Honzíkovy vláčky

Pokovování mosazi jako náhrada barvení při finalizaci (nejen) leptů

Autor: Jan Plutnar Vydáno: 22.5.2026

Na našich stránkách jsme se problematikou barvení kovů, zejména mosazných leptů, zabývali opakovaně, například ZDE, ZDE nebo ZDE. Mimo jiné jsme také popisovali možnost černění mosazi chemickou reakcí jejího povrchu s přípravkem Brass Black Metal Finish ZDE. Dnes se budeme zabývat další možností úpravy povrchu mosazi, a sice pokovováním.

Určitě se vám to stalo také – rozebíráte více či méně starý model lokomotivy, ve kterém je kovová kostra (nejspíš) nastříkaná černou barvou, která má ovšem tendenci při sebejemnějším dotyku byť plastovou karosérií nebo špachtlí, nemilosrdně oprýskat. A netýká se to jen modelů „prehistorických“, i modely vyrobené v tomto století např. MTB tímto nešvarem trpí do té míry, že si člověk říká „to neexistuje žádný způsob, jak ten kus kovu obarvit tak, aby to sakra drželo?“.

S postupující přípravou výroby malé série modelů parního motorového vozu M124.001 Komarek začalo toto téma být pro mne ještě aktuálnější. V původním modelu, jehož stavbu jsme popisovali ZDE, jsme většinu dílů vyrobili pomocí 3D tisku a potřebnou hmotnost modelu pak doplnili odlitkem závaží. Tento postup se při stavbě celkem osvědčil, ale to se jednalo jen o opravdu malý počet modelů (přesněji řečeno 3). Pro současnou plánovanou sérii 10 modelů jsem se však rozhodl vyrobit rám podvozku z mosazného bloku, díky jehož hmotnosti odpadne potřeba dodatečné instalace balastu a také získám uvnitř modelu spoustu prostoru pro instalaci dekodéru a kondenzátoru, který je u takto malého modelu pro plynulou jízdu v podstatě nezbytný.

Obr.1 – Surové, čerstvě vyrobené mosazné rámy pro stavbu modelů Komarka. V horní části jeden hliníkový prototyp.

Asi nikoho bych mosazným rámem, který je zespodu v podstatě zcela viditelný, příliš neohromil a bylo třeba vyřešit problém s jeho nabarvením. Samozřejmě se nabízejí výše odkazované způsoby barvení mosazi, ty ale v tomto případě přináší několik problémů. V první řadě, organická barva, byť sebepečlivěji nanesena, bude na takto exponované části modelu náchylná k otěru a odlupování. Z obrázku 1 je vidět, že rám podvozku je perforován mnoha otvory, do kterých se během montáže montují jednotlivé díly podvozku, případně se jimi protahují šrouby. Nanášení barvy stříkáním nebo máčením nutně povede k tomu, že se tyto otvory částečně nebo i zcela zanesou barvou – jejich průměr se pohybuje mezi 0,8 až 1,4 mm – čímž se další montážní kroky zkomplikují. Protažením otvorů po nabarvení bude barevný povlak „načnutý“ a náchylný k odlupování. Připadala v úvahu i metoda chemického barvení přípravkem Brass Black Metal Finish, ale u takto tvarově poměrně komplikovaného objektu nebyl výsledek zrovna přesvědčivý.

Pro stavbu modelu jsou poměrně kritickou (a celkem obtížně sehnatelnou) komponentou dvojkolí. V našem případě se jedná o model motorového vozu z roku 1903 a jeho dvojkolí jsou tvořena poměrně specifickými loukoťovými koly. S ohledem na poměrně velké množství koleček potřebných pro stavbu deseti modelů jsem se i přes zvažování možnosti pořízení továrních dvojkolí ze starších modelů podobných parních motorových vozů produkovaných v eNku (zejména model parního vozu Kittel od firmy Arnold) nakonec rozhodl pro výrobu dvojkolí vlastních s tím, že obruče vyrobí firma v Číně a středy kol si navrhnu a vyrobím sám. V procesu dojednávání výroby padl od výrobce mj. dotaz, zda si přeji povrchovou úpravu obručí niklováním. Odmítl jsem s tím, že niklování si provedu sám. A zároveň jsem si uvědomil, že poniklování může vyřešit i problém s barvením rámu.

Chemické okénko

Procesem niklování v dalším textu mám na mysli výhradně metodu elektrochemického (galvanického) niklování (koneckonců, zacházím s vodivým kovovým substrátem a neelektrické – electroless – pokovování pro tento účel není třeba).
Při procesu niklování dochází k vylučování krystalů kovového niklu (nebo jeho sloučenin, viz dále) redukcí nikelnatých iontů rozpuštěných v kapalné lázni účinkem elektrického proudu. O niklování bylo popsáno mnoho řádků, zajímavou příručkou k tématu (v angličtině) je kniha Nickel Plating Handbook od Nickel Institute. Vhodnou volbou složení elektrolytu, teploty a rychlosti pokovování lze docílit velmi široké škály finálních vzhledů a vlastností (tvrdost, opotřebitelnost a pod.) pokovovaného předmětu. Pro náš účel nás zajímá proces, jehož výsledkem je tzv. black nickel neboli černý nikl. K vylučování černého niklového povlaku dochází z elektrolytu, který obsahuje kromě nikelnatých solí (typicky síran) také sůl zinečnatou (také síran), salmiak (chlorid amonný, jako pufr) a thiokyanát sodný jako zdroj síry. Zjišťování složení vyloučeného materiálu je komplexní věda, spokojme se s konstatováním, že na povrchu pokovovaného předmětu dochází k tvorbě slitiny niklu a zinku s relativně velkým (kolem 10 %) obsahem síry.¹

Pro samotné pokovování jsem si připravil elektrolyt obsahující 100 g síranu nikelnatého, 22 g síranu zinečnatého, 15 g chloridu amonného (salmiaku) a 15 g thiokyanatanu sodného v 1 l destilované vody. Abych omezil tvorbu bublinek vodíku na pokovovaném povrchu, přidal jsem 1 g tenzidu, konkrétně SLS, který snižuje povrchové napětí bublin a tím pádem zajistí jejich dřívější odtržení od povrchu. Velké bubliny plynu blokují přístup elektrolytu k pokovovanému materiálu a tím dochází k tvorbě skvrn s různou intenzitou barvy. Elektrolyt byl během pokovování neustále pomalu promícháván magnetickým míchadlem a ohříván na 40 ºC. Pokovoval jsem při napětí 1,1 V po dobu 8 minut. Několika pokusy s mosazným plechem jsem si ověřil, že pokovování za těchto podmínek vyprodukuje povrch s barevně relativně jednolitým povrchem, dobře otěruvzdorným (lze jej poškrábat ostrým kovovým předmětem, ale nestačí nehet ani plastové nářadí). Samotné kovové předměty (ať se jednalo o experimenty s mosazným plechem nebo o rámy pro pojezd Komarka) byly nejprve důkladně odmaštěny horkou jarovou vodou v ultrazvukové lázni (60 s), opláchnuty destilovanou vodou, následně ponořeny do lihu v ultrazvukové lázni (60 s), znovu opláchnuty destilovanou vodou a nakonec ponořeny na 20 s do 5% roztoku kyseliny chlorovodíkové (solné) v ultrazvukové lázni, aby se odstranila nežádoucí vrstvu oxidů na povrchu kovu. Po důkladném opláchnutí v destilované vodě byl rám zavěšen na dva měděné háky na měděnou „traverzu“, která byla připojena k zápornému pólu zdroje proudu (katoda). Je důležité jako materiál anody použít stejný kov, který se má vylučovat na katodě. Důvodem je zamezení kontaminace galvanické lázně rozpouštěným materiálem anody. Proto jsem jako anodu použil očištěný namotaný niklový drát.

Získaný povrch je velmi dobře otěru- i oděruvzdorný, elektricky vodivý, vhledem k velké strukturní složitosti rámu i velmi dobře barevně homogenní (viz obrázek 2). Nejslabším místem z hlediska přilnavosti jsou samozřejmě hrany, na kterých lze intenzivním třením tvrdším předmětem (kouskem plastu, nehtem, dřevem) černý povrch setřít, v žádném případě však (narozdíl od barvy) nedochází ke kaskádovému odlupování vrstvy i na sousedících plochách.

Obr. 2 – Černým niklem pokovené rámy, spodní (vlevo) a vrchní (vpravo) pohled

Další využití pokoveného povrchu

Během práce s pokovováním mosazných plechů v rámci ladění podmínek pro pokovování rámů pojezdu jsem si uvědomil, že bych mohl takto upravený materiál, tj. mosazný plech pokrytý tenkou vrstvou černého niklu využít i pro jiné účely.

Pokud patříte mezi příznivce historických kolejových vozidel, jistě jste si všimli, že v některých případech jsou na nich instalovány různé „cedule“ zhotovené pravděpodobně z bronzu zčernalého oxidací a s vyleštěným nápisem. Je to i případ Komarka po poslední rekonstrukci, kdy byla červenobílá typová tabulka nahrazena tabulkou bronzovou a doplnila tak bronzový státní znak (obrázek 3).

Obr. 3 – Vzhled M124.001 po poslední rekonstrukci. Foto zdroj.

Při pokovování mosazného plechu jsem si všiml, že barva povrchu se s narůstající tloušťkou vyloučeného materiálu postupně mění od zlaté přes postupně tmavnoucí hnědou až po černou. A jelikož máme k dispozici laserovou řezačku s laditelným výkonem, napadlo mě, že by bylo možné do vhodně „zahnědlého“ povrchu mosazi vygravírovat jak typové označení Komarka, tak při troše snahy i státní znak. Vhodně nastavený výkon laseru by mohl „odpálit“ vrchní vrstvu černého niklu a odhalit mosaz pod ní. Výsledek posuďte sami na obrázku 4 níže. Při bližším pohledu jsou patrné stopy gravírovacího laseru, tloušťka dráhy je přibližně 50 μm. Velikost státního znaku je 1,5 x 1,5 mm, typová tabulka má rozměry 5 x 1,5 mm. Pod obrázkem naleznete i video se záznamem procesu gravírování.

Obr. 4 – Tabulka se státním znakem a typová tabulka v měřítku 1:160

Niklování pájených mosazných dílů

Pokovování černým niklem se nabízí i jako zajímavá alternativa barvení pájených mosazných dílů nebo celých modelů zhotovených z leptů, případně částí řezaných laserem. V tomto případně ovšem narazíme na problém v podobě cínato-olovnaté pájky. Tato neušlechtilá slitina není pro niklování vhodná a pokusy o její přímé poniklování dopadnou v lepším případě tvorbou filmu, který na podkladu vůbec nedrží. Ve většině případů však dochází na povrchu SnPb slitiny k tvorbě částeček, které se okamžitě uvolňují a klesají ke dnu pokovovací lázně. Naštěstí existují způsoby, jak tento problém překonat. Jedním z nich je galvanické, případně chemické, nanesení mezivrstvy jiného vhodného kovu, v tomto případě mědi. Měď, narozdíl od niklu, s cínem ochotně vytváří slitiny (vznik intermetalických fází Sn-Cu je de facto i principem pájení měděných částí cínovou pájkou), a tak snadno k povrchu pájky přilne. Na tuto vrstvu lze následně pevně galvanicky nanést vrstvu niklu požadovaných vlastností. Pro nanášení mědi jsem zvolil lehce bazický citrátový roztok mědnaté soli, připravený rozpuštěním 25 g modré skalice, 140 g citrátu sodného, 30 g vínanu draselno-sodného a 10 g hydrogenuhličitanu sodného. Ze stejných důvodů jako v případě niklovací lázně i zde byla měď v podobě drátu použita jako anoda. Vrstva vyloučené mědi nemusí být příliš silná, proto je i doba poměďování celkem krátká. Dostačující byla jedna minuta pokovování při napětí 1,5 V, lázeň byla ohřáta na 40 ºC, stejně jako u niklovací lázně. Před samotným pokovováním je opět potřeba pokovovaný předmět důkladně očistit. Postup je v podstatě identický jako příprava pro niklování, jen doba, kterou čištěný předmět stráví v kyselé lázni by neměla být příliš dlouhá, stačí zhruba 10 sekund. I ve zředěné kyselině chlorovodíkové totiž dochází k rozpouštění pájky, v krajním případě by mohlo dojít i ke zničení pájeného spoje. Rozpustnost cínu v kyselinách byla také důvodem, proč jsem pro poměďování volil lehce bazickou galvanickou lázeň. Poměděný předmět jsem pak jen opláchl v destilované vodě a vzápětí ponořil do niklovací lázně. Po 4 minutách bylo niklování hotovo. Vrstva černého niklu rovnoměrně pokryla celý předmět. Na obrázku 5 jsou vyfotografována všechna stádia pokovování spájených předních schodů pro model Komarka vyrobených z dílků řezaných laserem z 0,2 mm silného mosazného plechu.

Obr. 5 – Zprava doleva spájené schody před očištěním, schody po nanesení vrstvy mědi, schody finálně pokryté černým niklem.

Niklování tvrdým lesklým niklem

V předchozím textu jsem stručně zmínil potřebu výroby vlastních dvojkolí pro model Komarka, která by měla co nejvíce odpovídat svojí skutečné předloze. Při hledání materiálu, který by bylo pro výrobu koleček nejlépe použít, jsem narazil na několik možných způsobů. Kolečka se, kromě plastů, nejčastěji vyrábí z ocelí, zinku, případně slitiny měď-nikl-zinek („silver nickel“) anebo mosazi. Vzhled mosazných koleček je pak z pochopitelných důvodů třeba upravit pokovováním, asi nenajdeme ve skutečném světě železniční vozidla se „zlatými“ koly… 🙂 Rozhodl jsem se pro výrobu z mosazi s tím, že finální povrchovou úpravu si provedu sám. Protože obruče Komarka mají stříbřitou barvu (viz obrázek 6), volba padla na galvanické poniklování, tentokrát čistým niklem, pokud možno s lesklým finišem.

Pro tento účel se hodí roztok o složení odpovídajícím tzv. Wattsovu roztoku, což je jedna z nejstarších známých niklovacích směsí. Připravil jsem ji z 270 g síranu nikelnatého, 60 g chloridu nikelnatého, 35 g kyseliny borité. Navíc jsem přidal 1 g tenzidu, opět SLS jako v případě předchozího roztoku, a také 2 g močoviny, která ovlivňuje strukturu (zejména velikost) vylučovaných částic a tím ovlivňuje výsledný vzhled poniklovaného povrchu tak, že získáme povrch lesklý. Stejně, jako v předchozích případech, je galvanická lázeň ohřívána na 40 ºC a během pokovování neustále míchána. Obruče koleček byly zavěšeny na silný měděný drát, sloužící jako katoda, před pokovením ošetřeny omytím v teplé jarové vodě v ultrazvukové lázni, oprány v destilované vodě, následně louhovány v 5% kyselině chlorovodíkové (odstranění zoxidované vrstvy) také v ultrazvukové lázni, opět opláchnuty v destilované vodě a následně pokovovány při napětí kolem 1 V po dobu 3 minut. Na obrázku 7 jsou zachycena kolečka po opláchnutí ve zředěné kyselině, na obrázku 8 pak po dokončení niklování.

Obr. 6 – Detailní pohled na přední kolo Komarka. Zdroj.

Obr. 7 – Obruče koleček vyčištěné v kyselině a připravené k pokovení.

Obr. 8 – Tytéž obruče po dokončení niklovacího procesu.

Takto upravené obruče jsem pak použil na výrobu náprav; středy koleček jsem nakreslil a vytiskl na SLA 3D tiskárně, do obručí je vlepil kyanoakrylátovým lepidlem a hotová kolečka nalisoval na ocelovou osičku průměru 1 mm a délky 12 mm. Na středu osy je také naražené šnekové ozubené kolečko M0,3 (3D tisk). Fotografie jsou uloženy v galerii.

Závěrem

Úprava povrchu kovových předmětů galvanickým niklováním nabízí zajímavou alternativu úpravy povrchu při výrobě modelů. Volbou vhodných prostředků můžeme poměrně snadno získat povrchy s upravenými funkčními (korozivzdornost, mechanická odolnost v případě kovového niklu), ale i vzhledovými vlastnostmi (černý nikl). Galvanické lázně není třeba vyrábět na koleně (a bez trošku pokročilejších znalostí práce s chemikáliemi bych to ani nedoporučoval), je celkem dobře možné je získat již hotové z komerčních zdrojů. Jedním z takových dodavatelů je v Česku liberecká firma Funchem, chemikálie a další vybavení pro galvanické pokovování nabízí ZDE.

Tak či onak, popisované postupy vyžadují mít k dispozici slušně vybavenou chemickou laboratoř, a především disponovat pokročilými chemickými znalostmi a dovednostmi. A důležitá věta nakonec pro „všeuměly“: Nezapomeňte přísně dodržovat zásady bezpečné laboratorní práce! Jen s tímto důležitým odkazem a upozorněním jsme se rozhodli tuto stať publikovat.