Lo "strato esterno tecnologico" del minuscolo quadrante: un'analisi approfondita della tecnologia avanzata della PVD negli orologi

Quando tocchi la liscia cassa nera opaca dell'orologio, ammiri l'aspetto caldo e lucente del cinturino in oro rosa sotto la luce, o ti meravigli dell'aspetto intatto dell'orologio subacqueo in un ambiente di mare profondo, potresti non pensare che queste splendide texture e durata siano tutte attribuite a una tecnologia chiave - deposizione fisica da vuoto (PVD). Essendo il processo di trattamento superficiale più utilizzato nell'orologeria moderna, la deposizione fisica da vuoto, con le sue caratteristiche di rispetto per l'ambiente, efficienza e prestazioni eccellenti dello strato di membrana, è diventata il supporto fondamentale per l'aggiornamento estetico e il miglioramento funzionale degli orologi, e ha vestito ogni preciso orologio con un "rivestimento tecnologico". Oggi, sveliamo a fondo il mistero della deposizione fisica da vuoto degli orologi.

Per comprendere la deposizione fisica da vuoto degli orologi, bisogna innanzitutto chiarire la sua definizione fondamentale: in un ambiente ad alto vuoto, attraverso metodi fisici (come sputtering, evaporazione), i materiali di rivestimento solido di metalli, ceramiche, ecc. vengono trasformati in stati atomici, ionici o molecolari e depositati sulla superficie dei componenti dell'orologio per formare un film. Questa tecnologia è chiamata PVD (Physical Vapor Deposition) in inglese. Rispetto ai tradizionali processi di galvanica, il suo più grande vantaggio risiede nello strato di film uniforme e denso, nella forte adesione, nell'ecocompatibilità senza inquinamento (nessun elettrolita chimico ed emissioni di metalli pesanti) e nella capacità di controllare con precisione lo spessore e la composizione dello strato di film, soddisfacendo perfettamente i severi requisiti degli orologi in termini di precisione, durata ed estetica. Pertanto, è diventata la scelta principale nell'industria orologiera di fascia alta.

Il principio fondamentale del rivestimento fisico sottovuoto per orologi è essenzialmente "la migrazione e la deposizione della materia allo stato gassoso". L'intero processo viene completato in un ambiente ad alto vuoto, evitando interferenze da parte delle molecole d'aria sulla qualità dello strato di film. In parole povere, questo processo è come coltivare una speciale "pianta di film" in una "serra" sottovuoto. È composto principalmente da tre passaggi chiave:

1. Il primo passo è la preparazione del vuoto. I componenti dell'orologio puliti (cassa, cinturino, quadrante, ecc.) vengono posti in una camera a vuoto sigillata. Attraverso un sistema di pompaggio a tre stadi composto da "pompa meccanica + pompa rotativa + pompa molecolare", la pressione all'interno della camera viene ridotta a uno stato di alto vuoto di da 10⁻³ a 10⁻⁵ Pa - questa pressione equivale alla pressione atmosferica dello spazio esterno sulla Terra, riducendo al minimo l'influenza delle impurità dell'aria sulla qualità del rivestimento.
2. Il secondo passo è l'ionizzazione e vaporizzazione del materiale. Attraverso metodi fisici come lo sputtering magnetron o la scarica ad arco, i materiali di rivestimento (indicati come "materiali target" nel settore) subiscono ionizzazione o vaporizzazione per formare minuscole particelle ad alta energia.
3. Il terzo passo è la deposizione del film. Sotto la guida di un campo elettrico, queste particelle ad alta energia si muoveranno uniformemente verso la superficie dei componenti dell'orologio e alla fine aderiranno saldamente per formare un film sottile. Durante l'intero processo, parametri come temperatura, grado di vuoto, rapporto dei gas e corrente del materiale target devono essere controllati con precisione, con errori che devono essere a livello di micrometri, per garantire l'uniformità e l'adesione dello strato di film.

Nell'industria orologiera, il rivestimento fisico sottovuoto (PVD) è principalmente diviso in due processi fondamentali - sputtering magnetron e placcatura ionica ad arco. A causa dei loro diversi principi, questi due processi hanno scenari applicativi e proprietà dello strato di membrana distinti. Insieme, coprono tutte le dimensioni dei requisiti degli orologi, dalla decorazione alla funzionalità.

• Tra questi, il processo di sputtering magnetron è la "forza principale" dei rivestimenti decorativi per orologi. Il suo principio fondamentale è controllare la traiettoria degli elettroni attraverso un campo magnetico, consentendo agli elettroni di bombardare continuamente la superficie del materiale target, causando il distacco degli atomi del materiale target e la deposizione sulla superficie del pezzo. I vantaggi di questo processo sono l'eccellente uniformità dello strato di membrana e l'elevata finitura superficiale, che consentono la riproduzione precisa della texture fine dei metalli. Pertanto, è ampiamente utilizzato per preparare strati di membrana decorativi come oro rosa, oro champagne e nero opaco. Ad esempio, la popolare cassa dell'orologio in oro rosa è formata regolando il rapporto di composizione del target di titanio e del target di cromo, combinato con gas reattivi come l'azoto, per creare uno strato di membrana di titanio nitrurato che è coerente con la texture dell'oro 18K.
• Il processo di placcatura ionica ad arco è l'"eccezionale esecutore" dei rivestimenti funzionali. Genera alta temperatura attraverso la scarica ad arco, ionizzando direttamente il materiale target in ioni ad alta energia, e quindi depositandoli sulla superficie del pezzo per formare uno strato di membrana. Lo strato di membrana formato da questo processo ha una durezza estremamente elevata e un'adesione più forte ed è particolarmente adatto per la preparazione di strati di membrana funzionali resistenti all'usura e alla corrosione. Ad esempio, il film di carbonio simile al diamante (DLC) comunemente utilizzato nell'industria orologiera viene preparato attraverso il processo di placcatura ionica ad arco ed è ampiamente utilizzato nelle casse degli orologi e nei componenti del movimento degli orologi sportivi e degli strumenti.

Il valore del rivestimento fisico sottovuoto per gli orologi moderni si riflette principalmente nella rottura dell'espressione estetica. Rompe completamente i limiti di colore dei materiali tradizionali degli orologi, consentendo ai substrati ordinari di presentare texture di alta gamma. In passato, i colori degli orologi dipendevano in gran parte dai materiali stessi: il giallo dorato dell'oro, il bianco argento dell'acciaio inossidabile e il grigio chiaro del metallo titanio. Le scelte erano molto limitate; mentre la tecnologia di rivestimento fisico sottovuoto ha consentito un "salto di qualità" nei colori e nelle texture degli orologi. Cambiando diversi materiali target e gas di reazione, le normali casse di orologi in acciaio inossidabile possono facilmente ottenere vari stili: l'utilizzo di un target di titanio combinato con gas azoto può produrre diversi strati di oro rosa, dal rosa chiaro al rosa intenso, con una texture calda e delicata che è quasi indistinguibile dall'oro K ad alta purezza; l'utilizzo di un target di cromo combinato con gas acetilene può creare uno strato nero opaco sobrio e lussuoso, resistente all'usura e non soggetto a impronte digitali; ed esiste anche un avanzato processo di sputtering magnetico multistrato, impilando diversi strati di indice di rifrazione, può ottenere un effetto colorato sfumato dal blu chiaro al viola chiaro, rendendo il design semplice dell'orologio più memorabile visivamente. Una serie classica di un marchio di orologi svizzero ha adottato la tecnologia di rivestimento fisico sottovuoto multistrato, utilizzando solo un substrato in acciaio inossidabile 316L per ottenere un aspetto coerente con l'oro rosa 18K, non solo riducendo il costo di produzione del 30%, ma anche evitando la pressione ambientale causata dall'estrazione di metalli preziosi, diventando un modello che bilancia estetica e protezione ambientale nel settore.

Oltre all'aggiornamento estetico, il valore fondamentale del rivestimento fisico sottovuoto è quello di fornire un "armatura invisibile" per l'orologio, migliorando significativamente la sua durata e la sua durata di servizio. In quanto strumento di precisione indossato quotidianamente, la cassa e il cinturino dell'orologio devono sopportare l'attrito e la corrosione del sudore per un lungo periodo, mentre i componenti del movimento si basano su una perdita di attrito estremamente bassa per garantire un'indicazione precisa dell'ora. Lo strato di film di rivestimento fisico sottovuoto affronta con precisione questi problemi. Sebbene questo strato di film sia sottile (in genere solo pochi micrometri a diverse decine di micrometri, equivalenti a un decimo del diametro di un capello), le sue prestazioni sono estremamente eccellenti: ad esempio, il film di carbonio simile al diamante DLC preparato mediante placcatura ionica ad arco ha una durezza superiore a HV2000, superando di gran lunga l'acciaio inossidabile (HV200-300), che può aumentare la durezza della superficie della cassa dell'orologio di 2-3 gradi, rendendola meno soggetta a graffi da impatti e attriti quotidiani; per affrontare il problema delle impronte digitali sui cinturini in lega di titanio, lo strato di film PVD anti-impronte digitali preparato mediante sputtering magnetron può rendere difficile l'adesione delle impronte digitali, prevenendo al contempo la corrosione da sale e grasso nel sudore, mantenendo pulizia e freschezza per un lungo periodo di utilizzo. Per i componenti precisi all'interno del movimento, come ingranaggi e ruote di scappamento, utilizzando il rivestimento fisico sottovuoto di film lubrificante solido al disolfuro di molibdeno o film duro al carburo di tungsteno, il coefficiente di attrito può essere ridotto al di sotto di 0,05, riducendo la perdita di potenza del 15% e rendendo l'indicazione dell'ora dell'orologio più precisa. I dati dei test di un marchio di movimento auto-sviluppato mostrano che, dopo il trattamento di rivestimento PVD, il tasso di attenuazione dell'ampiezza di oscillazione del movimento dopo cinque anni scende dal 12% al 4%, raggiungendo veramente l'impegno di qualità di "precisione duratura".

Dal punto di vista dei componenti specifici dell'orologio, l'applicazione del rivestimento a deposizione fisica da vuoto (PVD) copre quasi tutte le parti chiave, ottenendo "adattamento preciso e protezione completa".

• Il cassa e il cinturino, che sono il focus visivo e le parti frequentemente a contatto, sono i principali scenari di applicazione del rivestimento PVD: il comune stile tutto nero degli orologi sportivi utilizza spesso il film DLC a deposizione ionica ad arco, che combina resistenza all'usura e alla corrosione; gli stili oro rosa e oro champagne degli orologi di lusso utilizzano principalmente il film PVD a sputtering a controllo magnetico per garantire una texture uniforme e fine; la cassa e il cinturino degli orologi subacquei adotteranno la tecnologia di rivestimento PVD multistrato, depositando prima uno strato di film di cromo resistente alla corrosione, quindi depositando un film decorativo per garantire la stabilità a lungo termine in ambienti ad alta pressione e ad alta salinità in acque profonde.
• Il scale e i numeri sul quadrante sono rivestiti con un film di luce notturna al solfuro di zinco attraverso il rivestimento a evaporazione sottovuoto (un processo secondario del PVD) per garantire una chiara lettura dell'ora al buio; lo sfondo del quadrante degli orologi di fascia alta può anche essere placcato con un film di madreperla o un film a texture metallica attraverso lo sputtering a controllo magnetico per migliorare la profondità visiva.
• Il vetro zaffiro dell'orologio è rivestito con un film antiriflesso PVD a sputtering a controllo magnetico multistrato, riducendo la riflettività da oltre 8% a meno dell'1%, migliorando significativamente la chiarezza della lettura dell'ora.
• Anche i minuscoli ingranaggi, molle, ecc. all'interno del movimento saranno rivestiti con un preciso rivestimento PVD per ridurre la perdita di attrito e garantire la stabilità dell'indicazione dell'ora.

Vale la pena notare che il rivestimento fisico sottovuoto (PVD) è anche una svolta significativa per l'industria orologiera nel raggiungimento della produzione verde. Questo è anche uno dei motivi chiave per cui può sostituire la galvanica tradizionale e diventare lo standard per l'orologeria di fascia alta. Il tradizionale processo di galvanica richiede l'uso di una grande quantità di reagenti chimici, generando acque reflue e gas di scarico contenenti metalli pesanti, che causano grave inquinamento all'ambiente. Al contrario, il rivestimento fisico sottovuoto viene eseguito interamente in un ambiente ad alto vuoto, senza la necessità di elettroliti chimici. Ottiene la migrazione e la deposizione del materiale attraverso mezzi fisici, con zero emissioni di metalli pesanti e zero inquinamento durante l'intero processo. Questo risolve il problema della protezione ambientale del trattamento superficiale alla sua origine. Con il rafforzamento della consapevolezza ambientale globale, sempre più marchi di orologi stanno adottando il processo PVD come tecnologia di trattamento superficiale principale. Non solo è ampiamente utilizzato nelle serie di produzione di massa, ma anche attraverso soluzioni di rivestimento PVD personalizzate nelle serie personalizzate di fascia alta, raggiungendo un equilibrio tra protezione ambientale e texture di fascia alta. Al giorno d'oggi, gli attributi ambientali della tecnologia PVD sono diventati un importante supporto per lo sviluppo sostenibile del marchio e si allineano anche alle esigenze dei consumatori moderni per il consumo verde.

Dal punto di vista dello sviluppo tecnologico, il rivestimento a deposizione fisica da vuoto (PVD) per orologi sta avanzando verso una maggiore precisione, una maggiore diversità e una maggiore personalizzazione. In termini di precisione, l'attuale processo di rivestimento PVD può controllare l'errore di spessore dello strato di rivestimento entro 0,1 micron e l'errore di colore entro il livello di ΔE < 0,5, raggiungendo un livello in cui è indistinguibile a occhio nudo, garantendo che la texture dell'aspetto di ogni orologio sia altamente coerente. In termini di diversità, soluzioni di rivestimento PVD personalizzate per diversi scenari di utilizzo stanno emergendo costantemente: come un film PVD estremamente resistente alla corrosione adatto alle immersioni in acque profonde, un film PVD resistente alle alte temperature adatto ad ambienti con temperature estreme e un film PVD biocompatibile adatto a scenari medici, ecc., espandendo ulteriormente i confini applicativi degli orologi. In termini di personalizzazione, con l'aggiornamento del consumo, le richieste personalizzate dei consumatori per gli orologi stanno aumentando di giorno in giorno. La tecnologia PVD, con i suoi colori e texture personalizzabili, è diventata un importante punto di svolta per la competizione di differenziazione del marchio: alcuni marchi hanno lanciato servizi di personalizzazione PVD, che possono personalizzare il colore esclusivo e l'effetto sfumato del rivestimento della cassa dell'orologio in base alle esigenze dell'utente, rendendo l'orologio un'opera d'arte indossabile unica.

Tra i piccoli quadranti, la tecnologia di rivestimento a deposizione fisica da vuoto (PVD) utilizza la potenza della tecnologia per bilanciare estetica e funzionalità. Dona ai substrati ordinari una texture di alta gamma, migliora la durata degli orologi di precisione e si allinea con il trend di sviluppo dei tempi con i suoi attributi ambientali. Quando la prossima volta ammireremo l'aspetto squisito di un orologio e ci fideremo della sua precisa indicazione dell'ora, potremmo anche dare un'occhiata a questo "rivestimento tecnologico" a livello di micron - è proprio questo film apparentemente insignificante che porta l'ultima ricerca del dettaglio nell'orologeria moderna, consentendo all'"estetica del tempo" di durare a lungo e aggiornando l'orologio da un semplice strumento di indicazione dell'ora a un'opera d'arte indossabile con texture, durata e valore ambientale.