Создаём фигурку Йозефа из Машинариума

Здравствуйте, Stopgameры! Решил пыхнуть стариной и выкатить простынку текста. Сей дилетантский опус посвящается домашнему гальваническому меднению, с подробной инструкцией что, да и как делать. При желании любой из вас может повторить данные действия, однако помните о технике безопасности! Возможно поражение электрическим током и получение химических ожогов! (При соблюдении ТБ риск минимален, но, если что, вы работаете на свой страх и риск, я не несу никакой ответственности за ваш идиотизм, только за свой. Если вам нет 18 лет, то не делайте это самостоятельно, привлеките родителей, братьев, сестер или еще кого-нибудь взрослого.

Итак, приступим, но для начала немного предыстории (читать не обязательно):

Несмотря на то, что я дипломированный химик, гальваникой я увлёкся всего 4 месяца назад, проштудировав много уроков из различных ЖЖшников, мастеров-ювелиров, ютуберов-фриков, да пару книжек для радиолюбителей и собственно гальваников. Я далеко не бог-гальваники, не отец-гуру, шифу-наставник и последняя надежда электрохимии государства Российского, но тем не менее, мне удалось освоить стабильный процесс меднения диэлектриков, в частности пластмассы. Учитывая, что домашняя 3D-печать сейчас стала довольно доступной (если захотеть любой может купить 3D-принтер или собрать его самостоятельно, если нет, то можно обратиться в конторки, которые тебе качественно напечатают что угодно), меднение пластика позволяет создавать интересные и необычные хэндмейд изделия, украшения, фигурки и т.д… И вот недолго подумав, я решил сделать омеднённую модель Йозефа из игры «Машинариум».

Первым делом нужно было раздобыть модель. Моделировать я не умею, поэтому обратился к известному сайту www.thingiverse.com, в котором хранится большое количество 3D-моделей. Мне повезло, Йозеф там есть.

Однако, модель оказалась крайне неустойчивой. Пришлось нечеловеческими усилиями смоделировать постамент, получилось довольно аутентично.

Следующим шагом была распечатка 3D-модель. Это не так уж и просто, поскольку домашняя 3D-печать состоит на 90% из настройки принтера и 10% самой печати. У меня дешевый китайский 3D-принтер, качество печати не самое хорошее, как и сам принтер. 2 часа он истошно кряхтел, пока не выдавил Йозефа из ПЛА-пластика.

Голова имела множество дефектов, пришлось обрабатывать в течении двух часов напильником.

Некоторые шероховатости были оставлены для аутентичности (на самом деле от лени), он же старый изношенный робот! После проводил протирку растворителем и по совместительству клеем для пластика – дихлорэтаном для придания большой ровности поверхности. Сама жидкость очень ядовитая, лучше использовать дихлорметан, он не только не токсичен, но и еще приятно пахнет (надеюсь, мой внутренний токсикоман не спалился). Дихлорэтан можно купить в небольшом количестве в магазинах радиоэлектроники. Дихлорметан, если вы не из Московии или Ленинграда, придётся выписывать по интернету, как правило в большом количестве – 1-5 л, а это довольно много, учитывая небольшой расход этих растворителей (не больше 5 мл на одно изделие). В любом случае, работать с этими веществами нужно в хорошо проветриваемом помещении.

Вот так выглядел Йозеф до обработки:

А таким стал после:

Следующий шаг — подготовка к гальваническому омеднению Йозефа.

Немножко теории (кому до лампочки, могут не читать, тут 90% Википедии, пересказанной совсем простыми словами):

Нанесение гальванических покрытий происходит за счёт электролиза. Электролиз – это явление, которое протекает под действием электрического тока в растворах солей (электролитах) между катодом (отрицательно заряженный электрод) и анодом (положительно заряженный электрод). Электрический ток восстанавливает металлы из солей, которые оседают катоде.

Масса металла, выделяющегося на электроде, пропорциональна силе тока, пропущенного через раствор солей (электролита). Это называется законом Фарадея, выражается по формуле:

Если простыми словами, чем больше дал тока и/или чем больше времени затратил на проведение процесса, тем больше металла осядет на электроде.

Конечное качество гальванического покрытия (осажденный металл из электролита на катоде) зависит:

1) От площади электродов: площадь анодов желательно не должна быть больше, чем в 2 раза, чем площадь катода. Иначе будет получаться рыхлый слой меди.

2) От состава электролита: в зависимости от наличия определенных добавок, гальваническое покрытие может быть матовым, блестящим, иметь разные оттенки. Например, блескообразователи добавляют блеск гальваническим покрытиям.

3) От силы тока и напряжения. Если сразу дать большой ток, то на катоде образуется рыхлый осадок, который легко стряхивается с электрода. Поэтому ток нужно увеличивать постепенно, до определенного интервала. Если подать слишком большой ток, возможен электрический пробой электродов. Если у вашего источника питания нет защиты, он может сгореть.

Из теории следует, что Йозеф должен выступать в роли катода (отрицательного электрода). Йозефа мы напечатали из ПЛА-пластика, который не проводит электрический ток. Значит, мы должны нанести на поверхность модели электропроводное покрытие. В литературе по гальванике рекомендуют использовать соли палладия, серебра. Обычному смертному добыть необходимые для этого реактивы очень трудно и дорого. Воспользуемся альтернативой – графитовым аэрозолем. Графит неплохо проводит электрический ток, а данный аэрозоль имеет хорошую адгезию (то есть хорошо прилипает) к различным материалам.

За Уралом графитовый аэрозоль раздобыть непросто. По новым законам, все горючие вещества в России транспортируют наземным транспортом. Мне пришлось ждать 2 месяца, пока не доставили аэрозоль. Стоит он 1200-1800 рублей за 200 мл. Расход относительно не большой, половины бутылки хватает на 5-6 полноценных фигурок размером с Йозефа. Если гальванизировать листочки, ракушки и всякую другую мелочёвку, то одного аэрозоля хватит на 50-70 изделий.

Перед покраской графитом, модель необходимо обезжирить. Покраску ввести в проветриваемом помещении, надев намордник (респиратор, марлю, противогаз, скафандр). Для лучшей проводимости я рекомендую нанести минимум 2 слоя графита. После нужно обмотать небольшой участок Йозефа медной проволокой.

Организация гальванической ванны. Прежде всего нужна ёмкость из диэлектрика (стекла, пластика, керамики). Я купил обычные контейнеры для еды. Аноды сделал из медного листа. Перед использованием, листы надо очистить от оксидной плёнки, например, шкуркой. После обезжирить и опустить в ванную. Электрод зафиксировал с помощью толстого медного провода. ПОМНИТЕ ПРО ТЕХНИКУ БЕЗОПАСНОСТИ.

Следующий шаг — приготовление самого электролита. Существует огромное множество различных рецептов меднения. Я выбрал максимально дешевый, с доступными реагентами.

И так состав на 1 л дистиллированной воды:

200 г медного купороса;
2. 140 мл сернокислого электролита.

Опционально, если хотите получить зеркальный блеск нужно добавить:

0,01 до 0,08 г тиомочевины;
2. 0,03 до 0,08 г унитиола;

3. 0.05 г соли поваренной.

Либо:

Желатин 2-4 гранулы;
2. Спирт этиловый 1,5 мл (3,75 мл водки).

Где все это купить?

Спирт этиловый можно раздобыть через знакомых медиков, химиков, упереть с работы? Если нет возможности его достать, пойдёт обычная водка.

Тиомочевина стоит 200 руб. за кг в интернет-магазинах. Индивидуальным предпринимателем быть не нужно, как и иметь какие-либо разрешения на покупку.

Поваренную соль можно купить в любом супермаркете. Покупать нужно не йодированную! Желательно мелкую.

Медный купорос в хозяйственных или садовых магазинах (от 20 до 50 р. за 100 г.).

Унитиол в аптеках, стоит примерно 500 рублей. Это антидот при отравлениях мышьяком.

Сернокислый электролит в автомагазинах, правда бывает не во всех. Там же продаётся дистиллированная вода рублей по 20 за литр. Можно использовать водопроводную воду, однако примеси могут непредсказуемым образом повлиять на качество гальванического покрытия.

Процесс смешивания проводите в марлевой повязке и защитных перчатках. Отмеряйте реагенты с помощью мерных колб или ювелирных весов (стоят 200-500 р.). Медный купорос продаётся в пакетиках по 50 и 100 грамм. Можете просто высыпать их и сделать перевод по остальным реагентам через пропорции.

Соли сыпьте по чуть-чуть, помешивая пластиковой ложкой. Сернокислый электролит лейте медленно в воду, но не наоборот! Когда серная кислота вступает в реакцию с водой, происходит сильный разогрев раствора. Если прилить воду в кислоту, она может закипеть и брызнуть вам в лицо. Если раствор сильно разогрелся, перестаньте лить кислоту до тех пор, пока раствор не остынет.

Все процессы проводите в хорошо проветриваемом помещении. Если пролили кислоту, её можно загасить обычной содой. Электролит меднения после использования тоже следует загасить содой, только затем сливать в канализацию.

Источник питания. На ютубе есть ролики, где рассказывают, как сделать источник питания из обычного телефонного зарядника. Источник питания также можно купить в магазинах радиотоваров, заказать на алиэкспрессе, купить с рук на авито или других сервисах. У меня старый, советский, лабораторный. Отлично стабилизирует напряжение или ток, в зависимости от режима работы. А еще я не забываю протехнику безопасности!

Меднение. Погружаем модель в электролит, она может всплыть при малой плотности. Важно зафиксировать её так, чтобы не двигалась, и уж тем более не касалась медных пластин. Дальше подключаем «минус» источника питания к проводу модели, «плюс» на медные пластины. Рекомендуется использовать две медные пластины, по обе стороны от модели. Тогда будет происходить равномерное омеднение с двух сторон.

При процессе меднения рекомендуется поддерживать определенную плотность тока в зависимости от площади поверхности гальванизируемого изделия. Для конкретного меднения Йозефа не более 0,35 А при 2,5 В.

Вначале мы делаем малый ток: 0,1 А при 0,5-0,8 В. Через 15-30 минут наращиваем до 0,2 А и 1,2-1,5 В. Час спустя до 0,3 А и 1,5-1,9 В. Когда пройдёт ещё один час, поднимаем до максимального значения 0,35 А и 2,5 В.

Ток и напряжение можно измерять и контролировать специальными вольтамперметрами или обычным мультиметром. Я использую 2 таких. Главное их правильно подключить.

Дальше процесс идёт сам по себе. Вы должны понимать, что при электролизе выделяется водород. Вероятность того, что жахнет — небольшая, но лучше проводить процесс в проветриваемом помещении или вытяжном шкафу. С полным соблюдением техники безопасности и под надзором собственным, либо взрослых, если вам не исполнилось 18. Оставлять ванну без присмотра не рекомендуется. С помощью ардуино можно собрать модуль автоматического управления и аварийного отключения, необходимые инструкции есть в интернете. Стоить будет от 600 рублей.

Процесс меднения проводится до нужной толщины покрытия. Вот так выглядит платформа спустя 6 часов меднения:

Йозефа я меднил 12 часов. После отключил источник питания, вытащил модель и промыл в дистиллированной воде с содой. Сода нужна для нейтрализации остатков серной кислоты.

Суммарно было затрачено 20 часов меднения.

К сожалению, я не использовал соду, в результате Йозеф «забухал» аки Бендер.

Сначала я подумал, что причиной такого эффекта стали кошки. Дело в том, что Йозеф временно находился в нише, где расположен кошачий туалет. А кошек у меня три, и все они прекрасно пьют и кушают. С соответствующим результатом. Но после оказалось, что дело не в кошачьих меркаптанах и сероводороде, а в серной кислоте, что осталась в порах пластика. Она постепенно выходила наружу и окисляла медь.

Данный дефект я исправил с помощью раствора соды и уксуса. Смешивал примерно 1 к 1. Сильно воняет уксусом, но что поделать. С помощью зубной щётки и салфетки стёр «щетину».

Полировка. Полировал войлочной насадкой к дремелю. К сожалению, хорошего медного блеска добиться не вышло. У меня тогда не было электролитов для зеркального блеска. К слову, лучше всего их использовать для электрохимической полировки уже омедненных изделий, поскольку данная поверхность имеет более худшие прочностные характеристики.

Для справки. Зеркальный блеск возникает за счёт ингибирования скорости осаждения меди на аноде. Образуются маленькие кристаллики меди, которые и придают блескучести материалу.

Патинирование. Итак, настала финальная стадия, нам необходимо состарить Йозефа! Патинировать будем с помощью аммиака и серы. Аммиак я купил в аптеке, за 30 мл за 50, серу в зоомагазине (кормовая сера) – 2 г за 40 рублей. В строительных и садовых магазинах продают серные шашки 300 гр за 50 рублей и поллитра аммиака примерно за столько же.

После приготавливается состав: на 10 мл 1-3 грамма серы. Это наливается в банку. В банку подвешивается модель, а сверху накрывается пакетом. Пары сероводорода и аммиака, начинают реагировать с медной поверхностью, как результат она темнее, сереет, синеет и что только с ней не происходит. Цвет зависит от времени удерживания модели в парах. Если проводить процесс несколько десятков — секунд поверхность станет сероватой, если пару минут – синей.

Почувствуйте разницу!

После патинировки, Йозеф прошёл ещё одну процедуру полировки, а затем был покрыт прозрачным лаком, для защиты от дальнейшего окисления поверхности.

Получился вот такой робот. Его себестоимость составила 150 рублей (не учитывая труд человека). Как вам?

ВСЕ ПРОЦЕДУРЫ НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ПРОВОДИТЬ ДЕТЯМ МЛАДШЕ 18 ЛЕТ БЕЗ ПРИСУТСТВИЯ ВЗРОСЛЫХ. ОБЯЗАТЕЛЬНО СОБЛЮДАЙТЕ ТЕХНИКУ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ВЕЩЕСТВАМИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ. И любите науку и манулов. Наука и манулы — это классно.