Revestimento a Vácuo de Duas Camadas: Revestimento Colorido + Camadas Transparentes Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação em Joias de Prata, Cobre e Aço Inoxidável

1. Introdução

No mercado global de joias, os consumidores buscam cada vez mais produtos que equilibrem a elegância estética com a funcionalidade a longo prazo. Manchas de impressões digitais, oxidação da superfície e desbotamento da cor tornaram-se problemas persistentes para joias de prata, cobre e aço inoxidável—mesmo após o revestimento tradicional. A tecnologia de máquina de revestimento a vácuo aborda esses desafios por meio de um sistema de deposição de duas camadas: uma camada base específica para a cor (ouro, ouro rosa, prata) que oferece apelo visual, e uma camada superior transparente anti-impressão digital e anti-oxidação que protege o desempenho sem comprometer a aparência. Este artigo detalha sistematicamente a seleção de materiais-alvo, protocolos de pré-tratamento, processos de revestimento passo a passo e características de filmes de duas camadas para três aplicações principais: camadas banhadas a ouro + anti-impressão digital/anti-oxidação, camadas banhadas a ouro rosa + anti-impressão digital/anti-oxidação e camadas banhadas a prata + anti-impressão digital/anti-oxidação. Ao esclarecer a composição do material e a sinergia funcional de cada camada, ele fornece orientação técnica acionável para fabricantes de joias que buscam aprimorar a durabilidade do produto e a competitividade no mercado.

2. Seleção de Materiais-Alvo: Sinergia de Duas Camadas para Cor e Proteção

O desempenho do revestimento de duas camadas depende inteiramente da compatibilidade e complementaridade funcional dos materiais-alvo para a camada de cor e a camada superior transparente. Cada alvo deve atender a requisitos rigorosos: os alvos da camada de cor garantem tons vívidos e consistentes e adesão ao substrato, enquanto os alvos transparentes anti-impressão digital/anti-oxidação garantem clareza óptica, baixa energia superficial (anti-impressão digital) e propriedades de barreira densas (anti-oxidação). Todos os alvos estão em conformidade com a "Norma de Segurança para Revestimento de Superfícies de Joias" (EN 1811:2019) e têm uma pureza de ≥99,95% para evitar defeitos como furos ou névoa.

2.1 Alvos para Camadas Banhadas a Ouro + Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação Transparentes

• Alvos da Camada de Cor:

◦ Alvos de Nitreto de Titânio (TiN): Os mais amplamente utilizados para banho de ouro, pois o TiN forma um filme quente, semelhante ao ouro 18K, com uma dureza de 2000–2500 HV. Dopados com 5–8% de alumínio (Al), os alvos TiN-Al melhoram a adesão aos substratos de prata, reduzindo a incompatibilidade de expansão térmica e inibindo a formação de sulfeto de prata.

◦ Alvos de Nitreto de Zircônio (ZrN): Preferidos para joias de cobre, o ZrN exibe resistência superior à corrosão contra a oxidação inerente do cobre, mantendo um tom dourado brilhante por anos.

◦ Alvos de Liga TiN-Au (teor de Au: 10–15%): Usados para joias de aço inoxidável, a adição de ouro aumenta a saturação da cor para combinar com o ouro natural, enquanto a fase cerâmica TiN fornece resistência ao desgaste fundamental.

• Alvos Transparentes Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação:

◦ Alvos de Óxido de Silício Dopado com Flúor (F-SiO₂): A principal escolha para a camada superior, o F-SiO₂ deposita um filme transparente em nanoescala (15–25 nm) com uma energia superficial . A dopagem com flúor cria propriedades hidrofóbicas/oleofóbicas (anti-impressão digital), enquanto a matriz de sílica forma uma barreira densa contra oxigênio e umidade (anti-oxidação).

◦ Alvos de Carbono Tipo Diamante Fluorado (F-DLC): Para aplicações de ponta, o F-DLC oferece maior resistência ao desgaste (dureza: 1800–2200 HV) juntamente com transparência (transmitância de luz ≥95%) e desempenho anti-impressão digital. A estrutura de carbono amorfo bloqueia a difusão de íons, evitando a oxidação do substrato e a degradação da camada de cor.

2.2 Alvos para Camadas Banhadas a Ouro Rosa + Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação Transparentes

• Alvos da Camada de Cor:

◦ Alvos de Liga Titânio-Cromo (Ti-Cr) (teor de Cr: 30–40%): Pulverizados em uma atmosfera de nitrogênio, Ti-Cr-N forma um filme rosa-dourado macio, ideal para joias de prata. O cromo aumenta a adesão à prata, enquanto a dopagem com nitrogênio ajusta a tonalidade rosa (maior teor de nitrogênio aprofunda o tom rosa).

◦ Alvos de Ti-Cr Dopados com Nitrogênio (Ti-Cr-N): Usados para joias de cobre, o alvo pré-nitretado elimina a flutuação de nitrogênio na câmara, garantindo uma cor uniforme e formando uma barreira de nitreto que inibe a difusão de íons de cobre para a superfície.

◦ Alvos de Liga Silício-Cromo (Si-Cr) + Composto TiN: Para joias de aço inoxidável, Si-Cr (Si: 20%, Cr: 80%) pulverizado com TiN cria um filme de ouro rosa com maior tenacidade. O silício pré-condiciona a superfície para melhor adesão da camada superior.

• Alvos Transparentes Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação:

◦ Alvos de Nitreto de Silício (Si₃N₄): Um alvo cerâmico altamente transparente (transmitância ≥96%) que forma um filme denso e resistente à corrosão. A baixa porosidade do Si₃N₄ bloqueia a umidade e o oxigênio, enquanto sua superfície pode ser modificada com flúor após a deposição para obter propriedades anti-impressão digital (ângulo de contato com a água >115°).

◦ Alvos Compostos F-SiO₂-TiO₂: O componente TiO₂ aumenta a resistência a arranhões (dureza: 2000 HV) sem sacrificar a transparência, tornando-o adequado para joias propensas ao uso diário (por exemplo, pulseiras, anéis).

2.3 Alvos para Camadas Banhadas a Prata + Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação Transparentes

• Alvos da Camada de Cor:

◦ Alvos de Titânio Puro (Ti): Ideal para revestimento base de joias de prata, o Ti forma uma fina camada de barreira densa (0,1–0,2 μm) que impede a oxidação da prata, mantendo um tom prateado brilhante e reflexivo.

◦ Alvos de Alumínio (Al): Usados para joias de cobre, a alta refletividade da luz do Al (≥92%) imita a prata pura, e sua compatibilidade com o cobre evita a corrosão galvânica.

◦ Alvos de Liga Ti-Si (teor de Si: 15–20%): Para joias de aço inoxidável, Ti-Si deposita um filme prateado com propriedades anti-manchas aprimoradas. O silício reduz a rugosidade da superfície, criando uma base lisa para a camada superior transparente.

• Alvos Transparentes Anti-Impressão Digital e Anti-Oxidação:

◦ Alvos de Óxido de Alumínio (Al₂O₃): Uma opção econômica com excelente transparência (transmitância ≥94%) e desempenho anti-oxidação. A estrutura cristalina hexagonal do Al₂O₃ forma uma barreira impermeável, enquanto o tratamento da superfície com compostos perfluorados (PFCs) confere funcionalidade anti-impressão digital.

◦ Alvos Compostos F-SiO₂-ZrO₂: O óxido de zircônio (ZrO₂) aumenta a estabilidade térmica, tornando a camada superior resistente a flutuações de temperatura (por exemplo, durante a limpeza de joias). O filme retém propriedades de transparência e anti-impressão digital mesmo após a exposição a 150°C.

3. Processo de Pré-Tratamento: Fundação para Adesão de Duas Camadas

O pré-tratamento é fundamental para eliminar contaminantes da superfície (óleo, óxidos, resíduos de polimento) e ativar o substrato, garantindo uma forte adesão entre o metal base, a camada de cor e a camada superior transparente. Todos os processos seguem os padrões de proteção contra corrosão ISO 12944-4:2018 e são adaptados às propriedades exclusivas de prata, cobre e aço inoxidável.

3.1 Pré-Tratamento para Joias de Prata

A alta suscetibilidade da prata à sulfetação (sulfeto de prata preto) requer limpeza direcionada:

1. Polimento de Precisão: Use pasta de diamante de 0,5–1 μm para polimento mecânico para remover arranhões, seguido por pasta de alumina de 0,1 μm para um acabamento espelhado.

2. Desenceramento Ultrassônico: Mergulhe em uma solução alcalina (hidróxido de sódio: 50 g/L, carbonato de sódio: 30 g/L, surfactante não iônico: 5 g/L) a 55±5°C por 12–15 minutos. A frequência ultrassônica (40 kHz) garante a remoção de resíduos de cera de polimento de fendas.

3. Remoção de Óxido: Mergulhe em solução de ácido cítrico a 6–8% a 25°C por 3–4 minutos para dissolver Ag₂S, depois enxágue com água desionizada (água DI) a 40°C para neutralizar o ácido.

4. Ativação por Plasma: Trate em uma câmara de plasma de argônio (Ar) (potência de RF: 350–450 W, pressão: 5×10⁻² Pa) por 2,5–3 minutos. Íons Ar de alta energia removem água adsorvida e matéria orgânica, aumentando a energia superficial de 35 mN/m para ≥50 mN/m para melhor adesão da camada.

