Lớp phủ chân không hai lớp: Lớp phủ màu + Lớp chống vân tay và chống oxy hóa trong suốt trên đồ trang sức bằng bạc, đồng và thép không gỉ

1. giới thiệu

Trong thị trường đồ trang sức toàn cầu, người tiêu dùng ngày càng theo đuổi các sản phẩm cân bằng sự thanh lịch thẩm mỹ với chức năng lâu dài.và màu sắc phai mờ đã trở thành điểm đau liên tục cho bạcCông nghệ máy sơn chân không giải quyết những thách thức này thông qua một hệ thống lắng đọng hai lớp:Lớp nền đặc biệt màu sắc(vàng, vàng hồng, bạc) mà cung cấp sự hấp dẫn trực quan, và mộtLớp trên chống vân tay và chống oxy hóa trong suốtbảo vệ hiệu suất mà không ảnh hưởng đến ngoại hình. Bài viết này có hệ thống chi tiết lựa chọn vật liệu mục tiêu, giao thức xử lý trước, quy trình lớp phủ từng bước,và đặc điểm phim hai lớp cho ba ứng dụng cốt lõi: mạ vàng + lớp chống vân tay / chống oxy hóa, mạ vàng + lớp chống vân tay / chống oxy hóa và mạ bạc + lớp chống vân tay / chống oxy hóa.Bằng cách làm rõ thành phần vật liệu và sự phối hợp chức năng của mỗi lớp, nó cung cấp hướng dẫn kỹ thuật có thể thực hiện cho các nhà sản xuất đồ trang sức nhằm tăng cường độ bền sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường.

2- Chọn vật liệu mục tiêu: Tương tác phối hợp hai lớp cho màu sắc và bảo vệ

Hiệu suất của lớp phủ hai lớp hoàn toàn phụ thuộc vào tính tương thích và tính bổ sung chức năng của các vật liệu mục tiêu cho lớp màu và lớp trên trong suốt.Mỗi mục tiêu phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt: các mục tiêu lớp màu đảm bảo sắc thái sống động, nhất quán và dính vào nền, trong khi các mục tiêu chống vân tay / chống oxy hóa trong suốt đảm bảo độ rõ ràng quang học,năng lượng bề mặt thấp (chống vân tay)Tất cả các mục tiêu tuân thủ "Tiêu chuẩn an toàn sơn bề mặt đồ trang sức" (EN 1811:2019) và có độ tinh khiết ≥99.95% để tránh các khiếm khuyết như lỗ chân hoặc sương mù.

2.1 Mục tiêu cho các lớp phủ bằng vàng + lớp chống vân tay và chống oxy hóa trong suốt

•Mục tiêu lớp màu:

◦Mục tiêu Titanium Nitride (TiN): Được sử dụng rộng rãi nhất cho mạ vàng, vì TiN tạo thành một bộ phim ấm, giống như vàng 18K với độ cứng 2000 ∼ 2500 HV.Các mục tiêu TiN-Al cải thiện độ bám vào chất nền bạc bằng cách giảm sự không phù hợp của sự mở rộng nhiệt và ức chế sự hình thành sulfure bạc.

◦Mục tiêu Zirconium Nitride (ZrN): Được ưa thích cho đồ trang sức đồng, ZrN thể hiện khả năng chống ăn mòn vượt trội chống lại sự oxy hóa vốn có của đồng, duy trì màu vàng rực rỡ trong nhiều năm.

◦Mục tiêu hợp kim TiN-Au (nội dung Au: 10~15%): Được sử dụng cho đồ trang sức bằng thép không gỉ, sự bổ sung vàng làm tăng độ bão hòa màu sắc để phù hợp với vàng tự nhiên,trong khi giai đoạn gốm TiN cung cấp khả năng chống mòn cơ bản.

