Монументальная скульптура из алюминия и его сплавов

В настоящее время наблюдается тенденция к использованию для монументальной скульптуры более дешевых, чем бронза, в том числе новых нетрадиционных материалов. К их числу, в первую очередь, относятся алюминий и его сплавы, которые уже давно широко применяются не только в технике, но и в архитектуре и в строительстве, а изредка — и для изготовления скульптуры.

Но вопросы рационального выбора состава алюминия и его сплавов, технологии изготовления скульптуры, а также вопросы защитно-декоративной поверхностной обработки совершенно не разработаны. Следствие этого — быстрое ухудшение качеств скульптуры в процессе хранения ее на открытом воздухе.

А между тем алюминий и его сплавы не являются в настоящем дефицитными и дорогими материалами: стоимость бронзы БХ-2, например, на 10—15% выше, а стоимость бронзы БХ, утвержденной в новом стандарте, примерно в два раза выше, чем алюминия. Природные же свойства алюминия могут обеспечить самое высокое художественное качество изготовленных из него произведений.

Алюминий и его сплавы, особенно специальные литейные, обладают высокими литейными качествами, что позволяет воспроизводить в скульптуре мельчайшие формы, тонкие детали лепки и фактуры поверхности. Отливки почти не требуют механической обработки или эта обработка сводится к отделочным операциям — шлифованию или полированию. При этом немаловажно, что у них, по сравнению с другими скульптурными материалами, более низкая температура плавления: алюминия и его сплавов — 660—670°С, меди— 1083°С, бронзы— 900°С, чугуна— 1200°С.

Алюминий и его сплавы характеризуются прекрасными пластическими свойствами, по которым несравненно превосходят чугун, заметно превосходят бронзу и мало отличаются от меди. Они легко обрабатываются в холодном и горячем состоянии различными механическими способами: прессуются, куются, штампуются, чеканятся, полируются и хорошо удерживают полировку при эксплуатации на открытом воздухе. В отличие от бронзы алюминий легко сваривается всеми известными способами, а это открывает возможность изготовления крупнообъемной скульптуры путем сварки частей.

Для алюминия характерен низкий удельный вес. Поэтому алюминиевая скульптура примерно в 2,5 — 3 раза легче чугунной, бронзовой и медной листовой и не требует массивных фундаментов, а скульптура из листового алюминия не нуждается в громоздких внутренних каркасах, и ее монтировка более проста в сравнении со скульптурой из традиционных материалов.

Отливки из алюминия обладают приятным светлым, серебристо-серым цветом, у них бархатистая матовая поверхность. Алюминий высокой чистоты характеризуется синеватым оттенком. Полированная поверхность имеет сильный блеск и слегка напоминает серебряную.

Качества литой и полированной поверхности алюминия и его сплавов весьма декоративны, своеобразны и при разных способах обработки достаточно многообразны, тем более что алюминий легко оксидируется, окрашивается химически и т. п.

Наконец, весьма важное свойство алюминия — высокая коррозионная стойкость в любых атмосферных условиях — сельских, промышленных и морских при любой самой высокой влажности.

Коррозионная стойкость алюминия в первую очередь зависит от его состава и степени чистоты. Особенно вредно присутствие в алюминии меди и железа, так как значительно понижается его коррозионная стойкость. Для архитектурно-строительных деталей чаще всего применяются сплавы с добавкой марганца, уменьшающего вредное влияние железа. Целесообразно было бы это учитывать при выборе сплавов для монументальной скульптуры.

Для сплавов алюминия решающее значение имеет сочетание легирующих добавок, так как взаимная связь их между собой резко изменяет структуру сплава при термической и механической обработке (отжиг, закалка, плакирование). Различные виды обработки сплавов позволяют в технике получать необходимые качества, экономя при этом чистый алюминий и уменьшая себестоимость материала.

От атмосферостойкости материала зависит физическая сохранность скульптуры, а также ее художественные качества, в том числе — неизменность пластики, фактура, цвет и т. д. При соприкосновении свежего среза чистого алюминия с воздухом мгновенно появляется окис-ная пленка, затем рост ее продолжается, но медленнее. Алюминий вообще не существует без окисной пленки. Благодаря своей плотности окисная пленка полностью изолирует металл от окружающей среды и предохраняет его от дальнейшего окисления. Поэтому атмосферная коррозия алюминия самопроизвольно замедляется, а затем практически прекращается. Исследование окисных пленок показало, что они в основном состоят из практически нерастворимой окиси алюминия. Наряду с другими свойствами это объясняет их хорошие защитные качества. Кроме того, алюминий не дает окрашенных потеков окислов на каменных материалах зданий и постаментов.

Толщина естественных пленок — 0,1—0,2 мкм, причем они равномерны и поэтому не только не искажают рельеф скульптуры, но и полностью сохраняют фактуру поверхности. Цвет их серебристо-серый.

На сплавах окисные пленки несколько менее плотны, чем на чистом металле. Они могут быть несплошными из-за избирательной точечной коррозии некоторых структурных составляющих. Отсюда следует, что для удовлетворительной сохранности скульптуры на открытом воздухе не рекомендуется применять сплавы, в состав которых входят элементы, понижающие коррозионную стойкость. На коррозионную стойкость сплавов могут повлиять также трещины, царапины, поры и раковины в самом металле и у его поверхности, а это требует максимальной тщательности в соблюдении технологии изготовления скульптуры — при литье, выколотке и обработке поверхности.

Алюминий — металл молодой, но уже есть возможность говорить о его почти вековой сохранности. Вот лишь несколько примеров из мировой практики использования этого материала.

В первую очередь, это статуя «Эрос» в Лондоне скульптора Альфреда Жильберта, установленная в 1893 году. Ей уже 82 года, и находится она в агрессивной промышленно-морской атмосфере. Ее материал содержит в среднем 98% алюминия, остальное — примеси. Скульптура комбинированная — литая и листовая, высотой около 2,5 м, без всякой защитной поверхностной обработки. При починке механических поломок в 1947 году скульптура была тщательно исследована. При этом обнаружены небольшие вставки из алюминия и свинца (8—10 дм2) и бронзовый стержень, образующий арматуру. На некоторых участках поверхности имеются царапины, которые, вероятно, были сделаны при прежних очистках памятника (1914—1918; 1937). Кое-где на поверхности заметны следы желтоокрашенной пленки, вероятно, лака, которая давно сошла небольшими чешуйками. Кроме того, она загрязнена твердыми образованиями углекислой извести и грязи, в основном на внутренних частях, где загрязнения не смывались дождем.

Никакой контактной и местной атмосферной коррозии и ее продуктов даже под слоем загрязнений на скульптуре нет. Отдельные участки статуи несколько потемнели и покрылись приятной патиной; это выборочное воздействие окружающей атмосферы на металл весьма красиво. Статуя и в настоящее время находится в хорошем состоянии. Второй художественный памятник — это купол церкви в Риме, выполненный из чистого алюминия и установленный в 80-х годах XIX века; и третий пример — мост в Питтсбурге в США из алюминиевого сплава, построенный в 1882 году. Обоим сооружениям по 90 лет, но оба успешно функционируют и находятся в хорошем состоянии.

В России до революции скульптура из алюминия для экспозиции на открытом воздухе не делалась, так как не было своего алюминия.

В советское время скульптура из алюминия стала изготавливаться начиная с середины 50-х годов. Возраст скульптур — не более двадцати лет. Это в основном вещи из листового алюминия, изготовленные методом выколотки и чеканки. В Москве имеется, например, около десяти таких скульптур. Так как они окрашены или тонированы под бронзу, то судить о состоянии поверхности металла под покрытием трудно. Так, скульптура Н. Э. Баумана на территории МВТУ им. Баумана (скульптор А. П. Шлыков) установлена в 1963 году и покрашена в серо-зеленый цвет — краска с нее осыпается, обнажая серебристый металл без всяких признаков коррозии.

Приведенные примеры согласуются со всеми выводами науки и практики коррозии и защиты металлов и наглядно свидетельствуют о высокой коррозионной стойкости алюминия при длительной эксплуатации его на открытом воздухе.

В отечественной художественной промышленности для изготовления литой алюминиевой скульптуры используются вторичные алюминиевые сплавы, которые получаются переплавкой и рафинированием лома, скрапа и стружки различных алюминиевых сплавов. Они содержат много примесей и отличаются неоптимальным составом. Это марки сплавов АЛЗЧ и АЛ9Ч по ГОСТ 1583—65.

Для чеканной скульптуры используется листовой алюминий невысокой чистоты, содержащий и медь, и железо, марок А1 и А2. В большинстве случаев для крупной скульптуры применяется любой листовой алюминиевый сплав без учета его состава и коррозионной стойкости, причем никаким видам технологической механической и термической обработки скульптуру не подвергают.

Выбор металла и сплавов на основе алюминия для скульптур теоретически не обоснован, что затрудняет процесс изготовления скульптуры и резко снижает ее качества.

Для придания поверхности скульптур определенных декоративных качеств ее грунтуют, покрывают многослойными лакокрасочными композициями или пленками лака с обязательным нанесением отделочного слоя воска, что придает скульптуре совершенно не свойственные для алюминия цвет и фактуру. Но лакокрасочные и лаковые покрытия, а в первую очередь отделочный слой воска, на открытом воздухе быстро стареют, подвергаются мелению, шелушатся, и поверхность произведения приобретает неприглядный вид, требуя замены покрытия. Для крупногабаритной скульптуры, да еще на высоком пьедестале это связано с техническими и технологическими трудностями и большими материальными затратами. В лучшем случае такие покрытия выдерживают до десяти лет даже при условии тщательного ухода. Но за скульптурой, хранящейся на открытом воздухе, нет никакого ухода. А частая смена покрытия для поддержания надлежащего внешнего вида скульптуры обходится очень дорого и отрицательно влияет на ее пластическую выразительность, так как связана с потерей металла при замене покрытий. Скульптура же из алюминия и его сплавов не нуждается ни в каких искусственных защитных покрытиях. Она требует только одного — периодической промывки.

В научно-технической практике известны многие способы искусственного получения окисной пленки на алюминии и его сплавах, которая отличается еще более высокими защитными и прочностными качествами, чем естественная. К их числу относятся электрохимическое оксидирование— анодирование, химическое и термическое оксидирование. Толщина искусственных окисных пленок, в зависимости от способа получения, может быть различной: тонкие— 1—2 мкм, средние — 5—25 мкм, толстые — 50—200 мкм. Искусственные анодные пленки непроницаемы для атмосферных газов и жидкостей, хорошо изолируют основу от окружающей среды. Они обладают очень высокой прочностью сцепления с основой, а также высокой упругостью, поэтому ни при каких термических и механических воздействиях не растрескиваются, не отстают от основы и не шелушатся. Анодные пленки очень тверды, поэтому практически не истираются при любых механических воздействиях, защищая от них и сам материал. Они легко полируются механическими способами. Благодаря легкости окисления алюминия окисные пленки при механическом повреждении (царапины и т. д.) самовозобновляются. Окись алюминия является стабильным соединением, химически инертна в большом диапазоне агрессивных сред. Сочетание перечисленных физико-химических свойств окисных пленок определяет их чрезвычайно высокую собственную прочность и стойкость и столь же высокую защитную способность, что, в свою очередь, определяет практически абсолютную коррозионную стойкость анодированного алюминия. К достоинствам анодных окисных пленок относится их способность не мешать сварке металла, что позволяет применять их при изготовлении крупногабаритной скульптуры, свариваемой из нескольких частей. Цвет анодной пленки на чистом алюминии такой же, как естественной, а на отполированной до высокого блеска поверхности пленка толщиной 10—15 мкм кажется прозрачной.

Технология анодирования алюминиевых сплавов, особенно вторичных (смешанных), несколько сложнее, и качество пленок на них немного ниже, чем на самом алюминии, однако все же имеется достаточно вполне доступных способов их анодирования, а качество искусственных пленок намного выше, чем естественных. Цвет анодных пленок на сплавах зависит от компонентов, входящих в данный сплав, и может иметь различные тона, — светлые получаются на сплавах АМГ, АМЦ и литейных AJ18, АЛ 13, а на силуминах — серые из-за кремния. Анодные пленки получают в различных растворах кислот: серной, хромовой, щавелевой и в последние годы — органических. В СССР наиболее распространен сернокислотный способ, пока лучше всех зарекомендовавший себя, так как сернокислый электролит дешевле, устойчив, обладает высокой рассеивающей способностью, что особенно важно для сложнопрофилированных изделий, и расход электрической энергии меньше — до 15 вольт, а для силуминов — до 30 в. Обычно используется 15—25%-ная серная кислота. Этот способ с успехом применяется для всех алюминиевых сплавов, имеющих промышленное значение. Так, в 20%-ном растворе серной кислоты при плотности тока 1,0 а/дм2 в течение 20 минут можно получить окисную пленку толщиной 3—5 мкм. Меняя концентрацию электролита и, соответственно, плотность тока, температуру и время оксидирования, можно получить пленки толщиной 15—20 мкм. А при отрицательных температурах (например, при —5°С) и более высоких напряжениях получаются пленки до 150 мкм, что особенно рекомендуется в технической литературе для архитектурных деталей. Добавление в электролит органических кислот, например, щавелевой кислоты, позволяет повысить температуру раствора до +8°С, что технологически более выгодно. Для сернокислых электролитов возможно применение и переменного тока.

Другие электролиты менее экономичны, применяются реже.

Методы анодирования алюминиевых сплавов широко используются в технике. Применяются они и для небольшой настольной скульптуры. В связи с технологическими сложностями (специальное оборудование и затраты электроэнергии) применение анодных пленок для обработки крупной и сложнопрофилированной скульптуры, особенно изготовленной из вторичных сплавов, затруднено, но возможно. В качестве примера: в 1952 году мост в Лионе украшен четырьмя двухфигурными композициями — «Рыбные богатства страны», «Навигация», «Плодородие» и «Радость, доставляемая водой». Отлитые скульптуры были слегка отполированы и затем анодированы, но не тонировались (цвет блестящего алюминия сохранен), что хорошо гармонирует со светлым фоном тимпанов моста.

Вторым способом, также широко распространенным в технике и мало — в художественной промышленности, но перспективным в ней, является химическое оксидирование в растворах окислителей. При этом способе некоторые качества окисных пленок несколько ниже, чем у анодных, толщина меньше, но все же выше, чем у естественных, и они вполне удовлетворительны. Для крупногабаритной скульптуры предпочтительны холодные способы химического оксидирования. Так, в художественной промышленности иногда пользуются раствором, состоящим из хромовокислого цинка — 4 г/л, азотной кислоты — 3,5 г/л и фтористого цинка — 15 г/л, цвет покрытия — от желтого до золотистого. Для оксидирования сварных швов чаще применяется раствор хромового ангидрида — 3— 4 г/л с фторосиликатом натрия — 3 — 4 г/л.

Наконец третий способ — термическое оксидирование — применяется для небольшой настольной скульптуры. Наносят слой расплавленного парафина или тунгового (деревянного) масла на поверхность и обрабатывают пламенем паяльной лампы. Цвет — от черного до золотистого и зависит от того, сколько раз скульптура обработана. Такой способ обработки огнем известен с древности для традиционных металлов и очень трудоемок, но дает большой декоративный эффект и коррозионностойкую окисную пленку.

По своему цвету, блеску, прозрачности искусственные и естественные окисные пленки близки к металлическому алюминию. Благодаря этому при оксидировании, как и при окислении на воздухе, декоративные качества поверхности металла мало изменяются (черные окраски пленок, получаемых нагреванием масел, обусловлены их обугливанием. Искусственные окисные пленки характеризуются ориентированной микропористой структурой. Эта особенность позволяет производить их пропитку или окрашивание физическими или химическими способами и обусловливает чрезвычайно прочное закрепление окраски в структуре самой пленки. Для окраски окисной пленки могут быть использованы светостойкие органические и минеральные красители. Это дает возможность окрашивать скульптуру не только в цвет бронзы или ее патины, но и в любой цвет, в зависимости от замысла скульптора. Такова статуя «Лыжник» в Швейцарских Альпах: в самой статуе — алюминий полированный, а лыжи — черные.

При необходимости повышения плотности и непроницаемости окисная пленка может быть пропитана атмосферостойкими лаками без образования блестящей «лаковой» фактуры.

Качество декоративной окраски зависит не только от примесей, но и от способа изготовления изделий, а также от качества механической обработки поверхности металла, — уплотненный слой лучше окрашивается. Таким образом, искусственные окисные пленки обладают весьма высокими физико-механическими и химическими качествами и при необходимости придания поверхности скульптуры того или иного цвета превосходят по своей стойкости любые лакокрасочные покрытия. Однако в отечественной художественной промышленности они применяются только для отделки сувениров, осветительных приборов, мелкой настольной скульптуры. Для обработки же крупной скульптуры, в том числе монументальной, они не используются.

Итак, использование алюминия и его сплавов для монументальной скульптуры весьма перспективно. Однако представляется, что для практического осуществления этого необходимо выполнение некоторых условий:

  1. Нужно провести исследовательскую и экспериментальную работу по подбору оптимальных составов металла и сплавов для литой и листовой скульптуры и разработать специальные ГОСТы на художественные марки этих материалов.
  2. Необходима экспериментальная работа по технологии литой и листовой скульптуры, включая различные виды термической и механической обработки.
  3. Необходима экспериментальная работа по созданию оптимальной методики анодирования и химического оксидирования скульптуры,

а также последующей защитно-декоративной обработки поверхности. Все перечисленное связано с затратами материальных средств, и решение этой задачи должно осуществляться в контакте Министерством культуры СССР и Министерством цветной металлургии. Разрешение этого вопроса необходимо, поскольку применение вторичных и случайных сплавов и необоснованной технологии не дает должного эффекта и лишь дискредитирует возможности прекрасного материала. Назрела необходимость широкого совместного обсуждения перспектив применения алюминия и его сплавов для скульптуры — Министерством культуры СССР, союзами художников, художественными фондами, скульптурными комбинатами, заводами художественного литья и Всесоюзной центральной научно-исследовательской лабораторией консервации и реставрации музейных художественных ценностей.

 

Топильская И.В.Монументальная скульптура из алюминия и его сплавов// Советская скульптура/И.В.Топильская М., 1978, С 200-206