PVD镀金技术在手表制造行业中的应用 - 珠海罗西尼表业有限公司
首页 > PVD镀金技术在手表制造行业中的应用

PVD镀金技术在手表制造行业中的应用

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

文/中心实验室 刘海华
1. 引言

金色泽艳丽,气质高贵典雅,且在大气中及一般酸碱条件下均具有优良的化学稳定性、抗变色和抗腐蚀性能。镀金层延展性好、易抛光、 耐高温,金合金镀层可呈现多种色调,故常用作装饰性镀层。长久以来,镀金技术在钟表等装饰品行业中占据相当重要的位置。传统水 电镀金又以氰化镀金效果最好,但氰化物为剧毒、高污染物;氰化镀金已违背了清洁生产的要求,并已被明令禁止使用。取而代之的 无氰水电镀金技术虽然可以满足钟表等装饰品行业的要求,但由传统水电镀金技术获得的金镀层,其镀层厚度必须达到5 μm以上才 具有较好的耐磨性能,不仅耗金量大,且依然存在较严重的电镀污染问题。

2. 技术原理

PVD(Physical Vapor Deposition,简称PVD)技术,即物理气相沉积技术,是指利用物理过程实现物质转移,将原子或分子由源转移到 基材表面上的过程。它的作用是可以使某些有特殊性能(强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的母体上,使得 母体具有更好的性能。PVD基本方法有真空蒸发、溅射、离子镀。离子镀即行业内的IP镀(Ion Plating,简称IP)其又有空心阴极离子 镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀等。PVD技术不仅环境友好,而且采用该技术制备的 镀层纯度高、厚度均一、致密性及结合力良好。

PVD镀金技术即是PVD技术中的一种典型的涂镀层制备技术。PVD镀金技术即是行业内俗称的IPG和IPRG——IPG(Ion PlatingGold,简称 IPG)为离子镀(黄)金,IPRG(Ion Plating Red Gold,简称IPRG)为离子镀红金,即为广大消费者熟知的离子镀玫瑰金。IPG根据 涂层黄色深浅主要分为三个色系:浅金(Pale Yellow)1N色(亦称1N14色),淡金(Light Yellow)2N色(亦称2N18色)及黄金 (Yellow)3N色。同样IPRG根据涂层红色深浅主要分为两个色系:粉金(Pink)4N色及红金(Red)5N色即玫瑰金色。

3. 工艺特点

图1 (磁控溅射)离子镀金装置原理示意图
1—真空室;2—永久磁铁;3—磁控阳极;4—磁控靶;5—磁控电源;
6—真空系统;7—Ar气离气系统;8—基体;9—离子镀供电系统

IPG以高硬度(表面维氏硬度可达2000 HV(25gf)以上)、高耐磨蚀性能、第一个产业化并广泛应用的金黄色硬质薄膜材料TiN涂 层作为底层,厚度为600~800 nm,再在TiN涂层上镀覆一层金(Au)含量≥18K、厚度为100~200 nm的1N色、2N色或3N色的纳米金 涂层;而IPRG则是以同样高硬度(表面维氏硬度可达2400 HV(25gf)以上)、高耐磨蚀性能的红(粉)色的硬质TiCN涂层 作为底层,厚度为600~800 nm,再在TiCN涂层上镀覆一层金(Au)含量≥18K、厚度为100~200 nm的4N色或5N色的纳米玫瑰金 (粉)金涂层。IPG或IPRG以金黄色的TiN或红(粉)色的TiCN硬质薄膜为底层,既节省了用金量,又提高了涂层的耐磨及耐蚀 性能,从而极大地提高了涂层的使用寿命。


图2 离子镀金涂层结构示意图
4. 应用前景

IP金色是以高硬度的仿金TiN硬质薄膜(硬度大于2000 HV)为底层,以18 K及以上的、较水溶液镀金层耐磨损性能更佳的合金层 为面金涂镀层,色泽均一、靓丽,耐温性能可达500 ℃,其正常佩戴使用时间在两年以上。佩戴注意事项:①尽量避免与强酸、 碱等高腐蚀性物(气体、溶液等)接触;②尽量避免与高温物体接触;③不可与金属等固体物质摩擦,以避免镀层的划伤。

玫瑰金色以高硬度的类玫瑰金色TiCN硬质薄膜(硬度大于2400 HV)为底层,以18 K玫瑰金层为面金涂镀层,色泽均一、靓丽, 耐温性能可达175 ℃,其正常佩戴使用时间在一年以上。佩戴注意事项:①尽量避免与强酸、碱等高腐蚀性物(气体、溶液等)接触; ②尽量避免与高温物体接触;③不可与金属等固体物质摩擦,以避免镀层的划伤。

大量研究数据表明,厚度仅为传统水溶液镀金层(厚度为5000 nm)的1/50的 PVD镀(玫瑰)金涂层(厚度为100~200 nm)其佩戴使用时间为传统水溶液镀金层的佩戴使用时间的3~4倍。PVD镀金技术在手表制造行业内的应用, ,同时因其制备工艺技术环境友好,几乎零污染, 因此PVD镀金涂层在某种层面上可以称作为环保的“绿色”涂层。PVD镀金技术在 一定程度上促进了手表制造业的发展与进步。