•Mục tiêu chống vân tay và chống oxy hóa minh bạch:

◦Các mục tiêu Silicon Oxide (F-SiO2) được bổ sung Fluorine: Sự lựa chọn cốt lõi cho lớp trên, F-SiO2 lắng đọng một bộ phim trong suốt ở quy mô nano (15 ¢ 25 nm) với năng lượng bề mặt.Fluor doping tạo ra các tính chất hydrophobic / oleophobic (chống vân tay), trong khi ma trận silica tạo thành một hàng rào dày đặc chống lại oxy và ẩm (chống oxy hóa).

◦Mục tiêu Carbon giống kim cương fluor (F-DLC): Đối với các ứng dụng cao cấp, F-DLC cung cấp khả năng chống mòn cao hơn (sự cứng:18002200 HV) cùng với độ minh bạch (sự truyền ánh sáng ≥95%) và hiệu suất chống vân tayCấu trúc carbon vô hình ngăn chặn sự phân tán ion, ngăn ngừa oxy hóa chất nền và phân hủy lớp màu.

2.2 Mục tiêu cho các lớp phủ vàng hồng + lớp chống vân tay và chống oxy hóa trong suốt

•Mục tiêu lớp màu:

◦Các mục tiêu hợp kim Titanium-Chromium (Ti-Cr) (nội dung Cr: 30~40%): Được phun trong bầu khí quyển nitơ, Ti-Cr-N tạo thành một tấm vàng màu hồng mềm, lý tưởng cho đồ trang sức bạc.,trong khi nitơ doping tinh chỉnh màu hồng (nhiều nitơ cao hơn làm sâu sắc hơn màu hồng).

◦Mục tiêu Ti-Cr (Ti-Cr-N) được bổ sung nitơ: Được sử dụng cho đồ trang sức đồng, mục tiêu trước nitrid loại bỏ biến động nitơ trong buồng,đảm bảo màu đồng nhất và tạo thành một rào cản nitride ức chế sự khuếch tán ion đồng lên bề mặt.

◦Các mục tiêu hợp kim Silicon-Chromium (Si-Cr) + TiN Composite: Đối với đồ trang sức bằng thép không gỉ, Si-Cr (Si: 20%, Cr: 80%) phun với TiN tạo ra một tấm vàng hồng với độ dẻo dai cải thiện.Silicon điều kiện trước bề mặt để gắn kết lớp trên tốt hơn.

•Mục tiêu chống vân tay và chống oxy hóa minh bạch:

◦Các mục tiêu Silicon Nitride (Si3N4): Một mục tiêu gốm rất trong suốt (sự truyền ≥96%) tạo thành một bộ phim dày đặc, chống ăn mòn.Trong khi bề mặt của nó có thể được sửa đổi bằng fluor sau khi lắng đọng để đạt được tính chất chống vân tay (đường tiếp xúc với nước > 115 °).

◦F-SiO2-TiO2 mục tiêu tổng hợp: Các thành phần TiO2 tăng khả năng chống trầy xước (sự cứng: 2000 HV) mà không phải hy sinh tính minh bạch, làm cho nó phù hợp với đồ trang sức dễ mặc hàng ngày (ví dụ: vòng tay,vòng).

2.3 Mục tiêu cho lớp bọc bạc + lớp chống vân tay và chống oxy hóa trong suốt

•Mục tiêu lớp màu:

◦Mục tiêu Titanium (Ti) tinh khiết: Lý tưởng cho lớp phủ nền đồ trang sức bằng bạc, Ti tạo thành một lớp rào cản dày đặc (0.1 ∼ 0.2 μm) mỏng ngăn ngừa oxy hóa bạc trong khi duy trì một tông màu bạc sáng, phản xạ.

◦Các mục tiêu nhôm (Al): Được sử dụng cho đồ trang sức đồng, độ phản xạ ánh sáng cao của Al?? (≥ 92%) bắt chước bạc tinh khiết, và tính tương thích của nó với đồng tránh ăn mòn galvanic.

◦Các mục tiêu hợp kim Ti-Si (nồng độ Si: 15 ∼ 20%): Đối với đồ trang sức bằng thép không gỉ, Ti-Si lắng đọng một lớp bạc với tính chất chống mờ tăng cường.tạo ra một cơ sở mịn cho lớp trên trong suốt.

