Oksydowanie i patynowanie miedzi.
Rozdział z książki S. Sękowskiego „ Galwanotechnika domowa”
O BARWIENIU MIEDZI l JEJ STOPÓW
Nie ma chyba drugiego takiego metalu, który równie łatwo jak miedź, dałby się barwić niemal na wszystkie kolory tęczy. Powierzchniom przedmiotów miedzianych można, więc nadać kolory: rdzawy, zielononiebieski, ciemnoczerwony, fioletowy, pstry - mieniący się barwami tęczy, ciemnobrązowy lub zupełnie czarny.
Niestety, większość tych barw jest raczej nietrwała, gdyż związki wytwarzające zabarwienie na powierzchni miedzi mają charakter przejściowy i ulegają różnym przemianom pod wpływem działania tlenu, wilgoci itp. Sprawia to, że kolor pierwotny z upływem czasu z zasady ciemnieją.
Można temu zapobiec, to znaczy powierzchnię metalu ochronić przed działaniem warunków atmosferycznych i jakoś raz na zawsze utrwalić daną barwę wytworzoną na miedzi. Po prostu zabarwiony przedmiot miedziany pokrywa się przezroczystym, bezbarwnym lakierem caponowym. 35%
Wyjątek stanowią barwy: czarna, ciemnobrązowa oraz zielononiebieska. Tak zabarwiona miedź jest bardzo trwała i nie wymaga żadnego zabezpieczenia lakierem.
Jak już wspomniałem, z tej łatwości chemicznego barwienia miedzi chętnie korzystamy i miedziujemy przedmioty żelazne. Przedmioty pokryte miedzią, można następnie łatwo i szybko barwić niemal na każdy pożądany kolor.
Sztuczna starość
Barwę czarną i brązową na miedzi można wytworzyć tylko w sposób sztuczny. Natomiast zielonkawo-niebieski nalot doskonale związany z metalem wytwarza się samorzutnie pod wpływem działania czynników atmosferycznych.
Zresztą przecież widziałeś nieraz stare przedmioty miedziane lub brązowe, a więc dachy kościołów, posągi czy różne ozdoby, np. w muzeach, pokryte miłym dla oka zielonkawo-niebieskim nalotem zwanym patyną? Może się zdarzyć, że przedmiotom nowym, dopiero wykonanym, np. broszkom, oprawom luster, ozdobom, czy rzeźbom, zechcesz w celach dekoracyjnych nadać taki właśnie stary "sędziwy" wygląd. Wtedy musisz zadać sobie pytanie - z czego to i w jakich warunkach powstaje na miedzi owa patyna?
Wyjaśniam Ci, więc, że w powietrzu znajduje się zawsze trochę dwutlenku węgla oraz nieco siarkowodoru. W obecności wilgoci atmosferycznej z gazów tych na powierzchni miedzi i brązu tworzy się niesłychanie cienka powłoczka zasadowego węglanu oraz siarczku miedziowego. Na skutek działania tlenu atmosferycznego siarczek miedziowy po wielu latach przechodzi w zasadowy siarczan. Zarówno zasadowy siarczan, jak i zasadowy węglan miedziowy powstają niesłychanie powoli, a dzięki temu pokrywają one szczelną warstewką powierzchnię danego przedmiotu. Ponadto powolne powstawanie tych dwu związków zapewnia tworzenie się specyficznej drobnokrystalicznej struktury. Na to jednak, aby w zwykłych warunkach na miedzi czy brązie wytworzyła się naturalna powłoczka patyny, trzeba czekać, co najmniej kilkanaście lat.
Oczywiście tak długiej metody nie zamierzam Ci polecać. Na szczęście są szybsze sposoby barwienia miedzi na kolor bardzo zbliżony do naturalnej patyny.
Spośród najróżniejszych metod sztucznego i szybkiego wywarzania patyny stosunkowo najlepsze wyniki daje następujące postępowanie: Przedmioty miedziane o odpowiednio i starannie przygotowanej powierzchni zwilż 30-40-procentowym roztworem kwasu octowego. (Aby otrzymać 30-procentowy kwas octowy należy esencję octowa rozcieńczyć 1: 2 wodą). Zwilżony przedmiot umieść w przestrzeni bogatej w dwutlenek węgla.
Zabieg ten wykonaj najlepiej w ten sposób: zwilżony kwasem octowym przedmioty zawieś w szczelnie zamykanej" drewnianej skrzyni lub dużym słoju szklanym, a na jego dnie postaw głęboki talerz z kredą polaną obficie kwasem octowym. Pod wpływem działania kwasu octowego na kredę wydzielają się stosunkowo duże ilości dwutlenku węgla. Kwas octowy i dwutlenek węgla powodują tworzenie się na powierzchni miedzi zasadowego węglanu miedziowego i octanu miedziowego. Mieszanina tych związków w kontakcie z miedzią wyglądem swym bardzo przypomina naturalną patynę.
Przedmioty powinny pozostawać w skrzyni lub, jeżeli wolisz, w słoju przez 3-4 dni. Następnie wyjmij je, wysusz i ponownie umieść w skrzyni, odnowiwszy poprzednio na talerzu porcję kredy z kwasem octowym.
Po trzykrotnym powtarzaniu takiego zabiegu otrzymasz na przedmiotach ładną i trwałą powłokę sztucznej patyny.
O wiele szybciej, ale za to z gorszym skutkiem (mniejsza trwałość) możesz wytwarzać na miedzi lub brązie sztuczną patynę zwilżając kilkakrotnie przedmioty następującym roztworem:
Woda 1l,
Octan miedziowy (CH3COO)2Cu 20 g,
Chlorek amonowy (salmiak) NH4Cl 20 g,
Kwas octowy 8 0% tzw. esencja octowa 20 ml.
Albo
Woda 1l,
Chlorek amonowy (salmiak) NH4CI 10 g,
Azotan miedziowy Cu(NO3 )2 30 g.
Tymi roztworami za pomocą szmatki lub tamponu z waty zwilżaj równomiernie przedmioty, unikając stale nadmiaru płynu. Po każdorazowym zwilżeniu pozostaw przedmiot do całkowitego wyschnięcia i dopiero wtedy możesz go zwilżać ponownie. Zabieg ten powtórz 5-6 razy.
Pamiętaj tylko, że przedmioty miedziane przed barwieniem muszą być dokładnie odtłuszczone i trawione. W przypadku wytwarzania sztucznej patyny polerowanie jest całkowicie zbędne.
Do koloru, do wyboru
Przygotuj teraz kawałeczek odtłuszczonej l wytrawionej blaszki miedzianej.
W dwu oddzielnych małych zleweczkach przygotuj dwa roztwory:
Roztwór nr 1
Woda 100 ml,
Tiosiarczan sodowy Na2S2O3 • 5H2O 13 g; (jest w utrwalaczu fotograficznym, to ta większa torebka z większymi kryształkami)
Roztwór nr 2
Woda 100 ml,
Octan ołowiawy Pb(CH3COO)2 • 3H2O 4 g.
Oba roztwory zlej razem, wymieszaj i umieść w tej mieszaninie miedzianą blaszkę. Blaszkę poruszaj w roztworze i co kilkanaście sekund wyjmuj ją, aby sprawdzić barwę powierzchni.
Już po kilkunastu sekundach powierzchnia miedzi stanie się pstra i mieniąca wszystkimi barwami tęczy. Parominutowa kąpiel spowoduje pojawienie się barwy żółtej, brązowej, ciemnoniebieskiej, aż wreszcie po upływie mniej więcej godziny powierzchnia miedzi stanie się ciemnobrązowa lub prawie czarna.
Jedynie te ostatnie barwy są trwałe. Jeżeli natomiast chcesz zachować na przedmiotach miedzianych jedną z barw poprzednich, to przedmiot po wypłukaniu w wodzie zimnej, a następnie koniecznie jeszcze w ciepłej, wysusz i pokryj lakierem caponowym.
Różne odcienie brązowe
Brązowe zabarwienie miedzi o różnych odcieniach otrzymasz stosując roztwór o następującym składzie:
Woda 100 ml,
Siarczan miedziowy CuSO4 5H2O 13 g,
Chloran potasowy KClO3 6 g,
Nadmanganian potasowy KMnO4 0,3 g.
Odpowiednio wcześniej przygotowane przedmioty miedziane zanurz w roztworze o podanym składzie na przeciąg 1 doby. Roztworem tym ogrzewanym do temperatury 50°C możesz za pomocą szmatki nacierać barwione przedmioty, unikając w ten sposób zanurzania. Dzięki podwyższonej temperaturze zabieg ten trwa zaledwie kilkanaście minut.
Jeżeli chcesz otrzymać zabarwianie miedzi, brunatne z lekkim odcieniem, zielonego, zastosuj wówczas roztwór o składzie:
Woda 100 ml,
Octan amonowy NH4(CH3COO) 5 g,
Octan miedziowy Cu(CH2COO)2 3 g,
Chlorek amonowy NH4Cl 0,3 g.
Po rozpuszczeniu się wszystkich składników, dodaj do całości 1-2 krople wodorotlenku amonowego i ogrzej do wrzenia.
Brązowe zabarwienie powierzchni przedmiotów z miedzi i jej stopów możesz uzyskać szybko i łatwo przez ich zanurzenie we wrzącym roztworze o następującym składzie:
Woda 100 ml,
Siarczan miedziowy CuSO4 • 5H2O 10 g,
Chloran potasowy KCIO3 6 g.
Czas barwienia w tym wrzącym roztworze wynosi kilka minut, potem przedmiot dokładnie umyj w zimnej wodzie, a następnie w gorącej i wysusz. Przedmioty wysuszone przeszczotkuj miękką szczotką i natłuść.
Dziwisz się zapewne, dlaczego natłuścić, a nie pokryć lakierem caponowym? - Otóż musisz wiedzieć, że czerń i ciemny brąz są na miedzi barwami trwałymi, czyli tego rodzaju powłoki nie wymagają ochrony przed działaniem tlenu i wilgoci.
Na kolor czarny
Miedź bardzo łatwo, ładnie i trwale daje się barwić na kolor czarny. Najpopularniejszym sposobem czernienia miedzi jest tzw. opalanie. Jeśli masz zamiar je wykonać, to musisz na początku sporządzić roztwór o składzie:
NAJPROSTSZY SPOSÓB CZERNIENIA MIEDZI
Woda 100 ml,
Azotan miedziowy Cu(NO3)2 20 g,
Azotan srebrowy AgNO3 0,2 g.
Roztwór ten przygotuj w następujący sposób: W 80 ml wody destylowanej rozpuść azotan miedziowy, a osobno w 20 ml wody destylowanej - azotan srebrowy. Bezpośrednio przed czernieniem oba te roztwory zlej razem, wymieszaj i umoczoną w nim szmatką zwilżaj powierzchnie odpowiednio przygotowanych przedmiotów miedzianych. Po zwilżeniu całego przedmiotu, opala się go nad ogniem (np. świecącym płomieniem palnika). Początkowo przedmiot ogrzewaj powoli, następnie zaś nad silnym płomieniem. Ogrzewać należy tak długo, aż występujące początkowo zabarwienie zielone przybierze kolor czarny.
Po ostygnięciu przedmioty oczyść miękką szczotką drucianą, a jeśli cała ich powierzchnia nie uzyskała równomiernego koloru czarnego, zwilż je roztworem ponownie i znów opal.
Na zakończenie, tym razem wyjątkowo bez mycia, lecz po wyszczotkowaniu, przedmioty lekko przetrzyj oliwą lub wazeliną.
Gdyby Ci to bardziej odpowiadało, to miedź można również czernić bez opalania przez zwykłe nacieranie takim roztworem:
Woda 100 ml,
Wielosiarczek potasowy K2S4 3 g,
Chlorek amonowy NH4Cl 1 g.
Odpowiednio przygotowane przedmioty natrzyj tym roztworem i chwilkę poczekaj. Początkowo, natychmiast po zwilżeniu, miedź przybiera barwę ciemnoszarą, która jednak szybko przechodzi w głęboką czerń.
Gdy już barwę tę uzyskasz, opłucz przedmiot dokładnie w zimnej, a następnie gorącej wodzie i wysusz. Suchy przedmiot, aby nadać mu piękny połysk oraz dużą odporność na działanie wilgoci, natrzyj lekko czarnym woskiem szewskim i przeszczotkuj miękką, włosianą szczotką.
Sam się chyba zorientowałeś, że obie ostatnio opisane metody czernienia miedzi polegają na wytworzeniu na powierzchni tego metalu czarnej warstewki siarczków lub tlenków.
A stopy miedzi?
Oczywiście stopy miedzi można również chemicznie barwić. Zaraz podam Ci wskazówki i przepisy, w jaki to sposób zrobić. Tak na dobrą sprawę, to mówić będziemy tylko o jednym stopie miedzi, a mianowicie o mosiądzu. Drugi, bowiem stop, brąz daje się barwić tymi samymi metodami i przy użyciu tych samych roztworów, co i czysta miedź.
Za to z mosiądzem będziesz miał sporo kłopotu. Wynika to z tego, że mosiądz mosiądzowi nierówny. Jeden gatunek tego stopu zawiera 80% miedzi, a tylko 20% cynku, a drugi niemal odwrotnie - 40% miedzi, a za to 60% cynku. Trudność polega na tym, że nie wszystkie roztwory barwiące miedź również na ten sam kolor barwią cynk.
Powiesz, że przecież mosiądz jest stopem. Zgoda, ale własności chemiczne tego stopu są często zupełnie niepodobne do własności chemicznych czystej miedzi. Dlatego też roztwory do chemicznego barwienia mosiądzu muszą być prawie zawsze różne od roztworów, którymi się barwi czystą miedź.
Oczywiście mosiądz przed barwieniem musi być wypolerowany, odtłuszczony i wytrawiony.
Zaczniemy od barw jasnych. A więc do trwałego zabarwienia mosiądzu na kolor żółtopomarańczowy wykonaj roztwór o składzie:
Woda 100 ml,
Siarczan miedziowy CuSO4 • 5H2O 1,5 g,
Chloran potasowy KCIO3 1,5 g.
Roztwór ogrzej do temperatury 50-60°C i zanurz w nim na parę minut barwione przedmioty mosiężne.
Barwę czekoladowobrązową na mosiądzu otrzymasz, gotując przedmioty przez 15 minut w roztworze o składzie:
Woda 100 ml
Octan miedziowy Cu(CH3COO)2 6,5 g,
Siarczan miedziowy CuSO4 • 5H2O 4,5 g,
Siarczan glinowo-potasowy AlK(S04)2 • 12H2O 2 g.
Po skończonym barwieniu przedmiot umyj w zimnej, a następnie w gorącej wodzie, wysusz w trocinach i natłuść lekko oliwą.
Ze wszystkich rodzajów barwienia mosiądzu największe znaczenie praktyczne ma czernienie tego stopu. W ten właśnie sposób są wykańczane najróżniejsze mosiężne części aparatów pomiarowych, aparatów fotograficznych i przyrządów optycznych. Istnieją zasadniczo dwa sposoby barwienia na czarno mosiądzu - z połyskiem oraz bez połysku.
W pierwszym przypadku, a więc gdy zależy Ci na połysku, przedmiot musi być najpierw bardzo starannie wypolerowany.
Czernienie z połyskiem przeprowadza się przez kąpanie przedmiotu w roztworze o składzie:
Woda 100 ml,
Węglan miedziowy CuCO3 70 g,
Wodorotlenek amonowy NH4OH 400 ml.
Roztwór ten ogrzej do temperatury 40°C i zanurz w nim czernione przedmioty na 10-15 minut. Podczas czernienia przedmioty zanurzone radzę Ci często poruszać.
Gdy natomiast zależy Ci na tym, aby dany mosiężny przedmiot nie powodował odbicia światła (np. wewnętrzne części aparatu fotograficznego lub powiększalnika), wówczas trzeba zastosować czernienie matowe. Nie polerowane przedmioty, (ale oczywiście odtłuszczone i trawione) naciera się gorącym roztworem o składzie:
Woda 100 ml,
Azotan miedziowy Cu(NO3)2 250 g,
Azotan srebrowy AgNO3 1,5 g.
Azotan miedziowy rozpuść w 90 ml wody, a osobno w 10 ml wody rozpuść azotan srebrowy. Oba roztwory zmieszaj dopiero przed czernieniem i ogrzewaj do temperatury 50°C. W roztworze tym umocz szmatkę lub zwilż tampon z waty i nacieraj czerniony przedmiot".
W opisach, gdzie występuje woda lepiej stosować wodę zdeminarelizawaną, czyli wodę do uzupełniania elektrolitu w akumulatorach samochodowych. Woda z kranu jest chlorowana i zawiera dużo związków wapnia i magnezu. Chlor w wodzie tam gdzie w opisie występuje azotan srebra, spowoduje wytrącenie chlorku srebra i będzie to nam psuć efekty.
Cytat i dopisek za Odkrywca.pl -
http://odkrywca.pl/pokaz_watek.php?id=254809