Часть 1
В поисках современного рецепта
Как уже говорилось, традиционно при изготовлении черни используются четыре элемента: серебро, медь, свинец и сера. Увеличение содержания серебра повышает ценность черни, немного снижает температуру плавления и осветляет цвет. Увеличение содержания меди повышает температуру плавления и делает чернь более черной. Увеличение содержания свинца значительно снижает температуру плавления. Введение серы в расплав превращает его в сульфид металла, в результате чего он становится черным.
Понижение температуры плавления черни имеет решающее значение. Без снижения температуры плавления сплава, состоящего только из серебра и меди, его применение становится затруднительным, а сульфиды начинают разрушаться.
В попытках найти замену свинцу были изучены другие элементы, соседствующие с ним в периодической таблице Менделеева, на предмет их пригодности. Для выбора было три основных критерия: низкая температура плавления, температура кипения выше температуры плавления сплава серебро/медь и низкая токсичность. В качестве замены свинца были протестированы следующие металлы (рис. 2):
Галлий
Галлий (Ga) занимает 31-е место в периодической таблице Менделеева. Он находится между цинком и германием, алюминием и индием. Его температура плавления составляет 30ºC, а температура кипения 2400ºC. Галлий нетоксичен. Он находится в жидком состоянии при комнатной температуре, поэтому обращаться с ним и завешивать может быть сложно. Галлий относительно прост в получении и имеет более высокую стоимость по сравнению с другими альтернативными металлами.
Галлий очень быстро дискредитировал себя в качестве заменителя свинца. Несмотря на многократное нанесение серы, чернь так и не почернела.
Индий
Индий (In) занимает 49-е место в периодической таблице Менделеева. Он находится между кадмием и оловом, галлием и таллием. Его температура плавления составляет 156ºC, а температура кипения 2072ºC. Индий слегка токсичен при попадании в кровоток. Он не всасывается через кожу и плохо усваивается при приеме внутрь или вдыхании. Это очень пластичный металл, с которым очень легко работать в мастерской. Его можно легко разрезать ножом или ножницами. Индий легко получить и он имеет более высокую стоимость по сравнению с другими альтернативными металлами.
Индий не снизил температуру плавления черни настолько, чтобы быть приемлемой альтернативой. Он плохо течет, пока температура не превысит 500ºC. В результате существует высокий риск разрушения сульфидов. Сам по себе индий непригоден в качестве альтернативы для применения в черни.
Олово
Олово (Sn) занимает 50-е место в периодической таблице Менделеева. Оно находится между индием и сурьмой, германием и свинцом. Его температура плавления составляет 232ºC, а температура кипения 2602ºC. Олово не представляет опасности для здоровья. Оно очень пластичное, и если его приобрести в виде листа, его легко разрезать ножницами. Олово очень легко достать и оно относительно недорогое.
Олово зарекомендовало себя как лучшая протестированная альтернатива. Оно хорошо растекается, начиная с температуры 230ºC, и легко заполняет как большие, так и маленькие участки рисунка. Цвет темный и однородный. В приведенном ниже разделе, посвященном приготовлению черни, будет использоваться рецепт на основе олова.
Свинец
Свинец (Pb) занимает 82-е место в периодической таблице Менделеева. Он находится между таллием и висмутом, оловом и флеровием. Его температура плавления составляет 327ºC, а температура кипения 1749ºC. Свинец действительно представляет долгосрочный риск для здоровья. Основной риск воздействия заключается в вдыхании и приеме внутрь. Воздействие происходит постепенно, и симптомы часто не проявляются до тех пор, пока не произойдет значительное накопление. Из-за опасности воздействия свинцу необходима замена.
Висмут
Висмут (Bi) занимает 83-е место в периодической таблице Менделеева. Он находится между свинцом и полонием, сурьмой и московием. Его температура плавления составляет 271ºC, а температура кипения 1564ºC. Висмут обладает низкой токсичностью, и поскольку у него много общих физических свойств со свинцом, он стал распространенной заменой свинца. Висмут используется в некоторых косметических средствах и медицине, и он не представляет существенного риска для использования в мастерской. Он часто встречается в кристаллической форме и очень хрупкий. Его легче всего разбить на более мелкие кусочки при завешивании. Висмут легко получить и он относительно недорогой.
Из четырех приведенных выше вариантов чернь на основе висмута имеет самую низкую температуру. Она течет при 200ºC и наиболее близка по текучести и наполняемости к традиционной черни на основе свинца. Во время тестирования не удалось добиться однородного цвета. Серебро будет выпадать в осадок из сплава, образуя большие участки металла серебристого цвета там, где он должен быть черным. При дальнейших экспериментах, возможно и удастся добиться приемлемого применения чернил на основе висмута.
Изготовление черни
Мэннинг (7:3:0:5)
Рецепт, представленный в этой статье, был выбран с намерением снизить долгосрочные риски для здоровья мастеров, работающих с чернью. Хотя исключение свинца из сплава устранило наиболее значительный риск для здоровья, для безопасной работы с чернью по-прежнему требуются важные шаги.
При приготовлении черни следует соблюдать все обычные меры предосторожности при работе с горелками, высокой температурой и расплавленным металлом. Наиболее важным фактором безопасности по сравнению с обычными процедурами легирования является диоксид серы, образующийся при сжигании серы в воздухе. Диоксид серы легко вступает в реакцию с влагой слизистых оболочек и образует сернистую кислоту, являющуюся сильным раздражителем. Незначительное воздействие приведет к сужению дыхательных путей, кашлю, чиханию и раздражению глаз. Более сильное воздействие приведет к бронхоспазмам, что приведет к закупорке дыхательных путей и сильному раздражению глаз.
Диоксид серы тяжелее воздуха и будет скапливается в низинах помещений. При приготовлении черни важна хорошая вентиляция. Если в мастерской невозможно обеспечить достаточную вентиляцию, рекомендуется готовить на открытом воздухе. Наряду с достаточной вентиляцией, во время приготовления следует надевать респиратор, закрывающий все лицо. Информация о том, как соорудить эффективный вытяжной шкаф для приготовления черни, есть в превосходной статье Уита Слеммонса под названием "Руководство по вентиляции в мастерской".
Также следует соблюдать осторожность при опиливании, шлифовке и полировке черни. Пыль может представлять опасность для здоровья независимо от токсичности металлов. Пыль и частицы черни также могут загрязнять другие изделия. Возможно появление питтинга на изделиях во время высокотемпературных операций, таких как пайка деталей, загрязненных частицами черни. Следует соблюдать осторожность, чтобы избежать перекрестного загрязнения при других работах.
Все рецепты готовятся практически одинаково, требуют аналогичного оборудования и мер предосторожности. Серебро и медь сначала сплавляются вместе. Добавляют третий металл и дают ему перемешаться. Затем расплав заливают в серу. На этом этапе чернь можно отлить в стержень для удобства использования.
Ниже приведен список инструментов и материалов, необходимых для работы с чернью.
• Респиратор с маской на все лицо • Вытяжной шкаф
• Фильтр P100 для респиратора • Сера
• Два тигля • Медь
• Графитовая палочка для размешивания • Серебро
• Олово • Изложница для проволоки
• Весы • Бура
• Горелка • Стальная ложка
• Стальной уголок • Форма для изготовления слитков
Хороший вытяжной шкаф является обязательным требованием для приготовления черни в мастерской. Вытяжной шкаф должен отводить воздух из помещения, и необходимо соблюдать осторожность при выборе места отвода газов из вытяжки. Обязательно проверьте работу вытяжки, прежде чем приступать к сжиганию серы, поскольку пары, образующиеся в результате этого процесса, будут содержать большое количество диоксида серы. Чернь также можно готовить на открытом воздухе, в ветреную погоду (обязательно работайте вдали от посторонних лиц, которые ничего не знают и/или не защищены).
Независимо от того, где это делается, все в мастерской или на прилегающей территории должны носить соответствующий респиратор, закрывающий лицо. Респиратор, закрывающий половину лица, не подходит для этой работы, поскольку он не защитит глаза от диоксида серы. Респиратор должен подходить по размеру и должен быть оснащен картриджем P100. Если вы не уверены в том, какой респиратор или картридж у вас есть в настоящее время, проконсультируйтесь с поставщиком средств безопасности. Там вам смогут предоставить подходящие средства для защиты от диоксида серы.
Наденьте одежду, которую вы готовы выбросить. Запах горящей серы является агрессивным, и вы должны быть готовы выбросить одежду, которая на вас надета. Обращайте внимание на пыль, образующуюся при опиливании, шлифовке и полировке черни, поскольку она также может загрязнять одежду. Также пыль может вызвать проблемы при выполнении других работ в мастерской.
Сера должна быть в порошкообразной форме. Нет необходимости использовать химически чистую серу. Садовые центры являются хорошим источником серы, которая продается как средство от слизняков и обычно имеет 92% чистоту. Несмотря на некоторые исторические источники, в которых говорится о конкретных количествах серы, трудно рекомендовать точное количество. Цель состоит в том, чтобы насытить сплав серой. Чем больше серы, тем лучше, и с опытом вы поймете, с каким количеством нужно работать за раз.
Серебро должно быть чистым или не содержать ничего, кроме меди. Если это сплав, такой как стерлинговое серебро или монетное серебро с известным содержанием меди, учитывайте содержание меди при взвешивании всех металлов. Серебро следует нарезать мелкими кусочками или использовать в виде гранул, чтобы оно быстрее плавилось.
Медь должна быть чистой. Разумным источником является неиспользованная медная водопроводная трубка. Несмотря на то, что в ней часто содержится очень небольшое количество раскислителя, не было обнаружено, чтобы это влияло на качество получаемой черни. Однако трубы, взятые из существующей водопроводной системы, могут быть быть загрязнены припоем, поэтому работать с такой медью нельзя. Также можно использовать электрический провод, однако удаление изоляции может быть утомительным. Как и в случае с серебром, медь следует нарезать небольшими кусочками или использовать в виде гранул.
Чистое олово можно приобрести в нескольких формах. Проще всего использовать листовое олово — лист толщиной 1 мм можно легко разрезать ножницами.
Важна подготовка. Перед началом работы разложите все необходимое так, чтобы оно было под рукой (рис. 3). Взвесьте все металлы и храните их отдельно. Для приготовления черни на основе олова используйте рецепт из 7 частей серебра, 3 частей меди, 5 частей олова. Разумно готовить по 20 граммов черни за раз. Для сортировки каждого из металлов подойдут одноразовые бумажные стаканчики.
Подготовьте два тигля - обожгите и офлюсуйте бурой. Тигель для сплавления металлов нужно нагреть до добавления металлов. Тигель с серой не следует предварительно нагревать. Насыпьте в серный тигель ложку серы.
Стальной уголок должен быть длиной не менее 50 см и наклонен под небольшим углом. Вы будете наливать в него расплавленную чернь и делать из нее длинный стержень. Он должен быть удобно расположен и устойчив, когда у вас в руках будет горелка и тигель с расплавленной чернью. Покройте уголок, тонким слоем масла и обожгите, чтобы образовался слой сажи. До заливки черни уголок предварительно нагревать не нужно.
Когда все будет разложено и готово, начинайте плавить серебро на слабом огне. Когда серебро станет жидким, медленно добавьте медь. По мере необходимости помешивайте сплав, чтобы убедиться, что все расплавилось и перемешалось. Когда сплав серебро/медь станет жидким, медленно добавьте олово. Важно убедиться, что олово расплавилось и хорошо перемешалось с металлом в тигле, прежде чем заливать его в серу. Повращайте расплавленный металл в тигле, чтобы убедиться, что он полностью расплавлен и однороден. С этого момента важна температура, так как высокие температуры могут повредить сульфиды, которые вы создадите на следующем этапе. Перегрев черни также может привести к выпадению серебра из сплава.
Когда вы убедитесь, что сплав перемешался, перелейте его в тигель с серой. Перемешайте смесь и периодически нагревайте, пока вся сера не впитается или не выгорит. Подносите горелку короткими импульсами, чтобы чернь оставалась расплавленной. Пока сера выгорает, на расплавленной черни может образоваться небольшое количество золы. Не нагревайте смесь до такой степени, чтобы зола впиталась в чернь. Вместо этого удалите золу графитовым стержнем. Как только сера впитается или выгорит, медленно вылейте ее в уголок, чтобы получился длинный неравномерный стержень. Стержень должен быть одинакового цвета по всей длине и должен быть хрупким. Если в стержне есть серебряная сердцевина, вы перегрели чернь или она набрала недостаточно серы. Чернь не может впитать слишком много серы. Расплавьте стержень и перелейте его в другой тигель с серой. Вылейте новый стержень в уголок и проверьте, чтобы он был однородным. Повторяйте до тех пор, пока у вас не получится однородный стержень из черной черни.
Когда вы будете удовлетворены полученным чернью, сформируйте из нее стерженьки, чтобы ее было проще наносить. Для изготовления таких стерженьков хорошо подойдет простая изложница для проволоки. Такими палочками из черни можно работать сразу или можно заготовить впрок. Будьте осторожны, чтобы не перегреть чернь при отливке стерженьков. Изложницу для проволоки, в которую вы будете заливать чернь лучше не использовать для чего других целей, чтобы в последующем избежать загрязнения драгоценных металлов.
Нанесение черни
Использование черни в изделии требует планирования и подготовки, аналогичных тем, что предшествуют нанесению эмали. Перед нанесением черни необходимо завершить всю пайку. При температуре пайки чернь снова потечет, а высокая температура приведет к повреждению сульфидов. Кроме этого при температуре пайки наличие черни приведет к появлению питтинга на золоте и серебре. Даже для особо легкого припоя требуется слишком высокая температура, чтобы ее можно было применять на изделии, на которое уже была нанесена чернь. Для ремонта детали после нанесения черни можно применять только лазерную или диффузионную сварку. Все работы по закрепке камней следует отложить до тех пор, пока вы не нанесете и не ошлифуете чернь.
Перед нанесением черни следует выполнить базовую отделку. Перед нанесением рекомендуется обработать поверхность наждачной бумагой зернистостью не менее 800. Лучше всего, если область, на которую наносится чернила, плоская или выпуклая и к ней легко добраться с помощью напильников и шлифовальных палочек. Перед нанесением черни также необходимо выполнить все работы по приданию формы. Нельзя нанести чернь на плоский кусок металла, а затем пытаться придать ему форму.
Чернь непрозрачна, если ее толщина превышает 0,05 мм. Ее можно наносить на глубокие или не очень глубокие выемки или на гравировку. Будьте осторожны при нанесении черни в не очень глубокие выемки, так как при шлифовке можно легко повредить соседние детали и, возможно, нарушить рисунок. Рекомендуется делать выемки глубиной 0,5 мм.
Если для защиты заготовки-основы требуется флюс, используйте смесь спирта и борной кислоты. Нанесите смесь на заготовку перед нанесением черни. Нагревайте изделие, пока флюс не станет жидким. Теперь температура заготовки превышает температуру плавления черни. Теперь чернь можно наносить палочкой, смещая флюс и наплавляя вместо него чернь. В зависимости от размера заготовки может потребоваться дополнительный нагрев, чтобы изделие оставалось достаточно горячим для расплавления черни. Избегайте прямого воздействия тепла на чернь.
Если для защиты изделия флюс не требуется, нагрейте изделие и оно само расплавит чернь. Еще раз, избегайте прямого воздействия тепла на чернь.
Область под чернь должна быть заполнена "с горкой". Поверхность черни часто повреждается, и заполнение углублений с верхом позволит в последующем ее опилить и выровнять. При необходимости используйте иглу для припоя, чтобы протянуть чернь во все участки рисунка и предотвратить образование воздушных карманов. В частности, обратите внимание на углы и области с мелкими деталями.
При плоском опиливании может потребоваться повторное нанесение, чтобы заполнить воздушные пузырьки или участки, в которые затекло недостаточное количество черни. Медленно нагревайте изделие и следите за расплавлением уже нанесенной черни. При помощи иглы для припоя распределите чернь по всем воздушным карманам, и нанесите небольшое количество свежей черни, чтобы выровнять поверхность.
С практикой большинство изделий можно заполнить чернью за один или два нанесения. Будьте осторожны при повторном нагреве заготовки. Легко проявить нетерпение и повредить чернь при слишком сильном нагреве.
После нанесения чернь можно подвергать сверлению, чтобы механически закреплять оправы для камней или другие детали. Для скрепления деталей так же можно использовать герметики Loctite®. Низкотемпературный и среднетемпературный герметик Loctite® обеспечивает полупостоянное скрепление и его можно убрать при нагревании ниже температуры, при которой плавится чернь.
Финишная обработка черни
При чистовой обработке черни возникает несколько сложностей. Первая проблема - загрязнение. Любые инструменты (в частности, напильники, наждачная бумага, шлифовальные круги и т.д.) должны быть использованы только для работы с чернью. После того как инструмент поработал с чернью, не используйте его на изделии, не предназначенном для нанесения черни. Кроме того, не работайте этими инструменты на изделии, пока не начнете наносить чернь. Из-за содержания в ней олова, если во время пайки на вашу заготовку попадет небольшая частица, высокие температуры приведут к сплавлению олова с изделием и образованию пятен. При чистовой обработке черни так же необходимо соблюдать осторожность. Ее достаточно сложно опиливать, шлифовать и полировать; однако чернь все равно мягче серебра или золота, из которого выполнено изделие (рис. 4).
Начинайте с работы напильниками и шабером и переходите к наждачной бумаге с зернистостью 220 в зависимости от ваших напильников. Обрабатывайте поверхность наждачной бумагой с зернистостью 400, 800, 1200, 1500 и 2000. Обязательно используйте шлифовальную палочку, между ней и наждачкой можно добавить слой толстой кожи, чтобы не повредить трехмерный рисунок на изделии. Избегайте удаления слишком большого количества черни в одном месте, поскольку такими агрессивными действиями можно легко повредить рисунок. Как только станет просматриваться серебро или золото основы, переключитесь на менее агрессивные методы снятия черни.
Чернь достаточно твердая, чтобы ее можно было полировать; однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы не использовать агрессивный состав и не обрабатывать одно место слишком долго. Очень важно, чтобы перед полировкой все царапины были удалены шлифованием. Чернь снимается быстрее, чем серебро основы, поэтому прикосновения должны быть легкими. Большую часть работ по полировке следует выполнять шкуркой. Полировка - это только последний штрих. Нет необходимости полировать после применения триполи.
Чернь ценна, поэтому опилки можно собирать и переплавлять. Возможно, в них добавится немного основного металла; однако в общем объеме это не будет иметь значения. Рекомендуется переплавлять свои опилки с большей массой черни, чтобы избежать проблем.
Заключение
Современные ювелиры недооценивают применение черни. Немного поэкспериментировав, в сочетании с 3D-печатью, механической обработкой с ЧПУ и современной гравировкой можно обнаружить огромный потенциал и вдохнуть новую жизнь в эту античную технику. С чернью на основе олова можно безопасно работать, предоставлять своим клиентам безопасный продукт и создавать уникальные работы.