Привлекателен цвет полированной бронзы. Модные интерьеры: комбинация золота, серебра и меди. Окрашивание медных вещей в красновато-коричневый цвет

Изделия из медных сплавов (латунь и бронзу) легко окрасить в темно-коричневый цвет. Готовится смесь из 4 мл нашатырного спирта, 5 г щавелекислого калия и 200 мл уксусной эссенции. Необходимо покрывать чеканку приготовленным составом несколько раз, давая полностью высохнуть, пока она не приобретет нужный цвет.

Образующийся при такой обработке металлический глянец скоро сходит, и изделие приобретает ровную коричневую окраску.

Оттенки зеленого цвета можно получить и с помощью раствора, приготовленного из 5–10 г яри медянки, 10 мл нашатырного спирта, разведенных в 1 л воды.

Изделие погружают в раствор несколько раз, после чего оно приобретает оливково-зеленый цвет.

Для дальнейшей обработки в раствор добавляют еще 1 л воды. Чеканку опускают в ванну на несколько минут (интервал зависит от желаемой степени окраски), затем просушивают над огнем.

Операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока металл не приобретет нужного цвета.

В фиолетовый цвет изделия из медных сплавов окрашивают следующим образом: чеканку нагревают до 70–80 °C и протирают кусочком войлока или ваты, пропитанным в сурьмяным маслом.

Зеленый цвет чеканки приобретают после обработки поверхности слабым раствором азотнокислой меди с поваренной солью. После того как изделие просохнет, его протирают раствором 5 г щавелекислого калия и 10 мл нашатырного спирта, разведенных в 100 мл уксусной эссенции.

В такой последовательности окрашивание следует проводить до тех пор, пока цвет поверхности не станет темно-зеленым. Для ускорения реакции чеканку прогревают на огне до температуры 50–60 °C.

Есть и другой способ: готовое к окраске изделие обрабатывают тампоном, пропитанным олеиновой кислотой. На поверхности образуется слой окисла меди, имеющий темно-зеленый цвет. По прошествии некоторого времени он начинает блекнуть и в конце концов становится светло-зеленым с желтоватым отливом. Для закрепления окраски операцию повторяют несколько раз.

Все оттенки желтого можно получить обработкой чеканки нейтральным раствором уксуснокислой меди (яри медянки).

Кроме того, используют следующий состав: 20 г едкого натра и такое же количество молочного сахара тщательно перемешивают в 1 л воды и подвергают продолжительному кипячению. К смеси постепенно добавляют 20 мл концентрированного раствора медного купороса.

Раствору дают остыть и на короткий срок кладут в него обрабатываемые изделия, после чего они приобретают золотистый оттенок. Этот способ обработки часто используется для окраски под золото.

Более насыщенный цвет с красноватым отливом получается после протирания поверхности кашицей из 4 частей порошкового мела и 1 части сусального золота, которые разводят дистиллированной водой.

Иногда употребляется состав, содержащий 15 г сернокислого аммония, 10 мл раствора хлористой сурьмы и 30 мл воды. Его необходимо прокипятить и несколько раз профильтровать, осадок размешать в 2–3 л горячей воды. Для лучшего растворения добавить едкий натр.

Изделие погружают в ванну и держат до тех пор, пока оно не приобретет желаемого цвета.

В серебряный цвет чеканку можно окрасить раствором 40 г винного камня и 14 г рвотного камня в 1 л горячей воды. Затем туда добавляют 50 г соляной кислоты, 125 г порошка олова и 30 г сурьмы. Состав нагревают и кипятят в нем изделие до тех пор, пока оно не покроется ровным налетом.

Другой способ окраски – механический – требует специального оборудования и навыков. Для этого обычно используют порошковые краски или мелкую металлическую пыль различных цветов, для работы нужен пульверизатор, растворители и связывающие вещества, которые оставляют на поверхности изделия тонкий слой защитной пленки.

Если всего этого нет, то порошки просто вколачиваются в металл киянкой или плоским чеканом. Этот процесс лучше повторить несколько раз, в промежутках промывая чеканку под струей проточной воды.

После такого способа окраски требуется обработка поверхности лаком – цветным или прозрачным, выбор зависит от желания мастера.

Необходимо помнить, что лаки покрываются трещинами и мутнеют при плохих условиях хранения.

Можно наносить частицы металла на изделие и с помощью специального оборудования, под давлением. Но такой способ является очень дорогостоящим и не всегда доступен мастеру, работающему в домашних условиях.

Из книги: Коршевер Н. Г. Работы по металлу

Покрытие изделий краской под бронзу защищает их поверхность от разрушающего воздействия влаги и распространения коррозии.

Провести покраску сможет каждый, располагающий необходимым инструментом и запасом времени.

Типы красителя и их преимущества

Раньше бронзовая краска содержала растворители органического происхождения. Это приводило к тому, что от краски исходил резкий запах. Сейчас вместо устаревших составов для окрашивания металлов применяются смеси. Они являются растворимыми в воде и содержат только натуральные компоненты.

Теперь в современных красителях содержатся металлические пигменты естественного происхождения. В качестве связующих элементов в них используются акриловые красители.

