彩色銅雕是以色彩的科學知識為基礎,進而從美學角度去探討色彩藝術與金屬表面處理技術融匯一體的一種新的藝術形式。從色彩學的研究來說,17世紀以來國際上已對色彩科學開始進行總結,物體的表面色彩的形成取決于三個方面,光源的照射,物體本身反射一定的色光,以及人體視網膜和腦部視覺皮質對光波的處理方式。

牛頓在十七世紀末期,證明了色彩并非存在于物質本身,而是光作用的結果,且只要將可視光譜上的長短光譜結合即可形成白光,這些可視光的波長可對應到七個不同顏色:紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。為了產生特定的顏色,人們必須靠增減光波的方式讓人眼只接收某些光波,感受到某種特定的色彩。處理顏色的方式通常有二種:一為加色法,混合不同顏色的光波以形成白光;二為減色法,使用CMYK系統的減式法模式,也就是減少光波的方式來產生顏色,彩色銅雕技術是運用減色法來實現的。

通過對銅金屬的物理、化學等方式的表面處理技術,找出有效的調和色彩,將傳統的三原色:藍、紅、黃原理,有目的地運用同色調和、近似色調和、互補色調和、三角調和和雙互補調和等不同的調和方式,以達到最佳的美學效果。彩色銅雕以金屬表面的化學轉化膜處理工藝為主,輔以彩色涂層工藝,轉化膜是指金屬表面外層原子與適當介質的陰離子反應,在金屬表面生成的膜層,轉化膜的形成是人工誘導及控制的腐蝕過程,也就是在特定環境條件下銅表面色澤在大氣塵中的化學物質影響下,因逐漸腐蝕而使其氧化變色的長期過程,在現代科技的作用下使其在短時間變色,并有意識地使其新變化的色澤不僅穩定、牢固,并符合設要求的金屬轉化膜,彩色銅雕從以下幾方面進行了研究:是一種同色調和,單一顏色只是深淺和色調明暗度不同開始,為了適應銅工藝構件在仿古做舊上的市場需求,對銅門的表面色澤處理上進行攻關,我們對多種化學物質如硫化鉀、硫酸鎳銨、硫化硫酸納及硫酸銅等硫化物進行篩選和實驗,發現在預氧化著色過程中,色澤不穩定,均勻性差,吸附性差,尤其是銅門上要求的紅古銅色更不理想。

經過研究發現,氧化膜的形成作為一種固體表面化學反應是有極特定的規律性的。當金屬表面上形成氧化物,其結構也可能保持被氧化表面的某些結構特征。例如,氧化物可以在金屬的某一特定取向上以外延方式生長。當銅的表面是時,其表面Cu2O有相同的取向,即Cu2O中的表面平行,Cu2O中的方向與銅的方向平行。在銀的面和面上氧化生在Ag2O時,也觀察到了類似的外延生長方式。

一般說來,由于實際金屬表面特別是多晶體金屬表面往往包含有很多缺陷:晶界、位錯、臺階等,這些部位能量高,氧化也就往往從這些高能位置開始,然后逐漸向周圍區域擴散,一直到將表面覆蓋。另外,由于表面上各部位能量不同,形成氧化物的厚度也就不盡相同,即表面氧化膜一般都是厚度不均勻的。表面上存在一些高能位置。在這些位置上將開始氧化,并且會逐漸加厚,一直加厚到使該部位的表面能降低到相鄰部位的水平,形成所謂“氧化物島”。然后,它們才擴展開來,直至整個表面被氧化物覆蓋。

當然,“氧化物島”的擴展,長大還是有先決條件的,條件之一是必須有足夠的能量能在固體表面上開始氧化反應。因此銅的預氧化工藝中,氧化物島的存在既是氧化的必然條件,又是造成過氧化現象造成氧化膜不均勻性的關鍵問題所在。項目完成人在配方中,進行調整,加入適量的堿性中和劑以及在銅板浸漬氧化過程中,采用人工誘導法去除非晶狀附著物及多次浸漬工藝,達到了色澤一致,穩定的紅古銅色效果,在上海外灘第一樘銅門,盤谷銀行銅門、北京人民大會堂香港廳銅門及雷峰塔銅扶欄等銅藝術構件中取得了極好的效果。

預氧化工藝流程由于預氧化工藝在銅雕藝術的色彩構成上,僅解決同色調和問題,對互補色調和、對比色調和、三角調和及雙互補調和等豐富色澤處理的問題,是作為彩色銅雕的發展中急需解決的難題。研制組進一步進行了研究和探索,如何能將現代工業中日臻完美的彩色涂料工藝與預氧化工藝融為一體,創造更富有科技內涵又能體現銅材美學特性的新工藝。三原色的有規律的混合理論上能在電腦上顯示1677萬色到687億色,實際的彩色涂料配制,即使不能達到以上數量的元色,但也是極其豐富多彩的項目組對丙烯、硝基、氨基、聚脂與氟碳等類品種的涂料,在試制過程中遇到了預氧化色澤與涂層色澤混色的難題及有預氧化圖案花紋層的銅板對涂層的附著力影響的難題。

如何提高金屬界面的吸附作用,強化界面反應,這是提高涂層的附著力的關鍵,我們改變了先預氧化后涂層的工藝,先將蝕刻圖案厚的銅板進行活化前處理,采用拋光及乳化劑浸漬的方式提高金屬表面化學活性,增強對涂料的吸附力,對需預氧化色澤的圖案部分采用先行局部保護,噴涂色彩后,將圖案部分的保護膜去除后再按預氧化工藝流程,將圖案處理成設計要求的仿古金屬色澤,為了防止氧化液對涂層造成腐蝕,采用弱堿配方的漬洗液對產品進行清洗中和使涂層色彩的色純度及色明度長期不發生變化,采用涂層與預氧化工藝相結合的技術,在雷峰塔的銅構件表面處理中,得到了很好的應用。