Zainteresowanie elektroformowaniem (galwanizacją) miedzi w ostatnim czasie dość szybko rośnie. Czym jest elektroformowanie miedzi? Jest to po prostu elektrochemiczne powlekanie (osadzanie) metalu, w omawianym wariancie miedzi, na innej powierzchni (przedmiocie) metalowym. Anodą, będącą źródłem metalu jest miedź, a katodą, będącą miejscem odkładania się miedzi, jest obrabiany przedmiot. Obie elektrody zanurzone są w kąpieli elektrolitycznej która może mieć różnorodny skład. Jednym z prostszych jest roztwór soli metali (siarczanu miedzi CuSO4). Podłączenie prądu stałego (DC) wymusza ruch jonów miedzi Cu2+, które migrują poprzez kąpiel elektrolityczną z anody (+) rozpuszczanej w wyniku tego procesu, do katody (-) na której miedź jest odkładana, narastając z czasem i wiążąc się z obrabianym przedmiotem (na powierzchni przewodzącej prąd elektryczny).

Ilustracja. Schemat ogniwa elektrolitycznego.
Ilustracja. Schemat ogniwa elektrolitycznego.

Pewne problemy, jak wydaje się może przysparzać miedziownie rzeczy wykonanych z materiałów nieprzewodzących. Aby rozwiązać ten problemem należy na przedmiocie o nieprzewodzącej powierzchni wytworzyć warstwę przewodzącą. Wykonuje się to za pomocą specjalnych przewodzących prąd farb bądź lakierów.

Dlaczego miedź jest tak popularna? Ponieważ miedź;

  • Jest doskonałym podkładem pod kolejne powłoki. Na powierzchni pomiedziowanej możemy bez większych problemów nanosić inne metale takie jak srebro czy złoto.
  • Należy do najtańszych metali.
  • Bardzo dobrze się nią powleka.
  • W postaci metalicznej jest mniej niebezpieczna dla środowiska. Procesy oczyszczania ścieków i wód z roztworów miedzianych są dobrze znane i w większości przypadków łatwe do wykonania. Ponadto, miedziowe kąpiele galwaniczna mogą być wielokrotnie poddawane recyklingowi.
  • Ma wysoką przewodność elektryczną, którą przewyższa jedynie srebro, co czyni ją doskonałą i niedrogą powłoką.
  • Jest plastyczna i dość łatwo poddaje się dalszej obróbce.

Więcej na temat nanoszenia powłok galwanicznych znajduje się  na moim blogu https://srebrnykruk.pl/wp/category/zlotnictwo/galwanostegia/ .

Jednym z praktycznych sposobów na wykorzystanie elektroformowania jest wykonanie formy czy modelu wyrobu z wosku, malowanego następnie farbą przewodzącą prąd elektryczny. Na tak przygotowaną powierzchnie przedmiotu, metodą galwaniczną nanosi się warstwę metalu, a woskową formę usuwa się. Wosku można pozbyć się wytapiając go, poprzez pozostawiony w modelu specjalny otwór. W wyniku takiego procesu otrzymujemy metalową powłokę o zaprojektowanej formie.

Do wykonania modelu można zamiast wosku wykorzysta także np. żywicę epoksydową, którą po pokryciu metalową powłoką pozostawia się.

Obecnie nie musimy już biegać po sklepach, by skompletować zestaw do elektroformowania miedzią. Kompletne zestawy zawierające niezbędne elementy są już do kupienia np. w sieci na amazon.com.

Ilustracja. Zestaw do elektroformowania miedzią.
Ilustracja. Zestaw do elektroformowania miedzią.

Zestaw ten zawiera m.in. instrukcja krok po kroku, zasilacz laboratoryjny, pojemnik na kąpiel galwaniczną, elektrolit,  drutu miedziany na  anodę, miedzian drut do zawieszania wyrobów,  pędzle, zaciski,  drewniany drążek do zawieszania, roztwór do elektroformowania miedzią,  grafitową farbę przewodzącą na bazie wody, lakier poliuretanowy,  klej uniwersalny, lejek, rękawiczki jednorazowe, filtry, gąbki do szorowania.

Skoro już sobie przypomnieliśmy podstawy naukowe działania elektroformowania miedzią, to może jest już czas porozmawiać trochę o tym jak samemu „pobawić” się tą techniką.

Zatem zaczynamy!

Ale od czego powinniśmy rozpocząć pracę?

Przygotowanie materiałów

Pracę zaczynamy od zgromadzenia materiałów do elektroformowania. Daje się do tego wykorzystać szeroką gamę materiałów takich jak; zabawki, szkło, glinę, metalowe elementy, kryształy czy kamienie ozdobne, plastik, przedmioty drukowane w technice 3D oraz naturalne okazy liści, żywicy, żołędzi, owadów, szyszek, piór, kości oraz oczywiście ich wszelkie mieszane konfiguracje. W zasadzie jeśli odpowiednio przygotuje się materiał,  to elektroformowaniu udaje się poddać każdy z nich. Ważnym jest także projekt. Mając pomysł na wyrób, warto go naszkicować, tak by zobrazować wygląd gotowego projektu. Przydatny, tutaj może być rysunek techniczny, którego podstawy opisałem na http://www.srebrnykruk.pl/rysunek-tech.html#tytul-rysunek-techniczny.

Na tym etapie prac przydadzą się nam szkicownik z ołówkiem, proste przyrządy pomiarowe oraz oczywiście materiały do elektroformowania i inne elementy ozdobne.

Przyda nam się również umiejętność obliczania pola powierzchni gotowego wyrobu, co umożliwi nam określenie wartości natężenia prądu. Spotkałem się z regułą, iż na 1 cm2 wartość natężenia powinna wynosić około 0,05 A.

W wielu jeśli nie w większości projektów wykorzystywać się będzie przedmioty o nieregularnym kształcie, wówczas do obliczenia pola powierzchni takiego przedmiotu skorzystamy ze wzorów na powierzchnie jednej lub więcej z podstawowych brył geometrycznych; sześcianu, cylindra, piramidy bądź kuli. Kształt bryły dobieramy tak by był jak najbardziej zbliżony do naszego przedmiotu. I tak, płaski kamień obliczymy korzystając ze wzoru na pole powierzchni sześcianu, żołądź podobny jest do kuli, fragment kości przypomina walec. Przedmioty o bardziej skomplikowanej formie można złożyć z paru figur geometrycznych np. żołądź na gałązce to kula i walec. Przybliżone wymiary zmierzymy linijką, suwmiarką bądź innym tego rodzaju prostym przyrządem pomiarowym. Otrzymaną wartość pola powierzchni mnożymy przez 0,05 A i otrzymujemy wartość natężenia prądu.

Ilustracja. Figury obrotowe.
Ilustracja. Figury obrotowe.

Przygotowanie obiektów organicznych

Kolejnym krokiem będzie przygotowanie do elktroformowania obiektów organicznych.

Materiały potrzebne to; książki (najlepiej stare już nieprzydatne) do prasowania i suszenia liści, żelazko, pergamin, gliceryna roślinna, piasek kwarcowy, soda oczyszczona, ług, piekarnik oraz pojemniki najlepiej zamykane.

Materiały organiczne przed poddaniem ich miedziowaniu muszą być całkowicie wysuszone. Zapobiegnie to ich deformacji w procesie więdnięcia, a także gniciu we wnętrzu gotowego projektu. 

Suszenie

Najprostszym sposobem suszenia liści jest prasowanie w książce. Dla wzmocnienia nacisku, książkę zaciska się zawiązując wokół niej pasek lub paski oraz dodatkowo obciąża od góry. Po tygodniu bądź dwóch tak przygotowywane liście mogą być wykorzystywane w naszej pracy. Wysuszone już na płasko liście, na wskutek wilgoci w powietrzu ponownie zaczynają się wybrzuszać. Aby przerwać to zjawisko można je przeprasować żelazkiem ustawionym na niską temperaturę umieszczając liście między dwoma arkuszami pergaminu co zapobiegnie ich przypaleniu. 

Można także do zachowania kształtu świeżych liści lub kwiatów użyć piasku kwarcowego. Dno pojemnika wsypujemy piaskiem kwarcowego, wkładamy przedmioty, które mają być zakonserwowane i następnie dosypujemy piasku aż do całkowitego ich przykrycia, a pojemnik szczelnie zamykamy przykrywką bądź folią. Zabieg po upływie około 3 do 5 dni jest zakończony. Używając rękawiczek ochronnych oraz maski przeciwpyłowej, ostrożnie wyjmujemy przedmioty z piasku kwarcowego i oczyszczamy je. Tak zakonserwowane okazy, aż do chwili ich użycia, przechowywać należy w hermetycznej plastikowej torbie lub pojemniku. Piasek kwarcowy można wielokrotnie używać.

Konserwacja w glicerynie roślinnej

Gdy materiały organiczne muszą zachować swoją elastyczność, wówczas do ich konserwacji stosuje się glicerynę roślinną. Namaczamy takie przedmioty w roztworze sporządzonym z gliceryny rośniej rozcieńczonej w ciepłej wodzie w stosunku 1 do 1. Po upewnieniu się, że przedmioty są całkowicie zanurzone w cieczy, zamykamy pokrywę pojemnika. Proces namaczania trwa od kilku dni do kilku tygodni. Co jakiś czas kontrolujemy przebieg procesu, sprawdzając czy nasze okazy już się nie kruszą i są odpowiednio miękkie. Po wyjęciu przedmiotów z pojemnika starannie je płuczemy i osuszamy (gdy jest taka potrzeby, spłaszczamy). Gotowe materiały przetrzymujemy dopóki nie będą potrzebne w szczelnej plastikowej torbie. Roztwór gliceryny może odbarwić się, ale daje się go przechowywać i powtórnie wykorzystać.

Suszenie w piekarniku 

Do usuwania wilgoci ze świeżych żołędzi, szyszek, drewna czy tym podobnych innych przedmiotów można zastosować domowy piekarnik. Suszymy je układając na płaskiej blasze w niskiej temperaturze w przedziale od 77°C do 93°C, przez około dwie godziny lub do momentu odparowania całej wilgoci. Gdy suszysz żołędzie, dobrze jest po ich wysuszeniu przykleić szypułkę, ponieważ ma skłonność do dość łatwego odpadania podczas dalszej pracy.

Szkieletowanie liści

Bardzo efektowne wrażenie daje wyeksponowanie unerwienia liścia czyli tzw. szkieletowanie. Uzyskuje się to przez ich gotowanie w sodzie oczyszczonej. Proces ten usuwa blaszkę liścia eksponując jego strukturę szkieletową, która nadaje mu koronkowy czy też filigranowy wygląd. Do tego zabiegu najlepiej nadają się świeże  liście, a jego przebieg jest następujący;

  • ¾ szklanki sody oczyszczonej wyprażamy w temperaturze około 200 do 220oC przez około pół godziny, co powoduje jej przemianę w sodę kalcynowaną (sodę do prania).
  • Zagotuj dwie szklanki wody, dodaj przygotowaną sodę do prania, wymieszaj i doprowadź roztwór do wrzenia.
  • Dodaj do wrzącego płynu liście, gotuj na wolnym ogniu przez około 1,5 godziny, dolewając w razie potrzeby wody,
  • Odcedź, delikatnie spłucz wodą i za pomocą np. szczoteczki do zębów oraz czystej wody ostrożnie usuń, gdy jest to konieczne z obu stron, rozmiękczoną blaszkę liścia, odsłaniając strukturę szkieletową. Następnie osusz papierowym ręcznikiem i spłaszcz w książce lub zakonserwuj stosując glicerynę rośliną.
Ilustracja. Szkieletowanie liści.
Ilustracja. Szkieletowanie liści.

Poza opisanym powyżej sposobem istnieje jeszcze co najmniej kilka metod na szkieletowanie liści. Poniżej przedstawiam jedną z nich.

  • Gdy opadłe liście leżą na ziemi i rozpoczął się już proces rozkładu tkanek, zbieramy je, rozkładamy na gołej ziemi i często polewamy wodą (zabezpieczmy je także przed wiatrem).
  • Kiedy pierwszy liść zacznie odsłaniać swój szkielet zbieramy je wszystkie i namaczamy przez kilka dni w wodzie.
  • Zbierz i przenieś liście pod prysznic lub do wanny, następnie silnym strumieniem dokładnie wypłucz miękkie tkanki, które bez większych trudności powinny oddzielić się z liści.
  • Gdy odsłonimy już brunatny szkielet liścia zanurzamy go w wodzie z dodatkiem chlorowego wybielacza, który wybieli szkielet.
  • Wybielacz spłukujemy wodą, szkielet osuszamy i rozprostowujemy między kartkami książki.

Pokrywając szkielet liścia farbą przewodzącą, dobrze jest co jakiś czas podnosić go podczas malowania i osuszyć, co ułatwi  otrzymanie efektownego filigranowego wyglądu.

Zamiast sody można przygotować roztwór z jednej szklanki ługu zmieszanego z dwoma szklankami wody, co da w rezultacie  bardziej wytrzymałe liście i skróci czas ich przygotowania.

Gdy nie zależy nam zbytnio na czasie, gotując liście przez około 10 godzin w dowolnej opisanej wcześnie mieszance, po spłukaniu oraz namaczaniu w pojemniku z wodą przez tydzień, otrzymamy wygląd bardziej naturalnie zbutwiałego liścia.

Przytwierdzanie zaczepu mocującego

Materiały potrzebne na tym etapie to; klej uniwersalny lub jubilerski, drut miedziany, kleszcze (szczypce), glinka polimerowa, soda oczyszczona, zaciski do podparcia przedmiotu podczas suszenia.

Projektując swoją ozdobę, należy przewidzieć miejsce na mocowanie zaczepu służącego do podłączenia ujemnego (-) bieguna zasilacza. Zaczepami takimi mogą być np. bigle otwarte tj. jedno z prostych zapięć stosowanych w kolczykach (więcej o zapięciach kolczyków można poczytać na https://srebrnykruk.pl/wp/2020/08/03/zapiecia-kolczykow-cz-1/) czy krawatka, czyli rodzaj zawieszki stosowanej w wisiorach (na tej stronie https://srebrnykruk.pl/wp/2020/08/20/wisiory-medaliony-naszyjniki/ są dodatkowe informacje o zawieszkach do naszyjników i wisiorów). Gdy nasz przedmiot ma formę pierścienia lub w swoją konstrukcję wbudowany odcinek wykonany z drutu, to wówczas wykonywanie odrębnego zaczepu mocującego może okazać się zbędne. Niema jakiejś jednej uniwersalnej zasady opisującej jak zaczep ma wyglądać. Wykonując go można wykazać się kreatywnością i np. do liści bądź żołędzi będzie mógł przybrać formę ogniwa prostego lub zdobionego o okrągłym albo jajowatym kształcie.  

Ilustracja. Zaczepy mocujące.
Ilustracja. Zaczepy mocujące.

Trzeba pamięta, że elektroformowanie powoduje osiadanie i gromadzenie się miedzi na każdej powierzchni przewodzącej prąd. Zatem należy to uwzględnić wybierając rozmiar zaczepu. Przykładowo w ogniwie o małej średnicy, na końcu procesu miedziowania nagromadzi się taka ilość metalu, że powstały otwór będzie zbyt mały, by przełożyć przez niego łańcuch lub rzemień. Analogicznie, sporządzając obrączkę albo pierścień należy pamiętać o wpływie narastania miedzi na finalny rozmiar wyrobu przewidzianego do noszenia na palcach. Zazwyczaj projektuje się obrączki o ½ do 1 większe niż rozmiar docelowy, a uzależnione jest to od ilości godzin spędzonych na formowaniu galwanicznym.

Zaczepy mocujące spaja się z elektroformowanym przedmiotem za pomocą kleju jubilerskiego bądź dowolnego kleju uniwersalnego choćby typu „Kropelka”. Aby przyspieszyć wiązanie, spoinę posypuje się sodą oczyszczoną, zabieg ten dodatkowo utwardza miejsce łączenia. Po związaniu kleju, wszelkie pozostałości sody oczyszczonej należy starannie usunąć, gdyż będą one reagowały z roztworem do elektroformowania. Niekiedy do przytwierdzania zaczepów używa się różnego rodzaju masy szpachlowe czy glinki polimerowe. Ten sposób umożliwia twórcy wykonanie dodatkowych elementów ozdobnych lub wzmacniających wyrób. Masy takie po wyschnięciu wymagają dodatkowej obróbki za pomocą drobnoziarnistego papieru ściernego, ale za to mogą zastąpić klejenie.

Impregnowanie

Jeśli do elektroformowania używamy organicznych materiałów takich jak; liście, kwiaty, szyszki, żołędzie, pióra, owady, nasiona, plaster miodu, muszle, drewno, kość itp. muszą być one po ich zakonserwowaniu/wysuszeniu, dodatkowo poddane zabiegowi impregnacji. Zabieg ten sprawi, że będą wodoodporne, co z kolei zapobiegnie ich uszkodzeniu oraz  zanieczyszczeniu farby przewodzącej i roztworu do elektroformowania. Niezabezpieczone materiały porowate, jak np. drewno, glina, kość czy muszle, mogą zabarwić się na niebiesko lub całkowicie rozpuścić w wyniku kontaktu z kąpielą galwaniczną.

Jeśli ozdoba zawiera metalowe elementy (tj. przewodzące prąd) np. z aluminium, stali albo żelaza, przed miedziowaniem muszą być one najpierw pomalowane farbą przewodzącą. Aby zachować ich oryginalny wygląd, należy pokryć je powłokę ochronną np. z impregnatu. Gdy nie jesteśmy pewni rodzaju metalu, bardzo ważnym jest jego pokrycie impregnatem lub zabezpieczenie inną powłoką dielektryczną. Zapobiegnie to zanieczyszczeniu kąpieli galwanicznej. 

Miejsca na przedmiocie, które zgodnie z projektem mają mieć pozostawioną odsłoniętą pierwotną powierzchnię, wymagają wykonania bariery ochronnej przed działaniem kwasu z kąpieli galwanicznej, w przeciwnym razie istnieje ryzyko zniszczenia wyrobu. 

Kamienie szlachetne i ozdobne mogą być wykorzystywane w wyrobach elektroformowanych tylko przy zachowaniu szczególnej ostrożności. Większość z nich wymaga zabezpieczenia masą ochronną, jednak zawsze dobrze jest sprawdzić jak dany kamień zachowuje się w roztworach elektrolitycznych. Przykładowo kwarc może pozostać niezabezpieczony, ale lepiej jest być ostrożnym, by uniknąć zanieczyszczenia roztworu lub uszkodzenia kamienia. Minerały metaliczne lub przewodzące prąd, takie jak hematyt, piryt lub materiały z wykończeniem tytanowym  wymagają zabezpieczenia powłoką dielektryczną.

Do impregnacji stosuje się m.in. wodny lakiery poliuretanowy dostępny w formie płynu lub sprayu, a także żywice lub lakier do paznokci. Jeśli używasz lakieru do paznokci, to jako farby przewodzącej wykorzystuj te które są wykonane na bazie wody lub alkoholu, a nie mają w swoim składzie acetonu.

Metody nanoszenia impregnatu 

Nanosząc impregnat pędzlem, należy wykonywać cienkie i równe pociągnięcia starając się, by na impregnowanej powierzchni nie pojawiła się niepożądana tekstura. Jeśli jest to konieczne preparat do impregnacji można lekko rozcieńczy, zanurzając co jakiś czas pędzel w wodzie bądź innym rozpuszczalniku, właściwym dla konkretnego rodzaju impregnatu.  Do przytrzymania wyrobu w czasie jego malowania używaj różnego rodzaju zacisków, spinaczy biurowych lub tzw. „trzeciej ręki”.

Jeśli nanosisz preparat poprzez zanurzenie wyrobu, do ogniwa na ozdobie zaczep rozgięty spinacz i zanurz go w pojemniku z cieczą. Po wyjęciu przedmiot zawieś na stojaku do suszenia, zbierając nadmiar impregnatu gromadzący się na brzegach i dole wyrobu.

Gdy stosujesz impregnat w sprayu, przedmiot przytrzymuj lub zawieś na stojaku pionowo i rozpylaj z odległości około 20 do 30 cm. Uzyskamy w ten sposób równomiernie naniesioną powłokę.

Zawsze pracuj w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, wolnym od kurzu i przeciągów oraz  noś maskę i okulary ochronne, a także pracuj z dala od dzieci i zwierząt.

Po zakończeniu impregnacji, przedmiot należy dokładnie wysuszyć. Pozwoli to m.in. na nałożenie w razie konieczności dodatkowej warstwy. Do suszenia można wykorzystać różne stojaki, takie jak np. ekspozytury biżuterii. Pod stojak dobrze jest podstawić tacę lub inny pojemnik do łapania nadmiaru płynu. Zanim zaczniemy dalszą pracę ważne jest, by impregnat całkowicie wysechł.  Zaleca się by suszenie trwało około 6 do 24 godzin, w zależności od rodzaju impregnatu, rozmiaru przedmiotu i ilości nałożonych warstw. Bez pełnego wysuszenia, nałożenie farby przewodzącej na warstwę impregnatu, która nie jest w pełni utwardzona, spowoduje na powierzchni przedmiotu powstanie niepożądanej tekstury, znacznych pęknięć lub wielu niedużych wybrzuszeń. 

Do impregnacji stosować można przezroczysty poliuretan lub lakier do paznokci, ich zaletą jest to, iż mogą pozostać na finalnym wyrobie. Przydatny jest także płynny lateks lub frisket (materiał maskujący – chroniący wybrane obszary przed zanieczyszczeniem, może być w różnych postaciach), które w fazie końcowej muszą być usunięte z wyrobu. Często wykorzystuję się także kombinacje różnych środków.

Ważnym jest, by zawsze upewnić się czy niema szczelin przez które ciecz mogłaby wniknąć pomiędzy warstwę ochronną, a powierzchnię przedmiotu.

Gdy stosujemy lakier poliuretanowy na bazie wody, cały wyrób zanurzamy lub nim spryskujemy, a następnie po jego całkowitym wyschnięciu nanosimy farbę przewodzącą. Używając pędzla, lakier nakładamy z lekkim nachodzeniem na powierzchnię, którą później pokrywamy farbą przewodzącą. 

Jeśli używamy płynnego lateksu, który jest później usuwany, to najpierw malujemy przedmiot farbą przewodząca i następnie na zakładkę nakładamy płynny lateks. Działa on jak rezystor niepozwalający na elktroformowanie osłoniętych miejsc. Aby uzyskać dobre krycie należy nałożyć kilka warstw lateksu. Ponieważ na początku pracy płynny lateks jest dość rzadki, najpierw za pomocą np. wykałaczki lub grubej igły wyznacz granice obszaru roboczego. Gdy linia graniczna wyschnie wypełnij obszar roboczy odpowiednią ilością lateksu.

Materiały potrzebne na tym etapie to impregnaty w postaci lakierów, żywic, płynnego lateksu, różnorodne zaciski do mocowania i przytrzymywania wyrobu, pędzle, taca lub maty do ochrony miejsca pracy i stojaki do suszenia.

Malowanie farbą przewodzącą prąd

Kolejnym etapem prac jest nanoszenie na przedmiot farby przewodzącej prąd elektryczny. Utworzy ona nam warstwę przewodzącą, na której odkładać się będzie miedź.

Materiały potrzebne na tym etapie to; farba, woda destylowana lub rozpuszczalnik dobrany do rodzaju farby, zaciski do podparcia przedmiotu, pędzle, podstawki do suszenia, tace lub maty do zabezpieczenia miejsca pracy i zbierania ściekającej farby, pojemniki z szerokim szczelnym zamknięciem, rękawiczki ochronne.

Zanim rozpoczniemy malowanie, musimy upewnić się czy wyrób jest czysty, pozbawiony wszelkich zanieczyszczeń i zatłuszczeń.

Istnieje wiele rodzajów farb przewodzących różniących się składem. Część z nich powstaje na bazie grafitu zmieszanego z wodą, akrylem, acetonem czy alkoholem, część to miedź połączona z wodą lub akrylem są też takie, które w swojej recepturze mają srebro z akrylem albo acetonem oraz mające w składzie nikiel z acetonem.

Przy wyborze farby przewodzącej trzeba zwrócić uwagę na jej skład, tak by był on zgodny z użytym przez nas impregnatem i obrabianym materiałem. Przykładowo farby na bazie acetonu nie mogą być stosowane na niektórych rodzajach plastiku oraz z impregnatami takimi jak lakier do paznokci lub klejami uniwersalnymi np. „Kropelka”.

Zawsze dbaj o BHP w czasie pracy, dobrze wentyluj pomieszczenie robocze i noś rękawiczki ochronne. Farbę zawsze przechowuj w szczelnie zamkniętym pojemniku. Gdyby się zdarzyło, że farba zaczyna wysychać lub jest zbyt gęsta, dodaj niewielką ilość właściwie dobranego rozpuszczalnika.  Do farb na bazie wody nich będzie to woda destylowana, na bazie alkoholu dodaj 90%+ alkoholu izopropylowego, a do farb acetonowych – acetonu. Następnie dokładnie i delikatnie wymieszaj, nie gwałtownie, gdyż uwięzienie powietrza lub spienienie może doprowadzić do separacji składników farby.

Bardzo ważne jest, aby nie rozcieńczyć nadmiernie farby, ponieważ  może to obniżyć bądź nawet znieść efekt przewodności elektrycznej farby.

Jeśli chcesz możesz farbę przewodzącą zrobić we własnym zakresie. Wystarczy do pojemnika wsypać parę łyżek grafitu w proszku będącego przewodnikiem prądu i dodać do niego taką samą objętościowo ilość farby akrylowej. Następnie, te dwa komponenty starannie mieszamy i dolewamy do nich łyżkę wody destylowanej i ponownie mieszamy, aż składniki się połączą. W wyniku tego zabiegu powinna powstać masa o gęstości przypominającej kwaśną śmietanę, czyli naszą farbę gotową do malowania.

Metody aplikacji 

Farbę można na przedmiot nanosić za pomocą pędzla, wykonując równe, cienkie pociągnięcia. Nie zapominaj, że na powierzchni gotowego miedziowanego wyrobu nie powinna pojawić się jakakolwiek dodatkowa tekstura, gdyż wszystkie pomalowane miejsca zostaną następnie pokryte metalem. Przedmiot można metalizować w całości lub w wybranych miejscach. Ale pamiętaj, by wówczas izolowane obszary nachodziły na siebie, bądź były połączone ze sobą ścieżkami przewodzącymi prąd.

Używaj wygodnych dla siebie zacisków, przytrzymując wyrób w trakcie jego malowania.

Farbę, jeśli jest to konieczne można przed naniesieniem lekko rozcieńczyć, zanurzając co jakiś czas pędzel we właściwym dla farby rozpuszczalniku.

Farby na bazie wody nakładane na śliskie gładkie materiały takie jak szkło, mogą nie przywierać lub wręcz odpryskiwać. Aby w takim przypadku zwiększyć ich przyczepność, najpierw nanieś na przedmiot impregnat, tworząc powłokę do której farba będzie przylegała. Można także zwilżonym drobnoziarnistym papierem ściernym lekko spolerować  powierzchnię materiału.

Farba nanoszona na materiały kruche i niezbyt duże jak nasiona czy liście może być rzadsza, a do materiałów twardszych gęstsza.

Gdy farbę przewodzącą nanosimy przez zanurzenie przedmiotu, przelewamy jej część do pojemnika z szerokim szczelnym zamknięciem. Następnie odrobiną wody destylowanej, a nie butelkowanej, kranowej albo filtrowanej (w przypadku farb na bazie innej niż woda, użyj odpowiednich dla nich rozpuszczalników), rozcieńczamy ją i zanurzamy obrabiany przedmiot. Do przytrzymywania wyrobu w pojemniku można użyć omawianych wcześniej zaczepów mocujących. Suszenie odbywa się na stojakach umieszczonych na tacach lub matach zbierających nadmiar skapującej farby.  

Farby przewodzące w sprayu nanosi się trzymając lub zawieszając przedmiot pionowo na stojaku i spryskując go z odległości około 20 do 30 cm, tak by pokryć jego powierzchnię równomierną warstwą.  

Pracuj w miejscu wolnym od kurzu i przeciągów.  

Pamiętaj zawsze o zasadach BHP. Noś maskę, okulary i rękawiczki ochronne oraz pracuj z dala od dzieci i zwierząt.

Farby akrylowe po wyschnięciu są trudno do usunięcia, grafit w nich zawarty ma także mocno zanieczyszczające własności.

