加硬離子鍍玫瑰金樣品性能研究

鄔治平　鐘飛　楊麗　傅偉猛

摘 要：通過外觀顏色、硬度測試，耐磨性、耐腐蝕性和結(jié)合力測試，研究了新型離子鍍玫瑰金樣品的性能，并與傳統(tǒng)的離子鍍玫瑰金樣品的性能進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的鍍玫瑰金樣品相比，新型鍍玫瑰金樣品外觀顏色與標(biāo)準(zhǔn)色板更接近，硬度值更高，耐磨性能更優(yōu)，抗磨損變色能力更強(qiáng)，耐腐蝕性能更好，結(jié)合力更大。

關(guān)鍵詞：離子鍍；玫瑰金；硬度；耐腐蝕性

中圖分類號：TQ153.1+8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.088

玫瑰金（rose gold）是一種黃金和銅的合金，具有非常時尚、靚麗的玫瑰紅色彩，因而被廣泛應(yīng)用于鐘表、首飾等的加工中。玫瑰金含75%的金，價格昂貴，因此在鐘表行業(yè)中，只有高端產(chǎn)品才使用玫瑰金。為了迎合消費者的需求，電鍍玫瑰金技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且受到了消費者的青睞。目前，鐘表、首飾行業(yè)主要采用離子鍍玫瑰金（IPRG）技術(shù)。該技術(shù)制備的膜層具有均勻、致密、附著力強(qiáng)的優(yōu)點，并且環(huán)境友好。

TiCN鍍層具有硬度高、耐磨性好的優(yōu)點，且顏色接近玫瑰金色，在鐘表、首飾行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，其色澤較暗，不夠鮮亮，因此，通常會在其上再沉積一層玫瑰金層（含75%的金和25%的銅），作調(diào)色用。但是玫瑰金層硬度低，耐磨性和耐腐蝕性差，很容易因磨損、氧化腐蝕而變色，嚴(yán)重影響了鐘表、首飾的價值和藝術(shù)品位。因此，研究耐磨性、耐腐蝕性較好的鍍玫瑰金產(chǎn)品，對鐘表、首飾行業(yè)的發(fā)展具有長遠(yuǎn)的意義。

目前，防止離子鍍玫瑰金產(chǎn)品變色的主要方法有以下兩種：①在表面再涂覆一層硬質(zhì)、透明的保護(hù)膜層，比如透明陶瓷保護(hù)膜；②通過特殊的工藝，在保持原來顏色的前提下，提高玫瑰金鍍層的耐磨性和耐腐蝕性。本文研究了通過新工藝改性的離子鍍玫瑰金樣品，并與傳統(tǒng)的離子鍍玫瑰金樣品進(jìn)行了性能對比。

1 實驗

1.1 樣品制備

傳統(tǒng)的離子鍍玫瑰金樣品由國內(nèi)某鍍膜公司提供。樣品以316不銹鋼為基體，先鍍一層厚度為1 μm左右的TiCN層，再鍍一層厚度為0.1 μm左右的玫瑰金層。

新型離子鍍玫瑰金樣品的制備主要分以下三步：①預(yù)處理。將基材放置于超聲波清洗機(jī)中，用丙酮和乙醇分別進(jìn)行超聲波清洗5～15 min，除去表面雜質(zhì)，烘干后待用。②抽真空。加熱真空室，將基材置于真空室，并布置特制的金合金靶和離子源，再抽真空，使總氣壓低于5×10-3 Pa，然后通入氬氣，保持總氣壓在0.2 Pa以下。③薄膜沉積。在基體上加負(fù)偏壓，同時使氬氣電離成Ar+，并轟擊合金靶材，濺射出帶正電的金屬離子。由于基體帶負(fù)電，金屬離子將以較大的能量沉積在基材表面，形核結(jié)晶，最終得到薄膜。

新型IPRG樣品與傳統(tǒng)IPRG樣品的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下兩方面：①鍍層結(jié)構(gòu)不同。新型IPRG樣品只有一層鍍層。②鍍層成分不同。新型IPRG樣品降低了金含量，并引入了其他金屬元素。

1.2 性能表征

1.2.1 外觀顏色

采用CM-700d/600d分光測色計測試樣品的Lab值，并計算色差。色差的計算公式如下：

. （1）

式（1）中：ΔE為樣品與標(biāo)準(zhǔn)色的色差；L*樣和L*標(biāo)分別為樣品和標(biāo)準(zhǔn)色的顏色亮度；a*樣、b*樣和b*標(biāo)、a*標(biāo)分別為樣品和標(biāo)準(zhǔn)色的色度。

1.2.2 硬度

采用HXD-1000TMC/LCD維氏顯微硬度計（上海泰明）測試樣品的硬度。測試條件為載荷25 N，保荷時間10 s，選取3個不同的點進(jìn)行測試。

1.2.3 耐腐蝕性

根據(jù)IS O3160—2003的要求，對兩種IPRG樣品進(jìn)行耐人工汗腐蝕性能試驗。人工汗液的成分為氯化鈉20 g/L、氯化銨17.5 g/L、尿素5 g/L、醋酸2.5 g/L、乳酸17.5 g/L，用質(zhì)量濃度為80 g/L的NaOH將溶液的pH值調(diào)整到4.7，試驗溫度為（40±2）℃，觀察有無銹蝕、鹽析、氣泡及變色等現(xiàn)象。

1.2.4 鍍層與基體的結(jié)合力

1.2.4.1 熱震試驗

將樣品在300 ℃的高溫爐中保溫30 min后取出，迅速浸入室溫水中驟冷；擦干后用3M膠紙緊貼樣品表面，保持10 s，以90°角迅速撕起，觀察樣品有無出現(xiàn)掉膜現(xiàn)象。

1.2.4.2 彎曲試驗

根據(jù)ISO 27874—2008的要求，將兩種IPRG樣品彎曲至90°，再恢復(fù)至原來位置，往復(fù)3次，然后用4倍放大鏡觀察樣品彎曲處的鍍層有無起皮和脫落現(xiàn)象。

1.2.5 耐磨性

根據(jù)ISO 23160—2011要求，對樣品進(jìn)行耐磨試驗。試驗設(shè)備采用東莞譽寶SP-A12震動耐磨試驗機(jī)，磨料為兩端切割成45°的圓柱形陶瓷粒，滿足以下特性：密度2.56 g/cm3，直徑3 mm，長12 mm，硬度（900±100）HV，磨屑成分為Al2O3 45 wt%，SiO2 43 wt%，C 10 wt%.

2 結(jié)果與表征

2.1 外觀顏色

測試樣品的Lab值，并計算色差，結(jié)果見表1.由表1可知，傳統(tǒng)IPRG樣品的玫瑰金層與標(biāo)準(zhǔn)色接近，但是TiCN層與標(biāo)準(zhǔn)色色差較大，為17.60，主要是因亮度L*相差大。新型IPRG樣品表面顏色與標(biāo)準(zhǔn)色色差較小，為0.56.

2.2 硬度

對樣品進(jìn)行硬度測試，結(jié)果見表2. 由表2可知，傳統(tǒng)IPRG樣品3次測量的平均硬度值為414 HV，新型IPRG樣品硬度值達(dá)895 HV，是傳統(tǒng)IPRG樣品硬度值的2倍多，硬度顯著提高。

2.3 耐腐蝕性

對樣品進(jìn)行耐人工汗腐蝕試驗，結(jié)果見表3. 由表3可知，兩種IPRG樣品經(jīng)72 h人工汗腐蝕試驗后均未出現(xiàn)銹蝕、鹽析、氣泡等現(xiàn)象，顏色也未發(fā)生改變，耐人工汗腐蝕性能良好。

2.4 鍍層與基體的結(jié)合力

2.4.1 熱震試驗

對樣品進(jìn)行熱震試驗，結(jié)果表明，傳統(tǒng)IPRG樣品和新型IPRG樣品均未發(fā)生掉膜現(xiàn)象。

2.4.2 彎曲試驗

對樣品進(jìn)行彎曲試驗，結(jié)果表明，傳統(tǒng)IPRG樣品和新型IPRG樣品均未發(fā)生掉膜現(xiàn)象，符合ISO 27874—2008的要求。

以上試驗結(jié)果表明，兩種離子鍍玫瑰金樣品的鍍層與基體的結(jié)合力均良好。

2.5 耐磨性

對兩種離子鍍玫瑰金樣品進(jìn)行震動耐磨試驗。耐磨試驗前、后均先測試樣品鍍層的厚度及Lab值，并觀察試驗后樣品的表面形貌，結(jié)果見表4、表5.

從表4和表5中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)IPRG樣品經(jīng)24 h耐磨試驗后，玫瑰金表層厚度降為0.002 μm。這說明，玫瑰金表層已基本消失，TiCN層厚度也下降較多；同時色差大幅增加（主要是由于L*值的降低引起），樣品失去原有的色澤，變得暗淡無光。這是因為起調(diào)色作用的表面玫瑰金層基本消失，只剩下TiCN層。新型IPRG樣品經(jīng)24 h耐磨實驗后，鍍層厚度下降較少，色差也有所增加（主要是由于L*值的降低引起）。這是因為耐磨試驗后，樣品表面會產(chǎn)生許多細(xì)微的劃痕，導(dǎo)致漫反射的增加。

3 結(jié)束語

研究表明，新型IPRG具有耐磨性、耐腐蝕性好，結(jié)合力高等優(yōu)點，且外觀顏色與標(biāo)準(zhǔn)色的色差較小。新型IPRG與傳統(tǒng)IPRG的不同之處在于：①新型IPRG只有一層鍍層，而傳統(tǒng)IPRG有兩層，工藝較簡單。②鍍層硬度高，耐磨性得到明顯提高。③抗變色能力強(qiáng)。傳統(tǒng)IPRG腕表、首飾在佩戴2～4個月后會嚴(yán)重變色。這是因為起調(diào)整顏色作用的玫瑰金耐磨性差，容易磨損露出與標(biāo)準(zhǔn)色色差較大的TiCN層。新型IPRG鍍層硬度高、耐腐蝕性好，不易因磨損或腐蝕而變色。

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〔編輯：劉曉芳〕