Dwuwarstwowe pokrycie próżniowe: farbowanie + przejrzyste warstwy anty-odciski palców i anty-oksydacyjne na biżuterii ze srebra, miedzi i stali nierdzewnej

1Wprowadzenie

Na światowym rynku biżuterii konsumenci coraz częściej poszukują produktów, które równoważą estetyczną elegancję z długotrwałą funkcjonalnością.i rozbicie się koloru stały się trwałymi punktami bólu dla srebraTechnologia maszyny do powlekania próżniowego rozwiązuje te wyzwania za pomocą dwuwarstwowego systemu osadzenia:warstwa bazowa o specyficznym kolorze(złoto, złoto różowe, srebro) które dostarcza wizualny apel, iprzezroczysta warstwa górna przeciwodciskowa i przeciwtlenkowaW tym artykule szczegółowo opisano wybór materiału docelowego, protokoły wstępnej obróbki, procesy powlekania krok po kroku,i właściwości folii podwójnej dla trzech podstawowych zastosowań: pokryte złotem + warstwy przeciwodcisku palca/przeciwutleniające, pokryte złotem różowym + warstwy przeciwodcisku palca/przeciwutleniające oraz pokryte srebrem + warstwy przeciwodcisku palca/przeciwutleniające.Ustalenie składu materiału i funkcjonalnej synergii każdej warstwy, zapewnia on praktyczne wytyczne techniczne dla producentów biżuterii, których celem jest zwiększenie trwałości produktów i konkurencyjności na rynku.

2Wybór docelowego materiału: Synergia dwóch warstw dla koloru i ochrony

Wydajność powłoki dwuwarstwowej zależy całkowicie od kompatybilności i funkcjonalnej komplementarności materiałów docelowych dla warstwy kolorów i przezroczystej warstwy górnej.Każdy cel musi spełniać surowe wymagania: cele warstwy kolorów zapewniają żywe, spójne odcienie i przyczepność do podłoża, podczas gdy przezroczyste cele anty-odciski palców/anty-utleniacze gwarantują przejrzystość optyczną,niska energia powierzchniowa (przeciw odcisku palca)Wszystkie cele spełniają wymogi "Normy bezpieczeństwa powłok powierzchniowych biżuterii" (EN 1811:2019) i mają czystość ≥ 99.95% w celu uniknięcia defektów takich jak dziury szpilkowe lub mgła.

2.1 Cele dla pokrytych złotem + przejrzystych warstw przeciwodciskowych i przeciwtlenkowych

•Cele warstwy kolorów:

◦Celem nitrydu tytanu (TiN): Najczęściej stosowany do pokrycia złotem, ponieważ TiN tworzy ciepłą, złota podobną do 18K folie o twardości 2000 ‰ 2500 HV. Dopingowany 5 ‰ 8% aluminium (Al),Cele TiN-Al poprawiają przyczepność do substratów srebra poprzez zmniejszenie nierówności rozszerzenia termicznego i hamowanie tworzenia się siarczanu srebra.

◦Celem stosowania azotanu cyrkonium (ZrN): Preferowany w biżuterii miedzianej, ZrN wykazuje wyższą odporność na korozję na wrodzone utlenianie miedzi, utrzymując jasny złoty odcień przez lata.

◦Cele stopu TiN-Au (zawartość Au: 10 ∼ 15%): Używane do biżuterii ze stali nierdzewnej, dodanie złota zwiększa nasycenie kolorów, aby dopasować się do naturalnego złota,podczas gdy ceramiczna faza TiN zapewnia podstawową odporność na zużycie.

•Przejrzyste cele anty-odciski palców i anty-tlenowania:

◦Cele Fluorowany tlenek krzemu (F-SiO2): podstawowy wybór dla warstwy górnej, F-SiO2 odkłada przezroczysty film w nanoskalach (15-25 nm) o energii powierzchniowej.Doping fluorem wytwarza właściwości hydrofobowe/oleofobowe (przeciw odcisków palców), podczas gdy matryca krzemianowa tworzy gęstą barierę przeciw tlenowi i wilgoci (antyoksydowanie).

◦Cele Fluorowany Diamentowy Węgiel (F-DLC): W zastosowaniach wysokiej klasy F-DLC zapewnia zwiększoną odporność na zużycie (twardość:18002200 HV) wraz z przejrzystością (przepuszczalność światła ≥95%) i działaniem przeciw odciskom palcówAmorficzna struktura węgla blokuje dyfuzję jonów, zapobiegając utlenianiu podłoża i degradacji warstwy barwy.

2.2 Cele dla warstw pokrytych złotem różowym + przejrzystych warstw przeciwodciskowych i przeciwtlenkowych

•Cele warstwy kolorów:

◦Cele stopów tytanu-chromu (T-Cr) (zawartość Chr: 30~40%): W atmosferze azotu Ti-Cr-N tworzy miękką różowo-złotą folie idealną do biżuterii srebrnej.,natomiast doping azotowy precyzyjnie dostosowuje odcień różowy (wyższa zawartość azotu pogłębia odcień różowy).

◦Celem dopingowanym azotem Ti-Cr (Ti-Cr-N): Używany do biżuterii miedzianej, celem przednitryzowanym eliminuje fluktuacje azotu w komorze,zapewnia jednolity kolor i tworzy barierę azoturową hamującą dyfuzję jonów miedzi na powierzchni.

◦Cele stopów krzemu-chromu (Si-Cr) + kompozytu TiN: W przypadku biżuterii ze stali nierdzewnej Si-Cr (Si: 20%, Cr: 80%) rozpylanego z TiN tworzy płytę z różowego złota o zwiększonej wytrzymałości.Krzemowy wstępny warunek powierzchni dla lepszego przyczepności warstwy górnej.

•Przejrzyste cele anty-odciski palców i anty-tlenowania:

◦Celem nitryku krzemu (Si3N4): wysoce przejrzysty (przepuszczalność ≥96%) cel ceramiczny, który tworzy gęstą, odporną na korozję folie.podczas gdy jego powierzchnia może być zmodyfikowana fluorem po osadzeniu w celu uzyskania właściwości przeciw odciskom palców (układ kontaktu z wodą > 115°).

◦Cele kompozytowe F-SiO2-TiO2: składnik TiO2 zwiększa odporność na zadrapania (twardość: 2000 HV) bez zaniedbywania przejrzystości, dzięki czemu nadaje się do biżuterii podatnej na codzienne noszenie (np. bransoletki,pierścienie).

2.3 Cele dla pokryć srebrnoplastycznych + przejrzystych powłok przeciwodciskowych i przeciwtleniających

•Cele warstwy kolorów:

◦Celowe czyste tytany (Ti): Idealne do pokrycia podstawy biżuterii srebrnej, Ti tworzy cienką (0,1 ∼0,2 μm) gęstą warstwę barierową, która zapobiega utlenianiu srebra, zachowując jednocześnie jasny, odbijający kolor srebra.

◦Aluminiowe (Al) cele: Używane do biżuterii miedzianej, wysoka odblaskowość światła Al ′ (≥ 92%) naśladuje czyste srebro, a jego kompatybilność z miedzią zapobiega korozji galwanicznej.

◦Cele stopu Ti-Si (zawartość Si: 15~20%): W przypadku biżuterii ze stali nierdzewnej, Ti-Si odkłada srebrną folie o zwiększonych właściwościach przeciwbrzusznych.tworzenie gładkiej podstawy dla przezroczystej warstwy górnej.

•Przejrzyste cele anty-odciski palców i anty-tlenowania:

◦Cele dotyczące tlenku aluminium (Al2O3): Opcja opłacalna o doskonałej przejrzystości (przepuszczalność ≥ 94%) i działaniu przeciwoksydującym.Heksagonalna struktura kryształowa Al2O3® tworzy nieprzenikalną barierę, natomiast obróbka powierzchni związkami perfluoryzowanymi (PFC) zapewnia funkcjonalność anty-odciski palców.

◦F-SiO2-ZrO2 Cele kompozytowe: tlenek cyrkonium (ZrO2) zwiększa stabilność termiczną, dzięki czemu górna warstwa jest odporna na wahania temperatury (np. podczas czyszczenia biżuterii).Film zachowuje przejrzystość i właściwości przeciwśladu palców nawet po ekspozycji na temperaturę 150°C.

3. Proces przedobróbki: Fundament dla przyczepności podwójnej warstwy

Wstępna obróbka jest niezbędna do usunięcia zanieczyszczeń powierzchniowych (oleju, tlenków, pozostałości polerowania) i aktywacji podłoża, zapewniając silną adhezję między metalią podstawowym, warstwą barwną,i przezroczysta warstwa górnaWszystkie procesy są zgodne ze standardami ochrony przed korozją ISO 12944-4:2018 i są dostosowane do unikalnych właściwości srebra, miedzi i stali nierdzewnej.

3.1 Wstępna obróbka biżuterii srebrnej

Srebro jest bardzo wrażliwe na siarkowanie (czarny siarkowiec srebra) i wymaga celowego czyszczenia:

1.Szlifowanie precyzyjne: do polerowania mechanicznego należy zastosować pastę diamentową o średnicy 0,5 μm, aby usunąć zadrapania, a następnie pasę aluminiową o średnicy 0,1 μm, aby uzyskać wykończenie lustrzane.

2.Odwojenie ultradźwiękowe: zanurzyć w roztworze alkalicznym (wodorotlenek sodu: 50 g/l, węglan sodu: 30 g/l, czynnik powierzchniowo niejonowy: 5 g/l) w temperaturze 55±5°C przez 1215 minut.Częstotliwość ultradźwiękowa (40 kHz) zapewnia usuwanie pozostałości wosku polerowania z szczelin.

3.Odciąganie tlenku: zanurzyć w roztworze kwasu cytrynowego o zawartości 6·8% w temperaturze 25°C przez 3·4 minuty w celu rozpuszczenia Ag2S, następnie spłukać wodą dejonizowaną (wodą DI) w temperaturze 40°C w celu zneutralizowania kwasu.

4.Aktywacja plazmy: obróbka w komorze plazmowej argonu (Ar) (moc RF: 350 ≈ 450 W, ciśnienie: 5 × 10 − 2 Pa) przez 2,5 ≈ 3 minuty.zwiększenie energii powierzchniowej z 35 mN/m do ≥ 50 mN/m w celu poprawy przyczepności warstwy.

5.Suszenie próżniowe: W celu zapobiegania ponownemu utlenianiu suszyć w temperaturze 70±5°C przez 15 minut w piecu próżniowym (ciśnienie: 1×10−1 Pa).

3.2 Wstępna obróbka biżuterii miedzianej

Zaleca się rygorystyczne usunięcie tlenków z miedzi, ponieważ miedź ma tendencję do tworzenia zielonej patyny (CuO/CuCO3).

1.Szlifowanie stopniowe: Zacznij od papieru ścierowego o grubości 400 oczek, aby usunąć grube warstwy tlenku, a następnie papieru ścierowego o grubości 1000 oczek i 2000 oczek do wygładzania powierzchni.

2.Odtłuszczanie alkaliczne: zanurzyć w podgrzewanej kąpieli (wodorotlenek sodu: 100 g/l, fosforan sodu: 50 g/l, krzemian sodu: 20 g/l) w temperaturze 75±5°C przez 18 ̇20 minut. Mieszanie (50 obr./min) zapewnia jednolite odtłuszczenie.

3.Aktywacja kwasowa: Oczyszczanie w 10% roztworze kwasu siarkowego w temperaturze 25°C przez 1,5 ± 2 minuty w celu usunięcia pozostałych tlenków, następnie trzykrotnie (co 2 minuty) płukanie wodą DI w celu usunięcia śladów kwasu.

4.Oczyszczanie plazmy dwugasowej: Użyj plazmy Ar-H2 (Ar:H2 = 3:1Wodór redukuje pozostały CuO do czystej miedzi, podczas gdy jony Ar grawią powierzchnię w celu lepszego wiązania mechanicznego.

5.Suszenie próżniowe: Wysuszyć w temperaturze 75°C przez 20 minut w komorze próżniowej oczyszczonej azotem w celu uniknięcia ponownego zabarwienia.

3.3 Wstępna obróbka biżuterii ze stali nierdzewnej

Film tlenku chromu (Cr2O3) pasywnego ze stali nierdzewnej musi zostać zmodyfikowany w celu zapewnienia kompatybilności warstwy:

1.Czyszczenie ultradźwiękowe: Czyszczenie w neutralnym roztworze detergentu (pH 7 ≈ 8) w temperaturze 45 ± 5 °C przez 10 minut (frekwencja ultradźwiękowa: 60 kHz) w celu usuwania pyłu i oleju.

2.Etycja pasywnej folii: zanurzyć w 5% roztworze kwasu solnego w temperaturze 25°C przez 2 ̇2,5 minuty, aby wygrzebać folie Cr2O3, odkrywając świeży podłoże Fe-Cr-Ni.

3.Odciski tlenowe w osoczu: obróbka w komorze plazmowej tlenu (O2) (moc RF: 550 ∼650 W, ciśnienie: 4 × 10−2 Pa) przez 3 ∼4 minuty.poprawa wilgotności materiałów powłokowych.

4.Szybkie suszenie: Suszyć w temperaturze 80°C przez 10 minut w piekarniku na czystym powietrzu, aby zapewnić powierzchnię wolną od wilgoci.

4Proces powlekania próżniowego: stopniowe osadzenie podwójnej warstwy

Proces ten wykorzystuje magnetronowe rozpylanie znane z jednolitej grubości folii, precyzyjnej kontroli składu,i silne przyczepienie z oddzielnymi stopniami dla warstwy kolorowej i przezroczystej warstwy anty-odciskowej/anty-oksydacyjnejKluczowe parametry są zoptymalizowane dla każdej kombinacji kolorów podłoża w celu zapewnienia spójności.

4.1 Przygotowanie wstępnego powlekania

1.Zabezpieczenie ładunku i komory: Umieść wstępnie obrobione biżuterię na obracającym się urządzeniu (prędkość obrotu: 1015 obrotów na minutę) w celu zapewnienia jednolitego powłoki.

2.Pompy próżniowe:

◦Pierwotne pompowanie: pompa mechaniczna zmniejsza ciśnienie do 7,0 Pa (odprowadza 90% pary powietrza/wodnej).

◦Wysokie pompowanie próżniowe: Aktywacja pompy turbomolekularnej, aby osiągnąć ciśnienie końcowe 3 × 10−3 Pa. To środowisko o wysokiej czystości zapobiega ingerencji cząsteczek gazu z rozpylającymi się atomami docelowymi,unikanie porowatości w obu warstwach.

4.2 Bombardowanie plazmy (aktywacja po pompowaniu)

Wprowadza się gaz argonowy o natężeniu przepływu 220-280 cm3 i nakłada się na urządzenie biżuterii napięcie ujemne (-350-450 V).

•Srebro/miedziana biżuteria: 6−7 minut (w celu uniknięcia uszkodzenia powierzchni).

•Biżuteria ze stali nierdzewnej: 8-9 minut (w celu pogłębienia aktywacji powierzchni).

Ten krok usuwa pozostałe zanieczyszczenia i tworzy mikro-roughness, zwiększając mechaniczne połączenie między warstwą podłoża i barwy.

4.3 Depozycja warstwy kolorów (pierwsza warstwa)

Dostosowanie parametrów rozpylania na podstawie docelowego materiału i podłoża: