Оксид хрома (Cr2О3) – порошок серо-стального цвета. Образует зеленую политуру, которая используется для обработки твердых металлов.
Диоксид олова (SnО2) – серый, очень мягкий порошок мелкозернистого строения, получаемый при сжигании олова. Применяется как очень тонкое полировочное средство для изящных изделий.
Оксид цинка (ZnO) – получают при сжигании металла на воздухе. Применяется как тонкое полировочное средство для изящных изделий.
Корунд (оксид алюминия Al2О3) – минерал, природный безводный глинозем. Применяется для шлифования и полирования твердых металлов.
Гематит (оксид железа Fe2O3) – минерал серо-стального цвета. Используют для ручного полирования, подобно стальному полировальнику.
Мыльный корень (мыльник) служит для очистки изделий после протравливания, обезжиривания и покрытия металлами в гальванических ваннах. Отваром мыльного корня смачивают крацовочную щетку.
Шлифовальные и полировальные пасты содержат тонкие абразивные порошки, жировые связки и специальные добавки. Абразивными материалами являются оксиды хрома и кремния, крокус. Оксид хрома придает пастам зеленый цвет, оксид железа – красный, технический мел – белый. В качестве связок в пастах используют стеарин, парафин, техническое сало, церезин, воск. Специальными добавками служат двууглекислая сода и олеиновая кислота (вводятся для активизации процесса полирования), скипидар и керосин (для изменения вязкости).
При ручном и механическом полировании полируемые части промывают в растительном или техническом масле.
Оборудование и инструменты
Шлифование и полирование производят на станках быстровращающимися кругами из различных материалов и вручную – кательниками, брусками, полировниками из металла и другими приспособлениями.
Различают два основных типа приводных станков для шлифования и полирования: шлифовально-полировальный станок и электрическая бормашина с гибким валом.
Шлифовально-полировальный станок снабжен двигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором. Мощность не менее 184 Вт; скорость вращения при полировании – 2800–3000 об/мин, при крацевании – 700–750 об/мин. Для того чтобы снизить скорость вращения и сохранить полную мощность двигателя, применяют редуктор с передаточным отношением 4:1. Шлифовально-полировальные инструменты крепятся на удлиненном с обеих сторон валу.
Бормашина с гибким валом применяется для тонких работ, где требуются более мелкие шлифовально-полировальные инструменты. Последние крепятся в зажимном патроне гибкого вала.
Абразивный инструмент изготавливается из абразивных материалов и предназначен для механической обработки металла и других материалов. Его можно разделить на два основных типа: жесткий (шлифовальные круги, головки, сегменты и бруски) и гибкий (шлифовальная шкурка и изделия из нее – ленты, диски и др.).
Для изготовления шлифовальных кругов и другого инструмента применяют электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетические и природные алмазы. Абразивный инструмент выпускается на керамической, бакелитовой, вулканитовой, силикатовой, глифталевой и магнезиальной связках, скрепляющих отдельные абразивные зерна.
Электрокорунд нормальный получил наибольшее применение; он выпускается трех марок: Э2, Э4, Э5. Цифры после буквы означают содержание окиси алюминия Аl2О3 соответственно 92, 94 и 95 %.
Электрокорунд белый марок Э8, Э9 содержит 98–99 % окиси алюминия и на 30–40 % превосходит по качеству электрокорунд нормальный, так как включает в себя меньше примесей. В последнее время промышленностью выпускается электрокорунд белый повышенного качества марки Э9А.
Монокорунд марок М7, М8 отличается высокой прочностью и более высокими режущими свойствами. Он содержит 97–98 % окиси алюминия. Применяется такой абразив для обработки весьма прочных сталей.
Карбид кремния – абразив, используемый для чистовой заточки твердосплавного инструмента.
Карбид бора используется в виде порошка для доводки и притирки.
Синтетические алмазы, применяемые для заточки инструментов, выпускаются нескольких марок:
• АСО (зерно № 4–25) – алмаз синтетический обычной прочности;
• АСР (зерно № 5–32) – алмаз синтетический повышенной прочности;
• АСВ – алмаз синтетический высокой прочности;
• АСК – алмаз синтетический кристаллический;
• АСС – алмаз синтетический кристаллический сортированный.
Шлифовальные круги из электрокорунда и карбида кремния изготавливают диаметром 3–1100 мм, толщиной 0,5–200 мм, диаметр посадочных отверстий – 1–305 мм; из алмазных зерен – диаметром 6–300 мм, толщиной рабочего кольца 1,5–5 мм, шириной 3–20 миллиметров.
Шлифовальная шкурка и изделия из нее выпускаются на основаниях из ткани и бумаги, с режущими зернами из электрокорунда, карбида кремния, стекла и кремния. Применяется для ручных и механизированных шлифовальных работ. В зависимости от требуемой прочности изготавливается на основаниях из бязи, саржи, полудвунитки или бумаги. Наиболее прочной основой является саржа. Связующим средством для наклеивания абразивного материала обычно служит клей из кожи и костей, но в последнее время его место занимают синтетические клеи. Величина зерен абразива определяет тонкость шлифовальной шкурки.
Эластичный полировальный круг, фетровый круг применяются для полирования гладких, ровных и выпуклых поверхностей. Размеры кругов определяются внешним диаметром. В центре круга имеется отверстие для крепления (с помощью фланцев и гайки) на вал станка.
На вращающийся круг наносят полировочную пасту, которая прочно удерживается частицами фетра. Круги из фетра являются высококачественным, стойким в эксплуатации полировальным инструментом.
Войлочный круг применяется для шлифования и полирования изделий. В первом случае используются круги из волос и шерсти животных, во втором – мягкие из чистой шерсти.
Волосяной круг (дисковые щетки) имеет деревянную основу, на которой по всей окружности укреплены торчащие волосяные кисти. Применяется для полирования изделий сложной конструкции. Эластичность дисковых щеток зависит от толщины и длины волоса. Крепится на станке так же, как войлочный и фетровый.
Матерчатый круг служит для заключительного полирования. Представляет собой выкроенные из материала (бязь, полотно, фланель) диски, сшитые концентрическими швами между собой. Чем чаще строчки швов, тем жестче круг. Матерчатые круги хорошо удерживают пасту и полируют поверхность любого вида. Долговечны в работе.
Нитяной круг (пушок) применяется для наведения блеска на поверхность изделия. Похож на волосяной круг, но вместо волосяного имеет нитяной покров. Является мягким и тонким полирующим инструментом.
Все вышеперечисленные шлифовально-полировальные круги относятся к инструменту для механической отделки изделий.
Для полирования и шлифования вручную применяется следующий инструмент. Наждачные бруски и шлифовальные напильники по форме и действию напоминают обычные слесарные напильники, но изготавливаются из дерева и оклеиваются наждачной бумагой, или же абразивный материал укрепляется непосредственно на дереве. Используются для обработки ровных плоскостей.
Точильный камень (брусок) представляет собой плоский камень прямоугольного сечения длиной 200–300 мм. При обработке на бруске изделие равномерными движениями перемещают вперед и назад по плоскости до тех пор, пока поверхность детали не будет обработана. Направление шлифования необходимо менять, чтобы не допустить образования царапин и рисок на поверхности.
Напильники из карбида кремния (карборунда) – стержнеобразные камни длиной 150 мм с разнообразными формами сечения: круглой, полукруглой, треугольной, квадратной. Имеют различную зернистость. При работе их используют как напильники, но смачивают водой, чтобы микростружка не забивала их поры.
Шлифовальные угли – приготовленные особым способом древесные угли. Изготавливают в виде брусков квадратного сечения. Используют для окончательной шлифовки металла.
К шлифующим порошковым материалам относятся пемзовая мука, трепел и венская известь.
Пемзовая мука применяется для предварительной грубой обработки больших поверхностей. Представляет собой размолотый пемзовый камень, приготовленный в виде кашицы. При смешивании с водой используется для жесткой шлифовки, при смешивании с маслом – для тонкой.
Трепел служит для шлифовки и полирования ювелирных изделий. Приготавливают его тем же способом, что и пемзовую муку. Кашицу наносят на обрабатываемую поверхность с помощью фланелевой тряпочки или кисти и продольными либо круговыми движениями прошлифовывают изделия. Для этой же цели применяют и порошок венской извести.
Шлифовальные и полировальные деревянные палочки изготавливают из твердой и вязкой древесины бересклета. Из брусков вырезают нужной формы стержень, который используют при отделке труднодоступных углублений изделия. Стержень обмакивают в кашицу из шлифующего порошка, частички абразива прилипают к нему, а при обработке вдавливаются в древесину, что способствует удержанию шлифующего вещества на инструменте.
Натянутая нить служит для полирования звеньев цепочек и мелких отверстий. Для крупных отверстий используют пучок сплетенных нитей, который смазывают полирующим веществом (жирный трепел), надевают на крючок, пропускают через отверстие, туго натягивают и водят по нему обрабатываемую деталь.
Полировник (гладило, лощильник) изготавливают из высококачественной закаленной стали. Кромка рабочего конца должна иметь закругленную, хорошо отполированную поверхность (см. рис. 24). Полировник часто имеет деревянную рукоятку. Полирование гладилом обеспечивает изделию высокий блеск. Поверхность металла уплотняется и наклепывается, что повышает твердость и долговечность изделия. Перед началом работы изделие обезжиривают, чтобы не засаливать гладило, и смачивают мыльным раствором с нашатырным спиртом для уменьшения трения. Затем с равномерным давлением проводят по поверхности штрих за штрихом. Вторичную полировку производят в противоположном направлении, чтобы избежать образования полос. При полировании гладилом отсутствуют потери металла. Недостатки метода: длительность процесса, необходимость наличия высокой квалификации и опыта у работающего.
Полировочный камень дает более высокое качество полировки, чем металлические полировники. В качестве такого камня используют гематит, форма и размеры которого соответствуют форме и рабочей части металлического гладила. К деревянной рукоятке камень обычно крепят с помощью латунной трубки.
Химическая отделка металлов
Химическая отделка изменяет и обогащает однообразный цвет металлов. Сущность ее заключается в следующем: под действием различных химических веществ на поверхности металла происходит реакция с образованием новых химических соединений, которые прочно соединяются с основным металлом и придают ему различные оттенки или новый цвет. В большинстве случаев образующиеся соединения являются окислами (кислородные соединения) или другими химическими образованиями (сернистые и хлористые соединения). В первом случае процесс называют оксидированием, во втором – патинированием. С помощью химической отделки получают защитные пленки, обладающие декоративно-антикоррозийными качествами и значительно расширяющие цветовой тон изделий. Но самой первой операцией в любом случае остается обезжиривание обрабатываемой поверхности.
Обезжиривание металлической поверхности
Металлическая деталь, находясь на воздухе, неизбежно покрывается жировыми пятнами: стоит дотронуться руками, а при обработке это происходит всегда, даже на самой блестящей полированной поверхности остается жир, препятствующий нанесению покрытия или рисунка.
Обезжиривают металлическую поверхность с помощью растворителей: ацетона, уайт-спирита и др. Смочив ватные тампоны или куски ветоши растворителем, протирайте ими поверхность до тех пор, пока на тампонах не перестанет откладываться грязь. Небольшие предметы целесообразно погружать несколько раз в любое растворяющее жир вещество: эфир, бензин, хлористый этил и т. п. Большие металлические предметы кипятят 15–30 мин в разбавленном растворе едкого натра (1 часть едкого натра на 10 частей воды), а затем ополаскивают в нескольких водах. Предметы из цинка, олова, которые в крепком щелоке могут испортиться, кипятят в 10 %-м водном растворе соды или поташа. Так как под влиянием воздуха эти предметы покрываются слоем окиси, их погружают для нейтрализации в 10 %-й раствор какой-нибудь кислоты. Из-за выделяющихся при этом газов работать нужно в хорошо проветриваемом помещении. Затем предметы ополаскивают в нескольких водах и высушивают.
В случае если нужна более тщательная очистка, прибегают к специально приготовленным растворам.
Так, стальные детали можно полностью обезжирить в растворе, состоящем из 1 л. чистой воды, 20 г. кальцинированной соды, 1 г. грамма хромпика. Налейте в эмалированную кастрюлю воды и растворите в ней соду и хромпик. Нагрев раствор на малом огне до температуры 80–90 °С, опустите в него деталь. Обработка длится 10–20 мин. Все это время раствор слегка помешивают.
Медь и медные сплавы можно обезжиривать гашеной известью, натерев ею 2–3 раза требующие очистки детали.
Состав раствора для обезжиривания алюминия и его сплавов: 50–60 г. соды кальцинированной, 50–60 г. тринатрийфосфата, 20–30 г. жидкого стекла на 1 л. воды. Продолжительность обработки – 3–5 мин при температуре 56–60 °С.
Поверхность металла в обычных условиях, помимо жировых пятен, всегда покрыта тонкой пленкой окислов, препятствующих сцеплению декоративного слоя или защитного покрытия с металлом. Обезжиривающие растворы ее не удаляют, поэтому сразу же после обезжиривания деталь надо обработать еще одним специальным раствором. Этот процесс называют декапированием – очисткой металла.
Состав декапирующего раствора для стали: 30–50 г. серной кислоты или 25–45 г. соляной кислоты на 1 л. воды.
Продолжительность обработки разведенной серной кислотой 20–60 с, соляной кислотой – 15–40 секунд.
Медь и ее сплавы хорошо декапируются в 5 %-м растворе серной кислоты в течение 20–60 с, алюминий и его сплавы – в 10–15 %-м растворе азотной кислоты в течение 5–15 секунд.
