УДК621.357 Тихонов Александр Алексеевич доц., к.т.н. Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

УДК621.357
Тихонов Александр Алексеевич
доц., к.т.н.
Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
г. Великий Новгород
ХИМИКО-ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
РАСТЕНИЙ И НАСЕКОМЫХ
THE CHEMICALLY- GALVANIC METALLIZATION OF
PLANTS AND INSECTS
Первоначально была опробована металлизации насекомых и растений
по способу металлизации биологических объектов предложенных в работе
[1], а также использовалась технология химико-гальванической
металлизации пластмасс, включающая такие операции как сенсибилизация
и активация [2,3]. Однако этими известными способами оказалось
невозможно
осуществить
металлизацию
плохо
смачивающихся
поверхностей целого ряда насекомых и растений, а те насекомые и
растения, которые удалось металлизировать, очень часто имели
непокрытые участки. Неудовлетворительные результаты, по-видимому,
обусловлены плохой смачиваемостью металлизируемых поверхностей или
попаданием
из
растений
веществ,
тормозящих
протекание
автокаталитической реакции образования покрытия. В связи с этим в
технологию металлизации были включены две дополнительные операции,
а именно: повышение смачиваемости металлизируемых поверхностей и
лакирование. При металлизации растений и насекомых возникала
проблема с нанесением лака. Так при лакировании майского жука лак с
панциря и головы скатывался, и сплошное лаковое покрытие не удалось
получить. Поэтому для повышения смачиваемости поверхности была
опробована обработка в этиловом спирте, но положительных результатов
такая обработка не дала. Лучшие результаты по повышению
смачивоемости получены при использовании сенсибилизирующего
раствор следующего состава: олова (II) хлорид - 4 г/л, соляная кислота 50мл/л. Время выдержки в растворе от 5 до 15 минут, в зависимости от
вида обрабатываемого насекомого или растения. Была выполнена работа
по подбору хорошо металлизирующегося лака. В качестве модели взяли
стеклянную, обезжиренную венской известью пластину, на которую
нанесли следующие лаки: акриловый, полиуритан-алкидный, алкидноуритановый, пентафталевый, нитроцеллюлозный, акрил-фисташковый.
После сушки лаковых покрытий выполняли сенсибилизацию, затем
гидролиз в дистиллированной воде.
89
Химическое серебрение моделей производилась
следующего состава, г/л:
Серебро азотнокислое……………………..……… 2
Аммиака 25% водный раствор……………..……. 10
Калия едкого 10% водный раствор………….….… 18
в
растворе
На 1 л раствора применяли 70 мл восстановителя, г/л:
Сахар рафинад……………………………………... 100
Серной кислоты 10% раствор………………….… 10
Йода 5% спиртовой раствор………………….….. 2
Для
приготовления
раствора
восстановителя
в
кипящей
дистиллированной воде растворяли сахар, кипятили 2–3 мин., добавляли
серную кислоту, кипятили 10–15 мин., добавляли раствор йода и кипятили
до обесцвечивания раствора.
Серебрение производили при температуре 21°С, в течение 40 мин. На
стеклянных и покрытых акриловым лаком участках модели сразу началась
заметная реакция. Через 2 мин. на стекле сформировалась зеркальная, но
еще прозрачная пленка. Через 8 мин. на стекле образовалась плотная
серебряная зеркальная пленка, акрилатный участок стал черным, почти
непрозрачным. Через 12 мин. возникли чёрные покрытия на лаках
полиуритан-алкидном, алкидно-уритановом, акрил-фисташковом, а на
акрилатном участке появился блеск. Реакция продолжалась 40 мин. По
окончанию опыта были сделаны следующие наблюдения: лаки
пентафталевый и нитроцеллюлозный не только не покрывались серебром,
но и препятствуют металлизации стекла на расстоянии около 2 мм вокруг
себя; лучше других металлизировался акрилатный лак, который в
дальнейшем использовался для металлизации. Так, с применением
акрилового лака была выполнена металлизация мха – кладонии оленьей,
мха исландского (цетрарии), мимозы, розы, листьев ивы, туи западной,
магонии падуболистной вечнозелёной, гипсофилы изящной, жуков и т. п.
Качество металлизации зависело от подготовки поверхности, вида модели,
количества
выполненных
химических
серебрений.
Результаты
исследований представлены в табл. 1 и 2.
Из полученных результатов по химическому серебрению насекомых и
растений видно, если не выполнять операцию повышения смачиваемости,
то на металлизируемых поверхностях формируются чёрные не сплошные
покрытия.
Перед серебрением растений простой формы (листья ивы) или
имеющих относительно не высокую пористость (туя) достаточно
выполнить одно лакирование. Нанесение лака выполнялось окунанием,
кистью или распылением в зависимости от формы модели. Для насекомых
и растений с повышенною пористостью или имеющих очень сложную
90
форму необходимо выполнять повторное лакирование. Повторное
химическое серебрение увеличивает толщину серебреного слоя, но в ряде
случаев вызывает образование поверхностного оксидного слоя.
Увеличение толщины серебряного покрытия можно выполнять
гальваническим методом.
Таблица 1
Результаты химического серебрения насекомых
Вид модели
лака
Повышение
смачиваемости
Майский жук
Майский жук
Майский жук
Майский жук
–
–
–
–
Майский жук
+
Майский жук
+
Майский жук
+
Кол- Кол-во
Вид покрытия
во
серебреслоёв
ний
0
1
Чёрное не сплошное
0
3
Чёрное не сплошное
1
1
Чёрное не сплошное
2
3
Чёрное не сплошное
с серебряными
включениями
2
1
Неравномерное
серебряное
2
2
Серебряное
равномерное
2
3
Серебряное с
включениями
оксидной плёнки
Для этой цели применялся железистосинеродистый электролит
состоящий из азотнокислого серебра 10г/л, железистосинеродистого калия
50г/л и кальцинированной соды 50 г/л. Гальваническое серебрение в этом
электролите выполнялось при комнатной температуре с постепенным
увеличением катодной плотности тока от 0,05 до 0,2А/дм2. Можно также
осуществить блестящее серебрение из электролитов предложенных Буркат
Г.К.[4] Металлизацию насекомых и растений можно осуществить по
технологии тонкостенной металлизации. В качестве примера можно
привести технологию тонкостенной металлизации веточки туи: сушка
растения, повышение смачиваемости поверхности – 6 мин., лакирование –
5 мин., сушка лака – 24 ч., сенсибилизация – 5 мин., гидролиз – 2 мин.,
химическое серебрение – 40 мин., промывка в ванне улавливания – 1 мин.,
промывка в дистиллированной воде – 1 мин., гальваническое серебрение –
15 мин., промывка в ванне улавливания – 1 мин., сушка – 30 мин.
Полученные серебряные покрытия формировались мелкозернистыми,
ровными, гладкими, как правило, сплошными, без видимых дефектов.
Такие покрытия сохраняют форму и фактуру растений и насекомых,
однако, металлизированные таким способом растения и насекомые были
хрупкими и имели низкую прочность. Их дальнейшее использование в
91
художественных изделий возможно только в условиях отсутствия на них
внешнего механического воздействия или в ёмкостях, полых рамках с
гелем, глицерином или водой для декорирования осветительных приборов,
письменных принадлежностей, часов, фоторамок и т.д. Тонкостенную
металлизацию можно использовать для создания школьного гербария.
Таблица 2
Результаты химического серебрения растений
Вид модели лака Повышение Кол- Кол-во
Вид покрытия
смачиваево
серебремости
слоёв
ний
лака
Мох кладония
–
0
1
Чёрное оксидное
Мох кладония
+
1
1
Серебряное с
включениями оксидной
плёнки
Мох кладония
+
2
1
Неравномерное
серебряное
Мох кладония
+
2
2
Серебряное
равномерное
Мох исландский
–
0
1
Чёрное оксидное
Мох исландский
+
1
1
Серебряное тонкое
Мох исландский
+
2
1
Серебряное тонкое
Мох исландский
+
2
2
Серебряное с оксидами
Листья магонии
–
0
1
Чёрное оксидное
Листья магонии
+
1
1
Серебряное с
непокрытыми
участками на стебле
Листья магонии
+
2
1
Серебряное
равномерное
Мимоза
+
1
1
Серебряное не
сплошное
Мимоза
+
2
1
Серебряное сплошное
Туя
+
1
1
Серебряное сплошное
Соцветия туи
+
1
1
Серебряное сплошное
Листья ивы
+
1
1
Серебряное тонкое
Гипсофила
+
1
1
Серебряное сплошное
Цветок розы
+
1
1
Серебряное с оксидами
Цветок розы
+
2
1
Серебряное
неравномерное
Более прочные металлизированные растения и насекомые можно
получить по технологии толстостенной металлизации. Упрочнение
92
достигалось за счёт введения промежуточного медного слоя и общего
увеличения толщины покрытий до 200 мкм. Гальваническое меднение
выполнялась в пирофосфатном электролите следующего состава, г/л:
cульфат меди 30, натрия пирофосфат 170, натрия гидрофосфат 100. Режим
осаждения: рН8,5; температура 17÷25°С; катодная плотность тока
0,5А/дм². При этом необходимо учитывать, что с увеличением толщины
покрытия происходит некоторая потеря фактуры. Толстостенную
металлизацию следует применять для моделей имеющих относительно
крупные размеры, выразительную форму и ярко выраженную либо почти
полностью отсутствующую фактуру. Такие металлизированные растения и
насекомые могут найти применение в ювелирных изделиях и в других
художественных изделиях. Толстостенная металлизация растений и
насекомых состоит из следующих технологических операций:
1. Сушка растений и насекомых
2. Повышение смачиваемости поверхности
3. Лакирование поверхности
4. Сушка лакового покрытия
5. Сенсибилизация
6. Гидролиз
7. Химическое серебрение
8. Промывка в дистиллированной воде
9. Гальваническое меднение
10. Промывка в дистиллированной воде
11. Предварительное серебрение
12. Гальваническое серебрение
13. Промывка в ванне улавливания
14. Промывка в воде
15. Сушка изделия
16. Контроль качества
Таким образом, разработаны технологические процессы тонкостенной
и толстостенной металлизации растений и насекомых. Удалось
осуществить металлизацию плохо смачивающихся поверхностей,
повысить качество металлизации насекомых и растений. Результаты
работы могут найти применение для металлизации и других
диэлектрических материалов.
Литература
1. Патент SU 1704611, А 01 №3/00, 07.01.1992
2. Вансовская К.М. Металлические покрытия, нанесенные
химическим способом. /Ред. П.М. Вячеславова – Л.: Машиностроение,
Ленингр. отделение, 1985. – 186 с.
3. Шалкаускас М., Вашкялис А. Химическая металлизация пластмасс.
– Л.: Химия, 1985. – 144с.
93
4. Буркат Г.К. Электроосаждение благородных металлов. – СПб.:
Политехника, 2009. – 188с.
Аннотация
Разработаны
технологические
процессы
тонкостенной
и
толстостенной химико-гальванической металлизации растений и
насекомых включающие операции серебрения и меднения. Удалось
осуществить металлизацию плохо смачивающихся поверхностей,
существенно повысить качество металлизации насекомых и растений за
счёт введения дополнительных операций: повышения смачиваемости и
лакирования. Результаты работы могут найти применение для
металлизации и других диэлектрических материалов.
Проблема качественной металлизации хрупких тонкостенных
диэлектрических материалов весьма актуальна.
Результаты исследований по данной теме могут найти применение в
микроэлектронной промышленности, а также при изготовлении
художественных изделий путём металлизации растений и насекомых.
Are developed the technological processes of the thin-walled and thickwalled chemically- galvanic metallization of plants and insects the including
operations silver platings and copper plating. It was possible to carry out
metallization of the badly wet surfaces, it is essential to increase the quality of
the metallization of insects and plants due to the introduction of the additional
operations: increase in the wettability and varnishing. The results of work can
find a use for the metallization and other dielectric materials. The problem of
the qualitative metallization of brittle thin-walled dielectric materials is
extremely urgent. The results of studies on this theme can find a use in the
microelectronic industry, and also with the manufacture of artistic articles by the
way of the metallization of plants and insects.
Ключевые слова
химико-гальваническая
металлизация,
растения,
насекомые,
химическое
серебрение,
серебряные
покрытия,
лак,
раствор,
гальваническое меднение, смачиваемость, поверхность, технологический
процесс, художественные изделия.
The keywords: chemical galvanic metallization, plants, insects, сhemical
silvering, silver coverings, varnish, solution, galvanic copper, wettability,
surface, technological process, art products.
94