Chemiczne trawienie dekoracyjne

Trawienie chemiczne niekiedy określane jest także jako grawerowanie chemiczne i można je wykonać na dwa sposoby. W pierwszym substancją kwasoodporną nanosi się wzór dekoracyjny, a cała pozostała powierzchnie metalu jest niezabezpieczona przed działaniem substancji trawiących. W drugim sposobie postępuje się odwrotnie, pokrywając całą metalową powierzchnie lakierem kwasoodpornym i dopiero na tak przygotowanej powierzchni wykonuje się rysunek. Na wskutek działania roztworu trawiącego, w pierwszym przypadku uzyskamy wzór wypukły, a w drugim – wklęsły. Pierwszą metodę stosuje się w poligrafii do produkcji matryc, z których następnie drukuje się wydruki papierowe. Drugi sposób wykorzystywany jest zazwyczaj do grawerowanie powierzchni metalowych.

Proces trawienia chemicznego jest stosunkowo prosty, ale jego wykorzystanie w artystycznej obróbce metalu wymaga starannej, żmudnej pracy, aby stworzyć kompozycję zdobniczą i dokładnie odwzorować ją na gotowym wyrobie. Ponadto, jakkolwiek na pierwszy rzut oka, prosta wydaje się sama technologia trawienia, to jej dobre opanowanie przysparza sporo wysiłku, zwłaszcza przy trawieniu cienkich linii wzorów.

Trawiony przedmiot zanurza się w naczyniu odpornym na działanie kwasów oraz zasad i wlewa do niego odpowiednią substancje trawiącą. Pojemnikami takimi mogą być szkliwione gliną lub plastikowe kuwety, wanny czy, też inne naczynia dobrane wielkością do obrabianego przedmiotu. Jeśli trawiona powierzchnia jest wykonana w formie płytki lub innej płaszczyzny, przedmiot ten można umieścić w pozycji poziomej i wzdłuż jego krawędzi wykonać wałki np. z wosku o grubości palca i do tak powstałej kuwety, wlać odpowiedni kwas.

Kiedy powierzchnia wyrobu przeznaczonego do obróbki trawieniem jest już do tego zabiegu przygotowana (tzn. jest właściwie oczyszczona), to można zacząć nakładać na nią powłokę ochronną.

Nakładanie warstwy ochronnej

Jako warstwę do grawerowania chemicznego stosuje się m.in. lakier asfaltowy, lakier nitro bądź lakier o następującym składzie: 6 g kalafonii, 10 ml alkoholu etylowego oraz 10 kropli amoniaku. Jeśli do mieszanin tej doda się 2 do 3 kryształów suchego fioletowego tuszu, to można go użyć do naniesienia wzoru na metalową powierzchnię za pomocą pisaka. W takim przypadku po wytrawieniu wzór będzie wypukły. Dodatek atramentu wykorzystywany jest do wizualnej kontroli procesu nakładania lakieru (trudno jest kontrolować przezroczysty lakier).

W przypadku aluminium używany jest tzw. „biały tusz”, który po nałożeniu tworzy stabilną warstwę ochronną. Jego skład to: 100 części masowych kleju kauczukowo–syntetycznego (np. kleju 88), 90 części masowych kaolinu (glinki porcelanowej) i rozpuszczalnika organicznego np. alkoholu etylowego, dodawanego w celu uzyskania konsystencji podobnej do płynnej śmietany.

Inną mieszaniną ochronną wykorzystywaną w procesie trawienia o dobrych parametrach jest preparat który daje się przygotować w opisany tu sposób. 1 część asfaltu (tj. lepkiej cieczy lub skały pochodzenia naturalnego) lub bitumu (tj. mieszaniny substancji organicznych stałych lub ciekłych o dużej lepkości) oraz 2 części mastyksu (naturalnej żywicy) topi się, miesza i następnie dodaje 2 części białego wosku. Po ochłodzeniu miksturę tą formuje się w kulki lub stożki, które są owijane kawałkiem cienkiej tkaniny.

Masę tą nakłada się na obrabianą powierzchnię w następujący sposób. Trawiony wyrób ogrzewa się i delikatnie dociskając do jego powierzchni, równomiernie pocierając, przesuwa się po niej owiniętą w szmatką wcześniej sporządzona masę, która topiąc się, przesiąka przez tkaninę i pokrywa powierzchnię wyrobu cienką warstwą. Gdy powłoka ta stwardnieje, można ją pokryć możliwie cienką warstwą gwaszu (dawniej stosowano biel ołowiową, ale ze względu na jej toksyczność obecnie się jej nie używa), na którą kopiuje się ozdobny wzór.

