Rivestimento a vuoto a doppio strato: colorante + strati trasparenti antiimpronte digitali e antiossidazione su gioielli in argento, rame e acciaio inossidabile

1Introduzione

Nel mercato globale dei gioielli, i consumatori cercano sempre più prodotti che bilanciano l'eleganza estetica con la funzionalità a lungo termine.e la sbiadita del colore sono diventati punti di dolore persistenti per l' argentoLa tecnologia delle macchine per il rivestimento a vuoto affronta queste sfide attraverso un sistema di deposizione a doppio strato:strato di base specifico per colore(oro, oro rosa, argento) che offre un appeal visivo, e unstrato superiore trasparente anti-impronte digitali e anti-ossidazioneQuesto articolo fornisce dettagli sistematici sulla selezione del materiale bersaglio, sui protocolli di pretrattamento, sui processi di rivestimento passo dopo passo,e caratteristiche della pellicola a doppio strato per tre applicazioni principali: rivestimenti in oro + antiimpronte digitali/antiossidazione, rivestimenti in oro rosa + antiimpronte digitali/antiossidazione e rivestimenti in argento + antiimpronte digitali/antiossidazione.Clarificando la composizione del materiale e la sinergia funzionale di ciascun strato, fornisce una guida tecnica praticabile per i produttori di gioielli finalizzata a migliorare la durata dei prodotti e la competitività del mercato.

2Selezione del materiale di destinazione: sinergia a due strati per il colore e la protezione

Le prestazioni del rivestimento a doppio strato dipendono interamente dalla compatibilità e dalla complementarietà funzionale dei materiali bersaglio per lo strato di colore e lo strato superiore trasparente.Ogni obiettivo deve soddisfare requisiti rigorosi: gli obiettivi a strato colorato garantiscono tonalità vivaci e coerenti e l'adesione al substrato, mentre gli obiettivi trasparenti antiimpronte digitali/antiossidazione garantiscono la chiarezza ottica,energia superficiale bassa (antiimpronta digitale)Tutti gli obiettivi sono conformi alla "Norma di sicurezza per il rivestimento di superfici di gioielleria" (EN 1811:2019) e hanno una purezza ≥ 99.95% per evitare difetti come buchi di spillo o foschia.

2.1 Obiettivi per strati placcati in oro + trasparenti antiimpronte digitali e antiossidazione

•Obiettivi dello strato colore:

◦Obiettivi per il nitruro di titanio (TiN): il più utilizzato per la placcatura in oro, poiché il TiN forma un film caldo, simile all'oro 18K, con una durezza di 2000 ∼ 2500 HV. Dopato con 5 ∼ 8% di alluminio (Al),Gli obiettivi TiN-Al migliorano l'adesione ai substrati d'argento riducendo la disadattamento di espansione termica e inibendo la formazione di solfuro d'argento.

◦Obiettivi del nitruro di zirconio (ZrN): Preferito per i gioielli in rame, ZrN mostra una resistenza alla corrosione superiore contro l'ossidazione intrinseca del rame, mantenendo un tono dorato brillante per anni.

◦Obiettivi di lega di TiN-Au (contenuto di Au: 10 ∼ 15%): utilizzato per gioielli in acciaio inossidabile, l'aggiunta d'oro migliora la saturazione del colore per abbinarlo all'oro naturale,mentre la fase ceramica TiN fornisce una resistenza all'usura fondamentale.

•Obiettivi trasparenti antiimpronte digitali e antiossidazione:

◦Ossido di silicio dopato con fluoruro (F-SiO2) Obiettivi: la scelta principale per lo strato superiore, F-SiO2 deposita una pellicola trasparente a nanoscala (15 ¢ 25 nm) con un'energia superficiale.Il doping con fluoro crea proprietà idrofobe/oleofobo (anti-impronte digitali), mentre la matrice di silice forma una densa barriera contro l'ossigeno e l'umidità (antiossidazione).

◦F-DLC: per applicazioni di fascia alta, F-DLC offre una maggiore resistenza all'usura (durezza:1800-2200 HV) accanto alla trasparenza (trasmissione luminosa ≥95%) e alle prestazioni antiimpronte digitaliLa struttura amorfa del carbonio blocca la diffusione ionica, impedendo l'ossidazione del substrato e il degrado dello strato di colore.

2.2 Obiettivi per i rivestimenti in oro rosa + strati trasparenti antiimpronte digitali e antiossidazione

•Obiettivi dello strato colore:

◦Obiettivi di lega di titanio-cromo (Ti-Cr) (contenuto di Cr: 30~40%): Sputterato in un'atmosfera di azoto, Ti-Cr-N forma un film dorato rosa morbido ideale per gioielli d'argento.,mentre il doping di azoto migliora la tonalità rosa (un più alto contenuto di azoto approfondisce la tonalità rosa).

◦Obiettivi Ti-Cr (Ti-Cr-N) dopati con azoto: utilizzati per gioielli in rame, l'obiettivo pre-nitridato elimina le fluttuazioni di azoto nella camera,assicurando un colore uniforme e formando una barriera di nitruri che inibisce la diffusione degli ioni di rame sulla superficie.

◦Obiettivi di lega di silicio-cromo (Si-Cr) + TiN composito: per gioielli in acciaio inossidabile, Si-Cr (Si: 20%, Cr: 80%) spruzzato con TiN crea una pellicola d'oro rosa con una maggiore robustezza.Il silicio precondiziona la superficie per una migliore adesione dello strato superiore.

•Obiettivi trasparenti antiimpronte digitali e antiossidazione:

◦Si3N4 (siliconnitruro): un bersaglio in ceramica altamente trasparente (transmittanza ≥96%) che forma un film denso e resistente alla corrosione.mentre la sua superficie può essere modificata con fluoro dopo la deposizione per ottenere proprietà antiimpronte digitali (angolo di contatto con l'acqua > 115°).

◦Obiettivi compositi F-SiO2-TiO2: il componente TiO2 aumenta la resistenza agli graffi (durezza: 2000 HV) senza sacrificare la trasparenza, rendendolo adatto per gioielli soggetti all'usura quotidiana (ad esempio, braccialetti,anelli).

2.3 Obiettivi per strati arginato + trasparente antiimpronte digitali e antiossidazione

•Obiettivi dello strato colore:

◦Obiettivi di Titanio puro (Ti): Ideale per il rivestimento della base dei gioielli d'argento, Ti forma uno strato di barriera denso sottile (0,1 ∼0,2 μm) che impedisce l'ossidazione dell'argento mantenendo un tono d'argento luminoso e riflettente.

◦Obiettivi di alluminio (Al): utilizzato per gioielli in rame, l'alta riflettività della luce (≥ 92%) imita l'argento puro e la sua compatibilità con il rame evita la corrosione galvanica.

◦Per gioielli in acciaio inossidabile, il Ti-Si deposita una pellicola d'argento con proprietà antitannure migliorate.creando una base liscia per lo strato superiore trasparente.

•Obiettivi trasparenti antiimpronte digitali e antiossidazione:

◦Obiettivi per l'ossido di alluminio (Al2O3): Opzione conveniente con eccellente trasparenza (transmittanza ≥ 94%) e prestazioni antiossidanti.La struttura cristallina esagonale dell'Al2O3 costituisce una barriera impermeabile, mentre il trattamento superficiale con composti perfluorurati (PFC) conferisce funzionalità antiimpronte digitali.

◦Obiettivi compositi F-SiO2-ZrO2: l'ossido di zirconio (ZrO2) migliora la stabilità termica, rendendo lo strato superiore resistente alle fluttuazioni di temperatura (ad esempio durante la pulizia dei gioielli).La pellicola mantiene la trasparenza e le proprietà antiimpronte digitali anche dopo esposizione a 150°C.

3Processo di pretrattamento: base per l'adesione a doppio strato

Il pretrattamento è fondamentale per eliminare i contaminanti superficiali (olio, ossidi, residui di lucidatura) e attivare il substrato, garantendo una forte adesione tra il metallo base, lo strato di colore,e strato superiore trasparenteTutti i processi seguono gli standard di protezione contro la corrosione ISO 12944-4:2018 e sono adattati alle proprietà uniche di argento, rame e acciaio inossidabile.

3.1 Pre-trattamento per gioielli d'argento

L'argento è altamente suscettibile alla sulfidazione (sulfuro nero d'argento) e richiede una pulizia mirata:

1.Polizia di precisione: per la lucidatura meccanica utilizzare una pasta di diamanti da 0,5 μm per rimuovere i graffi, seguita da una pasta di allumina da 0,1 μm per una finitura a specchio.

2.Devaccatura ad ultrasuoni: Immergere in una soluzione alcalina (idrossido di sodio: 50 g/l, carbonato di sodio: 30 g/l, tensioattivo non ionico: 5 g/l) a 55±5°C per 12 ̊15 minuti.La frequenza ad ultrasuoni (40 kHz) assicura la rimozione dei residui di cera da lucidatura dalle fessure.

3.Rimozione degli ossidi: immergere in una soluzione di acido citrico al 6·8% a 25°C per 3·4 minuti per dissolvere Ag2S, quindi sciacquare con acqua deionizzata (acqua DI) a 40°C per neutralizzare l'acido.

4.Attivazione plasmatica: trattare in una camera plasmatica argon (Ar) (potenza RF: 350~450 W, pressione: 5×10−2 Pa) per 2,5~3 minuti; gli ioni Ar ad alta energia rimuovono l'acqua adsorbita e la materia organica;aumento dell'energia superficiale da 35 mN/m a ≥ 50 mN/m per una migliore adesione dello strato.

5.Asciugatura sotto vuoto: Asciugare a 70±5°C per 15 minuti in forno a vuoto (pressione: 1×10−1 Pa) per evitare la ri-ossidazione.

3.2 Pre-trattamento per gioielli in rame

La tendenza del rame a formare una patina verde (CuO/CuCO3) richiede una rigorosa rimozione degli ossidi:

1.Smallatura graduale: iniziare con carta vetrata da 400 maglie per togliere gli spessi strati di ossido, poi con carta vetrata da 1000 maglie e 2000 maglie per lissare la superficie.

2.Degrasamento alcalino: Immergere in un bagno riscaldato (idrossido di sodio: 100 g/l, fosfato di sodio: 50 g/l, silicato di sodio: 20 g/l) a 75±5°C per 18 ̇20 minuti.

3.Attivazione acida: trattare in una soluzione al 10% di acido solforico a 25°C per 1,5°2 minuti per rimuovere gli ossidi residui, quindi sciacquare con acqua DI tre volte (ogni 2 minuti) per eliminare le tracce di acido.

4.Pulizia del plasma a doppio gasUtilizzare un plasma Ar-H2 (Ar:H2 = 3:1L'idrogeno riduce il CuO rimanente in rame puro, mentre gli ioni Ar graffiano la superficie per un miglior legame meccanico.

5.Asciugatura sotto vuoto: Asciugare a 75°C per 20 minuti in una camera a vuoto con acqua nitrogena per evitare un'ulteriore macchia.

3.3 Pre-trattamento per gioielli in acciaio inossidabile

La pellicola di ossido di cromo passivo (Cr2O3) dell'acciaio inossidabile deve essere modificata per garantire la compatibilità dello strato:

1.Pulizia ad ultrasuoni: Pulire in una soluzione di detersivo neutro (pH 7 ̊8) a 45±5°C per 10 minuti (frequenza ultrasonica: 60 kHz) per rimuovere polvere e olio.

2.Etatura su pellicola passiva: immergere in una soluzione al 5% di acido cloridrico a 25°C per 2 ̊2,5 minuti per incidere il film Cr2O3, esponendo un substrato Fe-Cr-Ni fresco.

3.Gravatura plasmatica con ossigeno: trattare in una camera plasmatica di ossigeno (O2) (potenza RF: 550­650 W, pressione: 4×10­2 Pa) per 3­4 minuti. L'ossigeno ossida i contaminanti superficiali e forma gruppi idrossilici (-OH),miglioramento della bagnabilità dei materiali di rivestimento.

4.Asciugatura rapida: Asciugare a 80°C per 10 minuti in un forno ad aria pulita per garantire una superficie priva di umidità.

4. Processo di rivestimento a vuoto: deposizione a doppio strato passo dopo passo

Il processo adotta lo sputtering a magnetroni, riconosciuto per lo spessore uniforme del film, il controllo preciso della composizione,e forte adesione con fasi separate per lo strato colorato e lo strato trasparente antiimpronte digitali/antiossidazioneI parametri chiave sono ottimizzati per ogni combinazione di colori del substrato per garantire la consistenza.

4.1 Preparazione di pre-rivestimento

1.Sigillazione del carico e della camera: posizionare i gioielli pre-trattati su un apparecchio rotante (velocità di rotazione: 1015 giri/min) per garantire un rivestimento uniforme, sigillare la camera a vuoto e effettuare una prova di perdita (velocità di fuga ≤ 1 × 10−6 Pa·m3/s).

2.Pompaggio a vuoto:

◦Pompaggio primario: utilizzare una pompa meccanica per ridurre la pressione a 7,0 Pa (elimina il 90% di vapore d'aria/acqua).

◦Pompaggio ad alto vuoto: attivare una pompa turbomolecolare per raggiungere una pressione finale di 3 × 10−3 Pa. Questo ambiente di alta purezza impedisce l'interferenza delle molecole di gas con gli atomi bersaglio sputterati,evitando la porosità in entrambi gli strati.

4.2 Bombardamento plasmatico (attivazione post-pompaggio)

Introdurre il gas argon a una portata di 220 ‰ 280 cm3 e applicare una tensione di bias negativo (-350 a -450 V) all'apparecchiatura gioielleria.

•Gioielli d'argento/rame: 6-7 minuti (per evitare danni alla superficie).

•Gioielli in acciaio inossidabile: 8-9 minuti (per approfondire l'attivazione superficiale).

Questo passo rimuove i contaminanti residui e crea una micro rugosità, migliorando l'interconnessione meccanica tra il substrato e lo strato di colore.

4.3 Deposito dello strato colorato (primo strato)

Regolare i parametri di sputtering in base al materiale e al substrato bersaglio: