или соответствующим нанесенному лаку растворителем. Может случиться, что в углублениях останется некоторое количество протравы, которая со временем разъедает металлическую поверхность местами глубже, чем требуется. Во избежание этого промытый предмет кладут на несколько минут в известковую воду, которая нейтрализует остаток кислоты.

 

Гальваническое гравирование металлов

Второй способ травления несложен, требует наличия простого источника постоянного тока и позволяет производить гравирование на всех металлах и сплавах, даже на закаленной и нержавеющей стали. Способ этот похож на химическое гравирование, но имеет много преимуществ перед ним:

• травления гальваническим способом происходит быстрее;

• контуры вытравленного рисунка получаются более резкими и отчетливыми;

• в состав протравы не входят едкие кислоты.

Если рассмотреть через лупу рисунок, вытравленный химическим способом, то окажется, что края отдельных углубленных линий неровны и чем глубже линия, тем она шире протравлена. При гальваническом способе травления края отдельных линий получаются совершенно гладкими, а стенки углублений – вертикальными.

Изделие под электрохимическое гравирование подготавливают так же, как при химическом гравировании. Затем его помещают в электрохимическую ванну и в качестве анода подключают к положительному выводу источника тока (рис. 34, а). Обычно такой предмет подвешивают на проволоке, которая припаивается оловянным припоем к непокрытому месту изделия; место спайки покрывается лаком (для тяжелых предметов придется предусмотреть дополнительные подвесы из инертного материала). Отрицательный вывод подключают к катоду, представляющему собой свинцовую пластину. Источник постоянного тока должен иметь рабочее напряжение 5–10 В. Составы электролитов для электрохимического гравирования и режимы обработки зависят от материала конкретного изделия.

Таблица 3. Составы электролитов для электрохимического гравирования

Примечание: Ст – сталь, М – медь, Л – латунь, А – алюминий и его сплавы.

Рис. 34. Гальваническое гравирование: а – обычный способ; б – полусухой способ; в – схема включения для переменного тока: 1 – корпус ванны; 2 – изделие (анод); 3 – подвес; 4 – раствор электролита; 5 – свинцовая пластина (катод); 6 – подводящие провода; 7 – выключатель; 8 – источник постоянного тока; 9 – покрытие (слой воска); 10 – слой ваты или ситца (пропитанный электролитом); 11 – источник переменного тока

Если различные части рисунка требуется протравить до различной глубины, то через некоторый промежуток времени предмет вынимают из ванны, споласкивают его и на места, которые не требуется вытравлять глубже, кисточкой наносят предохранительное покрытие, а затем снова вешают предмет в ванне и продолжают травление.

Добившись желаемого результата, ток отключают, проволоку отпаивают, изделие промывают скипидаром и приступают к окончательной отделке – шлифовке, полировке.

Электрогравирование можно осуществить и так называемым полусухим способом. Берут металлическую пластинку, на которой надо выгравировать рисунок, узор, надпись, с одной стороны к ней припаивают провод и подключают его к положительному полюсу источника постоянного тока, с другой – тщательно полируют поверхность. Затем пластинку нагревают до температуры 100–120 °С и натирают место, где будет рисунок, парафином, стеарином, воском или просто свиным салом так, чтобы это покрытие расплавилось и покрыло поверхность металла тонким ровным слоем.

Когда пластинка остынет, иглой процарапывают линии желаемого изображения и осторожно удаляют стружки покрытия. Затем на рисунок кладут ровный слой ваты или кусок ситца, сложенный втрое, смоченный в 30 %-м растворе поваренной соли, так, чтобы вата или ситец плотно прилегали к пластинке. На вату или ситец кладут другую металлическую пластинку, соединенную с отрицательным полюсом батареи. Проверяют, чтобы между пластинами не было прямого соприкосновения (чтобы исключить возможность короткого замыкания), и включают ток.

Через 10–15 мин, в зависимости от силы подаваемого тока, на металлической пластинке вытравится нарисованный вами на жировой поверхности рисунок или надпись. Если желательно протравить рисунок очень глубоко, надо дольше держать его под током. Схема подключения изделия при полусухом электрогравировании показана на рис. 34, б.

Когда будет закончен процесс травления, пластинку тщательно промывают водой, немного подогревают, снимают с нее слой жира и тщательно протирают тряпкой.

Выгравированный таким способом рисунок на алюминии получается нарисованным бархатисто-черными штрихами. На желтой латуни рисунок получается коричневатый.

Чем тверже металл, тем больше времени потребуется для его протравливания. Если на алюминии протравливание можно производить за 10–15 мин, то на латуни потребуется 40–45 мин. Величину тока подбирают опытным путем.

За неимением источника постоянного тока можно произвести электрогравирование и переменным током низкого напряжения и не особенно большой силы. Однако такой процесс гравирования будет проходить значительно медленнее. Это происходит, во-первых, потому, что переменный ток 50 раз в секунду меняет свое направление и эффект травления производится сразу на обе пластины; во-вторых, от переменного тока пластины быстро нагреваются и ток приходится часто выключать, чтобы жировой слой не растаял и не залил рисунка. Если это случится, придется все начинать сначала.

Электрогравирование переменным током можно несколько ускорить, если под напряжение одновременно класть две пластинки с рисунками, т. е. вместо свободной катодной пластины использовать еще одну пластину с рисунком.

Электрогравирование переменным током лучше производить при напряжении 2 В и никак не более 4 В. Держать под током пластины надо не более 5–7 мин, затем делать перерыв минут на пять и снова включать. Раствор соли следует брать 15 %-й, тогда он будет медленнее вскипать.

Схема включения для электрогравирования переменным током дана на рис. 34, в.