PVD鍍金技術(shù)在手表制造行業(yè)中的應(yīng)用

摘 要：文章論述物理氣相沉積鍍金技術(shù)的技術(shù)原理、工藝特點及應(yīng)用前景。著重介紹了離子鍍金涂層的性能及其在手表制造行業(yè)中的應(yīng)用及其使用特性、注意事項。

關(guān)鍵詞：離子鍍；鍍金；裝飾鍍層；氮化鈦；表面處理

1 概述

金色澤艷麗，氣質(zhì)高貴典雅，且在大氣中及一般酸堿條件下均具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)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(xiàn)多種色調(diào)，故常用作裝飾性鍍層[1]。長久以來，鍍金技術(shù)在鐘表等裝飾品行業(yè)中占據(jù)相當(dāng)重要的位置。傳統(tǒng)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(chǎn)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(shù)雖然可以滿足鐘表等裝飾品行業(yè)的要求，但由傳統(tǒng)水電鍍金技術(shù)獲得的金鍍層，其鍍層厚度必須達(dá)到5μm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(yán)重的電鍍污染問題[2，3]。

2 技術(shù)原理

PVD（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD）技術(shù)，即物理氣相沉積技術(shù)，是指利用物理過程實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源轉(zhuǎn)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(fā)、濺射、離子鍍。離子鍍即行業(yè)內(nèi)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(yīng)離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍等。PVD技術(shù)不僅環(huán)境要好，而且采用該技術(shù)制備的鍍層純度高、厚度均一、致密性及結(jié)合力良好。如圖1所示。

PVD鍍金技術(shù)即是PVD技術(shù)中的一種典型的涂鍍層制備技術(shù)。PVD鍍金技術(shù)即是行業(yè)內(nèi)俗稱的IPG和IPRG-IPG（Ion Plating Gold，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(jù)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(jù)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

IPG以高硬度（表面維氏硬度可達(dá)2000HV（25gf）以上）、高耐磨蝕性能、第一個產(chǎn)業(yè)化并廣泛應(yīng)用的金黃色硬質(zhì)薄膜材料TiN涂層作為底層，厚度為600～800nm，再在TiN涂層上鍍覆一層金（Au）含量≥18K、厚度為100～200nm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(dá)2400HV（25gf）以上）、高耐磨蝕性能的紅（粉）色的硬質(zhì)TiCN涂層作為底層，厚度為600～800nm，再在TiCN涂層上鍍覆一層金（Au）含量≥18K、厚度為100～200nm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(zhì)薄膜為底層，既節(jié)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。如圖2所示。

圖2 離子鍍金涂層結(jié)構(gòu)示意圖

4 應(yīng)用前景

IP金色是以高硬度的仿金TiN硬質(zhì)薄膜（硬度大于2000HV）為底層，以18K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(dá)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(zhì)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(zhì)薄膜（硬度大于2400HV）為底層，以18K玫瑰金層為面金涂鍍層，色澤均一、靚麗，耐溫性能可達(dá)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(zhì)摩擦，以避免鍍層的劃傷。

大量研究數(shù)據(jù)表明，厚度僅為傳統(tǒng)水溶液鍍金層（厚度為5000nm）的1/50的PVD鍍（玫瑰）金涂層（厚度為100～200nm）其佩戴使用時間為傳統(tǒng)水溶液鍍金層的佩戴使用時間的3～4倍。PVD鍍金技術(shù)在手表制造行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用，極大地提升了手表外觀涂鍍層佩戴使用時間，同時因其制備工藝技術(shù)環(huán)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(huán)保的“綠色”涂層。PVD鍍金技術(shù)在一定程度上促進(jìn)了手表制造業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2]張以忱.真空鍍膜技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]劉海華，王永寧.316不銹鋼表殼離子鍍1N14色鍍金層的性能[J].電鍍與涂飾，2013，32（11）：28-30.