Покраска металлов под бронзу имеет следующие преимущества:

Экологичность и отсутствие запахов.
Низкая цена, которая объясняется водной основой красящего состава по металлу.
Возможность получения различных натуральных стилизаций (например, под старину»).
Простота обработки изделий.
Надёжная защита металлических поверхностей от влаги и коррозии.
Срок службы покрашенных таким составом поверхностей составлять десятки лет.

Если поверхность предварительно покрашена слоем электропроводной краски, её коррозийная защита упрощается за счёт образования плёнки из оцинковки.

Также к достоинствам красителя под бронзу относятся высокие показатели устойчивости покрытия к УФ излучению и внешним механическим воздействиям.

Нанесение красящих составов

Перед тем как покрасить металл под бронзу, его следует подготовить.

Нанесение лакокрасочного материала на неподготовленные места не даст результата.

Требуется тщательная подготовка поверхности – удаление следов грязи и ржавчины. Если же нанести лакокрасочные материалы на повреждённые коррозией места, то это не защитит металл от преждевременного разрушения.

Подготовительные работы

С поверхности металла нужно удалить ржавчину и остатки старой краски. Для проведения таких работ применяют следующие методы:

Грубая механическая очистка щёткой с проволочной щетиной или механизмами с абразивными дисками.
Пескоструйная обработка. Преимущество этого способа – проникновение в труднодоступные зоны. А минус – в сравнительно высокой цене агрегата.
Очистка поверхностей химическими составами, вступающими в реакцию со ржавчиной и старой краской. По её окончании все легко стирается мягкой ветошью.

При проведении этих работ потребуются защитные средства, предохраняющие лицо и руки от поражения мелкими частицами и реактивами (очки, перчатки из плотной х/б ткани и респиратор).

После очистных операций на подготовленные поверхности наносят грунтовку (в два слоя). Это позволяет повысить адгезию металлической поверхности. Одновременно с этим используют дополнительное влагозащитное покрытие из полимера. После того, как верхний слой грунтовки схватится, можно приступать к нанесению бронзового красителя.

Покраска

В зависимости от вида красителя его наносят одним из методов с формированием однотонного покрытия. Для этого необходимо:

Свое название "cuprum" медь получила от острова Кипр (Сург), где ее добывали древние греки и римляне. Медь имеет характерный красный цвет; на матовых поверхностях он приобретает своеобразный розовый оттенок, мягкий, приглушенный. Полированная медь отличается более ярким цветом и блеском.

При добавлении меди в сплавы в больших количествах они также окрашиваются в теплые красноватые тона, например томпак и бронза. Сплавы, содержащие меньший процент меди, имеют желтые и зеленовато-желтые цвета; сплав, содержащий 50% меди и 50% олова, имеет белый цвет. На основе меди изготовляют сплавы, имеющие красновато-желтый цвет, очень близко напоминающие золото - так называемое французское золото.

Медь - мягкий и тягучий металл; он легко обрабатывается давлением и волочением. Из меди легко штамповать, дифовать и чеканить. Она легко принимает самую разнообразную форму, допускает выколотку высокого рельефа. Медь хорошо прокатывается; из нее изготовляют тончайшие листы и ленты (фольгу), толщина которых составляет не более 0,05 мм , а также различные трубки, прутки и проволоку; причем диаметр проволоки может быть доведен всего до 0,02 мм . Однако благодаря своей вязкости медь плохо пилится напильником, задирается и быстро забивает напильник (особенно личной). Обработка чистой меди на режущих станках также затруднительна - она плохо точится, сверлится и фрезеруется.

Чистовой обработке, шлифовке и полировке медь подвергается хорошо, однако благодаря малой твердости детали из полированной меди быстро теряют блеск. Плотность меди 8,94; удлинение 45-50%; медь обладает очень высокой тепло- и электропроводностью; температура ее плавления 1083°С; температура кипения 2305-2310°С. Отливается медь плохо даже при высокой температуре чистая медь остается густой, кашеобразной и плохо заполняет форму. Кроме того, расплавленная медь жадно поглощает газы, и отливки получаются пористыми.

В сухом воздухе медь не окисляется. При нагреве свыше 180°С, а также под действием воды, щелочей, кислот и т. п. медь окисляется; причем окисление протекает иногда весьма энергично, например в крепкой азотной кислоте. На открытом воздухе изделия из красной меди быстро покрываются пленкой из окислов меди зеленого цвета и сернистых соединений меди черного цвета. Эта пленка защищает медь от дальнейшей коррозии в глубину. Медь добывается из руд.

В качестве примесей в меди присутствуют: кислород, висмут, сурьма, свинец, мышьяк, железо, никель, сера, олово, цинк. Наиболее вредным из этих примесей является висмут, который вызывает красноломкость меди в интервале 400-600°С. При этой температуре нагретая медь становится хрупкой и непригодной для обработки штамповкой, прокаткой и другими методами. При дальнейшем нагреве хрупкость пропадает.

В художественной промышленности чистая, или красная, медь применяется довольно часто, однако все же не так широко, как ее сплавы - бронза и латунь. Применение чистой меди в ряде случаев обусловливается ее исключительно высокой пластичностью и вязкостью, позволяющей из листов сравнительно небольшой толщины (0,8-1,2 мм ) получать путем выколотки сложные объемные формы.

Кроме того, медь отличается высокой стойкостью против коррозии. Изделия из чистой меди прекрасно сохраняются на открытом воздухе без всякой окраски или других антикоррозионных покрытий, например медная чеканная дверь Туркменского павильона на ВДНХ (рис. 7). Эти свойства чистой меди сделали ее основным материалом для дифовочных работ при изготовлении крупных скульптурных и орнаментальных композиций для экстерьера. Примером таких медночеканных скульптур могут служить многочисленные статуи и декоративные фигуры начала XIX в., украшающие различные здания Ленинграда (квадрига Аполлона на бывшем Александрийском театре).

Кроме дифовочного производства чистая медь применяется для штамповки очень высоких и сложных рельефов и орнаментов, для которых латунь оказывается недостаточно пластичной. Красная медь остается пока незаменимым материалом в области филигранных работ, имеющих массовый характер. Проволока из красной меди, применяемая для филигранных работ, в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные причудливые элементы орнамента. Она может быть изготовлена любой толщины. Кроме того, проволока из красной меди (благодаря своей тугоплавкости и теплопроводности) очень легко и хорошо спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится.

Благодаря этим свойствам (тугоплавкости и теплопроводности), а также определенным коэффициентам расширения при нагреве красная медь является незаменимым материалом для художественных изделий (филигранных или чеканных) с последующим их эмалированием. Коэффициент линейного и объемного расширения при нагреве у красной меди очень близок к такому же коэффициенту горячих эмалей. Поэтому при остывании изделия эмаль хорошо держится на красно-медном изделии, не трескается и не отскакивает.

Аноды из красной меди высших марок являются основным материалом для производства художественных гальванопластических работ, а также для нанесения гальваническим путем подслоев меди при никелировании и хромировании стальных изделий, так как хром и никель, осажденные непосредственно на стальную поверхность, держатся непрочно.

Благодаря своей высокой теплопроводности красная медь является незаменимым материалом для изготовления сердечников для паяльников. Наконец, высокая электропроводность меди (она уступает только серебру), удельное сопротивление, равное 0,0175 Ом*мм 2 / м, послужили причиной широкого применения меди для изготовления проводников электрического тока - проводов, кабелей и т. п.

Медь является основным компонентом твердых припоев (медных, серебряных и золотых), применяемых для пайки самых разнообразных изделий художественной промышленности, начиная от ювелирных изделий и кончая крупными декоративными предметами. Кроме того, медь наряду с золотом и селеном применяется для изготовления цветного красного стекла (медного рубина), эмали и смальты. В больших количествах медь идет для приготовления сплавов.

Медные сплавы. Сплавы меди с цинком называются латунями; все остальные сплавы на медной основе - бронзами. Кроме того, медь добавляют в специальные стальные сплавы.

Латуни. Большинство латуней имеет красивый золотисто-желтый цвет. Художественные латунные изделия, покрытые специальными бесцветными или слабо окрашенными спиртовыми лаками или нитролаками, приобретают и надолго сохраняют вид и блеск золота. Латуни применяются для изготовления уникальных декоративных предметов (рис. 8). Латуни применяются также для галантерейных и дешевых ювелирных изделий с последующим серебрением или золочением.

Латунь хорошо обрабатывается на режущих станках, полируется и надолго сохраняет полированную поверхность, хорошо сваривается и паяется как мягкими, так и твердыми припоями. Большинство латуней хорошо прокатывается, штампуется и чеканится. Латунь легко и прочно покрывается различными гальваническими покрытиями - никелем, серебром и золотом; хорошо принимает химические оксидировки и может быть тонирована в любые цвета. Температура плавления латуни 980-1000°С. Большинство латуней отливается плохо, но имеются специальные марки литейных латуней, например алюминиевая латунь (ЛА67-2,5), которая благодаря примеси алюминия имеет хорошие литейные свойства и, кроме того, отличается от других латуней высокой коррозионной стойкостью. Литейными свойствами обладают также марганцево-свинцовая латунь (ЛМцС 58-9-2) и некоторые другие виды.

По сравнению с чистой медью латуни более прочны и тверды, а некоторые из них, например латуни, содержащие около 30% Динка (Л68), не уступают чистой меди и в отношении пластичности. На рис. 9 дан фрагмент чеканки из листовой латуни этой марки. Кроме того, латуни значительно дешевле меди (так как цинк дешевле, чем медь) и значительно красивее по цвету, чем красная медь.

Латуни с малым содержанием цинка - от 3 до 20% (марки Л96, Л90 и Л85) называются томпаками; они отличаются красновато-желтым цветом и применяются для изготовления художественной посуды, а также в художественной эмальерной промышленности для изготовления нагрудных спортивных и юбилейных значков, а также дешевых ювелирных изделий. Томпак хорошо обрабатывается в холодном состоянии - штампуется, тянется в проволоку, приближаясь в этом отношении к чистой меди. На открытом воздухе изделия из томпака постепенно темнеют, покрываясь оксидной пленкой.