Do trawienia chemicznego stosuje się różne receptury środków trawiących, w zależności od rodzaju metalu.

Trawienie kwasem azotowym

Bardzo często stosowany do trawienia płyt miedzianych, cynkowych i mosiężnych jest kwas azotowy (HN0₃). Jego stężenie do pracy z miedzią, powinno wynosić od 16 do 25 stopni według skali Baumego^16-1. W praktyce roztwór taki uzyskuje się łącząc w równej ilości wodę z tak zwanym stężonym kwasem azotowym mającym około 41^oBe. Zanim kwas ten zostanie użyty do trawienia powinno się w nim rozpuścić niewielką ilość miedzi np. dodając opiłków miedzianych bądź dolewając trochę używanego kwasu.

Delikatne wytrawianie zaleca się wykonywać przy użyciu słabszego kwasu o stężeniu od 15 do 18^oBe. Kwas słabszy trawi bardzo równo i bardziej w głąb. Silniejszy mający około 25^oBe, działa mniej równo i bardziej poszerza linie.

Trawienie powolne, słabym kwasem daje większą pewność uzyskania oczekiwanego efektu. Ogranicza ono możliwość wystąpienia przetrawień oraz niewielkich niepożądanych poszerzeń linii. Burzliwe trawienie łatwo przerywa odstępy między liniami. Zwłaszcza w punktach o gęsto naniesionych liniach, gdzie działanie kwasu zachodzi szybciej.

Pierwsze trawienie naniesionych na wyrób linii zachodzi zazwyczaj wolniej, trawione powtórnie łatwiej podają się działaniu kwasu.

Czas trawienia zabiegu uzależniony jest m.in. od gatunku miedzi, sposobu i siły naniesienia linii wzoru, grubości warstwy ochronnej czy też osłabienia kwasu przez dłuższe używanie. Zatem przy jego ustaleniu istotnymi są własne doświadczenie i wyczucie. Trzeba pamiętać, iż wzrost temperatury zwiększa siłę działania kwasu, więc np. w okresie letnim powinno się stosować słabsze roztwory zwłaszcza, że i odporność asfaltu także się zmniejsza. Trawienie powinno się prowadzić w miskach, kuwetach szklanych, fajansowych lub z tworzyw sztucznych.

W czasie trawienia kwasem azotowym wytwarzają się tlenki azotu działające szkodliwie na błony śluzowe. Dlatego praca z nim powinna odbywać się w pomieszczeniu dobrze wentylowanym. Na metalu w miejscach działaniu kwasu tworzą się bańki powietrza, które należy okresowo usuwać gęsim piórem lub kawałkiem waty, ponieważ mogą one powodować nierówny przebieg procesu.

Trawienie chlorkiem żelazowym

Drugim powszechnie stosowanym środkiem trawiącym jest chlorek żelazowy (FeCl₃). Jego działanie jest bardzo spokojne, co ogranicza ryzyko przetrawienia. Linie trawione są w głąb. W czasie pracy nie wydziela szkodliwych oparów tak jak kwas azotowy. Dwuchlorek żelazowy (FeCl₂*4H₂0) sprzedawany jest w postaci żółtych kul. Po dłuższym przechowywaniu przechodzi w trójchlorek żelazowy (FeCl₃), który należy rozpuścić w wodzie w stosunku jedna część trójchlorku na dwie części wody, przy temperaturze 20^oC w wyniku czego otrzyma się ciemno brunatną ciecz. Najlepiej do trawienia jest stosować roztwór o stężeniu wynoszącym 24^oBe przy temperaturze od 20 do 22^oC.

Trawienie odbywa się znacznie dłużej niż jest to w przypadku kwasu azotowego i wynosi od 40 do 50 minut. W czasie trawienia, tworzące się na powierzchni przedmiotu pęcherzyki powietrza, należy usuwać gęsim piórem. Niezbędne jest także zanurzenie przedmiotu na chwilę w słabym roztworze kwasu azotowego. Czynność ta oczyszcza wykonane linie z nalotu tworzącego się w trakcie trawienia. Zabieg ten przeprowadza się dwukrotnie, raz w czasie trwania trawienia i drugi raz na zakończenie procesu.

Przykłady receptur substancji trawiących możliwych do sporządzenia w pracowni przedstawiono poniżej.

