پوشش خلاء دو لایه ای: پوشش رنگ + لایه های شفاف ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون بر روی جواهرات نقره، مس و فولاد ضد زنگ

1مقدمه

در بازار جهانی جواهرات، مصرف کنندگان به طور فزاینده ای دنبال محصولاتی هستند که زیبایی زیبایی را با عملکرد طولانی مدت متعادل می کنند.و از بین رفتن رنگ به نقاط درد مداوم برای نقره تبدیل شده استاین تکنولوژی ماشین پوشش خلاء با استفاده از یک سیستم رسوب دو لایه ای این چالش ها را حل می کند:لایه پایه مخصوص رنگ(طلای طلایی، طلایی طلایی، نقره ای) که جذابیت بصری را ارائه می دهد ولایه بالای شفاف ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیونکه عملکرد را بدون به خطر انداختن ظاهر حفظ می کند. این مقاله به طور سیستماتیک انتخاب مواد مورد نظر، پروتکل های پیش پردازش، مراحل پوشش مرحله به مرحله را توضیح می دهد.و ویژگی های فیلم دو لایه ای برای سه کاربرد اصلی: لایه های طلا شده + ضد اثر انگشت / ضد اکسیداسیون ، لایه های طلایی + ضد اثر انگشت / ضد اکسیداسیون و لایه های نقره + ضد اثر انگشت / ضد اکسیداسیون.با روشن کردن ترکیب مواد و همبستگی عملکردی هر لایه، این راهنمای فنی عملی برای تولید کنندگان جواهرات فراهم می کند که هدف آن افزایش دوام محصول و رقابت در بازار است.

2- انتخاب مواد هدف: هماهنگی دو لایه برای رنگ و حفاظت

عملکرد پوشش دو لایه به طور کامل به سازگاری و مکمل عملکردی مواد مورد نظر برای لایه رنگ و لایه بالای شفاف بستگی دارد.هر هدف باید به الزامات سختگیری پاسخ دهد: هدف های لایه رنگی از رنگ های روشن و ثابت و چسبندگی به بستر اطمینان می دهند، در حالی که هدف های ضد اثر انگشت / ضد اکسیداسیون شفاف شفاف شفافیت نوری را تضمین می کنند.انرژی سطح پایین (ضد اثر انگشت)، و خواص مانع متراکم (ضد اکسیداسیون). همه اهداف مطابق با "استانداردهای ایمنی پوشش سطحی جواهرات" (EN 1811:2019) هستند و طهارت ≥99 دارند.95 درصد برای جلوگیری از نقص هایی مانند سوراخ های سوزن یا مه.

2.1 اهداف برای لایه های ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون طلا + شفاف

•اهداف لایه رنگی:

◦هدف های تیتانیوم نیترید (TiN): گسترده ترین مورد استفاده برای تزئین طلا، زیرا TiN یک فیلم گرم 18K مانند طلا با سختی 2000 ∼ 2500 HV را تشکیل می دهد. با 5 ∼ 8% آلومینیوم (Al) ،اهداف TiN-Al با کاهش عدم تطابق انبساط حرارتی و مهار تشکیل سولفید نقره، چسبندگی به زیربناهای نقره را بهبود می بخشد.

◦اهداف نیتروئید زرکونیوم (ZrN): برای جواهرات مس ترجیح داده می شود ، ZrN مقاومت خوردگی برتر در برابر اکسیداسیون ذاتی مس را نشان می دهد و طنین طلایی روشن را برای سال ها حفظ می کند.

◦هدف های آلیاژ TiN-Au (محتوای Au: 10~15٪): برای جواهرات فولاد ضد زنگ استفاده می شود، اضافه شدن طلا باعث افزایش اشباع رنگ برای مطابقت با طلا طبیعی می شود.در حالی که فاز سرامیکی TiN مقاومت خیس شدن پایه ای را فراهم می کند.

•اهداف شفاف ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون:

◦اهداف اکسید سیلیکون فلورین دوپ (F-SiO2): انتخاب اصلی برای لایه بالا، F-SiO2 یک فیلم شفاف نانوسکیلی (15 25 nm) را با انرژی سطحی قرار می دهد.استفاده از فلورین باعث ایجاد خواص هیدروفوبیک/ولوفوبیک می شود (ضد اثر انگشت)، در حالی که ماتریس سیلیس یک مانع متراکم در برابر اکسیژن و رطوبت (ضد اکسیداسیون) را تشکیل می دهد.

