Железо и сталь

Химически чистое железо не ржавеет, доказательством чему – пресловутая делийская колонна то ли из космического, то ли из мистического феррума (99,72 %). Однако в остальном мире подобные феномены отсутствуют, и решительно все изделия, необоснованно именуемые железными, на самом деле стальные. Но это с точки зрения науки, потому что в жизни сплавы с содержанием углерода менее 0,3 % принято величать-таки железом, при большей концентрации – сталью, отличием которой является способность принимать закалку, т. е. переходить при нагреве в иное фазовое состояние и фиксировать его в результате быстрого охлаждения.

Что же мы имеем? Поскольку прошлые века не знали экзотических легированных сталей, говорить о них нет смысла, и ржавую старину можно условно поделить на железо (гвозди, подковы, цепи, замки, навесы, крепежи т. д.) и сталь, к каковой относится в основном оружие всех видов.

В то время как медь и бронза успешно преодолевают временные просторы, измеряемые тысячелетиями, для железа и вдесятеро меньшие сроки оказываются порой роковыми. Известно, что медь и ее сплавы обладают полезной особенностью самооксидироваться с образованием тонких, прочных поверхностных пленок окислов, успешно принимающих на себя удары судьбы и защищающих основную массу металла от гибели. Напротив, рыхлая корка гидроокиси (ржавчины) бурого цвета не только не укрывает железо, но предательски сорбирует на себе воду, пропуская ее вглубь. Чем больше в железе примесей типа фосфора, серы, кремния и чем слабее оно уплотнено ковкой или прокаткой (т. е. рыхлее), тем скорее оно исчезнет с лица земли, обратившись в прах. Напротив, примеры замечательной стойкости некоторых кованых раритетов прошлых веков, сохраняющих довольно крепкий вид поныне, иллюстрируют нам, как с каждым ударом молота в металл словно бы вколачиваются дополнительные годы жизни.

Безусловно, даже качественная сталь с высоким содержанием углерода ржавеет, но неохотно. Именно поэтому огромное количество предметов вооружения радует нас сегодня пристойной внешностью, если последние триста-пятьсот лет хранились в относительном комфорте уцелевших дворцов и замков. Традиционно неплохо обстоят дела с экземплярами из коллекций, но так повезло не всем – большое количество реликвий так или иначе извлекаются из земли, а там всегда влага. Тем удивительнее находки стальных мечей в знаменитой усыпальнице Цинь Шихуанди (III век до н. э.), которые по сей день выглядят как новые и остры как бритва. Правда, тамошний грунт (современная провинция Шэньси) более или менее сухой, а клинки, согласно анализу, имеют высокое содержание никеля, то есть изготовлены целиком или с добавлением «небесного» металла железо-никелевых метеоритов.

Итак, общее правило гласит: чем сталь углеродистее, плотнее кована, сильнее закалена и лучше отполирована, тем успешнее она сопротивляется коррозии. Последнее замечание не пустой звук. Качество полировки играет существенную роль, так как разрушение поверхности начинается с образования микроскопических очагов, всегда привязанных к тем или иным неоднородностям – царапинам, сколам, вкраплениям, раковинам и т. д. Чем их меньше, тем дольше ржавчине не за что зацепиться. Отполируйте до зеркального блеска простой гвоздь и выставьте его на улицу по соседству с никак не обработанным собратом. Результат опыта не заставит себя долго ждать.

Во влажном океанском климате Японии самурайские мечи VIII–XV столетий, будто вчера вышедшие из рук мастера (рис. 47 а), сохранились не только благодаря терпеливому ежедневному уходу дисциплинированных буси. Своей неповторимой свежестью они обязаны чрезвычайно плотной структуре металла, сбитого десятками проковок, а также уникальной ручной профессиональной полировке. Европейские клинки (рис. 47 б – г) никогда не доводились до сверхъестественного блеска, общепринятого в пределах Ямато, да и буйные рыцари с ландскнехтами предпочитали вино и девиц вдохновенной возне со сталью.

Сравните:

б в г

Рис. 47

Любопытно также взглянуть на образчик очаговой коррозии, поразившей немецкий рыцарский шлем XIII века (копия XIX века) (рис. 48). Остается неясным, была ли сымитирована натуральная коррозия или предмет попросту держали в сыром помещении вплоть до последних дней. К слову сказать, практика изготовления замечательно достоверных реплик всевозможных доспехов была распространена в конце позапрошлого – начале прошлого столетий, и качество изделий не оставляет желать лучшего – хоть одевай это железо и сражайся за прекрасных дам. Обычно изделия такого рода сохранялись в частных коллекциях богатых людей, в сухих и теплых особняках, поэтому сомнительно, чтобы данный экземпляр тихо гнил в погребе, приходя в нынешнее состояние. Скорее всего, здесь действительно имеет место умелая имитация ржавчины, поскольку отчетливых научных методов датировки тогда не существовало, и мастерски состаренный доспех можно было реализовать за большие деньги.

Рис. 48

Вот еще интересный пример того, как при равных шансах на выживание деталь, изготовленная из бронзы, ничуть не пострадала и явилась нам в том виде, что имела столетия назад, когда мастер водрузил ее на хвостовик клинка, выглядевшего тогда чуточку иначе (остатки рукояти меча, XIV век) (рис. 49). Здесь даже заметен характерный тип разрушения всех кованых стальных клинков, которые, имея неоднородную структуру, быстрее теряют мягкие фрагменты с высоким содержанием железа, в то время как углеродистые участки сопротивляются дольше и, соответственно, предстают взору в виде продолговатых волокнистых форм.

Рис. 49

Давайте рассмотрим каждый из реставрационных этапов подробнее.

Расчистка

Первое, что следует проделать со всяким старым предметом, изготовленным из не боящегося воды материала – хорошенько искупать его с хозяйственным мылом или каким-ни– будь иным средством. Порой этого оказывается вполне достаточно. В том случае, если имеются наслоения краски, лаков, окаменевшей смазки (например, солидол основательно подсыхает со временем), придется воспользоваться ацетоном или одним из тех ужасных ядовитых составов, что продаются специально для размягчения и снятия застарелых пленок.

Далее наступает черед ржавчины. Эта злодейка предстает в разных обличиях, от легкого поверхностного налета до почти полного замещения изначального металла. Последний вариант нам неподвластен, ибо даже в музеях в подобной ситуации предпочитают оставить раритет как есть, стабилизировав его печальное состояние. Существуют изощренные методы восстановления железа из окислов путем нагревания его в атмосфере водорода, однако мне не приходилось слышать о получении реальных приемлемых результатов подобной алхимии, не говоря уже о взрывоопасности и денежной стоимости таких опытов.

Коль скоро поражена одна только поверхность, есть смысл применить керосин. Обладая щелочной реакцией, он избирательно растворит слабую ржавчину и разрыхлит ее корки в углублениях. Аналогичным действием славится также дизельное топливо (солярка). Разумеется, мелкие детали следует попросту утопить на сутки-двое в какой-нибудь банке, крупные же – обмотать тряпьем и залить керосином.

Крацевание стальной щеткой эффективно, особенно если эту щетку вертит электромотор. Но тут надо смотреть по ситуации – что хорошо для садовых ворот, то канделябру смерть! Так как речь в нашем случае идет не о ремонте гаража, то лучше довериться чистой мускульной силе. Предпочтительна мягкая щетка из тонкой эластичной проволоки, чтобы не царапать предмет.

К сожалению, все вышеперечисленные способы не решают проблемы матерой коррозии, въевшейся, точно оспа, на глубину от 1 до 3–5 мм, и удаление последней целиком и полностью во власти кислот.

Исходя из личного опыта, могу сказать, что наиболее полноценно, чисто и качественно работает H₂S0₄ – серная кислота, хотя соляная и азотная также хороши, однако страшно «дымят», особенно азотка, отравляя все вокруг. Ортофосфорная привлекает относительной безопасностью в обращении, но медлительна и к тому же оставляет на поверхности металла вторичные фосфатные пленки, требующие дополнительного крацевания.

Вероятно, не стоит пояснять, что концентрированная кислота любой природы одновременно уничтожит и ржавчину, и саму сталь, поэтому травят всегда растворами. Чем больше воды, тем нежнее процесс, но и этого мало. Существует класс веществ, именуемых ингибиторами. Будучи добавлены в кислоту, они препятствуют ее воздействию на чистый металл, нисколько не возбраняя растворять окислы, причем настолько успешно, что ингибированную кислоту можно перевозить в простых железнодорожных цистернах.

Известно большое количество промышленных ингибиторов под невразумительными коммерческими названиями, состоящими из цепочки букв и цифр, но в розничную торговлю они практически не поступают, а потому говорить о них бессмысленно. Гораздо полезнее помнить, что общедоступным и эффективным ингибитором служит обычный уротропин, прессованные таблетки которого продаются как «Сухой спирт» или «Сухое горючее» для рыбаков, охотников и туристов. Рецептуру раствора придется подбирать опытным путем в зависимости от вида кислоты, ее концентрации и материала очищаемого предмета, но в целом это будут цифры порядка 0,5–2 %.

Конкретное время выдержки колеблется от минут до суток, в зависимости от состояния предмета. В любом случае его следует то и дело (минимум каждые полчаса) тереть щетинной кистью, иначе реакция замедляется, а травление будет неравномерным. Дело в том, что любое внешнее препятствие – пузырек газа, чешуйка ржавчины или грязи преграждают кислоте доступ к металлу, и на этом месте остается бугорок с отчетливым краем. Когда целью работы является чистка, подобный недосмотр обернется браком, но в реставрационной практике сплошь и рядом приходится имитировать старое, ноздреватое железо, имея сырьем девственную современную заготовку. Тогда-то упомянутые пузырьки и прочий сор становятся лучшими помощниками. Особенно замечательно, если поверхность чуть-чуть корродированна, имеет окалину, какую-нибудь накипь и т. д. Достаточно погрузить такую деталь в раствор кислоты (разумеется, не ингибированной) с концентрацией порядка 50 % и забыть о ней часов на десять, причем не болтать, не шевелить и вообще никак не тревожить. Уже через два-три часа вы увидите, что вся железка буквально залеплена пузырьками водорода, грязными лохмотьями отслоившихся полу-растворенных окислов и тому подобными субстанциями. В итоге назавтра вы достанете на белый свет великолепно источенное изделие, будто пролежавшее в могильном кургане века и века. Его остается лишь промыть и законсервировать.

И все же главное, о чем всегда следует помнить, – не удаляйте ржавчину, когда ее можно оставить на месте. Действительно древние экземпляры, изготовленные из хорошей стали, часто корродируют весьма своеобразно, а именно: если они пребывают в спокойном состоянии, неважно, под чистым небом или в земле, то металл на большую глубину (иногда – насквозь) замещается продуктами коррозии, но не рыхлыми и гигроскопичными, а удивительно плотными, темного цвета и твердыми, как камень. Удалите их – и вместо клинка ясных очертаний или наконечника стрелы в руках окажется бесформенная губка белого железа.

Вот живой пример (масштаб 2:1) (рис. 50). Изящная штучка с немыслимо правильными гранями едва не на треть состоит из продуктов коррозии, аккуратно заместивших собою кованую сталь. Если бы я вовремя не спохватился и довел травление до конца, реликвия погибла бы. К счастью, я почти сразу понял, к чему идет, и ограничился обыкновенной шлифовкой. Масло и керосин в таких случаях недопустимы, поскольку приводят к отслоению фрагментов.

Рис. 50

Между прочим, этот наконечник стрелы мне подарил один знакомый, подобрав его на кавказском перевале, где, по его словам, их валялась целая россыпь, и таких вот бронебойных, для пронзания кольчуг, и раздвоенных охотничьих. Я бы никогда не поверил, не продемонстрируй он полную пригоршню находок. Теперь смертоносное жало тихо почиет за стеклом в шкафу, радуя глаз и нисколько не меняясь вот уже пятнадцать лет.

Консервация

Оголившуюся после чистки, а потому беззащитную поверхность железа следует немедленно, тотчас же прикрыть какой– нибудь стойкой, плотной и обязательно нейтральной пленкой, иначе ржавчина набросится на него с утроенной энергией.

В роли таких пленок традиционно выступают различные краски на основе высыхающих растительных масел (сегодня – синтетических смол), всевозможные лаки и прочая москательная продукция. Увы, подобные покрытия хороши на улице, но совершенно не годятся для комнатных «жильцов» – художественного металла и оружейной стали. Любой лак, даже такой прочный, тонкий и абсолютно прозрачный, как, например, цапоновый, портит облик изделия – оно приобретает вульгарный вид. Железо должно выглядеть железом.

Хорошей защитой является воск. Однако натуральный пчелиный при всех его испытанных достоинствах липнет к рукам, поэтому удобнее использовать готовые автоконсерванты на основе тугоплавких искусственных восков. Методика элементарна: предмет следует хорошенько прогреть до температуры порядка 60 °C, а затем кистью или тампоном нанести консервант. Если упаковка последний представляет собой аэрозольный баллон, то это вообще подарок. В контакте с горячим железом состав задымит и затечет во все закоулки. Излишки и потеки удаляются тряпкой, а остывшая поверхность ею же располировывается. В итоге мы получаем нечто бесспорно благородное и «настоящее».

Следует предостеречь от распространенной ошибки: не покрывайте сталь парафином! Кажущаяся эффективность такой изоляции обернется бедой, так как парафин и его аналоги отнюдь не нейтральны, а являются жирными органическими кислотами.

Битумные мастики и вообще битум в любой ипостаси хороши, но область их применения ограничена садово-парковыми или каминными принадлежностями. Мне встречались рыцарские доспехи, мазанные изнутри битумным лаком, что, кстати, их отнюдь не спасло, а смотрелось гадко. Утешает одно – бензином или керосином такое покрытие смывается моментально.

Зачастую, хотя и не всегда, требуется дополнительный рубеж обороны в виде оксидных пленок. Диапазон технологий их получения широк – от простейших до хитроумных, связанных с кипячением в растворах химикатов. В зависимости от рецептуры получаются покрытия разного цвета и разной степени стойкости. Наиболее доступный, понятный и легко воспроизводимый путь таков: сталь нагревается до возникновения цветов побежалости, каждый из которых соответствует пленке окисла той или иной толщины. Обычно дело доводят до лазурного оттенка, каковой появляется по прохождении рубежа 270 °C. Испанские мастера владели секретом синения таким образом цельных доспехов. Делалось это в особых печах над древесным углем, но каким образом достигалась потрясающая равномерность окраски, история умалчивает.

После 350 °C радуга блекнет, сменяясь тусклой серой окалиной, а это нежелательно – последняя отслаивается тем скорее, чем толще. Во избежание перегрева выдерживают предметы (к сожалению, этот способ применим только к мелким деталям) в расплавленной кипящей селитре до тех пор, пока они не приобретут густого синего цвета. Так оксидировали револьверы «Наган» и «Смит-Вессон» в Туле еще в конце XIX столетия. Пленка получается равномерной и прочной настолько, что сохранившиеся до наших дней образцы не потеряли первоначального вида. В любом варианте еще горячую поверхность следует протереть каким-либо минеральным маслом. Против дождя и тумана такая защита слабовата, но в нормальных комнатных условиях продержится сколь угодно долго.

Так называемое «воронение» железа и стали, придающее глубокий черный цвет и приличные антикоррозионные свойства, может быть произведено различными способами. Самым древним и проверенным является такой: изделие смазывают льняным или оливковым маслом и нагревают до тех пор, пока масло, дымя, не выгорит полностью – и так несколько раз. В итоге образуется стойкая черная пленка, частично диффундирующая в металл. Но, безусловно, самым лучшим и долговечным будет химическое оксидирование, рецептов коего предостаточно, причем в большинстве случаев нужны агрессивные вещества, а весь процесс протекает под вытяжкой. Приведу наименее проблематичный рецепт:

• обезжиривание в бурно кипящем растворе (100 г кальцинированной соды на 1 л воды) в течение 30 минут;

• промывка проточной водой. Если вода смачивает поверхность равномерно и полностью, то обезжиривание удалось, а если собирается каплями, его следует повторить;

• кипячение в растворе следующего состава:

каустическая сода 700 г

нитрат натрия 100 г

нитрит натрия 100 г

вода 1 л

Подготовленное изделие погружается в бурно кипящий раствор при начальной температуре последнего 136–138 °C.

Конечная температура (перед завершением оксидирования) составляет 142–145 °C. Для закаленных деталей начальная и конечная температуры повышаются на 2–3 °C;

• периодическое ополаскивание: каждые 20–30 минут детали извлекаются из ванны и 2–3 раза погружаются в воду комнатной температуры (смысл данной операции неясен, однако из песни слов не выкинешь).

Качество окрашивания определяется визуально. По завершении процесса изделие следует тщательно промыть и выдержать 3–5 минут в кипящем мыльном растворе (30 г твердого хозяйственного мыла на 1 л воды). После окончательной промывки и сушки поверхность промасливается в любом жидком минеральном масле при температуре 105–115 °C в течение 2–3 минут и протирается насухо.

Результатом этого алхимического колдовства будет то самое неизносимое воронение, что радует глаз при взгляде на старое огнестрельное оружие. Старое потому, что сегодня сплошь и рядом благородная «воронь» подменяется разными современными методами нанесения тефлоновых, карбидных, эпоксидных и прочих пленок, очень технологичных, дешевых, прочных, антибликовых и т. д., за одним досадным исключением – они выглядят не вполне настоящими. Как было сказано в превосходном британском научно-популярном фильме «The Gun», классика жанра в данном случае неизменна вот уже триста лет: вороненая сталь и ореховое дерево. Впрочем, это относится только к оружию.

Если нет возможности или необходимости воспроизводить столь долгий и малоприятный процесс, вполне можно обойтись таннатированием. Порошок танина следует развести водой с добавлением нескольких капель спирта, без которого он и растворяется хуже, и работает слабее. Тщательно обезжиренная, протравленная поверхность протирается полученным раствором, по высыхании коего образуется черно-лиловая пленка танната железа. Чем раствор концентрированнее, тем плотнее тон, но действительно аспидного оттенка все же не достичь.

Тщательно промасленная таннатная пленка сравнительно неплохо предохраняет металл от ржавчины, а простота ее нанесения выдвигает данный способ в ряды наиболее популярных и общедоступных. В самом деле – не разводить же у себя на кухне адское варево! И еще: варьируя плотность раствора, легко получить обширную гамму цветов от чуть голубоватого до почти непроницаемого.

Существует также замечательный старинный способ покрытия стали так называемым «ржавым лаком», иначе именуемым «английским». Первое название пошло от его рыжего или, скорее, кирпичного цвета, а второе – оттого, что так защищались знаменитые английские ружья с ударно-кремневыми замками, старейший образец пехотного оружия, принятые на вооружение британской армией в начале XVIII века (точнее, в 1730 году) и продержавшиеся едва ли не до середины XIX столетия. Благодаря непривычной масти они получили прозвище «Brown Bess».

Технология достаточно элементарна и не содержит каких-либо тайных капризов: в смеси из равных по объему долей концентрированных соляной и азотной кислот растворяют железные опилки с железной же окалиной (50+50 %), пока реакция не прекратится сама собой. Образовавшийся состав наносится на сталь тонкими слоями с промежуточной сушкой. Процесс может длиться несколько суток, зато покрытие получается настолько прочным, что предмет может неделю пролежать в воде или под дождем без признаков коррозии.

И последняя тонкость. Даже умело расчищенное и грамотно законсервированное железо может снова ржаветь из-за неощутимо малой толики влаги, затаившейся в невидимых межкристаллических трещинах и порах. То, что даже отменно кованная сталь выглядит монолитом, – иллюзия. Это ясно видно на примере ружейных стволов, скрупулезно обихоженных после стрельбы. Агрессивные продукты сгорания капсюльного состава и пороха в действительности глубоко проникают в металл. Если несколько дней спустя протереть канал белой тряпочкой, мы обнаружим на ней изрядное количество «отпотевшей» грязи, которой не было в помине.

Поэтому непосредственно (а никак не загодя) перед вощением, окраской или промасливанием – то есть финальными этапами консервации – предмет следует хорошенько прогревать, притом достаточно долго. Идеальна суточная выдержка в сушильном шкафу с температурой порядка 100–150 °C (разумеется, если вещь туда поместится). Через мои руки прошло несколько рыцарских шлемов, имевших очаги вторичной коррозии под толстым слоем воска снаружи и не менее толстым слоем битумного лака изнутри, хотя предшествующая расчистка была выполнена когда-то на славу.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.