Farbę przewodzącą nakładamy na wyrób w dwóch lub trzech cienkich warstwach (niekiedy producent nakazuje inną ich ilość) i pozostawia do wyschnięcia na co najmniej 20 do 25 minut przed naniesieniem następnej warstwy. Szybsze nanoszenie kolejnych warstw może spowodować powstawanie pęcherzyków lub pęknięć powłoki z nałożoną farbą.

Ilustracja. Elektroformowanie żołędzia.
Ilustracja. Elektroformowanie żołędzia.

Elektroformowanie

Materiały potrzebne na tym etapie prac to zasilacz laboratoryjny lub inne źródło prądu stałego, siarczanem miedzi,  kwas siarkowy, woda destylowana, nieosłonięty miedziany drutu o średnicy około 3 mm lub blacha albo rurka miedziana, drut przewodzący do zawieszenia obrabianego przedmiotu, kawałek drewna, zaciski – krokodylki, nić nylonowa, szklane obciążniki, rozpuszczalniki do impregnatu, pojemnik do kąpieli galwanicznej, środki ochrony osobistej.

Gdy nasz przedmiot jest już gotowy do elektroformowania miedzią, to możemy przystąpić do przygotowania kąpieli galwanicznej oraz przeprowadzenia samego zabiegu. Jest to jedna z najważniejszych części całego procesu miedziowania. Nasze stanowisko pracy powinno być umieszczone w dobrze wentylowanym miejscu, poza zasięgiem zwierząt i dzieci. Zasada ta jest dość istotna z uwagi na skład roztworu do elektroformowania w którym poza siarczanem miedzi (CuSO4)  znajduje się żrący kwas siarkowy (H2SO4). Z tego też powodu zdecydowanie zalecane jest, w trosce o własne bezpieczeństwo, używać w czasie pracy rękawiczki, maskę i okulary ochronne.

Elektrolit możemy przygotować samodzielnie według receptury; 200 g siarczanu miedziowego i 30 g kwasu siarkowego stężonego, rozpuszczamy w 1 litrze wody destylowanej. Jeśli elektrolit podczas pracy jest niemieszany wówczas temperatura kąpieli, równa jest pokojowej, a w przypadku jej mieszania wynosi od 30 do 40oC. Gęstość prądu dla kąpieli niemieszanej wynosi od 1 do 2 A/dm2, a dla mieszanej od 3 do 5 A/dm2.

Jak już wcześniej wspominałem, katodą jest przedmiot obrabiany, a anodą powinna być czysta – elektrolityczna miedź o grubości od 3 do 10 mm, wyżarzona i wytrawiona w kwasie azotowym. Powierzchnia anody powinna być półtora raza większa, a co najmniej równa powierzchni katody. Zaleca się aby stosunek anody do katody wynosił 2 do 1.

W naszym przypadku anodę wykonamy w formie cewki z drutu miedzianego o grubości około 3 mm. Zanim ją sporządzimy upewniamy się, czy drut jest wystarczająco długi, by całkowicie zanurzyć się w roztworze, ale nie na tyle, aby dotykał dna. Kształt można dopasować ręcznie, by pasował do pojemnika. Następnie przygotowaną w ten sposób miedzianą cewkę umieszczamy w pojemniku, pilnując by jej górny koniec wystawał poza krawędź. Zachowując ostrożność oraz środki ochrony osobistej, wlewamy roztwór elektrolitu do pojemnika. Upewnij się, że w pojemniku jest wystarczająco dużo roztworu, tak żeby całkowicie zanurzyć w nim obrabiany przedmiot. W centralnej części cewki umieszczamy zaczepiony na metalowym drucie, miedziowany przedmiot, owijając drugi koniec drutu na kawałku drewna służącym za drążek do zawieszenia, opierany następnie na górnej krawędzi pojemnika.

Ilustracja. Schemat eletroformowania miedzią; A – zaciski zasilania anody (+), B – anoda (+) rozpuszczając się w roztworze, C – zacisk zasilania katody (-), D – belka do zawieszania katody, E – zaciski, F – roztwór kąpieli miedziowej będący źródłem miedzi, G – drut do zawieszenia katody, H – katoda (-) przedmiot poddawany miedziowaniu, I – pojemnik na kąpiel galwaniczną, J – zasilacz.
Ilustracja. Schemat eletroformowania miedzią; A – zaciski zasilania anody (+), B – anoda (+) rozpuszczając się w roztworze, C – zacisk zasilania katody (-), D – belka do zawieszania katody, E – zaciski, F – roztwór kąpieli miedziowej będący źródłem miedzi, G – drut do zawieszenia katody, H – katoda (-) przedmiot poddawany miedziowaniu, I – pojemnik na kąpiel galwaniczną, J – zasilacz.

Lekkie przedmioty, wykonane z plastiku, drewna lub innych materiałów organicznych, wymagają dociążenia aby nie unosiły się w górę. Jako ciężarki sprawdzą się np. szklane elementy dowiązane do obrabianego przedmiotu za pomocą kawałka nylonowej nici. Wyrób obciążamy, aż zgromadzi się na nim wystarczającą ilość miedzi, powodująca samoczynne zanurzenie w płynie całego przedmiotu.

Przymocuj czerwony (+) zacisk – krokodylek, przewodu od prostownika – zasilacza do końca anody (naszej cewki), który lekko wystaje z pojemnika, a czarny (-) zacisk – krokodylek, do górnej części przewodu na którym zawieszona jest katoda (elektroformowany przedmiot), owinięty na drążku do zawieszania. Podczas operowania katodą, noś rękawiczki ochronne, aby zapobiec powstawaniu tłustych zanieczyszczeń mogących odpowiadać za tworzenie się plam utrudniających przewodzenie prądu. Nie pozwól, aby zaciski – krokodylki bezpośrednio dotykały roztworu.

Włącz zasilanie.  Możesz skorzystać z zasady opisanej na wstępie tego wpisu mówiącą, iż na 1 cm2, natężenia powinno wynosić około 0,05 A. Jednak praktyka wielu wykonawców wykazała, że dobrze się sprawdza rozwiązanie polegające na ustawieniu najpierw natężenia o wartości 0,2 A. Po upływie około 30 min, od rozpoczęciu elektroformowania, możesz zwiększyć natężenia do  1 A.

Czekaj i obserwuj. Miedź będzie stopniowo osadzać się na katodzie. W zależności od wielkości wyrobu oraz oczekiwanej grubości powłoki, czas zabiegu może wynosić od kilku godzin do doby lub i nawet więcej. Istotnym jest  wytworzenie odpowiednio grubej warstwy miedzi, tak aby powstała wytrzymała struktura zapewniająca integralność wyrobów o cienkiej budowie bazowej (np. liście), lub gdy przedmiot ma słabe miejsca, bądź klejone elementy oraz zaczepy, które będą wystawione na naprężenia. 

Gdy korzysta się z zasilacza laboratoryjnego wartość natężenia prądu po pewnym czasie, gdy pierwsza warstwa miedzi pokryje katodę, może nieznacznie spaść. Nie jest to nic niezwykłego. Przyczyną tego efektu jest zwiększanie się całkowitej powierzchnia katody wraz z osadzaniem się miedzi na obszarach przewodzących. Gdy tak się zdarzy, powoli zwiększaj natężenia prądu, by utrzymać je na porządnej wartości.

Jeśli na katodzie pojawią się jakiekolwiek pęcherzyki powietrza, delikatnie porusz drutem z katodą, aż się rozproszą. Zapobiegnie to osłabieniu powłoki w tych miejscach, jeśli nie zostaną one usunięte. Kontroluj przebieg procesu co godzinę, upewniając się, czy tekstura i grubość osadzanej powłoki są zgodne z zamierzeniami. W przypadku grubszych powłok koniecznym może okazać się zwiększenie natężenia prądu, ponieważ wraz z postępem miedziowania powierzchnia obszarów przewodzących zwiększa się. Obserwuj przez cały czas trwania galwanizacji rozpuszczanie się anody, nie dopuszczając do jej rozpadu. W razie potrzeby, wymień anodę.

Po osiągnięciu zaplanowanej grubości miedzianej powłoki na katodzie, wyłączmy zasilanie i odpinamy przewody zasilające. Wyrób wyjmujemy z roztworu i płuczemy wodą destylowaną. Woda kranowa może być stosowana do płukania tylko wówczas, gdy przedmiotu nie będziemy ponownie poddawać zabiegowi elektroformowania. Minerały w wodzie z kranu mogą zanieczyścić roztwór galwaniczny.

Elektroformowany przedmiot po zabiegu powinien mieć ładny i lśniący wygląd, szczególnie, gdy kąpiel galwaniczna jest świeża. W raz z ilością zabiegów da się zauważyć pogorszenie wyglądu, jest to spowodowane wyczerpywaniem roztworu. By to poprawić wystarczy do kąpieli dodać niewielką ilość wody destylowanej i siarczanu miedzi.

Ilustracja. Przykłady elektroformowanych przedmiotów.
Ilustracja. Przykłady elektroformowanych przedmiotów.

Poziom roztworu galwanicznego należy utrzymywać na stałym poziomie, przez okresowe uzupełnianie wodą destylowaną. 

Zbyt wysokie wartości natężenia prądu dają efekt „przepalenia” katody, zmieniając jej kolor na głęboką czerwień lub brąz bądź tworzą nierówną powierzchnię. Temperatura kąpieli ma również wpływ na jakość powłoki. Roztwór nie może być, ani zbyt chłodny, ani nie można także dopuścić do jego zagotowania. Najlepiej gdy temperatura utrzymywana jest w okolicy 19°C.

Gdy zauważysz na wyrobie obszary na których nie osadziła się miedź, opłucz i osusz obrabiany przedmiot ręcznikiem papierowym, nanieś miejsca nie pokryte farbę przewodzącą, pozostaw do wyschnięcia i ponownie zanurz w kąpieli galwanicznej.

Jeżeli stosowałeś impregnat, to teraz można go usunąć. Jeśli był to lakier do paznokci, wystarczy użyć acetonu, a jeśli był to płynny lateks można go po prostu oderwać od przedmiotu. Zabezpieczenia wykonane na bazie wody dają się usuwać poprzez namoczenie w gorącej wodzie. Przezroczystych impregnatów, jeśli nie jest to konieczne nie powinno się usuwać z przedmiotu.

Po zakończeniu zabiegu elektroformowania zawsze wyjmuj anodę z pojemnika, nie przechowuj jej w roztworze, gdyż przyczynia się to do rozpuszczania anody. Roztwór trzymaj w bezpiecznym miejscu, poza zasięgiem dzieci oraz zwierząt i przechowuj w szczelnie zamkniętym pojemniku, aby zapobiec jego nadmiernemu odparowaniu. Przechowuj zaciski – krokodylki, zasilacz i przewody z dala od otwartych pojemników z roztworem,  gdyż zaczną one korodować pod wpływem kontaktu z kwasem siarkowym w nim zawartym.

Porządkowanie stanowiska pracy

Materiały potrzebne na tym etapie to lejek, filtry, okulary ochronne, woda destylowana, proszek do pieczenia

Filtrowanie kąpieli galwanicznej

Zachowując ostrożność w środkach ochrony osobistej, za pomocą lejka przez kilka warstw filtrów, przelej elektrolit do naczynia. W razie potrzeby powtórz filtrowanie. Odparowywanie elektrolitu jest rzeczą normalną, dlatego należy go uzupełnić wodą destylowaną (nie kranową, filtrowaną czy butelkowaną), do oznaczonego poziomu.

Porządkowanie, czyszczenie sprzętu

Starannie wypłucz pojemnik po roztworze galwanizującym i anodę, dokładnie je wysusz i wytrzyj papierowymi ręcznikami żeby być pewnym, że nie pozostały na nich żadne resztki wody z kranu. By chronić środowisko, mocno rozcieńcz wszelkie płynne resztki  do przejrzystego płynu i zneutralizuj je sodą oczyszczoną, zanim wylejesz je do kanalizacji.

Usuń wszelkie ślady korozji z zacisków i przewodów oraz w miejscach łączenia, zapewni to dobre przewodnictwo prądu w czasie galwanizacji. Oczyść, anodę sprawdź jej stan, gdy jest zbyt zużyta tzn. miejscowo bardzo cienka, wymień ją na nową.  Anodą mogą być nieosłonięte blachy miedziane   lub miedziane rury. Anody z rur miedzianych, gdy nie są używane przechowuj w naczyniu z wodą destylowaną.

Obróbka wykańczająca

Materiały potrzebne na tym etapie to narzędzia do polerowania, substancje do barwienia, impregnaty, środki ochrony osobistej.

Po zakończeniu procesu elektroformowania, pomiedziowane przedmioty mogą mieć niezbyt atrakcyjny łososiowaty i niebłyszczący kolor. Wygląd ten można poprawić poprzez ich dalszą obróbkę wykańczającą metodami ręcznymi lub mechanicznymi. Tematyce obróbki wykańczającej poświęciłem kilka wpisów, które można znaleźć na moim blogu pod adresem https://srebrnykruk.pl/wp/category/zlotnictwo/wykanczanie-zlotnictwo/ .

Polerowanie

Wyrobom można nadać błyszczącą i gładka powierzchnie szlifując oraz polerując je ręcznie lub mechanicznie za pomocą elektronarzędzi takich jak mini szlifierki. Gdy w czasie polerowania warstwa miedzi łuszczy się lub kruszy, oznacza to, że na katodzie nie powstała wystarczająco gruba powłoka. Przedmiot taki przebywał zbyt krótko w kąpieli galwanicznej i należało by powtórzyć proces miedziowania tego wyrobu.

Po wypolerowaniu, aby zachować ładną błyszczącą powierzchnie przedmiotu można ją zabezpieczyć za pomocą jednego z wcześniej opisanych preparatów używanych do impregnacji lub okresowo czyść i polerować surową miedź, gdy wystąpi jej matowienie.

Barwienie

Powierzchniom  miedzianym poza typową czerwoną barwą właściwą temu metalowi, można nadać różne barwy. Efekty takie uzyskuje sie na drodze  barwienia  chemicznego, galwanicznego lub mechanicznego tj. lakierowaniem. Metody barwienia metali zostały przeze mnie opisane nieco szerzej pod adresem  https://srebrnykruk.pl/wp/category/zlotnictwo/barwienie-metali/.

Patynowanie i barwienie

Wyrób pomiedziowany można poddać zabiegowi patynowania, oksydowania lub postarzania. Dość popularnym środkiem do wykonania tych zabiegów jest wątroba siarczana, o której można poczytać na mojej stronie http://www.srebrnykruk.pl/chemia-zlotnicza-opis-substancji.html#litera-w. Substancja ta jest do kupienia w postaci żelu lub proszku. Stosuje się ją jako kąpiel po wymieszaniu z gorącą wodą. Wstępnie ogrzany wyrób zanurza się w roztworze i zależnie od temperatury płynu oraz czasu kąpieli można uzyskać odcienie niebieskie, czerwone, żółte, różowe, tęczowe, srebrzyste lub ciemno czarne. Po pracy przedmiot płucze się pod zimną bieżącą wodą, a resztki roztworu neutralizuje sodą oczyszczoną.

Kolory czerwony, niebieski i fioletowy można uzyskać przez ostrożne potraktowanie wyrobu płomieniem jubilerskiego palnika gazowego. Trzeba jednakże zachować szczególną ostrożność przy przedmiotach o dość cienkiej powłoce miedzianej. W przypadku gdy wyroby są w środku puste lub mają substancje organiczne, zaleca się wykonanie w mało widocznym miejscu, niewielkiego otworka do odprowadzania pary wodnej i wypalonych cząstek materiałów organicznych. Aby zachować wytworzoną barwę, gotowy przedmiot zabezpiecza się nakładając powłokę ochronną.

Kolejnym sposobem barwienia jest użycie lakierów pigmentowych, które mogą zabarwić metal na niemal dowolny kolor. Do ich nanoszenia stosować da się pędzle lub metody natryskowe, a do zapewnienia dłuższego utrzymania koloru, dodatkowo można przedmiot pokryć lakierem bezbarwnym.

Podczas pracy z chemicznymi substancjami zawsze pamiętaj by pracować w dobrze wentylowanych pomieszczeniach z dala od dzieci i zwierząt oraz nie zapominaj o noszeniu rękawic, okularów i masek ochronnych.  

Przedmioty miedziane wystawiony na działanie wilgoci, naturalnych czynników atmosferycznych, kosmetyków, a także na wskutek kontaktu z potem i tłuszczem z ludzkiej skóry pokrywają się zielonym nalotem tj. patyną. Naturalnemu utlenianiu i matowieniu miedzi można w dużym stopniu zapobiegać wytwarzając na metalu za pomocą opisanych wcześniej impregnatów, powłoki ochronne. Przykładem takiego zabezpieczenia jest bezbarwny lakier do paznokci. Powstawaniu nalotu przeciwdziała także unikanie noszenia miedzianej biżuterii pod prysznicem, na basenie, na plaży lub podczas snu. Gdy pojawi się niepożądane naturalne utlenianie lub zmatowienie miedzi można je stosunkowo łatwo usunąć, przez polerowanie całego przedmiotu lub miejscowo, obszarów zanieczyszczonych.


0 komentarzy

Dodaj komentarz

Avatar placeholder

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *