Приложения к Атоммашу

Для более быстрого осаждения первоначального слоя меди полезно увеличить количество контактных проводников: от основного проводника сделать ответвления, концы которых прикрепить в разных местах, преимущественно в углублениях, где отложение меди идет в меньшем количестве. Модели из пластилина или гипса еще при изготовлении снабжаются проволочным стержнем, который служит подвеской и основным проводником. Односторонние модели из пластилина следует делать на плоском основании из тонкого изоляционного материала. Токопроводящий слой наносится не только на модель, но и. на примыкающие к ней участки основания в виде полей шириной 10 — 15 мм. На них закрепляются основной контактный проводник (он же подвеска) и все ответвления. После наращивания слоя меди и удаления пластилина поля обрезают.

Если нужно металлизировать не весь предмет, то части его, на которых металла быть не должно, закрывают слоем парафина или воска. Эти вещества растворяют в бензине и наносят кисточкой.

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ

Чтобы получить слой меди заданной толщины, нужно в цепи ванны установить определенный ток и знать время, в течение которого толщина меди достигнет желаемой величины. Для этого необходимо подсчитать площадь поверхности предмета. При сложной конфигурации поверхность разделяется на отдельные части, площади которых могут быть подсчитаны и суммированы.

Зная площадь поверхности, можно вычислить массу осажденной меди при заданной толщине слоя по формуле

М = (S * 0.9) * C

где М — масса меди в граммах, S — площадь в см2, C — толщина в мм.

Время, необходимое для отложения такого количества меди, и величина тока в ванне обратно зависимы: время сокращается, если увеличивать ток. Однако на практике ток нельзя увеличивать исходя только из желания ускорить процесс. Дело в том, что при повышении некоторого предела качество осадка меди ухудшается: появляются шероховатости, шишкообразные наросты, на углах и выступах образуется темный сыпучий осадок. При слишком малом токе процесс затягивается на долгое время, а в углубленных местах осадка меди может не быть вовсе. Для получения хороших результатов важно, чтобы ток имел определенную плотность, то есть величину, приходящуюся на единицу площади модели. В любительской практике плотность тока может быть от 0,5 до 1,5 ампера на кв. дециметр (А/дм2). Выбор плотности тока зависит от конфигурации модели и фактуры ее поверхности. Например, для плоских предметов, особенно если предполагается их последующая механическая обработка, можно взять верхний предел плотности. Для предметов с тонкими деталями, где важно получить гладкую поверхность, — нижний предел.

Величину тока, которую нужно установить реостатом в цепи ванны при выбранной плотности тока, определяют по формуле

I = D  S,

где I — ток в амперах, D — плотность тока в А/дм2, S — площадь поверхности в дм2.

Можно подсчитать и сколько времени займет металлизация М,

Т = M / (1,2  I)

где Т — время в часах, М — масса меди в граммах, I — ток в амперах.

Рабочую величину тока устанавливают только после окончания затяжки поверхности первоначальным слоем меди и уже с этого момента ведут отсчет времени.

Гальванопластическая медь из простого сернокислого электролита имеет розовый цвет, и этот цвет подходит далеко не ко всем изделиям. Поэтому нередко приходится предпринимать дальнейшую декоративную отделку омедненных предметов. Их поверхность можно серебрить, тонировать под бронзу или окрашивать химическим способом в иные цвета.

ОБОРУДОВАНИЕ ЛЮБИТЕЛЬСКОЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Жидкостный реостат. Электролит — 5-7% раствор кальцинированной или двууглекислой (питьевой) соды в воде. При испарении электролита доливают воду. Раствор соды заменяется один раз в месяц, а пластины очищаются от отложений.

Регулировка величины тока в ванне может осуществляться: изменением расстояния между пластинами А и Б (минимальное — 10 мм), изменением глубины погружения в электролит пластины А, изменением уровня электролита в емкости, изменением концентрации раствора. С повышением температуры электролита сопротивление реостата уменьшается и ток в ванне растет. Для стабилизации температуры следите за величиной тока, не допуская превышения его расчетной величины.

1 — уровень электролита,

2 — ограничитель,

3 — зажимной барашек,

4 — электроды из стали,

5 — "плюс" выпрямителя,

6 — к аноду ванны,

7 — изолирующие пластины,

8 — Стеклянный сосуд.

Электролитическая ванна. Анод. Катодная штанга. Ванной может служить прочный сосуд из стекла, оргстекла, винипласта прямоугольной формы емкостью 15-20 литров. Можно использовать стеклянный аквариум для рыб, но все его металлические

Анодная корзина — литая полоса свинца сечением 20 x 3 мм, согнутая в виде токолодводящеи рамки и помещенная в чехол, сшитый из синтетической или стеклянной ткани. Это насыпной анод, который позволяет использовать обрезки меди, куски медного провода, ненужные мелкие медные детали. Их насыпают во внутреннее пространство чехла. В течение гальванического процесса анод постепенно растворяется в электролите, поэтому анодную пластину через некоторое время следует заменить, а насыпной анод пополнить кусками меди.

части следует тщательно изолировать эпоксидной смолой. Под ванной неплохо иметь поддон, например, из фотокюветы.

Анодная корзина — литая полоса свинца сечением 20 x 3 мм, согнутая в виде токолодводящеи рамки и помещенная в чехол, сшитый из синтетической или стеклянной ткани. Это насыпной анод, который позволяет использовать обрезки меди, куски медного провода, ненужные мелкие медные детали. Их насыпают во внутреннее пространство чехла. В течение гальванического процесса анод постепенно растворяется в электролите, поэтому анодную пластину через некоторое время следует заменить, а насыпной анод пополнить кусками меди.

Особенностью гальванопластического процесса является относительно неравномерное осаждение металла на выступающих и углубленных местах металлизируемых предметов: на выступах толщина осадка больше. Эта неравномерность сглаживается с увеличением расстояния от анода до катода (катодом является металлизируемый предмет). Поэтому, чем выше рельеф поверхности предмета, тем дальше от анода следует его размещать. Полезно иметь несколько анодов, причем суммарная площадь их должна в 2-3 раза превышать площадь катода. Это также способствует получению равномерных по толщине осадков меди.

Катодная штанга — это приспособление, на котором подвешивается предмет и осуществляется его контакт с минусом источника постоянного тока. Конструкция этого узла может быть самой разной. При небольших предметах можно обойтись просто куском провода диаметром 0,5-1 мм.

Приготовление электролита. В гальванической установке происходит электролиз раствора сернокислой меди (медного купороса), в результате на катоде осаждается чистая медь. Простой электролит меднения состоит из 720 г сернокислой меди, 27 мл серной кислоты. И все доливается водой до 1 литра. Концентрация растворенного вещества выражается в граммах на один литр раствора, а не на литр воды, так как объем раствора будет больше объема взятой воды. Поэтому сначала берут 2/3 нормы воды, растворяют в ней расчетное количество соли меди. Раствор остужают и фильтруют. Затем осторожно, тонкой струей при помешивании приливают серную кислоту. Раствор сильно разогревается, и его следует охлаждать. Внимание! Нельзя лить воду в кислоту — кислота при этом разбрызгивается и может вызвать тяжелые ожоги кожи и глаз. В остывший электролит доливают воду до заданного объема.

Для электролита годится медный купорос и аккумуляторная кислота, продающиеся в магазинах хозтоваров. Приготовленный электролит заливают в ванну и отмечают на ее стенке верхний уровень жидкости. Дело в том, что за счет испарения воды происходит постепенная убыль электролита, которая восполняется доливкой воды до первоначального уровня. Количество сернокислой меди в электролите практически не меняется, а количество серной кислоты со временем снижается. Чтобы не допустить чрезмерного снижения кислотности, что плохо влияет на качество осадка меди, полезно измерить ареометром удельный вес (плотность) свежеприготовленного электролита и в дальнейшем при необходимости корректировать серной кислотой его состав до достижения исходной плотности. Ареометры для контроля автомобильных аккумуляторов имеются в продаже. С корректировкой электролит может работать в течение многих лет. Рабочая температура электролита 18 — 24?С. На 1 кв. дм металлизируемой поверхности должно быть 3-4 литра электролита. В процессе работы электролит загрязняется, и его следует возможно чаще фильтровать через плотную ткань, например, сукно.

Источник постоянного тока. Реостат. Для электропитания гальванической ванны можно использовать любой из имеющихся в продаже выпрямителей для зарядки автомобильных аккумуляторов: они дают ток до 4-7 ампер при напряжении 6 и 12 вольт и имеют встроенный амперметр. Выпрямитель можно собрать и самостоятельно.

По соображениям безопасности ток в 10 ампер является предельно допустимым для любительской гальванической установки. Для регулировки протекающего через ванну тока необходим реостат — проволочный, ламповый или жидкостный. Для любителей наиболее доступны два последних — их несложно сделать самим.

В ламповом реостате используется сопротивление нити накала осветительной лампы. Чем больше мощность лампы — тем меньше ее сопротивление. Лампы на 127 В имеют меньшее сопротивление, чем такие же на 220 В, например, 200-ваттные лампы имеют "холодное" сопротивление соответственно 6,5 и 17 Ом. При параллельном включении нескольких ламп общее сопротивление реостата будет уменьшаться, а протекающий через него ток возрастать. Вначале включают одну лампу, скажем, 100 Вт, и по амперметру наблюдают установившуюся величину тока. Затем, изменяя количество включенных ламп и их мощность, регулируют ток в ванне в соответствии с расчетом. Применять ламповый реостат целесообразно при токе, не превышающем 2,5 А.

Жидкостный реостат позволяет плавно регулировать ток. Одна из возможных конструкций показана на рисунке. При работе реостата выделяются горючие газы — кислород и водород, поэтому вблизи от работающего реостата нельзя пользоваться открытым огнем и курить. Нельзя вынимать электроды из раствора, не отключив ток. Рассчитывают реостат, исходя из приблизительной нормы: на один ампер тока должно быть не менее 0,5 литра раствора соды и 15-20 см2 погруженной в раствор площади каждого электрода.

Любой реостат должен по мощности соответствовать протекающему через него току. Сигналом о несоответствии служит чрезмерный нагрев (свыше 80 ?С). В этом случае в проволочном реостате следует увеличить диаметр проволоки, а в жидкостном увеличить объем раствора.

Перед включением гальванической установки в работу реостат должен быть установлен на максимальное сопротивление.

автор А. И. Брункин Контакт: brunkin@yandex.ru

Химическая пластификация древесины

Механизм взаимодействия древесины с аммиаком имеет химическую природу, на что указывает температурный коэффициент скорости взаимодействия, равный 2,0-2,2, тогда как в случае физической природы значение температурного коэффициента должно было колебаться около единицы. Можно предполагать, что основой химического процесса является разрыв связей между макромолекулами компонентов древесины. Активно действует щелочность раствора. Происходит также почти полное деацилирование гемицеллюлоз с образованием ацетата аммония. Часть гемицеллюлоз и часть лигнина переходит в раствор. Основные же потери в весе древесины (до 6-10 %) при обработке ее водным раствором аммиака образуются за счет отщепления ацильных групп. Небольшая часть лигнина конденсируется.

При воздействии на древесину жидкого аммиака последний проникает между макромолекулами компонентов клеточных стенок и разрывает водородные связи. После удаления аммиака идет создание новых, даже более сильных, водородных связей. При пластификации водным раствором аммиака или газообразным аммиаком в присутствии воды происходит изменение структуры клеточных стенок. Увеличение продолжительности обработки древесины приводит из-за разрыва поперечных связей к увеличению степени набухания клеточных стенок; количество воды, находящейся в максимально набухших клеточных стенках, возрастает с 30-38 % до 70-100 %; внутренняя поверхность увеличивается с 100-150 до 350-400 м2/г (П. П. Эриньш). Изменения в строении субмикроскопических капилляров в клеточных стенках указывают на расщепление элементов строения клеточных стенок на более мелкие единицы, в частности расщепление микро-фибрилл целлюлозы на элементарные фибриллы. Облегчается также возможность перемещения отдельных слоев и клеток относительно друг друга. При температуре выше 100 ?С в пластифицированной аммиаком древесине происходят реакции конденсации и полимеризации между макромолекулами компонентов древесины и внутри них. В результате прочность материала увеличивается. Все эти реакции, конечно, зависят от степени концентрации аммиака, длительности его воздействия, температуры и других факторов. С увеличением в растворе концентрации аммиака от 1 до 34 % (при температуре около 20 ?С) продолжительность процесса пластификации соответственно сокращается примерно в 13 раз; повышение давления в пропиточном цилиндре от 0 до 7,5 кгс/см2 сокращает время, необходимое для пластификации древесины газообразным аммиаком, в 11 раз. Еще большее ускорение процесса достигается при увеличении температуры пластификации. Экспериментально доказано, что при обработке древесины газообразным или растворенным в воде аммиаком с повышением температуры и давления его химическое воздействие на древесину настолько интенсифицируется, что становится возможным не только значительно сократить количество аммиака и продолжительность обработки, но и обрабатывать аммиаком сухую древесину, влажность которой соответствует равновесной влажности готовых изделий в условиях эксплуатации.

Пластификация древесины аммиаком значительно эффективнее пропаривания: такую древесину можно гнуть при меньших радиусах, при большей толщине шпона, при более массивных деталях. Ее можно освободить от воздействия нагрузки сразу после достижения желаемого изменения формы. Новую форму пластифицированная аммиаком древесина сохраняет даже после обработки водой при температуре 100 ?С (как известно, химически не обработанная прессованная древесина после ее выдержки в воде уже при комнатной температуре распрессовывается и приобретает первоначальные размеры и плотность).

Можно производить пластифицированную древесину из мягких лиственных древесных пород без уплотнения для лицевого покрытия паркетных досок и щитов, что вполне осуществимо, так как после химической обработки аммиаком и сушки плотность древесины березы увеличивается до 700— 800 кг/м3, а плотность осины — до 600-750 кг/м3. При этом значительно улучшаются декоративные свойства, а физико-механические показатели не уступают соответствующим показателям дуба. Срок службы паркета из пластифицированной древесины увеличивается в 2-3 раза, а себестоимость его уменьшается на 20-25 % по сравнению с паркетом из твердолиственных пород.