Третья подготовительная работа – пассивирование, т. е. создание специальной защиты, при которой металл длительное время не окисляется. Пассивированные поверхности прекрасно сохраняют присущий металлам блеск.
Сталь хорошо пассивировать в 20–100 г. нитрита натрия, растворенного в 1 л. воды. Время обработки – 15–20 мин при температуре 30–40 °С.
Для меди и ее сплавов следует применять раствор: 100 г. хромпика калиевого и 15 г. серной кислоты на 1 л. воды. Обрабатывать 5–10 мин при температуре 45 °С.
Алюминий и его сплавы пассивируют в растворе, состоящем из 200 г. хромпика калиевого и 1 л. воды, в течение 5–10 минут.
Окрашивание металлов
Окрашивание металлов может быть произведено двумя путями: химическим и механическим. Химическая окраска металлов основана на изменении поверхности металлов путем образования:
• химических соединений;
• гальванических осаждений.
В любом случае после применения этих способов блестящая поверхность металла покрывается тончайшим инородным слоем; иначе говоря, меняется окраска верхнего слоя, но свойства металла не изменяются.
Механическое окрашивание металлов производится следующими методами:
• нанесением красок и бронзы в порошке, прилипание которых достигается соответствующими связывающими веществами, затем смазыванием лаковых красок;
• вколачиванием красящих порошков;
• обрызгиванием распыленными металлическими частицами под сильным давлением;
• наложением листового металла и т. п.;
• эмалировкой, т. е. покрыванием плавящейся, цветной, стеклянной эмалью;
• чернением, т. е. вплавлением соответствующего порошка черной эмали в гравированные или протравленные места;
• таушировкой, т. е. вколачиванием различно окрашенных проволок или металлических пластинок в протравленные углубления.
Химическому окрашиванию металлов в большинстве случаев стоит отдать предпочтение перед механическим, особенно в тех случаях, когда дело касается художественных произведений, так как химическое окрашивание не меняет металла, из которого сделан предмет.
Безусловно, перед тем как приступить к химическому окрашиванию, необходимо подлежащие окрашиванию предметы очистить от прилипшей к ним видимой и невидимой грязи, жира, слоев окиси и т. п. Предварительно к крупным предметам необходимо прикрепить (например, припаять) металлические проволочные захваты, потому что после обезжиривания к самим окрашиваемым изделиям нельзя больше прикасаться. Мелкие предметы можно держать деревянными щипчиками или пластмассовыми прищепками, но их пружины должны быть достаточно мощными, чтобы изделие, на обработку которого вы потратили столько труда, не выпало в самый неподходящий момент.
Для того чтобы достигнуть быстрого и равномерного покрытия в красильной ванне, рекомендуется непосредственно перед этим погрузить предметы в ванну из равных частей денатурированного спирта и воды. Подлежащие обезжириванию предметы, которые должны быть гальванизированы, кладут в ванну, содержащую достаточное количество каустической соды или поташа.
Полнейшего обезжиривания и полнейшей очистки металлических предметов, каковая требуется при подготовке к гальванической обработке, достигают еще и тем, что к раствору едких щелочей добавляют раствор перекиси водорода или такие вещества, которые в соединении с водой образуют перекись. Вследствие этого на металлической поверхности происходит сильное выделение кислорода, который механически отрывает все частицы жира и грязи и этим дает доступ раствору едких щелочей к самой металлической поверхности, а также переводит некоторые загрязнения в растворимые в щелочах кислоты.
Если желают окрасить предмет только частично или в нескольких местах, то части, которые должны остаться незакрашенными, покрывают битумным, асфальтовым или нитролаком, после чего предмет опускают в красильную ванну. После произведенной окраски лак удаляют скипидаром или ацетоном и покрывают, если нужно, уже окрашенные места лаком, чтобы окрасить неокрашенные места в другой цвет в новой красильной ванне. Таким образом можно выполнить красивые сложные рисунки. Очищенные вышеописанным способом металлические предметы опускают, не дотрагиваясь до них пальцами, в соответствующую красильную ванну и после этого тщательно ополаскивают, чтобы на них не осталось никаких следов красящей жидкости, которые могут вызвать появление пятен. Затем предметы в большинстве случаев насухо вытирают (лучше всего для этого применять чистые опилки) или, если нужно, высушивают в сушильне при 90–100 °С.
При окрашивании металлических изделий описываемыми способами нужно иметь в виду то обстоятельство, что краски после высушивания всегда кажутся темнее, чем на мокрых предметах.
Отделка изделий из меди
Оксидирование меди азотной кислотой. Это один из старых, простых и надежных способов придания меди черного цвета.