◦اهداف کربن فلورائید مانند الماس (F-DLC): برای کاربردهای پیشرفته، F-DLC مقاومت لباس را افزایش می دهد (سختی:1800 ∼ 2200 HV) در کنار شفافیت (پیام رسانایی نور ≥ 95٪) و عملکرد ضد اثر انگشتساختار کربن بی شکل، انتشار یون را مسدود می کند و از اکسیداسیون بستر و تخریب لایه رنگ جلوگیری می کند.

2.2 اهداف برای لایه های ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون گلابی طلا + شفاف

•اهداف لایه رنگی:

◦هدف های آلیاژ تیتانیوم کرومیوم (Ti-Cr) (محتوای Cr: 30 ٪ 40٪): Ti-Cr-N در یک جو نیتروژن پراکنده می شود و یک فیلم طلایی صورتی نرم را برای جواهرات نقره ای ایجاد می کند. کرومیوم چسبندگی به نقره را افزایش می دهد,در حالی که نوتروژن دوپینگ رنگ صورتی را تنظیم می کند (محصولات نوتروژن بالاتر رنگ صورتی را عمیق تر می کند).

◦هدف های نایتروژنی شده Ti-Cr (Ti-Cr-N): برای جواهرات مس استفاده می شود، هدف پیش از نیترید شدن نوسانات نیتروژن در اتاق را از بین می برد.تضمین رنگ یکنواخت و تشکیل یک مانع نیترید که مانع از انتشار یون های مس به سطح می شود.

◦هدف های آلیاژ سیلیکون کرومیوم (Si-Cr) + ترکیب TiN: برای جواهرات فولاد ضد زنگ، Si-Cr (Si: 20٪ ، Cr: 80٪) با TiN اسپرت شده یک فیلم طلایی رز را با سختی بهبود یافته ایجاد می کند.سیلیکون از قبل سطح را برای چسبندگی بهتر لایه بالا تنظیم می کند.

•اهداف شفاف ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون:

◦سیلیکون نیترید (Si3N4) اهداف: یک هدف سرامیکی بسیار شفاف (تراکنش ≥96٪) که یک فیلم متراکم و مقاوم در برابر خوردگی را تشکیل می دهد. Si3N4 ٪ دارای منافذ کم، رطوبت و اکسیژن را مسدود می کند.در حالی که سطح آن می تواند با فلورین پس از رسوب اصلاح شود تا خواص ضد اثر انگشت را به دست آورد (زاویه تماس آب > 115 °).

◦هدف های کامپوزیت F-SiO2-TiO2: جزء TiO2 مقاومت در برابر خراش را افزایش می دهد (سختی: 2000 HV) بدون اینکه شفافیت را از دست دهد، و این باعث می شود که برای جواهرات مستعد پوشیدن روزانه (به عنوان مثال، دستبندها،حلقه ها).

2.3 اهداف برای لایه های نقره ای + شفاف ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون

•اهداف لایه رنگی:

◦هدفهای تیتانیوم خالص (Ti): ایده آل برای پوشش پایه جواهرات نقره ای ، Ti یک لایه مانع نازک (0.1 ‰ 0.2 μm) را تشکیل می دهد که از اکسیداسیون نقره جلوگیری می کند در حالی که یک رنگ نقره ای روشن و بازتاب دهنده را حفظ می کند.

◦هدفهای آلومینیوم (Al): برای جواهرات مس استفاده می شود، بازتاب نور بالا Al ٪ (≥ 92٪) نقره خالص را تقلید می کند و سازگاری آن با مس از خوردگی گالوانیکی جلوگیری می کند.

◦هدف های آلیاژ Ti-Si (حتویات Si: 15 ٪ 20٪): برای جواهرات فولاد ضد زنگ ، Ti-Si یک فیلم نقره ای با خواص ضد لکه افزایش یافته را جمع می کند. سیلیکون خشکی سطح را کاهش می دهد ،ایجاد یک پایه صاف برای لایه بالای شفاف.

•اهداف شفاف ضد اثر انگشت و ضد اکسیداسیون:

◦اهداف اکسید آلومینیوم (Al2O3): یک گزینه مقرون به صرفه با شفافیت عالی (تراکنش ≥94٪) و عملکرد ضد اکسیداسیون.ساختار کریستالی شش گوشه ای Al2O3 ‬ یک موانع غیرقابل نفوذ را تشکیل می دهد، در حالی که درمان سطح با ترکیبات پرفلوئور (PFCs) عملکرد ضد اثر انگشت را فراهم می کند.

◦اهداف مرکب F-SiO2-ZrO2: اکسید زرکونیوم (ZrO2) ثبات حرارتی را افزایش می دهد و لایه بالایی را در برابر نوسانات دمایی مقاوم می کند (به عنوان مثال ، در هنگام تمیز کردن جواهرات).فیلم حتی پس از قرار گرفتن در معرض 150 °C، شفافیت و خواص ضد اثر انگشت را حفظ می کند.

3فرآیند پیش درمان: پایه برای چسبندگی دو لایه

قبل از درمان برای از بین بردن آلاینده های سطحی (نفت، اکسید، باقی مانده های پولیش) و فعال کردن بستر، اطمینان از چسبندگی قوی بین فلز پایه، لایه رنگ،و لایه بالای شفاف. همه فرآیندهای ISO 12944-4: 2018 استانداردهای حفاظت از خوردگی را دنبال می کنند و با توجه به خواص منحصر به فرد نقره، مس و فولاد ضد زنگ طراحی شده اند.

3.1 قبل از پردازش جواهرات نقره ای

حساسیت بالای نقره به سولفید (سولفید نقره سیاه) نیاز به تمیز کردن هدفمند دارد:

1.پولیش دقیق: استفاده از پسته الماس 0.5μm برای پولیش مکانیکی برای از بین بردن خراش ها، و سپس پسته آلومینیوم 0.1μm برای پایان آینه.

2.پاک کردن موهای فوق صوتی: در محلول قلیایی (هیدروکسید سدیم: 50 g/L، کربنات سدیم: 30 g/L، سطح فعال غیر یونیک: 5 g/L) در 55±5°C برای 1215 دقیقه غوطه ور کنید.فرکانس ماوراء صوت (40 kHz) اطمینان از حذف بقایای موم پولیش از شکاف.

3.پاکسازی اکسید: برای حل کردن Ag2S، در محلول اسید سیتریک 6 ٪ 8 در 25 °C برای 3 ٪ 4 دقیقه غوطه ور کنید، سپس با آب دیونیزه شده (آب DI) در 40 °C شستشو دهید تا اسید خنثی شود.

4.فعال سازی پلاسما: در یک اتاق پلاسمای آرگون (Ar) (قدرت RF: 350 ~ 450 W، فشار: 5 × 10 - 2 Pa) برای 2.5 ~ 3 دقیقه درمان می شود.افزایش انرژی سطحی از 35 mN/m به ≥50 mN/m برای بهبود چسبندگی لایه.

5.خشک کردن با خلاء: برای جلوگیری از اکسید شدن مجدد، در فر خلاء (ضغط: 1 × 10 - 1 Pa) برای 15 دقیقه در 70 ± 5 °C خشک کنید.

3.2 قبل از درمان برای جواهرات مس

تمایل مس به تشکیل پتین سبز (CuO / CuCO3) نیاز به حذف دقیق اکسید دارد:

1.خرد کردن درجه بندی شده: ابتدا با کاغذ شنی 400-mesh برای جدا کردن لایه های اکسید ضخیم، سپس 1000-mesh و 2000-mesh برای صاف کردن سطح.

2.کاهش چربی قلیایی: در یک حمام گرم (هیدروکسید سدیم: 100 گرم در لیتر، فسفات سدیم: 50 گرم در لیتر، سیلیکات سدیم: 20 گرم در لیتر) در 75±5 درجه سانتیگراد برای 18 تا 20 دقیقه غوطه ور کنید.

3.فعال سازی اسید: در محلول 10٪ اسید سولفوریک در 25 °C برای 1.5-2 دقیقه برای از بین بردن اکسید های باقیمانده درمان کنید، سپس با آب DI سه بار (هر 2 دقیقه) شستشو دهید تا ردپای اسید را از بین ببرید.

4.تمیز کردن پلاسمای دو گازی: از پلاسمای Ar-H2 استفاده کنید (Ar:H2 = 3:1، قدرت RF: 450 ~ 550 W) برای 3 ~ 3.5 دقیقه. هیدروژن CuO باقی مانده را به مس خالص کاهش می دهد، در حالی که آیرون ها سطح را برای پیوند مکانیکی بهتر حک می کنند.

5.خشک کردن با خلاء: در یک اتاق خلاء با نیتروژن خشک شده برای 20 دقیقه در 75 درجه سانتیگراد خشک کنید تا از آلودگی مجدد جلوگیری شود.

3.3 قبل از درمان برای جواهرات فولاد ضد زنگ

فلز اکسید کرومیوم (Cr2O3) فولادی از فولاد ضد زنگ باید برای سازگاری لایه اصلاح شود:

1.تمیز کردن با سونوگراف: تمیز کردن در یک محلول مواد شوینده خنثی (pH 7 ٪ 8) در 45 ± 5 ° C برای 10 دقیقه (فریکونسی فوق صوت: 60 kHz) برای حذف گرد و غبار و روغن.

2.حکاکی فیلم منفعل: در محلول 5٪ اسید هیدروکلوریک در دمای 25 درجه سانتیگراد برای 2 ٪ 2.5 دقیقه غوطه ور کنید تا فیلم Cr2O3 را حک کنید و یک بستر تازه Fe-Cr-Ni را نشان دهید.

3.اکسیژن پلاسمای حکاکی: درمان در یک اتاق پلاسمای اکسیژن (O2) (قدرت RF: 550 ≈ 650 W، فشار: 4 × 10 − 2 Pa) برای 3 ≈ 4 دقیقه. اکسیژن آلاینده های سطحی را اکسید می کند و گروه های هیدروکسیل (- OH) را تشکیل می دهد.بهبود توان رطوبت مواد پوشش.

4.خشک شدن سریع: برای 10 دقیقه در 80 درجه سانتیگراد در یک کوره هوای پاک خشک کنید تا سطح بدون رطوبت را تضمین کنید.

4فرآیند پوشش خلاء: مرحله به مرحله دو لایه

این فرآیند استفاده می کند اسپتر کردن ماگنترون شناخته شده برای ضخامت فیلم یکنواخت، کنترل دقیق ترکیب،و چسبندگی قوی با مراحل جداگانه برای لایه رنگی و لایه ضد اثر انگشت / ضد اکسیداسیون شفافپارامترهای کلیدی برای هر ترکیب رنگ زیربنایی بهینه شده اند تا ثبات را تضمین کنند.

4.1 آماده سازی پیش پوشش

1.بسته بندی بار و اتاق: جواهرات پیش درمان شده را بر روی یک لوله چرخشی (سرعت چرخش: 1015 rpm) قرار دهید تا پوشش یکنواخت را تضمین کنید. اتاق خلاء را مهر بزنید و آزمایش نشت (سرعت نشت ≤1 × 10-6 Pa·m3/s) انجام دهید.

2.پمپاژ خلاء:

◦پمپاژ اولیه: از یک پمپ مکانیکی برای کاهش فشار به 7.0 Pa استفاده کنید (90٪ بخار هوا / آب را حذف می کند).

◦پمپاژ خلاء بالا: یک پمپ توربومولیکولی را فعال کنید تا فشار نهایی 3 × 10 -3 Pa را به دست آورید. این محیط با خلوص بالا مانع از تداخل مولکول گاز با اتم های هدف اسپتر شده می شود.اجتناب از حفره در هر دو لایه.

4.2 بمب گذاری پلاسما (فعال سازی پس از پمپ کردن)

گاز آرگون را با سرعت جریان 220 ≈ 280 متر مربع وارد کنید و ولتاژ انحراف منفی (-350 تا -450 ولت) را به لوازم جواهرات اعمال کنید. آیرون های پر انرژی سطح را برای 6 ≈ 9 دقیقه بمباران می کنند:

•جواهرات نقره ای / مسی: 6-7 دقیقه (برای جلوگیری از آسیب سطح).

•جواهرات فولاد ضد زنگ: 8-9 دقیقه (برای فعال کردن سطح عمیق تر).

این مرحله آلودگی های باقیمانده را از بین می برد و میکرو خشکی ایجاد می کند و پیوند مکانیکی بین بستر و لایه رنگ را افزایش می دهد.

4.3 رسوب لایه رنگی (طبقه اول)

تنظیم پارامترهای اسپوتینگ بر اساس مواد هدف و بستر: