طلاء الفراغ مزدوج الطبقات: طلاء الألوان + طبقات شفافة مضادة لبصمات الأصابع والأكسدة على مجوهرات الفضة والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ

1. مقدمة

في سوق المجوهرات العالمي، يسعى المستهلكون بشكل متزايد إلى المنتجات التي تحقق التوازن بين الأناقة الجمالية والوظائف طويلة الأمد. أصبحت لطخات بصمات الأصابع، وأكسدة السطح، وبهتان الألوان نقاط ضعف مستمرة لمجوهرات الفضة والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ - حتى بعد الطلاء التقليدي. تعالج تقنية آلة الطلاء بالفراغ هذه التحديات من خلال نظام ترسب مزدوج الطبقات: طبقة أساسية خاصة بالألوان (الذهب، الذهب الوردي، الفضة) التي توفر جاذبية بصرية، و طبقة علوية شفافة مضادة لبصمات الأصابع والأكسدة التي تحمي الأداء دون المساس بالمظهر. توضح هذه المقالة بالتفصيل اختيار المواد المستهدفة، وبروتوكولات المعالجة المسبقة، وعمليات الطلاء خطوة بخطوة، وخصائص الفيلم مزدوج الطبقات لثلاثة تطبيقات أساسية: طبقات مطلية بالذهب + مضادة لبصمات الأصابع/الأكسدة، وطبقات مطلية بالذهب الوردي + مضادة لبصمات الأصابع/الأكسدة، وطبقات مطلية بالفضة + مضادة لبصمات الأصابع/الأكسدة. من خلال توضيح التركيب المادي والتآزر الوظيفي لكل طبقة، فإنه يوفر إرشادات فنية قابلة للتنفيذ لمصنعي المجوهرات الذين يهدفون إلى تعزيز متانة المنتج والقدرة التنافسية في السوق.

2. اختيار المواد المستهدفة: التآزر المزدوج الطبقات للألوان والحماية

يعتمد أداء الطلاء مزدوج الطبقات بالكامل على التوافق والتكامل الوظيفي للمواد المستهدفة لطبقة الألوان والطبقة العلوية الشفافة. يجب أن تفي كل مادة مستهدفة بمتطلبات صارمة: تضمن المواد المستهدفة لطبقة الألوان ألوانًا زاهية ومتسقة والالتصاق بالركيزة، بينما تضمن المواد المستهدفة الشفافة المضادة لبصمات الأصابع/الأكسدة وضوحًا بصريًا وطاقة سطحية منخفضة (مضادة لبصمات الأصابع) وخصائص حاجز كثيفة (مضادة للأكسدة). تتوافق جميع المواد المستهدفة مع "معيار سلامة طلاء سطح المجوهرات" (EN 1811:2019) ولديها نقاوة ≥99.95% لتجنب العيوب مثل الثقوب أو الضباب.

2.1 المواد المستهدفة للطبقات المطلية بالذهب + الطبقات الشفافة المضادة لبصمات الأصابع والأكسدة

• المواد المستهدفة لطبقة الألوان:

◦ المواد المستهدفة من نتريد التيتانيوم (TiN): الأكثر استخدامًا للطلاء بالذهب، حيث يشكل TiN فيلمًا دافئًا يشبه الذهب عيار 18 قيراطًا بصلابة 2000–2500 HV. تعمل المواد المستهدفة المطعمة بالألومنيوم (Al) بنسبة 5–8%، TiN-Al على تحسين الالتصاق بالركائز الفضية عن طريق تقليل عدم تطابق التمدد الحراري ومنع تكون كبريتيد الفضة.

◦ المواد المستهدفة من نتريد الزركونيوم (ZrN): يفضل استخدامه لمجوهرات النحاس، حيث يظهر ZrN مقاومة فائقة للتآكل ضد أكسدة النحاس المتأصلة، مع الحفاظ على درجة لون ذهبية زاهية لسنوات.

◦ المواد المستهدفة من سبائك TiN-Au (محتوى الذهب: 10–15%): تستخدم لمجوهرات الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث يعزز إضافة الذهب تشبع الألوان لمطابقة الذهب الطبيعي، بينما توفر المرحلة الخزفية TiN مقاومة أساسية للتآكل.

• المواد المستهدفة الشفافة المضادة لبصمات الأصابع والأكسدة:

◦ المواد المستهدفة من أكسيد السيليكون المطعّم بالفلور (F-SiO₂): الخيار الأساسي للطبقة العلوية، حيث يترسب F-SiO₂ فيلمًا شفافًا بحجم النانو (15–25 نانومتر) بطاقة سطحية . يخلق تطعيم الفلور خصائص كارهة للماء/زيتية (مضادة لبصمات الأصابع)، بينما يشكل مصفوفة السيليكا حاجزًا كثيفًا ضد الأكسجين والرطوبة (مضاد للأكسدة).

◦ المواد المستهدفة من الكربون الشبيه بالألماس المفلور (F-DLC): للتطبيقات المتطورة، يوفر F-DLC مقاومة معززة للتآكل (الصلابة: 1800–2200 HV) جنبًا إلى جنب مع الشفافية (نفاذية الضوء ≥95%) وأداء مضاد لبصمات الأصابع. يمنع هيكل الكربون غير المتبلور انتشار الأيونات، مما يمنع أكسدة الركيزة وتدهور طبقة الألوان.

2.2 المواد المستهدفة للطبقات المطلية بالذهب الوردي + الطبقات الشفافة المضادة لبصمات الأصابع والأكسدة

• المواد المستهدفة لطبقة الألوان:

◦ المواد المستهدفة من سبائك التيتانيوم والكروم (Ti-Cr) (محتوى Cr: 30–40%): يتم رشها في جو من النيتروجين، حيث يشكل Ti-Cr-N فيلمًا ذهبيًا ورديًا ناعمًا مثاليًا لمجوهرات الفضة. يعزز الكروم الالتصاق بالفضة، بينما يضبط تطعيم النيتروجين درجة اللون الوردي (يزيد محتوى النيتروجين الأعلى من درجة اللون الوردي).

◦ المواد المستهدفة من Ti-Cr المطعّم بالنيتروجين (Ti-Cr-N): تستخدم لمجوهرات النحاس، حيث تقضي المادة المستهدفة التي تم معالجتها مسبقًا بالنيتروجين على تقلب النيتروجين داخل الغرفة، مما يضمن لونًا موحدًا وتشكيل حاجز نتريد يمنع انتشار أيونات النحاس إلى السطح.

◦ المواد المستهدفة من سبائك السيليكون والكروم (Si-Cr) + مركب TiN: لمجوهرات الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث يخلق Si-Cr (Si: 20%، Cr: 80%) المرشوش مع TiN فيلمًا ذهبيًا ورديًا مع تحسين المتانة. يقوم السيليكون بتهيئة السطح مسبقًا لتحسين التصاق الطبقة العلوية.

• المواد المستهدفة الشفافة المضادة لبصمات الأصابع والأكسدة:

◦ المواد المستهدفة من نتريد السيليكون (Si₃N₄): مادة مستهدفة خزفية شديدة الشفافية (نفاذية ≥96%) تشكل فيلمًا كثيفًا ومقاومًا للتآكل. تمنع مسامية Si₃N₄ المنخفضة الرطوبة والأكسجين، بينما يمكن تعديل سطحها بالفلور بعد الترسيب لتحقيق خصائص مضادة لبصمات الأصابع (زاوية تلامس الماء >115°).

◦ المواد المستهدفة المركبة من F-SiO₂-TiO₂: يعزز مكون TiO₂ مقاومة الخدش (الصلابة: 2000 HV) دون التضحية بالشفافية، مما يجعلها مناسبة للمجوهرات المعرضة للارتداء اليومي (مثل الأساور والخواتم).

2.3 المواد المستهدفة للطبقات المطلية بالفضة + الطبقات الشفافة المضادة لبصمات الأصابع والأكسدة

• المواد المستهدفة لطبقة الألوان:

◦ المواد المستهدفة من التيتانيوم النقي (Ti): مثالية للطلاء الأساسي لمجوهرات الفضة، حيث يشكل Ti طبقة حاجز كثيفة ورقيقة (0.1–0.2 μm) تمنع أكسدة الفضة مع الحفاظ على درجة لون فضية زاهية وعاكسة.

◦ المواد المستهدفة من الألومنيوم (Al): تستخدم لمجوهرات النحاس، حيث تحاكي انعكاسية الضوء العالية للألومنيوم (≥92%) الفضة النقية، وتجنب توافقها مع النحاس التآكل الجلفاني.

◦ المواد المستهدفة من سبائك Ti-Si (محتوى Si: 15–20%): لمجوهرات الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث يترسب Ti-Si فيلمًا فضيًا مع خصائص محسنة مضادة للتشويه. يقلل السيليكون من خشونة السطح، مما يخلق قاعدة ناعمة للطبقة العلوية الشفافة.

• المواد المستهدفة الشفافة المضادة لبصمات الأصابع والأكسدة:

◦ المواد المستهدفة من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃): خيار فعال من حيث التكلفة مع شفافية ممتازة (نفاذية ≥94%) وأداء مضاد للأكسدة. يشكل الهيكل البلوري السداسي لـ Al₂O₃ حاجزًا غير منفذ، بينما يضفي المعالجة السطحية بمركبات مشبعة بالفلور (PFCs) وظيفة مضادة لبصمات الأصابع.

◦ المواد المستهدفة المركبة من F-SiO₂-ZrO₂: يعزز أكسيد الزركونيوم (ZrO₂) الثبات الحراري، مما يجعل الطبقة العلوية مقاومة لتقلبات درجة الحرارة (مثل أثناء تنظيف المجوهرات). يحتفظ الفيلم بالشفافية والخصائص المضادة لبصمات الأصابع حتى بعد التعرض لـ 150 درجة مئوية.

3. عملية المعالجة المسبقة: أساس الالتصاق مزدوج الطبقات

تعتبر المعالجة المسبقة أمرًا بالغ الأهمية للقضاء على ملوثات السطح (الزيت، الأكاسيد، بقايا التلميع) وتنشيط الركيزة، مما يضمن التصاقًا قويًا بين المعدن الأساسي وطبقة الألوان والطبقة العلوية الشفافة. تتبع جميع العمليات معايير حماية التآكل ISO 12944-4:2018 وهي مصممة خصيصًا للخصائص الفريدة للفضة والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ.

3.1 المعالجة المسبقة لمجوهرات الفضة

تتطلب حساسية الفضة العالية للكبريتيد (كبريتيد الفضة الأسود) تنظيفًا مستهدفًا:

1. التلميع الدقيق: استخدم معجون الماس 0.5–1 μm للتلميع الميكانيكي لإزالة الخدوش، يليه معجون الألومينا 0.1 μm للحصول على لمسة نهائية عاكسة.

2. إزالة الشمع بالموجات فوق الصوتية: اغمر في محلول قلوي (هيدروكسيد الصوديوم: 50 جم/لتر، كربونات الصوديوم: 30 جم/لتر، عامل خافض للتوتر السطحي غير أيوني: 5 جم/لتر) عند 55±5 درجة مئوية لمدة 12–15 دقيقة. يضمن تردد الموجات فوق الصوتية (40 كيلو هرتز) إزالة بقايا شمع التلميع من الشقوق.

3. إزالة الأكسيد: اغمس في محلول حمض الستريك بنسبة 6–8% عند 25 درجة مئوية لمدة 3–4 دقائق لإذابة Ag₂S، ثم اشطف بالماء منزوع الأيونات (ماء DI) عند 40 درجة مئوية لتحييد الحمض.

4. تنشيط البلازما: عالج في غرفة بلازما الأرجون (Ar) (طاقة التردد اللاسلكي: 350–450 واط، ضغط: 5×10⁻² باسكال) لمدة 2.5–3 دقائق. تزيل أيونات Ar عالية الطاقة الماء الممتص والمواد العضوية، مما يزيد من طاقة السطح من 35 مللي نيوتن/متر إلى ≥50 مللي نيوتن/متر لتحسين التصاق الطبقة.

5. التجفيف بالفراغ: جفف عند 70±5 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة في فرن فراغ (ضغط: 1×10⁻¹ باسكال) لمنع إعادة الأكسدة.

3.2 المعالجة المسبقة لمجوهرات النحاس

يتطلب ميل النحاس لتكوين الزنجار الأخضر (CuO/CuCO₃) إزالة صارمة للأكسيد:

1. الطحن المتدرج: ابدأ بورق صنفرة 400 شبكة لإزالة طبقات الأكسيد السميكة، ثم ورق صنفرة 1000 شبكة و 2000 شبكة لتنعيم السطح.

2. إزالة الشحوم القلوية: اغمر في حمام مسخن (هيدروكسيد الصوديوم: 100 جم/لتر، فوسفات الصوديوم: 50 جم/لتر، سيليكات الصوديوم: 20 جم/لتر) عند 75±5 درجة مئوية لمدة 18–20 دقيقة. يضمن التحريك (50 دورة في الدقيقة) إزالة الشحوم بشكل موحد.

3. تنشيط الحمض: عالج في محلول حمض الكبريتيك بنسبة 10% عند 25 درجة مئوية لمدة 1.5–2 دقيقة لإزالة الأكاسيد المتبقية، ثم اشطف بماء DI ثلاث مرات (كل 2 دقيقة) للقضاء على آثار الحمض.

4. تنظيف البلازما ثنائي الغاز: استخدم بلازما Ar-H₂ (Ar:H₂ = 3:1، طاقة التردد اللاسلكي: 450–550 واط) لمدة 3–3.5 دقائق. يقلل الهيدروجين CuO المتبقي إلى نحاس نقي، بينما تنقش أيونات Ar السطح لتحسين الترابط الميكانيكي.

5. التجفيف بالفراغ: جفف عند 75 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة في غرفة فراغ مملوءة بالنيتروجين لتجنب إعادة التشويه.

3.3 المعالجة المسبقة لمجوهرات الفولاذ المقاوم للصدأ

يجب تعديل فيلم أكسيد الكروم السلبي (Cr₂O₃) للفولاذ المقاوم للصدأ لتحقيق توافق الطبقة:

1. التنظيف بالموجات فوق الصوتية: نظف في محلول منظف محايد (درجة الحموضة 7–8) عند 45±5 درجة مئوية لمدة 10 دقائق (تردد الموجات فوق الصوتية: 60 كيلو هرتز) لإزالة الغبار والزيت.

2. الحفر بفيلم سلبي: اغمر في محلول حمض الهيدروكلوريك بنسبة 5% عند 25 درجة مئوية لمدة 2–2.5 دقيقة لحفر فيلم Cr₂O₃، مما يعرض ركيزة Fe-Cr-Ni جديدة.

3. الحفر ببلازما الأكسجين: عالج في غرفة بلازما الأكسجين (O₂) (طاقة التردد اللاسلكي: 550–650 واط، ضغط: 4×10⁻² باسكال) لمدة 3–4 دقائق. يؤكسد الأكسجين ملوثات السطح ويكون مجموعات الهيدروكسيل (-OH)، مما يحسن قابلية ترطيب مواد الطلاء.

4. التجفيف السريع: جفف عند 80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق في فرن هواء نظيف لضمان سطح خالٍ من الرطوبة.

4. عملية الطلاء بالفراغ: ترسيب مزدوج الطبقات خطوة بخطوة

تعتمد العملية على الرش المغناطيسي - المعترف به لسمك الفيلم الموحد، والتحكم الدقيق في التركيب، والالتصاق القوي - مع مراحل منفصلة لطبقة الألوان والطبقة الشفافة المضادة لبصمات الأصابع/الأكسدة. يتم تحسين المعلمات الرئيسية لكل مجموعة من الركيزة والألوان لضمان الاتساق.

4.1 التحضير قبل الطلاء

1. التحميل وإغلاق الغرفة: ضع المجوهرات المعالجة مسبقًا على أداة تثبيت دوارة (سرعة الدوران: 10–15 دورة في الدقيقة) لضمان طلاء موحد. أغلق غرفة الفراغ وقم بإجراء اختبار تسرب (معدل التسرب ≤1×10⁻⁶ باسكال·متر³/ثانية).

2. الضخ بالفراغ:

◦ الضخ الأولي: استخدم مضخة ميكانيكية لتقليل الضغط إلى 7.0 باسكال (يزيل 90% من الهواء/بخار الماء).

◦ الضخ عالي الفراغ: قم بتنشيط مضخة توربوموليكولية للوصول إلى ضغط نهائي يبلغ 3×10⁻⁳ باسكال. تمنع هذه البيئة عالية النقاء تداخل جزيئات الغاز مع ذرات الهدف المرشوشة، وتجنب المسامية في كلتا الطبقتين.

4.2 قصف البلازما (تنشيط ما بعد الضخ)

أدخل غاز الأرجون بمعدل تدفق 220–280 سم مكعب وقم بتطبيق جهد تحيز سلبي (-350 إلى -450 فولت) على أداة تثبيت المجوهرات. تقصف أيونات Ar عالية الطاقة السطح لمدة 6–9 دقائق:

• مجوهرات الفضة/النحاس: 6–7 دقائق (لتجنب تلف السطح).

• مجوهرات الفولاذ المقاوم للصدأ: 8–9 دقائق (لتعميق تنشيط السطح).

تزيل هذه الخطوة الملوثات المتبقية وتخلق خشونة دقيقة، مما يعزز التشابك الميكانيكي بين الركيزة وطبقة الألوان.

4.3 ترسيب طبقة الألوان (الطبقة الأولى)

اضبط معلمات الرش بناءً على مادة الهدف والركيزة: