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PVD鍍金技術在手表制造行業中的應用

Application of Gold Coatings Prepared by Physical Vapor Deposition Technology in Watch Industry

文/中心實驗室 劉?;?/span>
1. 引言

金色澤艷麗,氣質高貴典雅,且在大氣中及一般酸堿條件下均具有優良的化學穩定性、抗變色和抗腐蝕性能。鍍金層延展性好、易拋光、 耐高溫,金合金鍍層可呈現多種色調,故常用作裝飾性鍍層。長久以來,鍍金技術在鐘表等裝飾品行業中占據相當重要的位置。傳統水 電鍍金又以氰化鍍金效果最好,但氰化物為劇毒、高污染物;氰化鍍金已違背了清潔生產的要求,并已被明令禁止使用。取而代之的 無氰水電鍍金技術雖然可以滿足鐘表等裝飾品行業的要求,但由傳統水電鍍金技術獲得的金鍍層,其鍍層厚度必須達到5 μm以上才 具有較好的耐磨性能,不僅耗金量大,且依然存在較嚴重的電鍍污染問題。

2. 技術原理

PVD(Physical Vapor Deposition,簡稱PVD)技術,即物理氣相沉積技術,是指利用物理過程實現物質轉移,將原子或分子由源轉移到 基材表面上的過程。它的作用是可以使某些有特殊性能(強度高、耐磨性、散熱性、耐腐性等)的微粒噴涂在性能較低的母體上,使得 母體具有更好的性能。PVD基本方法有真空蒸發、濺射、離子鍍。離子鍍即行業內的IP鍍(Ion Plating,簡稱IP)其又有空心陰極離子 鍍、熱陰極離子鍍、電弧離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍等。PVD技術不僅環境友好,而且采用該技術制備的 鍍層純度高、厚度均一、致密性及結合力良好。

PVD鍍金技術即是PVD技術中的一種典型的涂鍍層制備技術。PVD鍍金技術即是行業內俗稱的IPG和IPRG——IPG(Ion PlatingGold,簡稱 IPG)為離子鍍(黃)金,IPRG(Ion Plating Red Gold,簡稱IPRG)為離子鍍紅金,即為廣大消費者熟知的離子鍍玫瑰金。IPG根據 涂層黃色深淺主要分為三個色系:淺金(Pale Yellow)1N色(亦稱1N14色),淡金(Light Yellow)2N色(亦稱2N18色)及黃金 (Yellow)3N色。同樣IPRG根據涂層紅色深淺主要分為兩個色系:粉金(Pink)4N色及紅金(Red)5N色即玫瑰金色。

3. 工藝特點

圖1 (磁控濺射)離子鍍金裝置原理示意圖
1—真空室;2—永久磁鐵;3—磁控陽極;4—磁控靶;5—磁控電源;
6—真空系統;7—Ar氣離氣系統;8—基體;9—離子鍍供電系統

IPG以高硬度(表面維氏硬度可達2000 HV(25gf)以上)、高耐磨蝕性能、第一個產業化并廣泛應用的金黃色硬質薄膜材料TiN涂 層作為底層,厚度為600~800 nm,再在TiN涂層上鍍覆一層金(Au)含量≥18K、厚度為100~200 nm的1N色、2N色或3N色的納米金 涂層;而IPRG則是以同樣高硬度(表面維氏硬度可達2400 HV(25gf)以上)、高耐磨蝕性能的紅(粉)色的硬質TiCN涂層 作為底層,厚度為600~800 nm,再在TiCN涂層上鍍覆一層金(Au)含量≥18K、厚度為100~200 nm的4N色或5N色的納米玫瑰金 (粉)金涂層。IPG或IPRG以金黃色的TiN或紅(粉)色的TiCN硬質薄膜為底層,既節省了用金量,又提高了涂層的耐磨及耐蝕 性能,從而極大地提高了涂層的使用壽命。


圖2 離子鍍金涂層結構示意圖
4. 應用前景

IP金色是以高硬度的仿金TiN硬質薄膜(硬度大于2000 HV)為底層,以18 K及以上的、較水溶液鍍金層耐磨損性能更佳的合金層 為面金涂鍍層,色澤均一、靚麗,耐溫性能可達500 ℃,其正常佩戴使用時間在兩年以上。佩戴注意事項:①盡量避免與強酸、 堿等高腐蝕性物(氣體、溶液等)接觸;②盡量避免與高溫物體接觸;③不可與金屬等固體物質摩擦,以避免鍍層的劃傷。

玫瑰金色以高硬度的類玫瑰金色TiCN硬質薄膜(硬度大于2400 HV)為底層,以18 K玫瑰金層為面金涂鍍層,色澤均一、靚麗, 耐溫性能可達175 ℃,其正常佩戴使用時間在一年以上。佩戴注意事項:①盡量避免與強酸、堿等高腐蝕性物(氣體、溶液等)接觸; ②盡量避免與高溫物體接觸;③不可與金屬等固體物質摩擦,以避免鍍層的劃傷。

大量研究數據表明,厚度僅為傳統水溶液鍍金層(厚度為5000 nm)的1/50的 PVD鍍(玫瑰)金涂層(厚度為100~200 nm)其佩戴使用時間為傳統水溶液鍍金層的佩戴使用時間的3~4倍。PVD鍍金技術在手表制造行業內的應用, ,同時因其制備工藝技術環境友好,幾乎零污染, 因此PVD鍍金涂層在某種層面上可以稱作為環保的“綠色”涂層。PVD鍍金技術在 一定程度上促進了手表制造業的發展與進步。

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