Doppelschicht-Vakuumbeschichtung: Farbplattierung + transparente Fingerabdruck- und Oxidationsschutzschichten auf Silber-, Kupfer- und Edelstahlschmuck

1Einführung

Auf dem globalen Schmuckmarkt suchen Verbraucher immer mehr nach Produkten, die ästhetische Eleganz mit langfristiger Funktionalität in Einklang bringen.und Farbverblendungen sind für Silber anhaltende Schmerzpunkte gewordenDie Technik der Vakuumbeschichtungskasse löst diese Herausforderungen durch ein zweischichtiges Ablagerungssystem:Farbspezifische Grundschicht(Gold, Roségold, Silber) die visuelle Anziehungskraft vermittelt, und eineDurchsichtige Fingerabdruck- und OxidationsschutzoberflächeDieser Artikel beschreibt systematisch die Auswahl des Zielmaterials, die Vorbehandlungsprozesse, die Schritt-für-Schritt-Beschichtungsprozesse,und Doppelschichtfolie für drei Kernanwendungen: vergoldete + Fingerabdruck-/Antioxidationsschichten, roségoldete + Fingerabdruck-/Antioxidationsschichten und silberte + Fingerabdruck-/Antioxidationsschichten.Durch die Klärung der Materialzusammensetzung und der funktionalen Synergie jeder Schicht, bietet es für Schmuckhersteller umsetzbare technische Leitlinien, mit denen die Haltbarkeit der Produkte und die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt verbessert werden sollen.

2Zielmaterialwahl: Doppelschicht Synergie für Farbe und Schutz

Die Leistung der Doppelschichtbeschichtung hängt ausschließlich von der Kompatibilität und der funktionalen Komplementarität der Zielmaterialien für die Farbschicht und die transparente Oberschicht ab.Jedes Ziel muss strengen Anforderungen entsprechen.: Farbschichtziele sorgen für lebendige, gleichbleibende Farbtöne und Haftung am Substrat, während transparente Fingerabdruck-/Antioxidationsziele eine optische Klarheit gewährleisten.niedrige Oberflächenenergie (Anti-Fingerabdruck)Alle Ziele entsprechen der "Sicherheitsnorm für Oberflächenbeschichtungen von Schmuck" (EN 1811:2019) und haben eine Reinheit von ≥99.95%, um Defekte wie Nadellöcher oder Nebel zu vermeiden.

2.1 Zielwerte für vergoldete + transparente Fingerabdruck- und Oxidationsschutzschichten

•Farbschichtziele:

◦Titannitrid (TiN): Am häufigsten für die Goldbeschichtung eingesetzt, da TiN eine warme, 18K-goldartige Folie mit einer Härte von 2000-2500 HV bildet. Doppiert mit 5-8% Aluminium (Al),TiN-Al-Ziele verbessern die Haftung an Silbersubstraten, indem sie die thermische Expansionsungleichheit reduzieren und die Bildung von Silbersulfid hemmen.

◦Zirkoniumnitrid (ZrN) Ziele: Für Kupferschmuck bevorzugt, weist ZrN eine überlegene Korrosionsbeständigkeit gegen Kupfer's inhärente Oxidation auf und behält einen hellen goldenen Ton für Jahre.

◦TiN-Au-Legierungsziele (Au-Gehalt: 10­15%): Für Edelstahlschmuck verwendet, die Goldzusatz erhöht die Farbsättigung, um natürlichem Gold zu entsprechen,während die TiN-Keramikphase eine grundlegende Verschleißfestigkeit bietet.

•Transparente Ziele gegen Fingerabdrücke und Antioxidation:

◦Fluor-Doped Silicon Oxide (F-SiO2) Ziele: Die Kernwahl für die oberste Schicht, F-SiO2, legt einen nanoskaligen (15 ¢ 25 nm) transparenten Film mit einer Oberflächenenergie ab.Fluor-Doping erzeugt hydrophobe/oleophobe Eigenschaften (Anti-Fingerabdruck), während die Kieselsäure-Matrix eine dichte Barriere gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit bildet (Antioxidation).

◦Fluoriertes Diamantähnliches Kohlenstoff (F-DLC): Für High-End-Anwendungen bietet F-DLC eine verbesserte Verschleißfestigkeit (Härte:18002200 HV) neben Transparenz (Lichtdurchlässigkeit ≥95%) und FingerabdrucksicherungDie amorphe Kohlenstoffstruktur blockiert die Ionendiffusion und verhindert die Oxidation des Substrats und den Abbau der Farbschicht.

2.2 Ziele für rosa-goldplattierte + transparente Fingerabdruck- und Oxidationsschutzschichten

•Farbschichtziele:

◦Titanium-Chrom (Ti-Cr) Legierungsziele (Cr-Gehalt: 30~40%): Ti-Cr-N bildet in einer Stickstoffatmosphäre eine weiche rosa-goldfarbene Folie, ideal für Silberschmuck.,Während Stickstoff-Doping den rosa Farbton verfeinert (höherer Stickstoffgehalt vertieft den rosa Farbton).

◦Ti-Cr (Ti-Cr-N) -Ziele, die mit Stickstoff bestückt sind: Für Kupferschmuck verwendet, beseitigt das vornitrierte Ziel die Stickstofffluktuation in der Kammer.Sicherstellung einer einheitlichen Farbe und Bildung einer Nitridbarriere, die die Diffusion von Kupferionen auf die Oberfläche hemmt.

◦Silikon-Chrom (Si-Cr) Legierungsziele + TiN-Verbundwerkstoff: Für Edelstahlschmuck erzeugt Si-Cr (Si: 20%, Cr: 80%) mit TiN gesprüht eine Roségoldfolie mit verbesserter Zähigkeit.Silizium präkonditioniert die Oberfläche für eine bessere Haftung der oberen Schicht.

•Transparente Ziele gegen Fingerabdrücke und Antioxidation:

◦Siliziumnitrid (Si3N4) -Ziel: Ein hochtransparentes (Übertragbarkeit ≥96%) keramisches Ziel, das einen dichten, korrosionsbeständigen Film bildet.während die Oberfläche nach der Ablagerung mit Fluor modifiziert werden kann, um Fingerabdruckschutzeigenschaften zu erzielen (Wasserkontaktwinkel > 115°).

◦F-SiO2-TiO2-Verbundziele: Die TiO2-Komponente erhöht die Kratzfestigkeit (Härte: 2000 HV) ohne die Transparenz zu beeinträchtigen, was sie für Schmuck geeignet macht, der anfällig für täglichen Gebrauch ist (z. B. Armbänder,Ringe).

2.3 Ziele für silberplattierte + transparente Fingerabdruck- und Oxidationsschutzschichten

•Farbschichtziele:

◦Reines Titan (Ti) -Ziel: Ideal für die Plattierung von Silberschmuck, Ti bildet eine dünne (0,1 ∼0,2 μm) dichte Barriere, die die Oxidation von Silber verhindert und gleichzeitig einen hellen, reflektierenden Silberton beibehält.

◦Aluminium (Al) -Ziele: Als Kupferschmuck verwendet, imitiert die hohe Lichtreflektivität (≥ 92%) reines Silber, und seine Kompatibilität mit Kupfer verhindert die galvanische Korrosion.

◦Ti-Si-Legierungsziele (Si-Gehalt: 15~20%): Für Edelstahlschmuck legt Ti-Si eine Silberfolie mit verbesserten Anti-Schmutz-Eigenschaften ab. Silizium reduziert die Oberflächenrauheit,Schaffung einer glatten Basis für die transparente Oberschicht.

•Transparente Ziele gegen Fingerabdrücke und Antioxidation:

◦Aluminium-Oxid (Al2O3) -Ziele: Eine kostengünstige Option mit ausgezeichneter Transparenz (Übertragbarkeit ≥ 94%) und Antioxidationsleistung.Die sechsseckige Kristallstruktur von Al2O3 bildet eine undurchlässige Barriere, während die Oberflächenbehandlung mit perfluorierten Verbindungen (PFCs) eine Fingerabdruckschutzfunktion verleiht.

◦F-SiO2-ZrO2-Verbundziele: Zirkoniumoxid (ZrO2) erhöht die thermische Stabilität und macht die oberste Schicht gegen Temperaturschwankungen (z. B. bei der Reinigung von Schmuck) widerstandsfähig.Der Film behält die Transparenz und die Fingerabdruckschutzeigenschaften auch bei 150°C bei.

3. Vorbehandlungsprozess: Grundlage für die Doppelschichtadhäsion

Die Vorbehandlung ist entscheidend, um Oberflächenverunreinigungen (Öl, Oxide, Polierrückstände) zu beseitigen und das Substrat zu aktivieren, um eine starke Haftung zwischen dem Grundmetall, der Farbschicht,und transparente OberschichtAlle Prozesse entsprechen den Korrosionsschutznormen ISO 12944-4:2018 und sind auf die einzigartigen Eigenschaften von Silber, Kupfer und Edelstahl zugeschnitten.

3.1 Vorbehandlung für Silberschmuck

Die hohe Empfindlichkeit von Silber gegen Sulfidation (schwarzes Silbersulfid) erfordert eine gezielte Reinigung:

1.Präzisionspolieren: Bei der mechanischen Polierung werden 0,5-1 μm Diamantpaste verwendet, um Kratzer zu entfernen, gefolgt von 0,1 μm Aluminiumoxid-Paste für eine Spiegelveredelung.

2.Ultraschallentwachs: Tauchen Sie in eine alkalische Lösung (Natriumhydroxid: 50 g/l, Natriumcarbonat: 30 g/l, nicht ionischer Tensid: 5 g/l) bei 55 ± 5 °C für 12 ̊15 Minuten ein.Ultraschallfrequenz (40 kHz) sorgt für die Entfernung von Polierwachsrückständen aus Spalten.

3.Oxidentfernung: in eine 6·8%ige Zitronensäurelösung bei 25°C für 3·4 Minuten tauchen, um Ag2S aufzulösen, anschließend mit deionisiertem Wasser (DI-Wasser) bei 40°C spülen, um die Säure zu neutralisieren.

4.Plasmaktivierung: Behandlung in einer Argon- (Ar) Plasmakammer (RF-Leistung: 350­450 W, Druck: 5×10­2 Pa) für 2,5­3 Minuten. Hochenergetische Ar-Ionen entfernen adsorbiertes Wasser und organische Stoffe,Erhöhung der Oberflächenenergie von 35 mN/m auf ≥ 50 mN/m für eine verbesserte Schichtadhäsion.

5.Vakuumtrocknung: Trocknen bei 70 ± 5 °C für 15 Minuten in einem Vakuumofen (Druck: 1 × 10 − 1 Pa) zur Verhinderung der Reoxidation.

3.2 Vorbehandlung von Kupferschmuck

Die Tendenz des Kupfers, eine grüne Patine (CuO/CuCO3) zu bilden, erfordert eine strenge Oxidentfernung:

1.Schrittweise Schleifen: Beginnen Sie mit Sandpapier mit 400 Maschen, um dicke Oxidschichten zu entfernen, dann Sandpapier mit 1000 Maschen und 2000 Maschen zur Oberflächenglättung.

2.Alkaline Entfettung: Tauchen Sie in ein beheiztes Bad (Natriumhydroxid: 100 g/l, Natriumphosphat: 50 g/l, Natriumsilikat: 20 g/l) bei 75 ± 5 °C für 18 ̊20 Minuten ein.

3.Säureaktivierung: Behandeln Sie in einer 10%igen Schwefelsäurelösung bei 25°C für 1,5 ̊2 Minuten, um Restoxide zu entfernen, und spülen Sie anschließend dreimal (jeweils 2 Minuten) mit DI-Wasser ab, um Säure zu beseitigen.

4.Doppelgas-Plasma-Reinigung: Verwenden Sie ein Ar-H2-Plasma (Ar:H2 = 3:1Wasserstoff reduziert das verbleibende CuO zu reinem Kupfer, während Ar-Ionen die Oberfläche für eine bessere mechanische Bindung gravieren.

5.Vakuumtrocknung: Trocknen bei 75°C 20 Minuten in einer mit Stickstoff gereinigten Vakuumkammer, um erneute Verfärbungen zu vermeiden.

3.3 Vorbehandlung von Schmuck aus Edelstahl

Die passive Chrom-Oxid (Cr2O3) -Folien aus Edelstahl müssen für die Schichtkompatibilität geändert werden:

1.Ultraschallreinigung: Reinigen Sie in einer neutralen Reinigungsmittellösung (pH 7°8) bei 45±5°C für 10 Minuten (Ultraschallfrequenz: 60 kHz) um Staub und Öl zu entfernen.

2.Passives Filmausmachen: In 5%ige Salzsäurelösung bei 25 °C für 2 ̊2,5 Minuten eintauchen, um den Cr2O3-Film zu gravieren und ein frisches Fe-Cr-Ni-Substrat freizulegen.

3.Sauerstoff-Plasma-Esserei: Behandlung in einer Sauerstoff- (O2) Plasmakammer (RF-Leistung: 550 ‰ 650 W, Druck: 4 × 10 ‰ 2 Pa) für 3 ‰ 4 Minuten.Verbesserung der Benetzbarkeit von Beschichtungsmaterialien.

4.Schnelle Trocknung: Trocknen Sie bei 80°C 10 Minuten lang in einem Luftofen, um eine feuchtigkeitsfreie Oberfläche zu erhalten.

4. Vakuumbeschichtung: Schritt für Schritt Doppelschicht-Abscheidung

Das Verfahren verwendet Magnetron-Sputtering, das für eine gleichmäßige Filmdicke, eine präzise Zusammensetzungskontrolle,und starke Haftung – mit getrennten Stufen für die Farbschicht und transparente Fingerabdruck-/AntioxidationslagerdepositionDie wichtigsten Parameter sind für jede Kombination von Substrat und Farbe optimiert, um die Konsistenz zu gewährleisten.

4.1 Vorbeschichtungsvorbereitung

1.Last- und Kammerversiegelung: Die vorbehandelten Schmuckstücke auf eine drehende Befestigung (Rotationsgeschwindigkeit: 1015 U/min) legen, um eine gleichmäßige Beschichtung zu gewährleisten.

2.Vakuumpumpen:

◦Primärpumpen: Verwenden Sie eine mechanische Pumpe, um den Druck auf 7,0 Pa zu senken (entfernt 90% Luft/Wasserdampf).

◦Hochvakuumpumpen: Aktivieren einer turbomolekularen Pumpe, um einen Enddruck von 3 × 10−3 Pa zu erreichen. Diese hochreine Umgebung verhindert die Interferenz von Gasmolekülen mit gespritzten Zielatomen,Vermeidung von Porosität in beiden Schichten.

4.2 Plasmabombardierung (Aktivierung nach dem Pumpen)

Argongas mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 220~280 cm2 wird in die Schmuckvorrichtung eingeführt und eine negative Verzerrungsspannung (-350 bis -450 V) aufgebracht.

•Silber-/Kupferschmuck: 6~7 Minuten (um Oberflächenschäden zu vermeiden).

•Edelstahlschmuck: 8-9 Minuten (zur Vertiefung der Oberflächenaktivierung).

Dieser Schritt entfernt verbleibende Verunreinigungen und schafft Mikro-Rohheit, wodurch die mechanische Verzahnung zwischen Substrat und Farbschicht verbessert wird.

4.3 Farbschichtdeposition (Erste Schicht)

Anpassung der Sputterparameter anhand des Zielmaterials und des Substrats: