Введение в булат
6 постов
Век ржавчины
Когда я первый раз взял в руки металлодетектор, то был шокирован количеством находящегося в земле железа - ржавого железа, покрытого толстым слоем различного вида окислов.
Поднятая кем-то, когда-то из недр земли руда была восстановлена в железо, переплавлена в сталь и потом, попав обратно в землю, постепенно возвращается в свое первоначальное состояние – руду. Постепенно даже плотные окислы превратятся в рыхлые, растворятся в грунтовых водах и осядут где нибудь на лугу у реки в виде линзы «болотной руды» или лимонита.
Ручей с оседающими окислами железа.
Гемати́т — широко распространённый минерал железа Fe2O3, одна из главнейших железных руд. Синонимы: красный железняк, железный блеск (устар.). В переводе с греческого слово «гематит» означает «кроваво-красный».
Магнетит (устаревший синоним — магни́тный железня́к), одна из основных железных руд имеет упрощенную формулу Fe2O3 — широко распространённый минерал чёрного цвета из класса оксидов, природный оксид железа (III). (Формула сложнее и включает в себя и другие оксиды)
Ржавчина – гидратированный оксид железа (III) имеет ту же формулу - Fe2O3, если исключить из нее воду.
По сути, имеем круговорот железа в природе. Оно не накапливается как медь или серебро, оно появляется, чтобы вернуться обратно туда, где родилось.
В девятой руне финского эпоса "Калевала" читаем:
…Знаю сам начало стали
И рождение железа,
Воздух — мать всему на свете,
Старший брат — водой зовётся,
Младший брат воды — железо..
..В зыбких топях и болотах
И в потоках быстротечных,
На хребте болот обширных
И в обрывах гор высоких,
Где несут лебедки яйца,
Где сидят на яйцах гуси.
И в болоте, под водою,
Распростерлося железо…
И возможно, через 10 тысяч лет, когда начнется все сначала, и на смену нынешней цивилизации придет новая, эту руду добудет со дна реки первый рудознатец, дав начало новому «железному веку» или веку ржавчины.
«Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем». (Екклесиаст 1:9 — Еккл 1:9)
Может быть, кто-то покопавшись в бездонном омуте памяти прошлых жизней найдет и такую картинку.
«Летнее солнце уже прогрело воду. Поднявшись над изгрызенной ветрами синей кромкой далекого леса оно сушило росу, стирая оставленный босыми ногами голозадой ребятни, след из сбитых капель, вьющийся вдоль реки.
След обрывался у широкой заводи, с голым глинистым берегом, где кто-то из малышни, под присмотром еще крепкого деда, с визгами плескался в мутной воде, а кто-то с посиневшими губами, сидя на еще прохладном песке трясся от холода, обхватив руками острые коленки.
Ребята постарше с рассветом ушли со взрослыми: кто-то на луг косить траву; кто-то в лес готовить дрова, кто-то вообще заниматься уже серьезной работой – из приготовленных ольховых колод помогать выдалбливать лодки.
На этих лодках собранную со дна реки руду с холодами повезут на торжище.
Прошлой осенью рудознатцы в этом месте подрезали берег – прокопали длинную узкую канавку от небольшого ручья наискосок к реке. Весной талая вода превратила траншею в овраг, а в половодье весь подрезанный склон сполз в реку.
Вода унесла легкий грунт, оставив на дне реки куски железной руды. Эту руду сейчас с криками и толкотней и собирала ребятня, прощупывая дно ногами и тонкими шестами. Самой большой удачей было найти кусок в с конскую голову. Тогда нашедший становился героем чуть ли не до следующего сезона. Хотя такое случалось редко и относилось скорее к области легенд, чем к правде. Обычно куски добытой руды не превышали размера кулака взрослого человека.
Эта руда отличалась от более темной и плотной болотной – куски ее пористые и неровные. Но по весу стоила так же, как и та, что копали рудознатцы в шурфах. Поэтому такой ребячий промысел был неплохим довеском к скудному деревенскому бюджету».
Кусок руды, найденный в реке у размытого берега.
Мало что менялось в жизни деревне в течение веков. Лишь недавно новый технологический уклад повернул жизнь в сторону. Вот уже пару десятилетий мы живем в новой эпохе. Да, где-то еще сохранилась старая, словно схороненный под корягами нерастаявший в мае лед, когда вокруг уже бушует весна.
Еще выходят старики сажать в огороде картошку, хотя их дети забыли уже как это делается, а внуки и не знают. Кряхтят и копают землю, потому что въелась в подкорку боязнь голода – основного страха той эпохи. Сейчас производство продуктов ограничено возможностями потребления. Будут потреблять больше – нарастят выпуск. В разы, в десятки раз. Энергии хватит – ее сейчас просто сливают в окружающее пространство через майнинговые фермы, как раньше фермеры сливали в канавы молоко, чтобы не сбить цену. (Помню такой пример из учебника.) А если энергии не станет хватать по-настоящему, отомрут энергоемкие производства – их заменят новые.
Когда римлянам не стало хватать качественной стали на мечи, они стали делать дамасские. Нашли новые месторождения – вернулись к обычным.
Сейчас не ремонтируют вещи, а выкидывают, сейчас перестают ходить в магазины – заказывают на дом, сейчас, чтобы связаться с другим городом не нужно заказывать разговор за пару дней до него.
Я еще застал ту эпоху, когда точило в гараже было роскошью, когда сварочные аппараты делались руками умельцев. Сам сделал не один. Тогда блесны и даже крючки делали сами. С тех времен осталось много сейчас уже не нужных технологий. Мир меняется на глазах. Моя мать впервые увидела радио в пять лет, а сейчас в этом возрасте дети не мыслят мир без компьютера.
Китай. Кладбище велосипедов. Они в большинстве своем исправны.
Кладбище новеньких авто марки «Volkswagen». Десятки тысяч автомобилей «захоронили» из-за того, что они чуть больше «коптят», чем рассчитывали.
Мир уже изменился и теперь меняется антураж, пугая порой слишком впечатлительных людей. Какой еще смены уклада вы хотите? Все уже произошло.
Мне удалось побыть в шкуре деревенского кузнеца еще той, прошлой эпохи. Свою первую мастерскую по плавке стали я четверть века назад поставил за городом на окраине поселка и неожиданно для себя окунулся в тот самый, местами сохранившийся уклад.
Починить утварь, заточить инструмент, перезакалить пружины на старых ружьях, оградки, решетки, карабины для скота, цепи – что мне только не приходилось делать. А потом в одночасье все это пропало. Нужен был в деревне мастер-кузнец, а потом раз – как отрезало.
У всех появилось всё. Любой инструмент или любая вещь. Сварочники, точила, гриндеры… мини трактора и мини экскаваторы. Станки, ветряки, генераторы – все это будет у вас при желании через пару дней, стоит только заказать.
Это и рождает страх – а что будет, если это все исчезнет? Никто не хочет возвращаться в прошлое. Но ниже вы, при желании, можете пощупать это прошлое руками, прикоснувшись к одной из самых древних технологий обработки стали.
Как смешно смотрится сейчас советский (1985 г.) комедийный фильм «В. Давыдов и Голиаф». Только смеемся теперь не над сюжетом, а над абсурдностью - на наш современный взгляд - показанной истории. Сюжет таков.
Хозяйственному мужику потребовался дома насос и он спер с завода небольшой электродвигатель, а честный пионер уже украл его у мужика и отнес обратно. И так несколько раз. Сейчас не будет основы для такой ситуации – проще купить готовый насос в магазине. Две штуки или три – без проблем.
Смена технологического уклада - это, прежде всего, смена технологий и навыков, необходимых для выживания общества и отдельного человека. Если прежде чтобы согреться человек точил пилу или топор, чтобы нарубить дров, то сейчас ищет розетку чтобы подключить обогреватель. И получается, что уже для обогрева жилища не нужны ни мощные руки, ни крепкая спина.
- Но есть же отдаленные места, - скажет кто-то и будет не прав.
Уже папуасы в джунглях ходят в современных майках и шортах. У этнографов изучающих дикие племена давно кризис жанра – не найти племен которых бы не коснулся и не изменил бы современный уклад.
Женщина из долины Омо. Эфиопия.
Это происходит постепенно, как закат или рассвет. Даже если случится катастрофа, то уклад не сменится в одночасье, для этого потребуются не годы – десятилетия. Чтобы технология плетения лаптей или изготовление ножа путем косой наварки лезвия стала обыденной – нужно время.
А так, если отключат электричество по всему миру в один момент, все будут пользоваться накопленными запасами генераторов. Будут искать бензин, чинить генераторы, мастырить к ним приводы, строить ветряки и электростанции, разбирать на запчасти кладбища автомобилей и велосипедов пока не умрут. Потому что по-другому – не умеют, а прошлые технологии выживания канули в Лету.
В прошлом растворяются не только технологии, но и целые отрасли промышленности, кажущиеся вчера необходимыми, отходят на второй план. Сегодня, чтобы государству комфортно и безопасно существовать, не обязательно производить громадные объемы чугуна и стали как раньше – неплохо, конечно, но уже как бы и не нужно. Необходимы другие отрасли, без которых государство будет зависимым от поставок из-за рубежа.
Смена антуража, который так нервирует обывателя, грезящего об Апокалипсисе, всего лишь следствие недавно сменившегося уклада. Следствие, а не причина для его смены.
Нужны ли нам в уже Новом мире те старые технологии? Не знаю. Я когда-то с напарником в полевых условиях снимал, чинил и ставил обратно движок с УАЗа. Сейчас я шины и масло меняю в автосервисе, хотя помню как разбортировать колесо с помощью кувалды и монтажки.
Сейчас не штопают одежду, иногда даже не зашивают. Не собирают и не моют целлофановые пакеты, не чинят приборы. Да их и делают-то одноразовыми. Сгорел электрочайник, утюг – в мусор. Сразу.
Заржавел железный инструмент – в утиль. Сломался? В утиль. Сейчас домохозяйки не точат ножи, а когда те затупятся, просто складывают их в ящик и покупают новые. Нержавеющие.
Теперь редко увидишь на кухне нож из углеродки – только у продвинутых. Углеродка же ржавеет, а кто-то говорит, что и пахнет. Вообще-то не пахнет и не ржавеет. Хотя с другой стороны ржавеет и пахнет. Как же так?
В школе на уроках химии демонстрируя нам химическую активность алюминия – а это очень химически активный металл – его погружали в раствор щелочи и там царапали. Тут же начиналась активная химическая реакция. Но если алюминий просто опустить в раствор кислоты или щелочи – ничего не произойдет.
Дело в том, что на поверхности металла из-за его химической активности на воздухе возникает стойкая пленка оксида алюминия (Al2O3), которая защищает поверхность металла от коррозии. Эта пленка очень пассивна, поэтому алюминий на воздухе довольно коррозионно стойкий металл.
На железе тоже образуется такая пленка, но она менее стойкая. Поэтому углеродистой стали нужно некоторое время чтобы «пассивироваться». Кухонный нож на кухне не ржавеет если работает. При работе рыхлые окислы стираются, а твердые плотные остаются и начинают предохранять металл от коррозии. Нож темнеет, приобретает не очень опрятный вид, но ржаветь перестает. Со временем при благоприятных условиях эта пленка может стать коркой, по толщине которой можно определить время изготовления предмета, если он поднят из раскопа.
Нож, изготовленный по старинной технологии. Режет и живет на кухне уже давно. Уход за ним такой же, как и ножами из «нержавейки» то есть – никакого.
Многие слышали выражение: «железом пахнет». Моя супруга мне не раз говорила это. Однако железо пахнуть не может, а пахнут его окислы. Железная пыль, соприкасаясь с кожей или продуктом, резко окисляется, изменяя органическую формулу пота или какого-то другого вещества, вызывая изменение его запаха. Поэтому пахнут и ржавеют только новые ножи, а старые уже покрыты слоем окислов и пассивированы, как тот алюминий.
Как-то получив заказ заворонить детали старого ружья, столкнулся с проблемой – воронение никак не хотелось ложиться на некоторые участки. А эти участки, как я потом заметил, находились в местах, где металл чаще всего контактировал с кожей: спусковая скоба, спусковые крючки, стволы у запирающего рычага. В этих местах воронение постепенно вытиралось, сталь блестела и требовала как бы обновления защитного слоя. Однако воронение не ложилось - хоть тресни. Догадаетесь почему?
В этих местах из-за контакта с кожей рук уже создался стойкий защитный слой окислов, который препятствовал коррозии. А для того чтобы сталь заворонить, нужно чтобы она заржавела.
Пишут, что древние японские мечи полировали пальцами. Я поначалу подумал, что это как раз создание такого защитного слоя. Провел даже опыт: взял чистый клинок и долго-долго натирал пальцами с двух сторон. Потом оставил на месяц под открытым небом рядом с тестовым ненатертым металлом.
Результат был ожидаемым – ненатертый клинок заржавел гораздо быстрее. Окислы или легкий слой жира, покрывший в результате такой обработки поверхность стали защитили от коррозии я не знаю, но сработало. Заржавело конечно в итоге всё, но не так быстро.
Потом мне «специалисты по японцам» объяснили, что обработка "пальцами" - это этап полировки камнями учигимори, т.е. маленькими пластинками специальных камней, размером меньше подушечки пальца. Эти пластинки часто приклеивают на бумагу, чтобы они не развалились. Потом идет еще несколько этапов полировки. И все это нужно как раз таки для того, чтобы проявить и подчеркнуть структуру металла.
А защита от ржавления - это постоянный уход за клинком, протирка его и смазывание маслом камелии. У старых мечей часто хвостовики ржавые, так как они в рукояти, а клинки без окислов. Их переполировывают при необходимости.
Но на полированную насухо поверхность «ржа» садится хуже не только из-за выравнивая этой поверхности, но и из-за появления тонкого слоя окислов. Если будете полировать «на мокрую» ржавчина появится моментально, на глазах, как в случае с алюминием в вышеописанном опыте.
То есть, можно предотвратить коррозию искусственно создав на стали слой нужных нам плотных окислов? Конечно! Как только появилось железо, появилась и ржавчина с которой начали бороться всеми доступными способами.
Раньше десятники заставляли воинов-новобранцев чистить доспехи. Сейчас сержанты заставляют «молодежь» чистить оружие. Как же меня когда-то доставало:
- Оружейную комнату открыть. Раздать оружие для чистки и смазки!
А почему стальные детали оружия черные? Потому что это те же окислы железа, считай та же ржавчина, только с немного другой формулой – эти окислы более пассивны, а значит и более коррозионно стойки. Ржавчина помогает бороться с коррозией? Да!
Воронение стали – это создание на поверхности стали защитной пленки твердых окислов, предотвращающих дальнейшую коррозию. На поверхности стали при воронении (или естественным путем) образует слой твердых окислов черного цвета FeO-Fe3O4 (Оксид железа(II,III)) или закись-окись железа.
Вороненый клинок.
Как-то задумался: а какую из технологий обработки железа прошлой эпохи описать, чтобы это было полезно всем? Считаю, что защита от коррозии с помощью холодного воронения – это лучший выбор. У каждого в гараже или дома завалялось некотрое количество ржавого инструмента, который вроде еще и пригодится. Но вид – никакой.
Такому инструменту можно легко вернуть не только первоначальный вид, но даже улучшить его. Гаечные ключи, плоскогубцы, старые поржавевшие топоры, ножи, поцарапанные и потертые детали оружия – все можно заворонить, всему можно придать приятный брутальный вид и защитить от коррозии. Главное знать принцип и все получится с первого раза.
Плоскогубцы до вороненния и после.
Конечно, существует множество современных реактивов для воронения, но они не дают такого стойкого покрытия, хотя и удобны в эксплуатации, к тому же речь идет о старинных технологиях из прошлых веков.
Воронение бывает горячее и холодное. Горячее – это, грубо говоря, создание на поверхности железного изделия стойкого нагара масла, который предотвратит доступ кислорода к поверхности. Способ простой, но на закаленных деталях не применим – они потеряют твердость и прочность. Поэтому для воронения оружия с древнейших времен используют холодный метод воронения.
Повторюсь, существует множество способов создания оксидных. Фосфатных и прочих пленок на поверхности стали, но речь пойдет о самом простом, самом древнем и одним из самых надежных способов, к тому же мы говорим о ржавчине. А без ржавчины в этом деле – никак.
Еще раз: чтобы получилось стойкое антикоррозионное покрытие, надо чтобы металл заржавел. Поэтому обработка (зачистка) металла для холодного воронения всегда «мокрая» - вспоминаем опыт с алюминием.
В принципе да воронения ничего кроме воды и не нужно. Но это долго, поэтому применяются различные реактивы ускоряющие коррозию – образование стойкого слоя ржавчины. Их за свою историю человечество придумало сотни – в качестве такого реактива может служить всё, начиная от морской соленой воды и нашатыря, до реактивов сложных составов. Разницы в качестве воронения например морской водой и каким-нибудь хитрым реактивом – нет. Есть только разница во времени. Так как в результате обработки «ржавыми лаками» - так называются такие растворы – выигрываем только во времени.
Приведу пару простых рецептов, хотя, повторюсь, их сотни.
железного купороса 30г
полуторахлорного железа 15г
медного купороса 12г
спирта 50г
воды 1000г
Или
насыщенного водного раствора полуторахлорного железа 30% 75г
медного купороса 5г
азотной кислоты 26% 20г
спирта 90% 30г
воды 1000г
Еще
насыщенного водного раствора полуторахлорного железа 30% 10г
сухого полуторахлорного железа 30г
азотной кислоты 36% 5г
спирта 90г
воды 1000г
Полуторахлорное железо - судя по всему это FeCl3 (хлорид железа (III))..Продается в любом магазине радиотоваров или в Сети.
Вы сами можете составить сколько угодно понравившихся вам растворов или «ржавых лаков».
То, что в названии этих реактивов стоит слово "лак" – только путает. Отличие от лака – принципиальное. Лак является самостоятельным покрытием и должен обладать высокими адгезивными свойствами. То есть, хорошо прилипать к поверхности - «ложиться».
"Ржавый лак" – это раствор, который заставляет металл ржаветь. То есть, будущее покрытие создается за счет самого металла – уменьшается его толщина за счет образовавшегося слоя окисла Fe2O3.
Если обычный лак препятствует проникновению кислорода к поверхности металла, то «ржавый лак» наоборот, способствует коррозии. И чем лучше способствует, тем лучше лак. Проще его назвать раствором для ржавления, но когда-то назвали лаком и с тех пор так и пошло.
Итак, смачиваем изделие водой и зачищаем, если это нужно. Если на предмете уже есть ржавчина – пусть будет, достаточно снять ее рыхлый стой. До чистого металла чистить не нужно – зачем, если нам все равно нужно чтобы металл заржавел?
Зачистили, смочили водой и положили ржаветь на полку. Сами можете своими делами заниматься хоть день, хоть два. Процедуру повторять до тех пор, пока на металле не образуется стойкий налет светло-желтого или светло-рыжего цвета. Это значит что вся поверхность покрылась тонким слоем ржавчины.
После этого берем зубную щетку и пытаем налет счистить. Если он удалился – смачиваем водой и опять оставляем ржаветь.Это самый главный этап воронения. Самый легкий и самый главный. Как схватится ржавчина так все и заворонится.
Начало окисления.
Здесь обычно допускается самая главная ошибка: если воронят классическим «ржавым лаком» на основе кислот и окалины: после обезжиривания растворами сразу начинают обрабатывать «ржавым лаком» и потом сушить. Если поверхность была местами не обезжирена или покрыта слоем окислов, то после сушки она все равно будет рыжей – из-за осадка в растворе. И это сбивает с толку – перед пропариванием надо обязательно проверять «схватилась» ржавчина или нет.
Обезжиривают-обезжиривают – а воронение не ложится. Нельзя «обезжирить» слой стойких окислов – тут или ищи мощный реактив или зачищай. Или применяй воду – самый универсальный окислитель. И время, конечно. Поэтому первый этап лучше растянуть на сутки-двое. Даже если вы вороните дорогие стволы – хуже не будет. Будет только лучше.
Ржавчина покрыла всю поверхность изделия.
Еще раз: чтобы хорошо заворонить нужна вода и время. Причем ваше время не отнимается: смочили – оставили ржаветь. Высохло – опять смочили. Хоть сто раз можно повторить, главное получить на поверхности несчищаемый тонкий слой ржавчины. Даже если будут пятна – ерунда, они потом пропадут. Главное чтобы вся поверхность была как-то покрыта слоем оксидов.
Дальше – проще. На мокрую поверхность наносим свой «лак» и сушим. Не важно как и где, главное не в сушилке. Сколько будет сохнуть – не важно. Важно чтобы ржавело. Чем дольше сохнет – тем меньше слоев реактива надо – ржавеет лучше.
Высохло – берем зубную щетку и под струей воды или в ванне пытаемся счистить ржавчину. Хорошо если не получилочь. Наносим реактив еще раз и опять идем пить пиво. Можно прийти завтра – ничего не случится.
Процедуру повторяем раза два три. Как только получится ровный бурый цвет – несем окислять нестойкий и нетвердый Fe2O3 до стойкого твердого Fe3O4 это если упрощенно. Но по сути – так.
Деталь перед пропариванием.
Можно использовать кипячение – но это долго и чревато выпадением на изделие извести, если вода жесткая. Особо озабоченные используют дистиллированную воду, но разве древние мастера так заморачивались?
Выпаривать гораздо быстрее и проще. На дно большой кастрюли ставим подставку (можно использовать стакан), на стакан укладываем деталь наливаем немного воды, чтобы не касалась изделия и начинаем кипятить. Мелкие детали можно пропаривать в дуршлаге.
Если изделие длинное – пропариваем в трубе подвешенной над кастрюлей. Придется заделать щели - нужно чтобы много горячего пара попало на обрабатываемую поверхность.
Через 10-15 минут окислы поменяют цвет, так как изменится их формула. Остужаем и счищаем той же щеткой все, что можно счистить. Можно использовать мелкий абразив – типа «Пемоксоли» или же «стальную вату», если хочется «чтобы подороже».
На мокрое изделие наносим «ржавый лак» и оставляем ржаветь. Как высохнет – опять выпариваем. В итоге за три пропарки у нас получится достаточно стойкое покрытие. Некоторые умудряются и шесть раз кипятить, но это если воронение «не ложится». Но оно и после десяти ровно не ляжет, если с первого раза не легло – спешили. Не обработали водой, не проржавели естественным путем.
После того, как получили ровное черное покрытие, необходимо ему добавить коррозионной стойкости. Покрытие хоть и плотное, но имеет микропоры. Поэтому кипятим изделие в льняном масле. После кипячение протираем чистой ветошью и оставляем на несколько дней сушиться. Попавшее в поры масло станет твердым - заполимеризуется, образовав дополнительную защитную пленку. После этого изделие можно полировать и смазывать маслом машинным или оружейным.
Как видим, нет ничего сложного в увлекательном процессе холодного вороненния. Технология древнейшая, но востребованная и в наше время.
Технологический уклад сменился. «Железный век» подходит к концу? Какой век будет после – цифровой кремниевый? Полимерный? Не нужны больше ни дамасские, ни булатные стали для сабель. Для ножей не нужны косая и торцевая наварки – основа 90% иготовлеяемых ранее клинков. Забывается кузнечная сварка – некогда основная технология сваривания деталей. Кузнечные технологии заменяют порошковые. Несколько лет назад в России остановили последнюю мартеновскую печь.
«Тьма наступает незаметно» или все же рассвет – он тоже такой, медленный и незаметный. Сталь и железо заменяют нержавеющие сплавы и различные композиты. От прошлого остаются только следы – забытые технологии.
Показать полностью
13