• Roztwory do trawienia mosiądzu miedzi i alpaki sporządzane są z 78 części wody, 70 części kwasu azotowego, 2 części chloranu potasowego.
• Stal trawiona jest 10 do 30 % roztworem kwasu azotowego lub mieszaniną składającą się z 60 części kwasu octowego, 30 części alkoholu i 10 części stężonego kwasu azotowego.
• Srebro trawi się za pomocą czystego kwasu azotowego.
• Cynk wytrawia się podobnie jak srebro, czystym kwasem azotowym albo mieszaniną kwasów azotowego i siarkowego w różnych proporcjach z dodatkiem 0,1 części siarczanu cynku oraz 0,9 części wody.

• Aluminium trawi się ługiem potasowym z dodatkiem 5 części sody kaustycznej, na 95 części wody, albo wodnym roztworem kwasu fluorowodorowego. Oba związki mają bardzo silne działanie i praca z nimi musi być przerywana płukaniem wyrobu w zimnej wodzie.

Poza wyżej wymienionymi roztworami trawiącymi stosowane są także te wymienione w tabeli.

Ogólne zasady przy trawieniu metali

W trakcie zabiegu trawienia ważnym jest kontrolowanie szybkości procesu, jeśli metal rozpuszcza się zbyt szybko, wówczas mogą się pojawić problemy takie jak:

• utrata wyrazistości wzoru na wskutek wnikania kwasu pod warstwę ochronną,
• zniszczenia powłoki ochronnej na dużych obszarach wyrobu na wskutek intensywnego działanie kwasu,
• brak pewnej kontroli głębokości trawienia.

Szybkość procesu trawienia uzależniona jest od intensywności uwalniania pęcherzyków gazu, unoszących się z miejsc trawienia. W przypadku burzliwego bulgotania, do roztworu wytrawiającego należy dodać wodę destylowaną.

Jak już wspominałem w czasie procesu trawienia, bąbelki gazów osadzają się na powierzchni produktu, powodując opóźnienie zabiegu. Usuwa się je za pomocą pędzla lub czystego gęsiego pióra. Aby kontrolować głębokość trawienia, próbkę wykonaną z tego samego materiału z fragmentem lub prostym wzorem, umieszcza się w tym samym czasie, co wyrób w wannie. Próbkę usuwa się, myje pod bieżącą wodą oraz mierzy głębokość trawionych linii wzoru, oceniając w ten sposób głębokości i czas trawienia trawienia.

Gdy projekt wzoru wymaga rożnych głębokości trawienia, wyrób co jakiś czas wyjmowany jest z kąpieli, następnie myty, suszony i lakierowany w celu pokrycia miejsc, które zostały już wystarczająco wytrawione. Po czym przedmiot poddawany jest dalej procesowi trawienia.

Gdy trawienie zostanie zakończone, przedmiot wyjmuje się z kąpieli i płucze w czystej wodzie, a powłokę ochronną usuwa się przez ogrzewanie bądź zmywa terpentyną lub odpowiednim rozpuszczalnikiem. Może się zdarzyć, że w zagłębieniach pozostaną niewielkie ilości lakieru ochronnego, które powodować będą korozję metalowej powierzchnię. Aby tego uniknąć, czyszczony wyrób umieszcza się na kilka minut w wodzie z wapnem, która neutralizuje pozostałości kwasów.

Zasady bezpieczeństwa

W czasie pracy ze wszystkimi kwasami należy pamiętać o ścisłym przestrzeganiu takich zasad jak te niżej wymienione.

• Zawsze używać odzieży ochronnej i gumowych rękawic.
• Naczynia, do których wlewa się kwas ze szkła, porcelany, emalii czy też plastikowych używanych w fotografii, powinny stać na równej, stabilnej powierzchni.
• Po zakończeniu pracy zakryć pojemniki, aby nie unosiły się trujące opary.
• Pomieszczenie w którym pracujemy należy dobrze wietrzyć.
• Należy dodawać zawsze kwas do wody, nigdy nie należy wlewać wody do kwasu, gdyż wytwarzająca się przy tym wysoka temperatura może spowodować pęknięcie naczynia.
• Nalewając kwas lub jego roztwory zakładać gogle ochronne.
• Wylać i utylizować kwas, gdy nie jest już potrzebny.
• Natychmiast usunąć rozlany kwas przez wielokrotne zbieranie w rękawicach ochronnych, zmoczoną ścierką.