•Mục tiêu chống vân tay và chống oxy hóa minh bạch:

◦Mục tiêu Oxit nhôm (Al2O3): Một lựa chọn hiệu quả về chi phí với độ minh bạch tuyệt vời (sự truyền ≥ 94%) và hiệu suất chống oxy hóa.Cấu trúc tinh thể sáu góc của Al2O3 tạo thành một hàng rào không thấm, trong khi xử lý bề mặt bằng hợp chất perfluorinated (PFCs) mang lại chức năng chống vân tay.

◦F-SiO2-ZrO2 mục tiêu tổng hợp: Zirconium oxide (ZrO2) tăng cường tính ổn định nhiệt, làm cho lớp trên chống biến động nhiệt độ (ví dụ, trong khi làm sạch đồ trang sức).Bộ phim vẫn giữ được tính minh bạch và tính chất chống vân tay ngay cả sau khi tiếp xúc với 150 °C.

3. Quá trình xử lý trước: Cơ sở gắn kết hai lớp

Điều trị trước là rất quan trọng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt (dầu, oxit, dư lượng đánh bóng) và kích hoạt chất nền, đảm bảo gắn kết mạnh giữa kim loại cơ bản, lớp màu,và lớp trên trong suốtTất cả các quy trình tuân theo tiêu chuẩn bảo vệ ăn mòn ISO 12944-4: 2018 và được thiết kế phù hợp với các tính chất độc đáo của bạc, đồng và thép không gỉ.

3.1 Phương pháp xử lý trước cho đồ trang sức bằng bạc

Bạc có khả năng nhạy cảm cao với sulfidation (black silver sulfide) đòi hỏi phải làm sạch có mục tiêu:

1.Sơn chính xác: Sử dụng bột kim cương 0,5-1 μm để đánh bóng cơ học để loại bỏ vết trầy xước, tiếp theo là bột nhôm 0,1 μm để hoàn thiện gương.

2.Xóa sáp qua siêu âm: Ngâm trong dung dịch kiềm (natri hydroxit: 50 g/l, natri carbonat: 30 g/l, chất hoạt bề mặt không ion: 5 g/l) ở 55±5°C trong 12 ∼ 15 phút.Tần số siêu âm (40 kHz) đảm bảo loại bỏ các dư lượng sợi sáp đánh bóng từ các vết nứt.

3.Loại bỏ oxit: Ngâm trong dung dịch axit citric 6 ∼ 8% ở 25 °C trong 3 ∼ 4 phút để hòa tan Ag2S, sau đó rửa bằng nước phi ion hóa (nước DI) ở 40 °C để trung hòa axit.

4.Tích hoạt Plasma: Điều trị trong một buồng plasma argon (Ar) (năng lượng RF: 350 ~ 450 W, áp suất: 5 × 10 - 2 Pa) trong 2,5 ~ 3 phút.Tăng năng lượng bề mặt từ 35 mN/m lên ≥50 mN/m để cải thiện độ dính lớp.

5.Sấy chân không: Sấy ở nhiệt độ 70 ± 5 °C trong 15 phút trong lò chân không (áp suất: 1 × 10−1 Pa) để ngăn ngừa tái oxy hóa.

3.2 Phương pháp xử lý trước cho đồ trang sức đồng

Xu hướng của đồng để hình thành mảng màu xanh lá cây (CuO / CuCO3) yêu cầu loại bỏ oxit nghiêm ngặt:

1.Sơn phân cấp: Bắt đầu với giấy xát 400 lưới để loại bỏ các lớp oxit dày, sau đó là giấy xát 1000 lưới và 2000 lưới để làm mịn bề mặt.

2.Khử mỡ kiềm: Ngâm trong bồn tắm nóng (natri hydroxit: 100 g/l, natri phốtfat: 50 g/l, natri silicat: 20 g/l) ở 75 ± 5 °C trong 18 ∼ 20 phút.

3.Tích hoạt axit: Điều trị trong dung dịch axit sulfuric 10% ở 25 °C trong 1,5 ⁄ 2 phút để loại bỏ các oxit còn lại, sau đó rửa bằng nước DI ba lần (mỗi 2 phút) để loại bỏ các dấu vết axit.

4.Làm sạch plasma bằng hai khí: Sử dụng plasma Ar-H2 (Ar:H2 = 3:1Hydrogen làm giảm lượng CuO còn lại thành đồng tinh khiết, trong khi các ion Aron khắc bề mặt để liên kết cơ học tốt hơn.

5.Sấy chân không: Sấy ở nhiệt độ 75 °C trong 20 phút trong buồng chân không được tẩy nitơ để tránh bẩn lại.

3.3 Phương pháp xử lý trước cho đồ trang sức bằng thép không gỉ

Thép không gỉ Ốp chromium oxide thụ động (Cr2O3) phim phải được sửa đổi để tương thích lớp:

1.Làm sạch siêu âm: Làm sạch trong dung dịch chất tẩy rửa trung tính (pH 7 ̊8) ở 45 ± 5 °C trong 10 phút (tần số siêu âm: 60 kHz) để loại bỏ bụi và dầu.

2.Chụp phim thụ động: Ngâm trong dung dịch axit hydrochloric 5% ở 25 °C trong 2 ∼ 2,5 phút để khắc phim Cr2O3, phơi bày một chất nền Fe-Cr-Ni tươi.

3.Ôxy Plasma Etching: Điều trị trong buồng plasma oxy (O2) (năng lượng RF: 550 ≈ 650 W, áp suất: 4 × 10 − 2 Pa) trong 3 ≈ 4 phút.cải thiện khả năng ướt của vật liệu sơn.

4.Làm khô nhanh: Sấy ở nhiệt độ 80 °C trong 10 phút trong lò hơi nước sạch để đảm bảo bề mặt không bị ẩm.

4. Quá trình lớp phủ chân không: Tiến trình lắng đọng hai lớp

Quá trình sử dụng magnetron sputtering được công nhận cho độ dày phim đồng nhất, kiểm soát thành phần chính xác,và dính chặt mạnh với các giai đoạn riêng biệt cho lớp màu sắc và lớp chống vân tay / chống oxy hóa trong suốtCác thông số chính được tối ưu hóa cho mỗi sự kết hợp màu nền để đảm bảo tính nhất quán.

4.1 Chuẩn bị lớp phủ trước

1.Load and Chamber Sealing (Đóng kín tải và khoang): Đặt đồ trang sức đã được xử lý trước trên một vật cố định xoay (tốc độ xoay: 1015 vòng / phút) để đảm bảo lớp phủ đồng đều.

2.Bơm chân không:

◦Bơm chính: Sử dụng một máy bơm cơ học để giảm áp suất xuống 7,0 Pa (loại bỏ 90% hơi nước / khí).

◦Bơm chân không cao: Kích hoạt một máy bơm turbomolecular để đạt áp suất cuối cùng là 3 × 10−3 Pa. Môi trường tinh khiết cao này ngăn chặn sự can thiệp của phân tử khí với các nguyên tử mục tiêu bị phun,tránh độ xốp ở cả hai lớp.

4.2 Tiêm bom plasma (Tiến hành sau khi bơm)

Tham gia khí argon với tốc độ dòng chảy 220 ∼ 280 cm2 và áp dụng điện áp thiên vị âm (-350 đến -450 V) vào đồ trang sức.

•Vàng / đồ trang sức đồng: 6-7 phút (để tránh thiệt hại bề mặt).

•Viên trang sức bằng thép không gỉ: 8-9 phút (để tăng cường kích hoạt bề mặt).

Bước này loại bỏ các chất gây ô nhiễm còn lại và tạo ra độ thô vi, tăng cường kết nối cơ học giữa lớp nền và lớp màu.

4.3 Sự lắng đọng lớp màu (Lớp đầu tiên)

Điều chỉnh các thông số phun dựa trên vật liệu mục tiêu và chất nền: