العملية الكاملة لطلاء الفراغ للمجوهرات: طلاء الذهب، طلاء التيتانيوم وما بعده

لقد أحدثت تكنولوجيا طلاء الفراغ، وخاصة ترسب البخار الفيزيائي (PVD) وترسب البخار الكيميائي (CVD) ، ثورة في صناعة المجوهرات من خلال تقديمو حلول التشطيب السطحي عالية الجودة للتصنيف بالذهب، طلاء التيتانيوم، وغيرها من الطلاءات الزخرفية. على عكس الطلاء الكهربائي التقليدي الذي يعتمد على المواد الكيميائية السامة،ضمان الامتثال للمعايير البيئية الدولية مثل الاتحاد الأوروبي RoHS و REACHتتضمن العملية سلسلة من الخطوات المترابطة، من المعالجة المسبقة إلى فحص ما بعد الطلاء، حيث تؤثر دقة كل مرحلة بشكل مباشر على مظهر المنتج النهائي، الالتصاق،والعمر الطويلهذه المقالة تفصل سير العمل الكامل لطلاء الفراغ للمجوهرات، مع التركيز على التنظيف بالموجات فوق الصوتية، متطلبات طلاء السطح،والخصائص المميزة ‬بما في ذلك فترات الاحتفاظ باللون ‬من الصفائح الذهبية الحقيقية والتيتانيوم.

المعالجة المسبقة: أساس الطلاء عالي الجودة

المعالجة المسبقة معترف بها عالميا باعتبارها المرحلة الأكثر أهمية في طلاء الفراغ ، حيث أن الملوثات السطحية مثل الزيت والشمع والأكسيدات والغبار يمكن أن تسبب فشل الطلاء ، بما في ذلك القشرة والفقاعات,وتشمل هذه المرحلة عمليتين أساسيتين: تلميع السطح والتنظيف المتعدد الخطوات، حيث تلعب تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية دورًا محوريًا في تحقيق إزالة التلوث الشامل.

متطلبات تلميع السطح

التلميع أمر ضروري لخلق رصيف سلس ومتساوي يعزز صلابة الطلاء والجاذبية البصرية.تتبع العملية نهجًا متسلسلًا "التلميع الخام → التلميع المتوسط → التلميع الدقيق" باستخدام معدات مثل مطلي عجلات القماش وآلات التلميع اللاصقةبالنسبة للمجوهرات الزخرفية التي تتطلب إكمالات شبيهة بالمرآة ، يجب أن يتم التحكم في خشونة السطح ضمن Ra 0.030 μm ، مما يضمن استمرارية انعكاس الضوء وتوحيد الطلاء.بالنسبة للقطع ذات التأثيرات النسيجية(مثل الرملية أو الفرشاة) ، يتم تطبيق هذه الملمساتبعدالتلميع الدقيق لتجنب تدمير نمط السطح المطلوب. بالنسبة للمجوهرات الوظيفية ، مثل ملحقات ثقب الطبي ، يهدف التلميع إلى خشونة معتدلة (Ra 0.1-0.3 μm) لإنشاء حفر صغيرة تعمل كـ"رساة" للطلاءمواد التلميع تختلف حسب الركيزة: تستخدم معجونات أكسيد الألومنيوم للمعادن العادية مثل سبائك النحاس ،في حين أن معجون الماس يفضل للمواد الأصعب مثل الصلب التيتانيوم.

التنظيف بالموجات فوق الصوتية والتطهير المتعدد المراحل

التنظيف بالموجات فوق الصوتية يستفيد من موجات الصوت عالية التردد (عادة 40 كيلو هرتز) لتوليد فقاعات مجهرية في محلول التنظيف ،والتي تنفجر لإزالة الملوثات حتى من المناطق المعقدة مثل النقوش والهياكل المجوفةعملية التنظيف تتبع تسلسل صارم للقضاء على أنواع مختلفة من الشوائب:

• إزالة الشمع: يتم غمر المجوهرات الملمعة في مُزيل شمع قليري ضعيف (تركيز 8-10٪) عند 75 ± 2 درجة مئوية لمدة 240 ± 10 ثانية.يحتوي على إيثوكسيلات استر الميثيل من الأحماض الدهنية وديثانولاميد جوز الهند، يذوب بقايا الشمع بشكل فعال. تدفق المياه الإضافية من 3L / 24H يحافظ على فعالية المحلول ، مع استبدال أسبوعي الموصى به.
• إزالة الدهون: بعد ذلك ، تخضع القطع لإزالة الدهون بالموجات فوق الصوتية في مُزيل للدهون القلوية بنسبة 4-5% في 55 ± 2 درجة مئوية لمدة 240 ± 10 ثانية. هذه الخطوة تزيل الملوثات العضوية مثل بصمات الأصابع وسوائل القطع وزيوت الجلد.صياغة المنزع للدهون، بما في ذلك إيثوكسيلات الفينول الألكيل وألكانولامين زيت جوز الهند ، يضمن إمساح الزيت بشكل كامل دون إتلاف الركيزة.
• تنشيط السطح: للقضاء على أفلام أكسيد النانو التي تتشكل أثناء التلميع (التي تعيق صلابة الطلاء)يتم معالجة المجوهرات بمحلول مختلط من KMnO4 (100±10 g/L) و NaOH (20±5 g/L) عند 50±2 °C لمدة 240±10 ثانيةهذه العملية الحفر خفيفة يطارد سطح المعدن، وتحسين تفاعله مع مواد الطلاء.
• الحد من الضرر والغسل: بعد التنشيط ، يتم تحييد المجوهرات في محلول حمض الأوكساليك (H2C2O4) (50 ± 10 غرام / لتر) في درجة حرارة الغرفة لإزالة المواد المأكسة المتبقية.ثم يتم غسلها بالماء غير المؤين في ثلاث مراحل متتالية للقضاء على بقايا الكيماويات، مع شطف آخر بالماء النقي لمنع ترسب المعادن.
• التجفيف: يتم تجفيف المجوهرات المنظفة في فرن فراغ عند 80-100 درجة مئوية لمدة 30-60 دقيقة لإزالة كل الرطوبة. حتى بخار الماء القليل يمكن أن يتبخر في غرفة فراغ، مما يسبب عيوب ثقب في الطلاء.خلال عملية التنظيف، يتم شطف الرش (5 لتر/دقيقة) بين كل خطوة لمنع التلوث المتبادل.

طلاء الفراغ: عمليات ترسب القلب

بعد المعالجة المسبقة ، يتم نقل المجوهرات إلى غرفة فراغ للتغطية. يتم إخلاء الغرفة إلى ضغط أقل من 5 × 10 -3 Pa لتقليل تدخل جزيئات الغاز ، مما يضمن كثافةتشكيل فيلم موحدهناك تقنيتان أساسيتان تستخدمان لتصفية الذهب والتيتانيوم: التطفيط بالمغناطيرات وتصفية الأيونات متعددة القوس.

طلاء الذهب الحقيقي (طلاء الذهب PVD)

صب الذهب الحقيقي PVD يضع طبقة رقيقة من الذهب النقي (Au) أو سبيكة الذهب (على سبيل المثال ، Au-Pd) على سطح المجوهرات ،تقديم بديل فعال من حيث التكلفة للذهب الصلب مع الحفاظ على مظهر الذهب الحقيقيتستخدم هذه العملية عادةً غبار المغناطيس، حيث يتم تسريع أيونات الأرغون بواسطة حقل كهربائي لتقصف هدف الذهب، مما يطرد ذرات الذهب التي تتراكم على المجوهرات الدوارة.وتشمل المعايير الرئيسية:

• مستوى الفراغ: يتم الحفاظ عليها في 2 × 10 -3 با لمنع أكسدة ذرات الذهب.
• درجة حرارة الترسب: يتم التحكم فيها عند 150-200 درجة مئوية لتجنب تشوه الروك (حاسمة للتصاميم الحساسة).
• سمك الطلاء: 0.5-1.5 ميكرو متراً للمجوهرات الزخرفية؛ وتستخدم طبقات أكثر سمكاً (2-3 ميكرو متراً) لأغراض ارتداء عالية مثل الخواتم.
• تعزيز الالتزام: غالبًا ما يتم إيداع طبقة متوسطة رقيقة من التيتانيوم (Ti) أو الكروم (Cr) أولاً لتحسين ربط الذهب بالتربة.

بالنسبة للمجوهرات الممتازة ، تجمع العملية الهجينة بين طلاء الأيونات متعدد القوس (بالنسبة للطبقة الوسطى) والبث المغناطيسي (بالنسبة للطبقة الذهبية) ،مما يؤدي إلى طبقة ذات صلابة HV 1500-2000 ∼ 30 مرة أقوى من الذهب التقليدي المصفوف بالكهرباءهذا يعزز مقاومة الخدوش وطول العمر

الاحتفاظ باللون من صب الذهب الحقيقي

فترة الاحتفاظ باللون من PVD الفضة الحقيقية تتراوح منمن 2 إلى 5 سنواتفي ظل ظروف ارتداء طبيعية (أي التعرض المحدود للمواد الكيميائية القاسية والعرق والتكسر). تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على طول العمر:

• سمك الطلاء: الطبقات الأكثر سمكاً (2-3 ميكرو متراً) يمكن أن تمدد الاحتفاظ باللون إلى 4-5 سنوات، في حين أن الطبقات الرقيقة (0.5-1 ميكرو متراً) قد تتلاشى قليلاً بعد 2-3 سنوات.
• التعرض البيئي: يسرع التعامل مع مستحضرات التجميل، والعطور، والكلور (حوض السباحة) ، أو العرق الحمضي الأكسدة، مما يقلل من الاحتفاظ باللون بنسبة 30-50٪.
• جودة التركيب: المعادن الأساسية عالية النقاء (مثل الصلب التيتانيوم) تقلل من التآكل الغالفاني ، مما يحافظ على طبقة الذهب لفترة أطول من سبائك منخفضة الجودة.

طلاء التيتانيوم (طلاء نتريد التيتانيوم)

صبغ التيتانيوم ، الذي يشار إليه عادة باسم "ذهب التيتانيوم" (TiN) ، ينتج طبقة مقاومة للتآكل ودائمة ذات لون ذهبي برونزي مميز. تستخدم العملية صبغ الأيونات متعدد القوس ،الذي يُأيّن ذرات التيتانيوم عبر قوسات عالية الجهد، وتسريعها نحو المجوهرات مع تحيز سلبي (500 إلى -1000 فولت) لتعزيز الالتصاق. تشمل الخطوات الرئيسية:

• إعداد الأهداف: يتم استخدام أهداف التيتانيوم عالية النقاء (99.99٪) لضمان سلامة الطلاء.
• إدخال الغازات التفاعلية: يتم حقن النيتروجين (N2) في الغرفة ليتفاعل مع أيونات التيتانيوم ، وتشكيل TiN.
• التحكم في العملية: يتم تعيين درجة حرارة الترسب عند 200-300 درجة مئوية، مع سمك الطلاء من 1-2 ميكرو مترا.تتمتع طبقة TiN الناتجة بمقاومة استثنائية للارتداء (على الرغم من اختبارات رش الملح لمدة 48 ساعة دون تآكل) وإنهاء عاكس مع انعكاس 95٪ للضوء بعد البوليس.

بالنسبة للألوان المخصصة (على سبيل المثال ، التيتانيوم الذهبي الوردي) ، يتم استخدام أهداف السبائك (Ti-Al) أو تعديلات خليط الغاز (نسبة N2 / Ar) لتعديل الخصائص البصرية للطلاء.

الاحتفاظ بالألوان في طلاء التيتانيوم

التيتانيوم المصفوفة توفر الاحتفاظ باللون متفوقة مقارنة مع الصفائح الذهبية الحقيقية، بدءا منمن 3 إلى 8 سنواتتحت ارتداء طبيعي. تعزى طول عمرها إلى:

• الجهد المادي: التين مستقر كيميائياً، يقاوم الأكسدة والتآكل والتفاعل مع زيوت الجلد أو المواد الكيميائية المنزلية.
• صلابة: مع صلابة HV 2000-2500 ، فإن الطلاء مقاوم للغاية للخدوش ، مما يمنع تلف السطح الذي يعرض الركيزة ويؤدي إلى تغير اللون.
• كثافة الطبقة: يُنتج الطلاء الأيوني متعدد القوس فيلمًا كثيفًا خالٍ من الثقوب التي تعمل كحاجز ضد العوامل البيئية. حتى مع ارتداء متكرر (على سبيل المثال، الخواتم المرتدية يوميًا) ،الاحتفاظ باللون يبقى فوق 70% بعد 5 سنوات.

المقارنة بين صب الذهب الحقيقي و صب التيتانيوم

لتوفير مرجع واضح للمصنعين والمستهلكين ، يتم تلخيص الاختلافات الرئيسية بين طلاء PVD بالذهب الحقيقي وطلاء التيتانيوم أدناه:

معالجة ما بعد الطلاء وتفتيش الجودة

المرحلة الأخيرة تضمن أن الطلاء يفي بمعايير الجمالية والأداء، والتي تنطوي على التبريد والتشطيب والتجارب الصارمة.

التبريد والانتهاء

بعد الإيداع، يتم ملء غرفة الفراغ تدريجياً بالنيتروجين لتحرير الضغط، ويتم تبريد المجوهرات إلى درجة حرارة الغرفة لمدة 2-4 ساعات.يجب تجنب التبريد السريع لمنع الشقوق الناجمة عن الإجهاد الحراريبالنسبة للقطع الزخرفية، فإن البولينج النهائي مع عجلة قماش ناعمة يزيل عيوب سطحية طفيفة ويزيد من اللمعان.لا يتم إجراء أي تلميع إضافي للحفاظ على نمط السطح المطلوب.

فحص الجودة

تتضمن بروتوكولات التفتيش مقاييس أداء متعددة:

• قياس السُمك: مقياس سمك رقمي (دقة 0.1 μm) يثبت توحيد الطلاء، مع انحرافات تزيد عن ± 0.1 μm تتطلب إعادة العمل.
• اختبار الالتصاق: يستخدم اختبار الشريط (ASTM D3359) واختبار القطع العرضي للتأكد من أن الطلاء لا يتقشر أو يتشقق.
• اختبار القسوة: يقيّم اختبار صلابة الميكرو صلابة الطلاء، مع الحد الأدنى لمتطلبات HV 1200 للطلاء بالتيتانيوم و HV 800 للطلاء بالذهب.
• التقييم الجمالي: التفتيش البصري تحت فحص الإضاءة الموحدة للتغير في اللون أو الثقوب أو عدم التساوي.
• التحقق من صحة الاحتفاظ باللون: اختبارات الشيخوخة المتسارعة (على سبيل المثال ، تعرض الأشعة فوق البنفسجية لمدة 1000 ساعة ، 500 ساعة من الغمر بالعرق) تتوقع طول العمر في العالم الحقيقي ؛ يجب أن يحتفظ التصفيف بالذهب بنسبة ≥ 80٪ من اللون بعد 500 ساعة ،بينما يجب أن يحتفظ طلاء التيتانيوم بنسبة ≥90٪.
• اختبارات وظيفية: يتم إجراء مقاومة للتآكل (رذاذ الملح) ومقاومة الارتداء (اختبار التآكل) للمجوهرات عالية الأداء.

المزايا والتطبيقات الصناعية

يقدم طلاء الفراغ العديد من المزايا على الطرق التقليدية: الاستدامة البيئية (لا وجود لنفايات سامة) ، وأداء الطلاء المتفوق (الكثافة والتماسك والمتانة) ،والتنوع عبر المواد (الذهب)، الفضة، الفولاذ التيتانيوم، البلاستيك) والتصاميم (جوفاء، محفورة، ميكرو مكونات).القلادات والقلاع الذهبية) لتحقيق التوازن بين التكلفة والجاذبية الفاخرة، في حين أن طلاء التيتانيوم يهيمن على أسواق المجوهرات الوظيفية (على سبيل المثال ، الساعات الرياضية ، الثقوب الطبية) بسبب مقاومة الخدش والتهاب.مع زيادة الطلب من المستهلكين على المجوهرات الصديقة للبيئة ودائمة، تتطور تكنولوجيا طلاء الفراغ،مع الاتجاهات بما في ذلك الطلاءات المركبة متعددة الوظائف (مقاومة للارتداء + مضادة للبكتيريا) والتحكم الذكي في العملية (رصد سمك الوقت الحقيقي).