Термин "грануляция" означает процесс, при котором к поверхности металла припаивается или приваривается множество крошечных сфер такими мелкими швами, что это практически невидимо невооружённому глазу. В результате получается эффект узора зёрен, наложенных на поверхность. Грануляция была известна многим культурам древности, но, возможно, достигла своего расцвета в 600-500 годах до нашей эры благодаря этрусским ювелирам. Практически все работы, дошедшие до нас из древности, выполнены из высокопробного золота преимущественно жёлтого цвета. Один из традиционных методов, применяемых при работе с высокопрочным и сплавами заключается в следующем: зона контакта гранулы с поверхностью основы ничтожно мала. В процессе нагрева и протекающих при этом химических реакциях образуется локализованный сплав с более низкой температурой плавления, который и является сварным швом.
В своих опытах я разработал подобный метод для работы стерлинговым серебром. Пайка стерлингового серебра не нуждается в применении припоя, но всецело зависит от физико-химических свойств самого сплава. При образовании на поверхности гранул обогащенного слоя серебра возникает разница в температурах плавления, именно это позволяет контролировать процесс пайки. Грануляция по большей части дело практики, чем теоретических знаний. Никакое количество прочитанной литературы не заменит тех наблюдений и выводов, которые вы сделаете, экспериментируя.
Инструменты, оборудование и материалы
Большинство инструментов и материалов, необходимых для этого процесса, входят в стандартный набор инструментов ювелирной мастерской. Вальцы и муфельная печь помогут сэкономить время, но их наличие необязательно.
- горелка для пайки с наконечниками №1 (или 1А) и №3
- угольный блок для пайки
- флюс для пайки
- ножницы
- пинцет с тонкими губками (часовой)
- кисточки из собольего меха (000 и 00)
- отбел (сернокислый раствор или Спарекс)
- латунная щётка
- термостойкая посуда и форма для пирога
- необязательно: муфельная печь, графитовый тигель, перчатки и клещи
- неглубокая посуда или большая ложка
- сито и контейнеры для хранения гранул
Изготовление зерни
Гранулы изготавливаются из серебряной фольги толщиной от 0,16 до 0,255 мм. Если имеются вальцы, фольгу можно сделать из небольших кусочков чистого (без припоя) листового стерлингового серебра, постепенно сводя валы до тех пор, пока они не полностью не сомкнутся. Несколько прогонов через вальцы позволят получить фольгу необходимой толщины. Если до изготовление фольги листовое серебро уже подвергалась отжигу, последующего отжига не требуется. Поскольку фольга в процессе обработки будет измельчена, трещины по краям не представляют проблемы. Если вальцев нет, купите как можно более тонкую фольгу или прокуйте листовое серебро на чистой наковальне. Более толстой фольгой также можно работать, её просто труднее измельчать.
Хорошо очистите фольгу, затем порежьте её на крошечные партинки точно таким же образом, как если бы вы резали листовой припой. Кусочки фольги должны быть размером около 1,5 квадратных миллиметров, если используется фольга толщиной до 0,16 мм. Так как нельзя нарезать идеально ровных партинок, то и гранулы получатся несколько различных размеров.
Примите меры предосторожности, чтобы партинки не падали на пол. Если требуется большое количество зерни, зажмите одну ручку ножниц в тисках, как показано на рисунке. Под тиски подложите большой лист бумаги, чтобы на него падали кусочки фольги. Когда получено необходимое количество партинок (а их понадобится большое количество - не экономьте), их можно будет расплавить в сферические гранулы (зернинки). Это можно выполнить либо в муфельной печи, либо при помощи горелки на специально подготовленном угольном блоке.
Сплавление в муфельной печи
Нагрейте муфельную печь до 1040 градусов Цельсия и дайте ей полностью прогреться. Пока прогревается печь, приготовьте количество пыли из древесного угля, достаточное для того чтобы наполнить имеющийся у вас графитовый тигель. Её можно приготовить, сточив напильником или измельчив старые угольные блоки для пайки. Работайте грубым напильником над куском ткани или заверните уголь в пакет из плотной бумаги и измельчите его деревянным молотком. В целях экономии угольных блоков для пайки, используйте старые блоки или древесный уголь для барбекю. Лучше всего этим заниматься на улице - процесс может оказаться очень грязным.
На дно тигля насыпьте слой пыли толщиной 7 мм, поверх него набросайте небольшое количество серебряных партинок. Партинки должны быть распределены как можно более равномерно, поскольку те, которые будут соприкасаться, в результате сплавятся между собой. Чередуйте слои пыли и партинок до тех пор, пока до края не останется 6 мм, последний слой - угольная пыль. На тигель положите несколько отрезков железной проволоки (например, крючок от плечиков) и накройте его неглазурованной керамической плиткой или листом из огнеупорного кирпича.
Когда температура в печи достигнет 1040 градусов Цельсия, при помощи клещей осторожно поставьте в нее закрытый тигель. Конечно, необходимо надеть защитные рукавицы, чтобы избежать ожогов. Наполненный тигель нужно перемещать очень осторожно, чтобы избежать оседания партинок. Если это произойдет, в результате на дне окажется кусок металла вместо множества крошечных зернинок.
Как только печь нагреется до необходимой температуры, тигель нужно выдерживать в печи в течение 15 минут. Вообще, время, необходимое для того, чтобы партинки полностью расплавились, будет зависеть от количества металла и от размеров и толщины стенок самого тигля. Через 15 минут выньте тигель из печи и зачерпните ложкой верхний слой, Если партинки верхнего слоя полностью расплавились и превратились в сферические гранулы, вероятнее всего, что то же самое произошло с партинками нижнего слоя, Если процесс плавления не завершен, тигель нужно снова накрыть и поместить в печь на некоторое время. Проверяйте течение процесса каждые 10 минут до тех пор, пока все партинки не превратятся в гранулы.
По завершению плавки выньте тигель из печи и высыпьте уголь с гранулами с высоты 25-30 см в чашку из термостойкого стекла с водой (высота воды должна быть не менее 7 см). Эта операция может быть проделана, когда содержимое тигля станет тускло-красного цвета. Сам тигель быстро охлаждать нельзя. Поместите и чашку с содержимым под тонкую струю воды, при этом вся угольная пыль и пепел смоются водой. После этого воду аккуратно отфильтровывают, оставляя россыпь идеально ровных гранул. Переложите гранулы в другую чашку из термостойкого стекла, наполненную отбелом. Зернинки должны оставаться в отбеле до тех пор, пока их поверхность не станет ровного белого матового цвета. Этот процесс можно ускорить, если раствор подогреть, но не доводить до кипения.
Когда гранулы протравятся, остудите отбел и тщательно промойте зернинки, чтобы удалить все остатки кислоты. Аккуратно слейте воду из чашки, поместите гранулы в ложку и осторожно подогрейте ее снизу на медленном огне. Нагревать нужна только для того, чтобы выпарить оставшуюся влагу. Когда зернинки высохнут и начнут свободно кататься по дну ложки, погасите огонь и оставьте их остывать. Теперь гранулы готовы к дальнейшему использованию. Если гранулы нуждаются в сортировке, сделайте это сразу и разложите гранулы разного размера по отдельным контейнерам.
Метод "свободного падения"
Для второго способа изготовления зерни требуется только угольный блок и горелка, чтобы сплавить металл. Несмотря на то, что оборудования требуется меньше, этот процесс более трудоемкий, потому что за один раз можно изготовить лишь небольшое количество гранул. При использовании этого метода угольный блок нужно установить в специальную металлическую рамку-каркас, которая предотвратит скатывание зернинок в стороны.
Нарежьте серебряных партинок так, как было описано выше. Насыпьте их на угольный блок, который должен быть установлен под небольшим углом к поверхности открытой стороной вниз над чашкой из термостойкого стекла, наполненной водой, на высоте около 30 см. Горелкой с наконечником №1 или №2 расплавьте каждую партинку отдельно, начиная с нижнего края и постепенно поднимаясь вверх.
Превратившись в шарик, зернинка скатится в воду. Металлическая рамка не позволит гранулам скатиться в стороны и направит их в чашку с водой. Процедура повторяется до тех пор, пока вы не получите достаточное количество зерни. Затем гранулы отбеливаются, промываются и сушатся, как было описано ранее.
Подготовка поверхности
Основа или поверхность, куда будет напаиваться зернь, должна быть толщиной 0,5-0,8 мм. Более тонкие поверхности быстро перегреваются и могут расплавиться до того, как начнет припаиваться зернь. Небольшие диски диаметром 1,2-2,0 см, вырубленные при помощи вырубного штампа и сформированные в анке, идеально подходят для тренировки.
До посадки гранул основу необходимо как следует подготовить. Если грануляция производится на стерлинговом серебре, требуется слегка шероховатая основа. Для придания шероховатости (практически невидимой) пользуйтесь пастой high rouge, поскольку пемза и наждачная бумага делают поверхность более грубой. Основа должна выглядеть так, как если бы ее подвергли пескоструйной обработке. На основе не должно быть ни зазубрин, ни царапин, так как после напайки гранул удалить царапины практически невозможно.
После предварительной подготовки основу промывают в мыльном растворе, чтобы удалить остатки пасты, жиров и т.д., а затем обрабатывают раствором нашатырного спирта. При ополаскивании вода должна свободно стекать с поверхности. Если вода собирается в капли, процедуру очистки следует повторить. Чистой салфеткой вытрите поверхность насухо, удерживая изделие за края, чтобы не оставить на нем отпечатков пальцев. Поместите образец на угольный блок, установленный в форме для пирога, как показано на рисунке.
Укладка гранул
Для того чтобы перенести гранулы на основу, слегка смочите кисть №1 во флюсе и обмакните ее в контейнер с гранулами. Очень удобно сначала поместить небольшое количество зерни на основу, чтобы затем выкладывать ее по рисунку.
Начиная с одного края рисунка, укладывайте гранулы при помощи кисточки из собольего меха (000 или 00) и пинцета с тонкими губками. Если флюс быстро испаряется, добавьте кисточкой каплю дистиллированной воды. Добавлять флюс не следует, поскольку его излишек может привести к его кипению и смещению зерни в процессе напайки. Когда выкладка узора будет завершена, оставшуюся зернь бережно уберите как с основы, так и с угольного блока на дно формы (так их легче будет снова пускать в работу). Удалите излишек влаги сухой кисточкой, после чего дайте изделию полностью просохнуть (обычно это занимает около 15 минут).
Наплавка зерни
Разместите изделие на угольном блоке ближе к углу, чтобы иметь пространство для работы горелкой. Используя наконечник №3, отрегулируйте пламя горелки таким образом, чтобы игла пламени была слегка желтой (точно такая же температура используется для пайки). Удерживая головку горелки на высоте 5 сантиметров над рабочей поверхностью, плавно понижайте давление горючей смеси до тех пор, пока пламя не приобретет форму гриба 4-5 см в диаметре. Внутри отрегулированного таким образом факела создается восстановительная среда.
Медленно приближайте пламя к изделию, пристально отслеживая испарения флюса и любые сдвиги зерни. Работайте горелкой на уровне глаз, чтобы площадь обзора была максимальной. Если сдвигов нет, совершайте горелкой возвратно-поступательные движения, направленные перпендикулярно изделию. Пока все изделие не нагрелось до красного свечения, его необходимо держать внутри факела, чтобы избежать образования оксидной пленки. По мере достижения необходимой степени нагрева уберите пламя, чтобы обеспечить равномерное рассеивание тепла и предотвратить перегрев гранул.
При нагревании до красно-оранжевого цвета поверхность начнет запотевать и становиться блестящей, похожей на зеркало. В этот момент происходит процесс сплавления. Поскольку с виду похожий на ртуть ободок появляется только у основания гранулы и только на мгновение, очень важно расположить рабочую область на определенной высоте так, чтобы процесс сплавления хорошо просматривался.
Процесс сплавления проходит локализованно, поэтому изделие необходимо вращать и нагревать, пока процесс сплавления не пройдет по всему рисунку. Рекомендуется полностью отвести пламя, дать возможность изделию остыть до ярко-красного цвета, а затем переходить на новый участок. Если в этот момент поддерживать пламя, то возможно как частичное оплавление, так и разрушение всего изделия. Когда процесс завершен, проверьте качество соединения зерни с основой, аккуратно надавливая на зернинки пинцетом. Если качество удовлетворительное, выключите горелку, оставьте изделие остывать, а угольный блок промокните влажной грубой тканью. Изделие нельзя быстро охлаждать, поскольку струи пара могут сместить гранулы.
В этот момент гранулы и основа стали единым целым с гомогенной структурой. После отбеливания изделие можно паять, не опасаясь расплавления зерни. По сути, наблюдения говорят о том, что повторное нагревание улучшает качество связи зерни с основой.
Очистка и окончательная обработка
После остывания изделие отбеливается обычным способом - сернокислым раствором или Спарексом, ополаскивается раствором пищевой соды для нейтрализации кислоты, которая может оставаться в зазорах между гранулами, и промывается водой. Осторожно обработайте поверхность латунной щеткой, используя жидкое мыло и воду в качестве смазки. Это придаст гранулам определенный блеск. Если требуется более высокая степень полировки, после крацевания отшлифуйте поверхность пастой high rouge. Гранулированную поверхность ни в коем случае нельзя подвергать полировке на шлифовальном моторе. Даже используя пасту, гранулы легко стираются, становятся плоскими, тем самым они теряют сферическую целостность. Кроме этого, их можно зацепить и сорвать с поверхности.
Изделие с грануляцией оксидируется в растворе «серной печени», как и любой предмет из стерлингового серебра. Выступающие части узора можно осветлить при помощи пальца с небольшим количеством пемзы, или латунной щетки. Эффект светлой зерни на более темном фоне основы используется для подчеркивания рельефа.
Некоторые наиболее распространенные проблемы
Науглероживание зерни
При изготовлении зерни в муфельной печи поверхность гранул часто чернеет, что не всегда удается снять отбелом. Почерневшая поверхность является результатом науглероживания или поглощения углерода вследствие длительного нагревания партинок в наполненном угольной пылью тигле. Такое часто происходит, когда тигель помещают в холодную печь, а затем нагревают. Постепенное повышение температуры позволяет серебру соединяться с углеродом, в результате на поверхности серебра образуется слой металлического карбида, крайне стойкого к действию отбела. Чтобы избежать науглероживания, помещайте тигель в печь только после того, как она прогрелась до необходимой температуры. Выдерживать же тигель в печи нужно ровно столько времени, сколько требуется для сплавления партинок в гранулы.
Если же науглероживание все-таки произошло, гранулы необходимо повторно нагреть и погрузить в теплый сернокислый раствор до тех пор, пока их поверхность не станет матово-белой. Если гранулы просто поместить на длительное время в отбел, карбид не удалится, а металл покроется коррозионной пленкой вследствие контакта с кислотой. Для снятия углеродной пленки необходимо не менее 2-3 циклов нагревания - отбеливания. При этом гранулы нагреваются только до температуры 200-260°С. Небольшой лист бумаги, уложенный на дно сосуда, в котором нагревается зернь, служит отличным индикатором температуры. Когда бумага начнет становиться бурого цвета (233°С), гранулы нужно будет немедленно опустить в теплый отбел, в котором их необходимо выдерживать не более 2- минут перед повторным циклом.
Окисление
Образование оксидной пленки на поверхности основы в течение начальной стадии нагревания обычно служит показателем того, что пламя горелки не отрегулировано или неправильно охватывает поверхность, то есть не создается достаточная восстановительная атмосфера. В определенной степени окисление будет присутствовать, но обычно с этим легко справляется флюс. Когда же количество оксидной пленки превышает допустимый уровень, единственный вариант справиться с ней - заново отбелить основу и зернь и все начать сначала. Поскольку окисление препятствует образованию «ободков» в зоне контакта гранулы с основой, продолжать нагревание бессмысленно, а также потенциально опасно. Попытки ускорить сплавление зерни путем повышения температуры часто заканчиваются разрушением или оплавлением изделия.
Перегрев
Средства от перегрева не существует, единственное решение - четкий контроль над температурой. Если изделие продолжать нагревать после запотевания, очень быстро начнут проявляться признаки распада и, в итоге, изделие полностью расплавится. А это, в свою очередь, приведет к скрежету зубами и ругани.
Первая степень перегрева - деформация поверхности основы. Это хорошо заметно на выпуклых поверхностях, поскольку перегретые области изделия прогибаются и оседают. На плоских поверхностях, установленных на угольном блоке, эффект менее очевиден и проявляется в виде легкой деформации.
Следующая степень чрезмерного нагревания - воздействие на сами гранулы. Они становятся неспособными сохранять свою сферическую форму и начинают растекаться, образуя аморфные холмики на поверхности. Приблизительно в то же самое время края изделия начинают разрушаться, и изделие может полностью расплавиться. Временной интервал от момента запотевания поверхности и полного плавления занимает считанные секунды.
Образование пор, каверн и вздутий
При грануляции стерлингового серебра следует ожидать появления некоторых поверхностных дефектов. Они могут быть как незначительными, так и портящими внешний вид изделия. В большинстве случаев деформация поверхности происходит вследствие одного или нескольких факторов:
- общий или местный перегрев поверхности
- излишек флюса
- отпечатки пальцев или другое загрязнение поверхности
- чрезмерное количество оксидной пленки, которая образуется на начальной стадии нагревания
- пламя горелки находится в непосредственной близости от рабочей поверхности
Неполное сплавление
Даже при самом благоприятном стечении обстоятельств одна или несколько зернинок из всего узора могут не присоединиться к поверхности. Если это произошло, просто поместите изделие в отбел, очистите его, установите гранулы в нужное положение и снова нагрейте. Если ни одна гранула не присоединилась к основе, причину следует искать в избыточном окислении или низкой температуре горелки. Единственный выход - все начать заново.
Слабое или пористое соединение
Образование слабых, пористых «ободков», а также частичное присоединение зерни является следствием окисления или низкой температуры. Очень важно в процессе напаивания отчетливо проследить образование «ободков».
Проблемы с выкладкой узора
Одним из наиболее утомительных (и раздражающих) аспектов грануляции является выкладка узора зернью. Временами гранулы будут вести себя весьма своевольно. Гранулы могут скатываться и образовывать характерные фигуры: треугольники из трех зернинок и пирамиды из четырех. Если гранулы слишком сухие, их трудно сдвигать. Если они слишком влажные, последнее неосторожное движение может разрушить уже полностью выложенный узор. Неосторожное обращение с изделием после сушки также влечет полное исчезновение узора. Большинство из этих проблем преодолевается терпением и опытом. Делайте перерывы, чтобы расслабиться, и пользуйтесь глазными каплями для снятия напряжения.
https://vk.com/market-77423087?w=product-77423087_456104%2Fquery