5. Secagem a Vácuo: Seque a 70±5°C por 15 minutos em um forno a vácuo (pressão: 1×10⁻¹ Pa) para evitar a reoxidação.

3.2 Pré-Tratamento para Joias de Cobre

A tendência do cobre de formar pátina verde (CuO/CuCO₃) exige remoção rigorosa de óxido:

1. Moagem Gradual: Comece com lixa de 400 malhas para remover camadas espessas de óxido, depois lixa de 1000 malhas e 2000 malhas para suavização da superfície.

2. Desengraxamento Alcalino: Mergulhe em um banho aquecido (hidróxido de sódio: 100 g/L, fosfato de sódio: 50 g/L, silicato de sódio: 20 g/L) a 75±5°C por 18–20 minutos. A agitação (50 rpm) garante o desengraxamento uniforme.

3. Ativação Ácida: Trate em solução de ácido sulfúrico a 10% a 25°C por 1,5–2 minutos para remover óxidos residuais, depois enxágue com água DI três vezes (cada 2 minutos) para eliminar vestígios de ácido.

4. Limpeza por Plasma de Dois Gases: Use um plasma Ar-H₂ (Ar:H₂ = 3:1, potência de RF: 450–550 W) por 3–3,5 minutos. O hidrogênio reduz o CuO restante a cobre puro, enquanto os íons Ar corroem a superfície para melhor ligação mecânica.

5. Secagem a Vácuo: Seque a 75°C por 20 minutos em uma câmara a vácuo purgada com nitrogênio para evitar o reaparecimento.

3.3 Pré-Tratamento para Joias de Aço Inoxidável

O filme passivo de óxido de cromo (Cr₂O₃) do aço inoxidável deve ser modificado para compatibilidade da camada:

1. Limpeza Ultrassônica: Limpe em uma solução detergente neutra (pH 7–8) a 45±5°C por 10 minutos (frequência ultrassônica: 60 kHz) para remover poeira e óleo.

2. Gravação de Filme Passivo: Mergulhe em solução de ácido clorídrico a 5% a 25°C por 2–2,5 minutos para gravar o filme Cr₂O₃, expondo um substrato Fe-Cr-Ni fresco.

3. Gravação por Plasma de Oxigênio: Trate em uma câmara de plasma de oxigênio (O₂) (potência de RF: 550–650 W, pressão: 4×10⁻² Pa) por 3–4 minutos. O oxigênio oxida os contaminantes da superfície e forma grupos hidroxila (-OH), melhorando a molhabilidade dos materiais de revestimento.

4. Secagem Rápida: Seque a 80°C por 10 minutos em um forno de ar limpo para garantir uma superfície livre de umidade.

4. Processo de Revestimento a Vácuo: Deposição de Duas Camadas Passo a Passo

O processo adota a pulverização por magnetron—reconhecida por espessura uniforme do filme, controle preciso da composição e forte adesão—com estágios separados para a camada de cor e a camada transparente anti-impressão digital/anti-oxidação. Os principais parâmetros são otimizados para cada combinação substrato-cor para garantir a consistência.

4.1 Preparação Pré-Revestimento

1. Carregamento e Vedação da Câmara: Coloque as joias pré-tratadas em uma fixação rotativa (velocidade de rotação: 10–15 rpm) para garantir um revestimento uniforme. Sele a câmara de vácuo e execute um teste de vazamento (taxa de vazamento ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s).

2. Bombeamento a Vácuo:

◦ Bombeamento primário: Use uma bomba mecânica para reduzir a pressão para 7,0 Pa (remove 90% de ar/vapor de água).

◦ Bombeamento a alto vácuo: Ative uma bomba turbomolecular para atingir uma pressão final de 3×10⁻⁳ Pa. Este ambiente de alta pureza impede a interferência de moléculas de gás com os átomos-alvo pulverizados, evitando a porosidade em ambas as camadas.

4.2 Bombardeamento por Plasma (Ativação Pós-Bombeamento)

Introduza gás argônio a uma taxa de fluxo de 220–280 sccm e aplique uma tensão de polarização negativa (-350 a -450 V) na fixação da joia. Íons Ar de alta energia bombardeiam a superfície por 6–9 minutos:

• Joias de prata/cobre: 6–7 minutos (para evitar danos à superfície).

• Joias de aço inoxidável: 8–9 minutos (para aprofundar a ativação da superfície).

Esta etapa remove contaminantes residuais e cria micro-rugosidade, aprimorando o intertravamento mecânico entre o substrato e a camada de cor.

4.3 Deposição da Camada de Cor (Primeira Camada)

Ajuste os parâmetros de pulverização com base no material-alvo e no substrato: