С широким распространением коррозионностойкой стали на клинках, люди стали мало-помалу забывать о такой неприятности, как поржавевший нож. Но увы, нет на земле совершенства: у «нержавеек» есть свои недостатки, заставляющие потребителей и производителей обращаться к старым, проверенным десятилетиями, маркам инструментальных сталей. Появление в конце XX века высокоуглеродистой хромистой стали с высокими режущими свойствами, но ограниченным антикоррозионным потенциалом, а также «открытого заново» дамасска и булата, вновь придало актуальность борьбе с вездесущей ржавчиной. Историческому обзору этой борьбы и ее современным методам посвящен этот материал.

Дедовские методы

Для защиты клинков издавна применялось полирование, смазка и воронение.

Сущность полирования и защиты поверхности клинка смазками общеизвестна: полировка уменьшает площадь поверхности металла, контактирующего с окружающей средой, а смазка изолирует ее. Недостатки очевидны: полированная поверхность клинка требует регулярного ухода, а смазка – периодического удаления и возобновления. Эти процедуры требовали не только времени и расходных материалов, но и высокого профессионального мастерства. К примеру, у японских самураев отдельной строкой ухода за оружием стояла полировка клинка, который потом защищали маслом камелии для предотвращения окисления. Японские повара и краснодеревщики пользуются им и сегодня для ухода за ножами и инструментами из углеродистых сталей.



В Европе и Северной Америке для защиты кухонных ножей применялось растительное масло. Видимо, тогда же было подмечено, что в результате нагревания и обработки растительным маслом появляется патина – пленка различных оттенков, образующаяся на поверхности изделий из металла, защищающая его от дальнейшего окисления.

Окисление металлов – это реакция соединения металла с кислородом, сопровождающаяся образованием окислов (оксидов). В более широком смысле окисление металлов – реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются различные соединения, например хлориды, сульфиды и т.п. Пленки некоторых окислов способны весьма неплохо защищать металлическую поверхность, находящуюся под ней, от действия коррозии.



Еще в глубокой древности было подмечено, что при производстве металлургической продукции окисление может привести к образованию окалины, высокий антикоррозионный потенциал которой можно использовать в защитных целях. Этот процесс, известный под названием оксидирование, до сих пор широко применяется на кустарных ножах северных народностей -финнов, саамов, коряков, чукчей и др. Слой окалины защищает от коррозии тело клинка и пользователю достаточно следить только за состоянием режущей кромки.

То, что хорошо работало на Севере, не всегда подходило для Юга. Неровный, пористый слой окалины подчас служил питомником для болезнетворных бактерий. Поэтому в странах с теплым климатом большей популярностью пользовалась другая разновидность оксидирования клинков – воронение. Так в Фергане, историческом средневековом центре производства оружия, поступавшего во все области мусульманского мира, оно считалось необходимой операцией. Ножовщики Ферганской долины издавна использовали для этих целей сернокислую глину из Наукатских гор (Ошская область Киргизтана). После шлифования и полирования полотна клинка, его обезжиривали и покрывали водным раствором наукатской глины. В результате этой операции полотно ножа приобретало темный цвет, а если клинок делали из булата или дамасска, то узор становился четким и ясным. Такое покрытие придавало клинку антикоррозийную стойкость.



В этой связи уместно привести наблюдения П. П. Аносова, который писал: «Персидский железный купорос, содержащий часть сернокислой глины, считается лучшим средством для вытравки клинков. Для составления протравы он предварительно кипятится с водой в свинцовом сосуде. Клинок заранее очищают мелкою золою с водой или щелоком, потом его обмывают в чистой воде. Далее его опускают в чистый раствор или им часто поливают, держа клинок над сосудом с раствором. Когда узоры и грунт обнаружатся, клинок вынимают, обмывают несколько раз щелоком и холодной водой. Потом, с возможной скоростью обтирают клинок досуха стараясь как можно слабее прикасаться сухой льняной ветошью к клинку. Узоры на булате появляются весьма скоро, но вытравку продолжают, дабы резче отличить его от грунта, который теряя следы полировки, приобретает свойственный металлу цвет и отлив…» Далее автор подчеркивает, что вообще вытравка способствует предохранению булатов от ржавчины.



В настоящее время воронение клинка производят раствором железного купороса и даже автола, а травление узорчатых металлов – хлорным железом и растворами кислот. Отголоском популярности этих методов являются многочисленные рецепты и современные готовые составы для воронения в черно-бурый и черный цвета стволов охотничьего оружия. Они основаны на химическом воздействии на сталь тех или иных реактивов. С их помощью получают прочно держащиеся, тонкие матовые или блестящие черные пленки, удовлетворительно защищающие металл от ржавчины.

Промышленное воронение производится разнообразными способами: щелочное – в щелочных растворах с окислителями, при температуре 135 – 150°С; кислотное – в кислотных растворах химическим или электрохимическим способами; термическое – окисление стали при высоких температурах. Суть наиболее популярного в промышленности термического воронения состоит в получении на поверхности клинка из углеродистой или низколегированной стали слоя окислов железа толщиной 1-10 микрон. Структура покрытия мелкокристаллическая, микропористая, а его цветовые тона – шоколадные, коричневые, серые, черные, черные с синим («воронье крыло») и т. п. – соответствуют естественной окраске химических соединений, входящих в состав пленок. Так на заводских клинках, из популярных в конце XIX века марок углеродистой стали, окраску в цвета побежалости соединяли с отпуском.



Обычно для этого пользовались ваннами из расплавленного металла (как правило, сплав в разных пропорциях олова со свинцом), точка плавления которого как раз соответствует температуре отпуска и, одновременно, температуре появления требуемого цвета побежалости.

Например, бритвы могли иметь при 220 – 240°С цвета от бледно – желтого до темно-желтого, перочиные ножи при 265 – 275°С – пурпурный, большие ножи при 293°С – темно-синий и т.д. Выбор цвета окраски клинка был связан с его назначением, формой рабочей части, родом материала, по которому будет работать инструмент и т. п. Обычно сталь клинков, от которых требуется высокая твердость (бритвенные лезвия,хирургические инструменты и т. п.), отпускалась на побежалость до желтого цвета. До пурпурно-красных тонов отпускались перочиные ножи и деревообрабатывающие инструменты. Цвет от лилового до черно-синего придавали изделиям, от которых требовалась упругость (пилы, длинные ножи, вилы и т. д.). Уже позже, на армейских моделях, выбор цвета стал диктоваться соображениями незаметности и антибликовости. Немного меньшее распространение с XVIII века получило плакирование клинков – термомеханический метод нанесения на защищаемую поверхность тонких слоев коррозионностойкого металла (как правило серебра и золота, наносимого на парадное и наградное холодное оружие), осуществляемый в процессе горячей прокатки. Сегодня столовые приборы также покрываются слоем серебра толщиной около 20 микрон, но делают это уже гальваническими методами.

Технологии XX века

К сожалению, защитные свойства пленок, образующихся при воронении, довольно низкие. Поэтому для повышения антикоррозийной стойкости, такие клинки дополнительно покрывают жировой смазкой или лаком. Уже к концу Первой Мировой войны на смену воронению пришла паркеризация. Это название одного из способов фосфатирования, который был запатентован американской фирмой Паркер (Parker R. RC.) в 1918 году. Суть этого метода заключается в создании химическим путем на поверхности металлических изделий пленки нерастворимых фосфатов, предохраняющей металл (при дополнительном нанесении лакокрасочного покрытия) от атмосферной коррозии.

Фосфатированию подвергают главным образом углеродистую и низколегированную сталь. Пленка, толщиной 2-5 микрон хотя и не особенно эффективно защищает клинки от коррозии, но хорошо удерживает смазку, что снижает влияние влажности. Кроме того, благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению, фосфатные покрытия выдерживают напряжение 300 – 500 В, и сохраняют устойчивость до температур в 400 – 500С. Оно осуществляется погружением изделий в нагретый до 90 – 100°С раствор фосфатов железа, марганца, цинка и кадмия. Обычно процесс продолжается около 1 часа, по завершению которого изделие сушится и пассивируется. Применяется также электрохимическое фосфатирование на переменном или постоянном токе. Такое покрытие получило распространение на армейских моделях ножей в первой половине XX века, но сегодня оно сохранилось только на огнестрельном оружии.С 20-х годов XX века его начало вытеснять хромирование – нанесение хрома или его сплава на клинок из углеродистой стали для придания поверхности комплекса физико-химических свойств: износостойкости, высоких механических свойств и сопротивления коррозии. Оно уменьшает или полностью устраняет коррозию основного металла в порах покрытия, т. е. обеспечивает электрохимическую защиту. К сожалению, оно не может защитить от действия коррозии режущую кромку, постоянно подвергаемую заточке. Впрочем, этого недостатка не лишено ни одно из используемых ныне поверхностных покрытий. Наиболее распространенным способом нанесения хрома стал гальванический процесс, при котором пленку хрома, толщиной до 15 микрон наносят методом электролитического осаждения на поверхность клинка. Хромовое покрытие характеризуется высокой химической стойкостью, обусловленной способностью хрома пассивироваться. Из-за трудностей получения тонкого беспористого покрытия, надежная защита от коррозии может быть достигнута при нанесении более экономичного, трехслойного защитно-декоративного покрытия: «медь-никель-хром» (толщина слоя хрома до 1 микрон). Таким образом, формируются поры, удерживающие смазку. Осажденный на предварительно отполированную поверхность, хром имеет зеркальный блеск и серебристый с синеватым отливом цвет. Иногда для снижения блеска поверхность клинка не полируется, а шлифуется. Сходным образом на покрытия использовался и никель.