自然的銅銹要經過長期的與水、氧氣、二氧化碳等反應而成，那雕塑廠里的銅雕塑需要在短時間內做出表面效果，是怎么處理的呢？要回答這個問題，我們先從銅雕塑表面的著色原理說起。

一、銅雕塑表面著色反應的化學動力學原理

·自然形成的銅銹色（氣相反應）：在大氣環境中，銅雕塑表面吸附了水膜以后，通過長期變化形成銹皮殼，色彩自然chun正，膜層化學性能穩定，結合力強，對銅基體有很好的保護作用。

·人工著色(溶液反應)：用化學溶液浸泡或以配方的溶液與銅雕塑涂抹等方式來完成變色。

二、銅雕塑著色前的表面處理

2.1為什么要進行銅雕塑著色前的表面預處理？
     著色化學反應是在固體表面進行的復相化學反應，所以，銅雕塑表面的這個界面狀態對著色效果有著很大的影響。
     銅雕塑表面的復雜性包含結構上的不完整性、不均勻性以及表面的粗糙外，還包括銅雕塑表面層內的化學組成的不同。這個表面層可以理解為具有yi定厚度和化學組成變化的一個過渡區，從外到內首先是覆蓋在銅雕塑表面的污物以及它們所吸附的氣體，然后是氧化物、硫化物層等，下面才可能是銅雕塑自身的表層。  清除銅雕塑表面的污染物不是一件難事，但要想獲得一個沒有殘留異物的真正清潔的銅雕塑表面是不容易的。因為銅雕塑表面的氧化物本身的化學組成和厚度并不均勻，靠近金屬處的組成成分近似于氧化亞銅Cu2O，靠近空氣處的成分近似于氧化銅CuO。這就給表面化學著色帶來了難度。也就不難理解很多小型的銅件可以做出漂亮的顏色，而同樣的做法卻不能照搬到大型銅雕塑上。

2.2銅雕塑著色前的表面處理

（1）表面光潔處理：通過打磨、精修、拋光等平整光潔處理，去除銅雕塑表面的毛刺、砂眼、氣泡、焊疤、氧化皮和各種肉眼可見的缺陷（降低銅雕塑表面的粗糙度，提高銅雕塑表面的平整度）。這些缺陷如不消除或處理不wan美就會使著色不均勻以致效果不好。
（2）化學拋光：經化學拋光液處理，銅件表面細微凸起處在該拋光液中的溶解速度比凹陷處的大得多，結果逐漸被整平而獲得平滑、光亮的表面。常用的化學溶液用硝酸120mL/L、磷酸540 mL/L、醋酸300 mL/L混合而成，溫度55~70℃，時間1~3min.
（3）表面活化：為了提高著色效果，zui好在著色處理之前對銅雕塑表面進行一次活化處理。由于稀硫酸溶液能使銅的氧化物很好地溶解而不容易發生過度腐蝕，因此，通常銅雕塑著色前，先在50—100 mL/L的硫酸溶液中浸5—10s,目的是除去銅雕塑表層的極薄氧化膜，使銅雕塑表面活化，以保證著色層與銅雕塑基體的牢固結合。

三、銅雕塑表面著色方法及反應機理

銅雕塑表面著色實際上就是金屬銅與著色溶液作用，形成銅雕塑表面的氧化物層、硫化物層及其它化合物膜層。選擇不同的著色配方和條件可得出不同的銅雕塑著色效果。例如：
硫基溶液可被利用的有：硫化物（硫化鉀、硫化銨等）、硫代硫酸鈉、多硫化物（如過硫酸鉀）等，其著色原理都是基于硫與銅產生硫化銅的特性反應，在不同的反應條件和配方中其它成份的參與下，可以形成黑、褐、棕、深古銅、蘭、紫等顏色。
銅與氨的絡合作用及配方中其它離子參與反應，在不同的反應條件下也可以形成多種銅雕塑表面著色效果。
在著色配方中氧化劑的加入能促進反應，但過多的氧化物會影響銅雕塑表面氧化膜的質量。
通常著色配方需要經過多次使用的實踐檢驗后，才投入正式使用。對各類著色配方的簡介如下：

3.1硫化物著色
     原理：硫化物分解的硫離子與銅反應生成硫化銅。

說明：
（1）硫化鉀在空氣中吸收水分，會逐漸氧化，顏色由黃褐色變白，這種失效的硫化鉀不宜使用。因此，應將硫化鉀密封置于陰涼處儲藏。
（2）硫化銨(NH4)2S可作硫化鉀替代品，而硫化鈉不宜使用。
硫化鉀與銅的反應中如加入氯化銨NH4Cl能加速膜的生成，并使膜平整勻凈（銨根離子有絡合銅作用）。
在這個反應過程中，溫度控制很重要。溫度能決定反應的進程。溫度偏高反應快，膜層粗糙易厚；若溫度低則反應慢。一般溫度控制在略高于室溫。反應時間在6—30s，不超過1min。銅雕塑表面的色澤變化：淡褐色—深褐色—楊梅紅色—青綠—藍鐵灰色—黑灰色。
硫化物著色適用于高含銅量的銅雕塑，含銅量越低的銅雕塑，著色就越困難。另外用于銅雕塑著色的溶液都是現用現配。

3.2硫代硫酸鹽著色
原理：Na2S2O3中分解出來的硫離子與著色配方中的其它金屬離子結合形成表面色膜。

典型的硫代硫酸鹽著色配方如下：
（1）硫代硫酸鈉Na2S2O3  55g/L     醋酸鉛7—21g/L，溫度80℃
（2）硫代硫酸鈉Na2S2O3  27g/L     醋酸鉛14—27g/L，溫度75—90℃
（3）硫代硫酸鈉Na2S2O3  55g/L     醋酸鎳14—55g/L，溫度70—90℃
該系列的著色配方通常以雙組分體系為試液。 因此試液的濃度、組份中兩者的比例、著色試液的溫度以及試樣浸泡的時間等因素都有相應的關系。
硫代硫酸鹽Na2S2O3分解出S2—較緩和，通常需要加溫，反應時間也較長。可根據銅雕塑表面需要著的顏色，來選擇恰當的試液濃度比和著色溫度，并嚴格控制浸泡時間。如在Na2S2O3—Pb(AC)2雙組份體系中黃銅雕塑表面著色，當Na2S2O3與Pb(AC)2濃度比增大，成膜時間延長，膜的顏色也由深變淺，呈現由黑色—藍紫色—鋼灰色的變化
    濃度比為1：1 ，成膜時間約20h，膜為黑色
    濃度比為2：1，成膜時間約24h，膜為藍紫色
    濃度比為5：1，成膜時間約96h，膜為鋼灰色
通過對表面色膜的分析表明其主要組成是PbS。不同Na2S2O3與Pb(AC)2濃度比與銅雕塑表面反應，呈現顏色不同的原因大體如下：
PbS本身是黑色，完全吸收了在它表面的可見光。
藍色膜或藍紫色膜是形成黑色膜的中間形態，吸收了可見光中橙色后而呈現出此光的互補色。
至于出現鋼灰色的原因，可能是由于試液中Pb2+濃度低，與S2—結合形成PbS的沉降速度慢，且膜也薄，因此墨色要淺于黑色。
硫代硫酸鹽與其它鹽類組成的雙組份體系，在yi定條件下也可以形成其它的色膜。

3.3多硫化物的著色
原理：過硫酸鉀在溶液中產生活潑的氧原子，與銅雕塑表面氧化反應生成黑色氧化銅保護膜。

氧化過程中，若溶液中過硫酸鉀分解生成的H2SO4，造成銅雕塑表面膜層疏松脫落。因此加入NaOH中和，減少H2SO4對氧化膜的溶解，保證膜的厚度。若NaOH含量不足，H2SO4不能被完全中和，氧化膜會變成微紅色。因此，要獲得you質的黑色氧化膜，必xu保持NaOH和K2S2O8在適當的比例。
典型的著色配方：
過硫酸鉀（K2S2O8）5—15g/L ,氫氧化鈉（NaOH）45—55g/L，溫度55~65℃，5—10min
反應過程中，若室溫氧化，則時間要延長，且膜的厚度、色澤度差，氧化質量下降。溫度偏高則會加快過硫酸鉀分解，使氧化膜生成速度急劇增加，從而不能獲得致密的氧化膜。
使用本方法進行銅雕塑表面著色，要求銅雕塑含量在85%以上，其色澤變化為：淺褐、深褐、藍、黑。
若銅含量低于85%，色澤達不到黑色，而是黃褐色、藍褐色、或紅黑色。

3.4利用銅氨絡合溶液著色
除了硫基溶液著色外，利用氨性溶液來為銅雕塑著色也較為普通，其典型的著色配方如下：
堿式碳酸銅CuCo3• Cu（OH）2   40g/L      氨水（25%）NH4OH    2000m L /L    溫度15—30℃ ，5—15min
在氨性溶液中著色，適用于黃銅雕塑的著色處理，膜層光亮而呈深黑或深藍色。氨水溶解堿式碳酸銅，生成碳酸化銅氨和堿性銅氨兩個絡合物。

反應過程中，黃銅中的鋅被絡合

黃銅雕塑表面zui終生成氧化膜

堿式碳酸銅要與氨絡合才能發揮作用，溶解過程較緩慢，所以使用的溶液要提前幾天配制，待全部溶解后方能使用。
黃銅雕塑表面生成氧化膜層的速度與合金中鋅含量有關，鋅含量低的銅合金氧化膜生成的速度要慢些，而鋅含量高的銅雕塑成膜速度較快。適合銅含量低于65%的黃銅雕塑著色。
使用前加0.5g/L的鋅粉使溶液老化，有利于操作。在氧化過程中，溶液中氨溶度會逐步減少，使膜產生缺陷，故要經常調整溶液。
鍛以上是銅雕塑化學著色的基本類型。對不同銅含量、體量的銅雕塑還需在使用前有所考量。銅雕塑表面靠化學著色形成色膜，其附著力相對自然氧化來說不牢固，因此在著色后需要噴清漆保護。銅雕塑中的黃銅鍛造用到的黃銅板是銅鋅合金，黃銅板內的銅鋅兩者有時會分布不均勻，使氧化時產生色差，因此在這種黃銅鍛銅雕塑著色前建議進行合金成分的均勻處理，即先在含有70g/L的K2Cr2O7和22mL/L的硫酸組成的溶液中處理15—20s，然后在30mL/L的硫酸溶液中浸蝕5—15s，以保證銅雕塑的著色的質量。

3.5在弱酸條件下利用氯、氨等離子對銅的敏感腐蝕作用進行著色。  
典型的著色配方如下：  
（1）藍色：硫酸銅130g/L ，氯化銨13 g/L，氨水39mL/L，醋酸10mL/L  
可能產生的化學反應如下  

（2）蘋果綠：氯化鈉150 g/L，氨水125 g/L，氯化銨150 g/L，冰醋酸125 g/L

此類方法是基于在微酸性條件下，利用氯、氨等離子對銅基的敏感腐蝕作用，形成相應的堿式銅鹽。
有關銅鹽量的控制說明：
在這些配方中加入大量的銅鹽，可補充膜層中Cu2+的不足，但會出現銅銹覆蓋膜疏松的毛病。
配方中減少銅鹽，延長浸泡時間，或適當添加少量氧化劑，在促進金屬基體腐蝕的同時，還可提高膜層的附著力。

3.6依靠氧化劑對銅的氧化作用進行著色
典型配方如下：
（1）藍色：KClO3 100 g/L，NH4NO3 100 g/L，硝酸銅Cu(NO3)2  1 g/L
可能發生的反應如下

（2）加熱新鮮的硝酸鐵溶液也可用來為銅雕塑著色，通常可形成紅色或棕色，其可能的化學反應如下：

以上是銅雕塑化學著色的基本類型。對不同銅含量、體量的銅雕塑還需在使用前有所考量。銅雕塑表面靠化學著色形成色膜，其附著力相對自然氧化來說不牢固，因此在著色后需要噴清漆保護。