Таким образом, большинство исследователей рассматривало возникновение гальваностегии в рамках одной – научной – традиции – исследований по «гальваническому электричеству», как её часто называли в историко-химической литературе. Такая точка зрения сохранялась вплоть до середины 1980-х гг. и следовала из слишком узкого понимания гальваностегии, при котором всё гальваническое производство сводилось к его центральной операции – электроосаждению металлов, а всё развитие этой области – к видоизменению и совершенствованию её. Известно, однако, что процесс получения покрытия представляет собой сложную технологическую цепочку операций, в которой стадия электролиза является основной, но не единственной Следовательно, если из всего гальванического производства выделить лишь технологию нанесения покрытия, то и тогда её история не может быть сведена к изучению стадии электроосаждения металла.
Совсем к другим результатам можно прийти, если проводить анализ возникновения и развития гальваностегии, исходя из общепринятого представления, согласно которому внедрение научных исследований в производство в общем случае осуществляется в три этапа:
Лабораторные исследования – Технологический процесс (технический метод) – Производственный процесс.
Ретроспективный обзор специальной (XIX в.) и историко-химической литературы показал, что эти три этапа для гальваностегии исследованы неодинаково, а именно: подробно освещены первые опыты по электроосаждению металлов, существуют несистематизированные, но достаточно обширные сведения о начальных шагах гальванического производства, но практически неизвестны обстоятельства перехода от лабораторных исследований к технологическому процессу.
Первоначально нами был избран использовавшийся в предшествующих историко-химических работах способ исследования процесса возникновения гальваностегии: реконструкция событий с помощью последовательного анализа первоисточников по «гальваническому электричеству». Оказалось однако, что этот подход дает возможность наблюдать лишь развитие основной операции – электроосаждения металла. В то же время уже в первых работах по гальваностегии, относящихся к 1840-м гг., описывается технологический процесс нанесения покрытий, включающий подготовку поверхности изделий и последующую их обработку. Вплоть до настоящего времени последовательность и назначение операций в нём не претерпели практически никаких принципиальных изменений. Таким образом, сразу же возникает вопрос: откуда этот процесс появился?
Поскольку уже на первом этапе исследования выяснилась невозможность провести реконструкцию зарождения гальванического производства в рамках традиционного подхода, нами было выдвинуто предположение о вероятности возникновения его согласно предварительной гипотезе, в основу которой положена идея возникновения нового в науке при пересечении различных традиций*. При построении данной гипотезы гальваническая технология рассматривалась как область, возникшая на пересечении двух традиций: технологии нанесения металлических покрытий и исследований, связанных с открытием «гальванического электричества». Первоначально эти направления развивались совершенно независимо друг от друга, причем электрохимическая ветвь находилась лишь на стадии лабораторных экспериментов. Встреча традиций произошла на рубеже 1830–1840-х гг. Именно это событие и привело к зарождению технологического процесса электроосаждения металлов. Что касается гальванического производства в целом, то оно было создано в последней трети XIX в. с привлечением третьей традиции – электротехники (использование в гальваностегии первых промышленных источников тока – динамомашин, что позволило дешево получать большие количества электроэнергии).
Для обоснования правильности предложенной гипотезы рассмотрим развитие каждой из этих традиций в отдельности в порядке их возникновения.
Эволюция ранних методов нанесения металлических покрытий
Идея улучшения внешнего вида изделий с помощью нанесения на их поверхность тонкого слоя чужеродного металла не нова: первые золотые и серебрянные покрытия были известны еще древним египтянам за 3000 лет до н.э. Наиболее ранним из применявшихся способов облагораживания была облицовка предметов тончайшей золотой фольгой. Позже (III в. до н.э) появилось золочение путем нанесения золотого порошка, смешанного со свинцовой пылью, на поверхность обрабатываемого предмета и последующего прокаливания изделия. Амальгамное золочение и серебрение или, иначе, золочение и серебрение через огонь, в своей простейшей форме стало известно не позже I в. до н.э. Для покрытия предметов серебром вначале широко применялся способ «накладного» серебрения, бывший непосредственным предшественником метода плавки, который начал употребляться со второй половины XVIII в., главным образом при изготовлении «старых шеффилдских листов».
Старейшими защитными покрытиями являются оловянные. Так, уже римлянам было хорошо известно лужение медных сосудов. Их же считают пионерами в покрытии оловом чугунной кухонной утвари, относя начало его ко времени Плиния Старшего (I в. н.э.). В первые десятилетия XVII в. получило развитие горячее лужение листового железа. По видимому, одними из первых в этой области были производства, открытые в Саксонии и Богемии, а несколько позже – в Дрездене. Отсюда процесс был перенесен в Англию, где примерно к 1720 г. также был внедрен в производство.
Следует отметить, что способ горячего лужения, применявшийся в XIX в., представляет особый интерес, так как в нем впервые довольно отчетливо просматривается технологическая цепочка нанесения электрохимических покрытий, которая в сильно измененном и усовершенствованном виде сохранилась до настоящего времени.
Еще одним процессом, получившим промышленное использование к моменту возникновения гальванического производства, было горячее цинкование. Первые опыты по покрытию металлов цинком предпринял в 1741 г. Мелуэн во Франции. Так как к этому времени уже существовало производство листового железа, он занялся исследованием процесса горячего цинкования железных листов. Свои результаты Мелуэн представил в докладе Королевской Академии наук в Париже. Вскоре Ж. Б. Кемерлин, использовав их на практике, впервые организовал производство оцинкованной железной посуды, которая в период 1740–1770 гг. получила во Франции значительное распространение. Однако широкое промышленное применение цинкование получило только с 1836 г., когда М. Сорель в Франции взял патент на процесс горячего цинкования, почти идентичный с современным. В следующем, 1837 г., аналогичный патент был выдан англичанину Н. В. Крауфорду.
В Америке горячее цинкование, как и горячее лужение, получило развитие значительно позже, чем в Европе, лишь в самом конце XIX в.
Потребность в защитных металлических покрытиях особенно возросла в конце XVII – XVIII вв. Она была обусловлена, в основном, распространением железных изделий, легко подвергавшихся коррозии. Так, уже в 1725 г. Р. А. Реомюр писал: «Железо представляет собой самый легко разрушаемый (окислением) металл. Для предохранения железа от ржавчины принято покрывать его разными веществами: некоторые изделия обмасливаются, другие – золотятся (более ценные); некоторые промышленники бронзируют железные предметы. Впрочем полагают, что самым простым способом будет покрывание поверхности железа слоем олова».
Таким образом, гальванопластика являлась не единственным возможным источником технологического процесса нанесения гальванических покрытий, посколку к моменту ее изобретения уже существовали различные промышленные способы получения покрытий.
Первые опыты по электроосаждению металлов
(1880 гг. – 1838 г.) Другим направлением, зародившимся на рубеже XIX–XX вв. и также подготовившим предпосылки для создания гальванического производства, были исследования в области «гальванического электричества» (как его называли вплоть до 1833 г., когда работами М. Фарадея была окончательно установлена единая природа электрического тока, независимо от способа, которым он был получен). В отличие от первого, чисто практического направления, эти работы носили вначале целиком научный характер, являясь продолжением исследований по выяснению связи между химическими и электрическими явлениями, существование которой было предположено в 1780 г. Однако до начала XIX в. эту идею не удавалось подтвердить экспериментально, так как все известные источники тока – электрические машины, электрофоры и т. п. – обладали одним общим недостатком: давали электрическую энергию высокого напряжения при малом количестве электричества. Поскольку именно от величины последнего параметра зависит возможность осуществления электрохимических процессов, то какое-то время их не удавалось зафиксировать.
Успехи в этом направлении были достигнуты лишь после 1800 г., сразу же после изобретения А. Вольта нового источника тока – вольтова столба. Его качественным отличием от известных ранее аппаратов была способность в течение довольно длительного времени давать медленно падающий по величине ток. Первыми исследователями, испытавшими свойство «гальванического электричества» разлагать различные растворы, стали англичане У. Николсон и А. Карлейль, а также ученик и друг Вольта итальянец Л. Бруньятелли. Однако по мере того, как принцип конструкции вольтова столба становился известен в разных странах, к ним присоединялись и другие экспериментаторы: В. Крюйкшанк, У. Волластон (Англия); В. Бекман, И. В. Риттер (Германия); И. Г. Ган (Швеция); В. В. Петров (Россия); Дж. Вудхаус (США) и др.
Вначале не проводили целенаправленных экспериментов по выделению металлов электрическим током. Электролизу подвергали самые различные растворы: кислот, щелочей, солей. Тем не менее именно в области электроосаждения металлов в первые же годы XIX в. были достигнуты наиболее впечатляющие успехи. За период с 1800 по 1804 гг. при помощи вольтова столба было выделено одиннадцать металлов и один сплав, то есть получены почти все металлы, которые составили впоследствии основу гальванотехники.