Посвящается памяти детёныша дегу по кличке Ахилес.
Здравствуйте, уважаемые коллеги. В этой статье я хочу рассказать вам о том, как я делал второй заход на технологию изготовления имитации штыревых антенн из медной проволоки. Сложность заключалась в том, чтобы добиться конического профиля антенн.
Когда-то давно я уже написал на эту тему статью. То был первый заход на эту задачу. А задача была изготовить имитацию антенны на натовский танк в 35-м масштабе. Антенна в идеале должна была быть конусной.
Суть метода сводится к следующему. Известно, что если поместить медную деталь в водный раствор лимонной кислоты (продаётся в продуктовых магазинах в отделе с приправами) и приложить к ней положительное напряжение, то с поверхности будет стравливаться материал. При этом, чем больше будет ток, тем быстрее идёт травление. Соответственно, нужно к заготовке, отрезку медной проволоки, приложить напряжение «+» (и тогда по-умному она станет называться анод), а к другому отрезку медной проволоки приложить «-» (катод) и разместить их так, чтобы зазор между катодом и анодом у одного конца заготовки был большой, а у другого конца — маленький. Тогда, на одном конце заготовки ток будет больше, а на другом — меньше. И скорость травления тоже будет с одного конца больше чем с другого. В результате заготовка станет тоньше на одном конце.
Таким методом были изготовлены две имитации антенн на вот эту Меркаву. Использовалась проволока диаметром 1 мм. Антенны получились длиной 91 мм. На рисунке приведён силуэт антенны и график зависимости ширины от длины в относительных единицах.
Из рисунка видно, что заметное утонение происходит только в верхней трети антенны. В общем, конусность получилась так себе. Впрочем, отношение ширины антенны к её длине составило меньше 1%. При таких пропорциях отклонение формы от конуса не очень заметно.
Как и в случае первой статьи, эта статья появилась из-за потребности в имитации конусных штыревых антенн. На сей раз масштаб не 35-й, а 700-й, число антенн не 2 а 10 и прототип — ТАРКР «Пётр великий» от Звезды. Для заготовок была выбрана проволока 0,5 мм, а длина антенн — 9 мм. Отношение ширины к длине получается 6%, а это уже может быть заметно. Испробовал я метод первой версии без изменений и результат мне не понравился. Картинки не сохранилось, но профиль был похож на тот, что на графике выше, только в соответствующих пропорциях.
Затем я стал пробовать улучшить технологию. Улучшения, в основном, сводились к применению непроводящих экранов различной конструкции, чтобы сформировать нужное мне распределение тока по заготовке. Перепробовал я много вариантов, а то, что получилось в конечном итоге, показано не рисунке. Пластиковое бревно — это антенна из коробки.
Ниже приводится описание конечной версии технологии.
Прежде всего, нужно было понять, почему не получилось по-простому. У меня есть гипотезы на этот счёт, но я их тут подробно излагать не буду, потому что электродинамика электролитов не является тематикой сайта. В двух словах, ток между двумя электродами в объёме электролита зависит от расстояния (и строго говоря, от напряжения) не линейно, а по хитро-вывернутому закону. Значит надо загонять систему в рамки. Ну что же, будем загонять.
Для этого мне понадобилось:
- Отрезок витой пары (интернет-кабеля) в качестве заготовок. Это источник хорошей медной проволоки диаметром 0,5 мм. Всегда стараюсь выпросить у АйТишников обрезки этих кабелей. Они и для моделизма полезны и в быту для всякой коммутации. Проволока нужна без лака. Поэтому обмотки трансформаторов не подходят.
- Тонкие проволочки для электрического соединения заготовок. Тонкие — чтобы легко гнулись и не деформировали при этом блок заготовок с экранами. Взял для этого жилки от многожильной витой пары. Подойдут жилки от любого многожильного провода. Лишь бы паялись.
- Паяльник.
- Провода для соединения электродов с источником питания.
- Прозрачный пластик. Он нужен для изготовления экранов. Вырезал плоский кусок из крышки от торта.
- Пластилин.
- Лимонная кислота. Она продаётся в продуктовых магазинах в пакетиках в виде белого порошка. Искать следует в отделе с приправами.
- Источник питания постоянного тока. У меня есть регулируемый лабораторный источник питания. Но для данной задачи в такой навороченной штуковине нужды нет. Можно было бы легко подобрать какой-нибудь зарядник с нужным напряжением из имеющихся дома.
Из всего этого нужно изготовить схему, показанную на следующем рисунке.
Анод «+» представляет собой проволоку 1 частично зачищенную от изоляции. Изоляция — синяя, голый провод — красный. Конус будет формироваться на горизонтальной зачищенной части проволоки. К верхнему концу проволоки припаян тонкий проводок. Им можно соединить проволоку с другими заготовками, не боясь деформировать всю конструкцию.
Спереди и сзади (относительно картинки) проволока защищена непроводящими экранами из прозрачного пластика 2. Пластик нужен прозрачный, чтобы можно было контролировать процесс, не вынимая катод из электролита.
С боков заготовку экранируют вертикальные фигурные стенки из пластилина 3. Этот же пластилин скрепляет весь блок катода. Толщина зазора между прозрачными экранами задаётся изоляцией. Для этого на правом кончике проволоки 1 оставлен небольшой незачищенный кусок. Такая форма пластилиновых стенок была подобрана экспериментально. Подозреваю, что правую стенку выше заготовки можно было сделать более простой формы (пунктирный контур), но этого не проверял.
При построении этой схемы учитывались вот какие соображения.
- Зазор между прозрачными экранами должен быть много меньше чем характерные расстояния от нижнего среза экранов до заготовки 1 в средней её части.
- Изгиб проволоки 1 должен быть таким, чтобы верхний конец был приблизительно над серединой центра тяжести всей конструкции. За него будем подвешивать.
- Изгиб проволоки 1 должен быть таким, чтобы она не перекрывала свободный выход воздуха из пространства между экранами при опускании в электролит.
- Изолированные участки проволоки 1 не должны выступать за стенки. Также, не получится сделать утолщение на середине антенны, оставив там изоляцию. Если так сделать, то произойдёт вот что. Допустим, ток подошёл к участку заготовки, не защищённому экранами, но не смог протечь в заготовку из-за изоляции. Тогда, он радостно ломанётся на соседний, не изолированный участок и сложится там с уже имеющимся током. В результате, на границе изоляции произойдёт подтравливание, как это показано на рисунке.
- Возможно придумать какие-то другие конфигурации, но в любом случае следует размещать заготовку горизонтально и под ней должно быть место, куда будут уходить продукты реакции. Какая реакция там идёт, я не знаю, но то, что в результате образуется, растворимо в воде, тяжелее воды и мешает дальнейшему травлению. Об этом можно судить по тому, что в процессе реакции электролит голубеет и реакция идёт всё медленнее. Кроме того, этот самый продукт отчётливо виден на этой картинке.
Если расположить заготовку, например, вертикально, оголённым концом вниз, то продукты реакции будут идти сверху вниз по заготовке и замедлять травление в нижней части. Получится вот так.
- Собственно, заготовкой антенны является горизонтальный зачищенный участок проволоки 1. Ток к заготовке идёт только от нижнего косого среза прозрачных экранов. Конусообразная форма антенны получается потому, что до левого конца заготовки расстояние от среза меньше чем от правого. В результате получается, что сопротивления электролита от среза до заготовки на левом конце меньше чем на правом. Ток и скорость травления по заготовке распределяются соответственно. Для того чтобы это всё работало, электрический потенциал вдоль среза экранов должен быть одинаковый. Для этого, толща электролита под анодом должна быть много больше чем расстояние от заготовки до среза экранов. И катод должен быть помещён много дальше этого расстояния.
- В ходе реакции на катоде выделяются пузырьки. Катод должен быть помещён так, чтобы эти пузырьки не попадали на анод.
- Теоретически, напряжение к заготовке можно подводить как с левого конца (который станет тонким), так и с правого. Почему надо подводить именно с левого? Когда заготовка совсем перетравится, электрический контакт по металлу с ней пропадёт. Ток всё равно будет идти через электролит, но он будет гораздо меньше. По этому, отслеживать момент выключения можно менее строго.
Как это всё выглядело на практике. Сначала я взял несколько отрезков витой пары и распрямил их об край стола. Затем, порезал на отрезки нужной длины, согнул, зачистил, припаял тонкие проводки.
Затем нарезал одинаковых экранов из прозрачного пластика, используя первый из них как шаблон. Мне нужно было 10 антенн, соответственно — 11 экранов. Затем, по шаблону вылепил боковые стенки. Для шаблона была подобрана пластиковая карточка толщиной похожей на толщину проволоки с изоляцией.
В стенки экранов вдавил заготовки и соединил получившиеся ячейки в один блок. Тонкие проволочки от каждой ячейки соединил скруткой и выгнул её в форме крюка, на который блок будет подвешиваться в кювете.
Катод выгнул из той же витой пары. Кювету подходящих размеров сделал из бутылки от детского шампуня. Проделал в стенках две пары отверстий и протянул через них две горизонтальных проволоки (опять витая пара). На эти проволоки будут подвешиваться катод и анод. К ним же подвёл напряжение.
Опыт показал, что пузырьки от катода, поднявшись вверх, не все уходят а атмосферу, а продолжают клубиться в верхнем слое электролита. Через какое-то время они садятся на заготовки, и в этом месте поверхность становится неровной. По этому, вставил между катодом и анодом пластинку-сепаратор, которая ограничивает распространение пузырьков.
Фотография кюветы приведена на этой картинке. Здесь травилась только одна заготовка. Прошу прощения за фон.
В этом месте следовало бы указать концентрацию лимонной кислоты в электролите и ток на единицу площади, но я таких исследований не проводил. Сыпал в воду кислоту «сколько не жалко» — чтобы осталось для дальнейших экспериментов мне и на кулинарию жене. Кстати, чтобы не осталось лишней разведённой кислоты, можно сначала приготовить концентрат в объёме заведомо меньшем, чем нужно. Затем, залить концентрат в кювету и долить обычной водой до нужного уровня.
Ток. Чем выше, тем меньше времени ждать. Но сколько нужно в амперах на квадратный дециметр — не знаю. Но есть критерий: когда слишком много, на аноде (заготовке) начинают медленно нарастать пузырьки газа. Пузырьки эти следует искать у тонкого конца заготовки — там ток выше. Соответственно, если пузырьки появляются, ток нужно снижать.
Ну вот — катод, анод подвесили в кювете, соединили провода с источником питания, залили электролит до нужного уровня, щёлкнули клавишей… Если всё соединено правильно, с катода должны пойти пузырьки, а анод должен медленно начать темнеть. Причём темнеть он должен начать с тонкого конца. Это на нём выделяется мелкий чёрный порошок. Порошок этот на аноде не держится и при лёгком постукивании осыпается. Впрочем, кажется, травлению он и не мешает. За процессом можно наблюдать сбоку, но лучше периодически вынимать анод, промывать под струёй воды и осматривать с нижнего торца.
Если в каких-то ячейках заготовки уже дотравились, то можно перекусить соответствующие проволочки. Лучше остановить процесс на этапе, когда между антенной и подводом ещё имеется перемычка в виде тончайшей нити. Если дать травлению идти после перетравливания перемычки, то конец антенны начнёт стремиться к форме носика сильно вытянутой пули.
ВНИМАНИЕ, после травления электролит приобретает голубой оттенок. Что там в нём, я не знаю, но на форуме высказывалось мнение, что оно может быть ядовитым. Так что, с отработанным электролитом обращаться аккуратно, с пищевой посудой контакта не допускать!
Когда все антенны протравились, вынимаем, промываем, разбираем. Получилось вот что.
Вот профили сразу всех антенн.
Как видно из фотографии и графика, антенны получились больше похожие на конус, чем в предыдущем варианте технологии.
Что ещё можно добавить… Если бы меня не устаивал результат, то его можно было бы скорректировать, подпилив экраны или шаблон для стенок. Как было сказано выше, нанесение масок на заготовку приводит к подтравливанию на границах масок. Так что, если есть необходимость сымитировать антенный ввод или какое-нибудь утолщение на антенне, то лучше изготовить их дополнительно, с помощью масок и обычного химического травления. Вот здесь есть отличная статья про травление меди от коллег-радиолюбителей.
В заключение, хочу привести фотографии антенн, установленных на загрунтованной модели.