Очень близки к томпаку сплавы, особенно широко применявшиеся в XIX в. в Западной Европе и в России в качестве "поддельного золота" для производства дешевых ювелирных изделий. Они состоят из меди с небольшими примесями цинка (до 18%) и олова, которое улучшает их литейные свойства. Эти сплавы имели громкие причудливые названия, например "Симилор", "Ореид", "Хризохалк", "Хризорин", "Принцметалл" и др. В настоящее время они вышли из моды и потеряли свое значение.

В настоящее время в отечественной ювелирной промышленности вновь оживился интерес к недрагоценным сплавам, имитирующим золото и серебро.

В табл. 12 приведены некоторые из сплавов, которые проходят промышленную проверку (или уже применяются).

Последние три сплава выделены как наиболее целесообразные для внедрения. Они обладают благоприятным сочетанием механических и химических свойств, удовлетворительной коррозионной устойчивостью и т. п.

Латунь выпускается в виде листов различной толщины, ленты, прутков проволоки и трубок. Литейные латуни выпускаются в виде слитков (чушковая латунь). Следует отметить, что большинство латунных сортаментов нельзя длительно хранить в условиях холодных, неотапливаемых складов, так как от смены температуры, наличия влажности и других условий латунь разрушается.

Художественные изделия, выполненные из латуни, хорошо "работают" в условиях интерьера в теплых и сухих помещениях. На открытом воздухе латунь быстро теряет свой блеск и золотистый цвет, покрывается сернистыми и оксидными пленками, чернеет и утрачивает свои художественные качества. Поэтому для экстерьерных художественных изделий латунь применять нецелесообразно; для этих целей служит бронза.

Несмотря на то что цинк был открыт только в XVI в., латунь была известна уже древним римлянам. Они получали ее, сплавляя медь с галмеем, т. е. с цинковой рудой, которая содержит смесь углецинковых и кремнецинковых солей. Считалось, что галмей обладает свойством окрашивать медь в желтый цвет, но до конца XVII в. не было известно, что латунь состоит из меди и цинка. Этот способ приготовления латуни применялся и в средние века и удержался вплоть до XIX в. Путем сплавления меди с металлическим цинком латунь впервые была получена в Англии в 1781 г. В настоящее время латунь получают сплавлением меди с цинком.

С середины XVIII в. из латуни начали производить "бронзировальный порошок" для бронзирования художественных изделий из гипса, дерева, папье-маше, а также использования его при печатании обоев и для других целей. Его получали путем механического измельчения тончайших латунных пластинок, предварительно прокатанных и расплющенных под паровым молотом до толщины, равной нескольким микронам.

Бронзировальный порошок получают и другим способом - восстановлением раствора медного купороса металлическим железом. Полученную губчатую медную массу измельчают, промывают и сушат, а затем придают бронзовый оттенок, нагревая с парафином в железных ящиках до появления цветов побежалости.

Бронзы. Бронзы известны человечеству очень давно, за несколько тысячелетий до нашей эры. В истории развития человеческого общества целая эпоха носит название "бронзового века". В эту эпоху человек впервые из медной и оловянной руды научился выплавлять бронзу и производить из нее предметы быта и оружие, позднее монеты и различные украшения. Во всех древнейших очагах человеческой культуры - в Египте, Китае, Индии, в искусстве древних ассирийцев, этрусков, греков и римлян находятся памятники искусства, сделанные из бронзы. Уже в седьмом веке до нашей эры античные художники научились отливать бронзовые статуи, например бронзовая фигура "Дельфийского возничего", отлитая в 470 г. до н. э. (рис. 10).

Рис. 10. Бронзовая фигура "Дельфийского возничего" 470 г. до н. э

В состав наиболее древних бронз, относящихся к бронзовому веку, входило приблизительно 88% меди и 12% олова. Античные, или коринфские, бронзы содержали еще больше меди - до 90%. Кроме того, в них нередко в виде примесей содержались железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро. Это объясняется тем, что бронзу получали выплавкой медной и оловянной руд, в которых всегда присутствуют примеси различных металлов. Византийские и корсунские бронзы, а также древнерусские бронзы IX-X вв. были очень близки к античным. Они содержали олова не более 8-10%, а остальное медь.

В XII-XIV вв. в Древней Руси отливки производились из сплава меди, олова, цинка и, возможно, свинца, называемого "Спруда".

В XV-XVII вв. отливки производили из красной меди с оловом, а с XVIII в. из желтой меди - бронзы с добавкой цинка. С середины XIX в. для отливки памятников применялась так называемая "Сукрасная" бронза, в состав которой входила цинковая лигатура (до 5%). Из этой бронзы было отлито около 70 различных памятников на Санкт-Петербургской фабрике бронзового литья А. Морана : памятники М. И. Глинке в Ленинграде и Смоленске, И. К. Айвазовскому в Феодосии, Н. В. Гоголю в Москве во дворе дома на Суворовском бульваре, И. Крузенштерну в Ленинграде и др. В конце XIX в. широкое применение для художественного литья получила бронза с содержанием 2-4% олова и 10-18% цинка.

В Западной Европе для статуарного литья применялись бронзы, близкие к этому составу. Например, во Франции применялась бронза, состоящая из 82% меди, 13,5% цинка, 3% олова и 1,5% свинца.

В настоящее время литье художественных изделий производится из специальной художественной бронзы. В ГОСТ включено три марки бронзы следующего состава (табл. 13).

Кроме цинка и олова в состав этих бронз входит небольшая примесь свинца, а остальное - медь.

Древние бронзы представляли собой сплав из двух компонен* тов - меди и олова (если не считать случайных примесей). Однако употребление для отливки крупных фигур и статуй бронзы, состоящей только из меди и олова, имеет ряд недостатков. Такая бронза отличается густоплавкостью и плохо заполняет форму, она дорога и плохо обрабатывается резанием. Кроме того, при наиболее употребительном содержании олова в пределах от 7 до 15% сплав легко подвергается ликвации , т. е. при медленном охлаждении происходит разделение сплава, часть с большим содержанием меди затвердевает раньше. Ликвация еще более усиливается, если в бронзе присутствует свинец (свыше 3%).

Ликвация служит большой помехой при отливке крупных памятников, так как она отрицательно влияет на отделку и оксидировку готовых фигур, а также на появление естественной патины. Ликвацию можно предотвратить путем добавления в сплав в небольших количествах цинка, фосфора и некоторых других компонентов, а также путем быстрого охлаждения отливки. Однако излишние прибавки цинка отрицательно влияют на цвет бронзы и способность покрываться естественной патиной.

Цвет бронзы с увеличением процентного содержания олова изменяется от красного при содержании в ней меди не менее 90% в желтый при содержании меди не менее 85%, в белый - при 50% и в серо-стальной - при содержании меди менее 35%.

Современные художественные бронзы являются материалом для литья памятников и монументальных скульптур. В экстерьере северного климата бронза является прекрасным материалом, исключительно долговечным, не подвергающимся атмосферным влияниям и стойким против механических повреждений, а также хорошо противостоящим действию морозов. По своим цветовым качествам бронза одинаково хорошо смотрится и на открытом пространстве в условиях городской площади, и в зелени сквера или парка.

Наряду с изделиями для экстерьера бронза широко применяется для отливки высокохудожественных предметов убранства общественных интерьеров - театров, дворцов, залов, например, больших люстр, бра, канделябров, торшеров и других предметов.

Начиная с XVIII в. появляется золоченая бронза. Люстры, канделябры, торшеры, декоративные вазы из золоченой бронзы в комбинации с граненым хрусталем, полированным камнем и цветным стеклом играли немаловажную роль в общем художественном решении дворцовых интерьеров (залов Кремлевского Дворца, Эрмитажа и др.).

Кроме оловянистых бронз в настоящее время наша промышленность выпускает специальные безоловянистые бронзы. В составе этих сплавов нет олова - оно заменено алюминием, цинком, свинцом, кремнием, никелем, марганцем и другими элементами. Безоловянистые бронзы отличаются целым рядом новых механических и технологических свойств и во многих отношениях значительно превосходят оловянистые бронзы. Так, например, марганцевая бронза отличается высокой жаропрочностью; кремнистые бронзы с добавкой никеля или бериллиевые бронзы получают свойство закаливаться и по прочности не уступают стали. Однако в области художественной промышленности они почти не применяются, а идут на изготовление различных деталей технического и специального назначения.

К настоящему времени разработано множество сплавов металлов, обладающих различными свойствами, для разных сфер применения. Первым из них стала бронза. Сплав, его производство, применение и особенности рассмотрены далее.

Варианты состава

Данный материал представляет собой смесь меди с легирующими элементами, в качестве которых применяют неметаллы и металлы. При этом цинк и никель не должны являться основными среди них.

Путем варьирования соотношений между компонентами изменяют свойства бронзы. В соответствии с этим существует несколько ее разновидностей, выделяемых на основе легирующих добавок. В их качестве используют:

олово;
бериллий;
цинк;
кремний;
свинец;
алюминий
никель;
железо;
марганец;
фосфор.

Первой была разработана бронза оловянная (в начале 3 тысячелетия до н. э.). В небольшом количестве данный элемент придает твердость, легкоплавкость, упругость. При повышении его концентрации до 5% снижается пластичность, а при 20% бронза обретает хрупкость. Путем доведения олова до максимальной доли в 33% сплаву придает серебристо-белую окраску.

Материал с бериллием отличается наибольшими упругостью (закаленный) и твердостью, а также химической устойчивостью. Он подходит для обработки путем резания и сварки.

Цинк и кремний повышают текучесть, что актуально для литья, а также придают поверхности устойчивость к истиранию. Кремниево-цинковая бронза характеризуется отсутствием искр при механическом воздействии и хорошим сопротивлением сжатию.

Свинец улучшает устойчивость к коррозии, антифрикционные свойства, прочность, тугоплавкость.

Алюминий повышает плотность, антифрикционные свойства, устойчивость к коррозии и химическому воздействию. Бронза такого состава подходит для резки.

Фосфор используется в совокупности с некоторыми прочими добавками с целью раскисления сплава. Его наличие отражается в названии при содержании более 1% (оловянно-фосфористая бронза).

Введение любых легирующих добавок понижает теплопроводность. Следовательно, чем их меньше, тем сплав по данному показателю ближе к меди, а наиболее легированные бронзы имеют худшую теплопроводность.

Что касается меди, ее содержание определяет не только технологические и эксплуатационные параметры, но и цвет, который имеет бронза. Красная окраска свидетельствует о концентрации меди более 90%. При содержании ее около 85% (наиболее часто встречается) бронза имеет золотистый цвет. Если сплав состоит из меди наполовину, белым цветом он напоминает серебро. Для получения серой и черной окраски нужно сократить процент меди до 35. Такой цвет материала тоже встречается нередко, однако нужно учитывать, что данный сплав может приобрести темную окраску с течением времени в результате воздействия различных факторов (температуры, воды и т. д.). К тому же технологии, позволяющие добавлять в бронзу придающие ей насыщенный черный цвет легирующие элементы, стали применять относительно недавно, а изделия из рассматриваемого сплава такой окраски обширно распространены издавна.

Таким образом, в зависимости от числа элементов данные материалы подразделяют на двух- (один легирующих компонент) и многокомпонентные. Их доля составляет от 2,5%.

Кроме того, существует классификация бронзы, основанная на внутренней структуре, а именно количестве фаз в твердом растворе. Она подразумевает ее разделение на одно- и двухфазные варианты.

Наконец, ввиду обширной распространенности оловянного типа сплав подразделяют на оловянные и безоловянные бронзы.

Производство

Исходным сырьем для бронзы служат чистые металлы либо сплавы, в том числе бронзовые отходы. Второй вариант более обширно распространен, прежде всего, ввиду меньшей стоимости. В качестве флюса, предотвращающего чрезмерно интенсивное окисление расплава металла, применяют древесный уголь. Из всех исходных материалов составляют шихту, рассчитывая ее состав на основе целевых параметров и используемой технологии производства.

Процесс плавки осуществляют в определенной последовательности:

в предварительно разогретую до необходимой температуры печь (обычно используют электродуговые и электрические устройства ввиду их высокой эффективности) помещают тигель с шихтой;
после полного прогрева и расплавления металла в его состав включают служащую катализатором фосфористую медь;
после выдержки добавляют связующие и легирующие компоненты бронзы, перемешивая;
с целью удаления газовых примесей осуществляют дегазацию путем продувки азотом или аргоном;
для снижения интенсивности окисления перед разливкой снова добавляют фосфористую медь.

На протяжении всего процесса необходим контроль температурного режима и количества добавляемых в расплав компонентов.

Свойства

Характеристики рассматриваемого материала определяются двумя факторами: составом и структурой.

Как было отмечено, химический состав бронзы разрабатывают с целью придания ей требуемых параметров. Одними из основных среди них являются пластичность бронзы, твердость и прочность. Варьировать первые две характеристики позволяет изменение концентрации олова. Так, его доля в составе бронзы связана прямой зависимостью с твердостью и обратной с пластичностью.

Наибольшее влияние на твердость и прочность оказывает концентрация бериллия. Некоторые содержащие его марки бронзы превосходят по второму параметру стали. Для придания пластичности бериллиевый сплав подвергают закалке. При этом основное значение имеют не количественные показатели содержания веществ, а выраженность создаваемых ими свойств. То есть, при одинаковом количестве двух различных элементов, один из них может изменять характеристики материала в значительно большей степени, чем другой.

Что касается структуры, она определяет вмещающую способность материала по отношению к элементам. Это можно рассмотреть на примере олова. Так, однофазная структура содержит до 6 - 8% данного элемента. При превышении его количеством предела растворимости, составляющего 15%, формируется вторая фаза твердого раствора. Это влияет на баланс твердости и эластичности. Так, однофазные варианты более эластичны, в то время как двухфазная бронза тверже, но хрупкая. Это определяет дальнейшую обработку: материалы первого типа подходят для ковки, а двухфазные сплавы - для литья.

Далее в качестве примера рассмотрены основные характеристики литьевой оловянной бронзы. Ее плотность определяется содержанием олова и при его доле 8 - 4% составляет 8,6 - 9,1 кг/см 3 . Температура плавления равна в зависимости от состава 880 - 1060°С. Теплопроводность данного материала - 0,098 - 0,2 кал/(см*с*С). Это небольшое значение. Электропроводность составляет 0,087 - 0,176 мкОм*м, что также немного. Интенсивность коррозии в морской воде равна 0,04 мм/год, на воздухе - 0,002 мм/год. То есть такая бронза обладает высокой устойчивостью к ней.

Обработка

Существует еще одна классификация бронзы, основанная на технологии обработки, применяемой при производстве из нее каких-либо изделий. В соответствии с этим выделяют два типа сплавов:

литейные;
деформируемые.

Литейные бронзы служат для создания отливок сложной конфигурации (деталей различных устройств и т. д.), так как деформируются только в расплавленном состоянии, в то время как деформируемую бронзу обрабатывают способами ковки, прокатывания, резания, производя металлопрокат в виде проволоки, ленты, труб, плит, втулок, прутков. Кроме того, бронза подходит для пайки и сварки.

Дополнительная обработка

Для декоративного эффекта и в защитных целях возможно нанесение на поверхность бронзовых изделий лака, хрома, позолоты, никеля.

Кроме того, для рассматриваемого материала существует специфический способ обработки поверхности, называемый искусственным патинированием. Он основан на процессе естественного старения бронзы, состоящем в формировании пленки зелено-белого цвета карбонатного либо оксидного состава, называемой патиной, в результате воздействия воздуха и содержащихся в нем компонентов. Искусственное создание такого покрытия носит декоративный (придание винтажности) и защитный смысл.

Данную процедуру осуществляют путем нагрева после нанесения на поверхность серного состава. Существует и обратная технология, то есть удаление патины со старых бронзовых изделий.

Достоинства и недостатки

Бронза обладает множеством положительных качеств. Среди них:

разнообразие свойств и, следовательно, сфер применения;
возможность создания вариантов для различных способов обработки (литья либо деформирования) в зависимости от потребностей;
небольшая усадка (0,5 - 1,5%);
возможность многократной обработки без потери свойств, то есть бронзу можно перерабатывать;
высокие показатели устойчивости к химическому воздействию среды (воды, воздуха, кислот);
большая упругость многих вариантов.

Основным недостатком является высокая стоимость некоторых марок, например, оловянной бронзы. Виды другого состава, такие как алюминиевый сплав, значительно дешевле. Таким образом, стоимость рассматриваемых материалов в значительной степени определяется входящими в их состав легирующими элементами.

Применение

Оловянный материал с 2% олова подходит для ковки при нормальной температуре ввиду высокой пластичности. Варианты с его концентрацией 15% характеризуются твердостью и прочностью. Такая бронза имела обширную область применения в древности. Предметы из нее были обнаружены при археологических раскопках. Она служила для производства посуды, оружия, денег, статуй, зеркал, украшений. Однако наиболее известно применение бронзы данного состава для изготовления колоколов, в связи с чем оловянную бронзу до сих пор называют колокольной.

Закаленную бронзу, содержащую бериллий применяют для производства пружин, мембран и рессор.

Для изготовления изделий, эксплуатирующихся в особо неблагоприятных условиях (высокой влажности, химически активных средах и т. д.), используют бронзу, обогащенную алюминием. Она обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью.

В качестве материала для подвергающихся фрикционным и ударным нагрузкам деталей (подшипников и т. д.) подходит свинцовая бронза.

Алюминиево-никелевая бронза особо актуальна для деталей, постоянно находящихся в соленой воде, ввиду высокой коррозионной устойчивости. Это относительно новый материал, который применяют для производства элементов шельфовых нефтяных платформ.

Детали из бронзы

Кроме того, большинство марок бронзы отличается отсутствием магнитности и малой усадкой. Ввиду этого они подходят для производства электротехнических изделий, а также декоративных предметов.

Также многие варианты сплава имеют низкую теплопроводность, вследствие чего их применяют для производства ванн, умывальников, сантехнических деталей.

Наконец, большая часть бронзовых сплавов характеризуется плохой электропроводностью. Одним из исключений является серебряный сплав, близкий по данному параметру к меди.

Помимо названных сфер, бронзу используют в машино-, судо-, авиастроении, для изготовления агрегатов подвижных узлов благодаря износостойкости, химических приборов и трубопроводов ввиду химической устойчивости.

Маркировка

В настоящее время встречается множество марок бронзы. Они отличаются составом, определяющим параметры и сферу применения. Для удобства на основе этого была создана система маркировки, включающая буквенные и цифровые символы. Так, легирующие добавки обозначают буквами, первыми в названии представляющих их химических элементов. Цифры означают содержание компонентов сплава в долях процента. При этом данные обозначения не содержат данных о количестве меди. Данное значение высчитывают как разность между общим составом бронзы и количеством легирующих добавок.

Маркировка бронзы позволяет легко определить требуемую для конкретной задачи марку. Для этого достаточно воспользоваться специальными таблицами. Они содержат данные о составе, параметрах сплава и сферах его применения.

Стремительное развитие металлургии требует от нас изучения характеристик разных металлов и их сплавов, и в этой статье будут подробно рассмотрены свойства бронзы и ее применение. Кроме того, скажем пару слов об ее видах и, конечно же, особенностях каждого из них.

1

У этого сплава длинная и интересная история, ведь в честь него даже назвали один из веков – бронзовый, и свою популярность он не утратил вплоть до наших времен. Бытует мнение, что само слово произошло от итальянского созвучного "bronzo", а последнее имеет персидские корни. Итак, это сплав меди с иными металлами, в основном оловом, причем их весовое соотношение может быть различным. В зависимости от процентного содержания того либо иного элемента получается различный цвет бронзы – начиная от красного (при большом содержании меди) и заканчивая стальным серым (в этом случае в сплаве не более 35% Cu).

Однако сочетание не всех металлов с медью называется бронзой. Так, например, если легирующим элементом выступает цинк, то полученный сплав желто-золотистого цвета будет носить название латунь. А вот если сплавлять Ni и Cu, образуется мельхиор, из которого чеканят монеты. Этот материал красивого серебристого цвета, который сохраняет внешний вид очень долго. Но в этом разделе остановимся на видах именно бронзы. Как уже было сказано в основном это сочетание меди с оловом, такие варианты называются оловянными. Это один из первых видов, который был освоен человеком.

Самое большое содержание олова достигает 33%, тогда материал имеет красивый белый, немного серебристый цвет. Далее же содержание этого элемента снижается. Меняется, конечно, и цвет, палитра тут довольно разнообразная – от красного до желтого. Твердость такой бронзы превышает показатель для чистой меди, кроме того, она имеет лучшие прочностные характеристики, при этом являясь более легкоплавким материалом. В этом случае олово выступает первым легирующим элементом, кроме него в сплаве могут присутствовать еще и мышьяк, свинец, цинк, но это вовсе не обязательно.

Также существует и еще ряд сплавов меди с иными металлами (алюминием, железом, кремнием, свинцом и т. д.), но уже без участия Sn. Они также имеют ряд достоинств, причем по некоторым параметрам им даже уступают оловянные бронзы, еще большим разнообразием характеризуется их палитра. Поэтому работа по созданию цветных сплавов сродни творчеству. Рассмотрим в следующем пункте более подробно свойства различных материалов, которые мы можем получить из меди с применение добавок.

2

Итак, не только цвет меняется из-за добавок. В случае с оловянными бронзами технические характеристики напрямую зависят от весового содержания главного и дополнительных легирующих элементов. Так, например, при 5% Sn пластичность сплава начинает падать, а если количество олова достигнет 20%, то резко ухудшаются и механические свойства материала, и он становится более хрупким, снижается твердость. Вообще, бронзы, в состав которых входит более 6 весовых процентов Sn, используются в литейном производстве, для ковочных же и прокатных работ они непригодны.

Если же добавить в сплав до 10% по весу цинка, то он практически не произведет никакого влияния на механические свойства оловянной бронзы, только лишь несколько удешевит ее. Чтобы улучшить обрабатываемость материала в него вводят до 5% свинца, благодаря включениям которого облегчается стружколомание. Ну а фосфор выступает в качестве раскислителя, и если в сплаве содержится более одного процента этого элемента, то такие бронзы часто называют фосфористыми.

Сравнивая оловосодержащие бронзы со сплавами, в состав которых не входит Sn, то первые значительно выигрывают по величине усадки, она у них минимальная, зато вторые имеют иные преимущества . Так, механические свойства алюминиевой бронзы значительно превосходят характеристики оловянной, кроме того, она имеет еще и большую химическую стойкость. Кремнецинковая же более жидкотекучая, а бериллиевая наделена высокими показателями упругости, на таком же уровне находится и ее твердость.

Для сфер, где применяются бронзы, особенно важна теплопроводность. Мы привыкли, что этот показатель для металлов довольно высокий. Но особенность всех сплавов в том, что, как правило, теплопроводность при введении добавок падает. Не стала исключением и обсуждаемая нами разновидность сплавов. Всем хорошо известно, насколько высока теплопроводность чистой меди, часто это даже становится причиной ограничений в ее использовании. А вот для бронз все совсем по-другому, это качество проявляет себя значительно меньше. Даже по сравнению с похожим теплопроводность бронзы в большинстве случаев заметно ниже. Исключением являются лишь низколегированные сплавы меди, естественно, они приближаются по этому показателю к чистому металлу.

Низкая теплопроводность становится причиной затрудненного отвода тепла, поэтому бронзы не используются в узлах трения, в качестве электродов для сварки или других механизмах, где устранять перегрев нужно максимально быстро.

3

Бронза широко используется в разных промышленных областях, причем и применение ее весьма различно. Так, например, литые оловосодержащие сплавы с высокой стойкостью против истирания являются прекрасным антифрикционным составом, и их используют в качестве подшипниковых материалов. Благодаря же великолепной стойкости бронзы вполне целесообразно делать арматуру и , твердость и механические показатели которых будут довольно высокие.

Также стоит отметить бериллиевые бронзы, отличающиеся прекрасной свариваемостью, химической стойкостью, поддающиеся обработке режущим инструментом. Все эти свойства делают данный материал пригодным для изготовления ответственных элементов, таких, как мембраны, пружины, пружинящие контакты и т. д. Так как теплопроводность большинства бронз невелика, то детали, сделанные из такого материала, легко свариваются.

Чтобы определить состав сплава, достаточно посмотреть на его маркировку, которая состоит из набора цифр и букв. Так, первым в обозначении всегда идет сочетание букв "Бр". Далее следуют обозначения веса легирующих добавок в процентном содержании, причем сначала буквенные символы, а за ними уже численные значения, разделенные дефисом в соответствующем порядке. Стоит отметить, что в бронзах не указывается количество меди.

Маркировка необходима не только чтобы узнать состав сплава и его характеристики (твердость, теплопроводность и другие), с ее помощью определяют и удельный вес любого вида бронзы. Для этого придется воспользоваться специализированными справочниками, если же марка сплава неизвестна, тогда следует сделать химический анализ. К слову, удельный вес этого сплава используется еще и при подготовке каких-либо работ. Если углубиться в формулу, то видно, что это отношение массы заготовки к ее объему. Следовательно, узнав из таблицы удельный вес любого типа этого "цветастого" сплава, мы можем оценить, какой объем будет иметь деталь определенной массы, или, наоборот, сколько будет весить брусок заданного объема.