加硬离子镀玫瑰金样品性能研究

邬治平　钟飞　杨丽　傅伟猛

摘 要：通过外观颜色、硬度测试，耐磨性、耐腐蚀性和结合力测试，研究了新型离子镀玫瑰金样品的性能，并与传统的离子镀玫瑰金样品的性能进行了对比。结果表明，与传统的镀玫瑰金样品相比，新型镀玫瑰金样品外观颜色与标准色板更接近，硬度值更高，耐磨性能更优，抗磨损变色能力更强，耐腐蚀性能更好，结合力更大。

关键词：离子镀；玫瑰金；硬度；耐腐蚀性

中图分类号：TQ153.1+8 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.088

玫瑰金（rose gold）是一种黄金和铜的合金，具有非常时尚、靓丽的玫瑰红色彩，因而被广泛应用于钟表、首饰等的加工中。玫瑰金含75%的金，价格昂贵，因此在钟表行业中，只有高端产品才使用玫瑰金。为了迎合消费者的需求，电镀玫瑰金技术得到了广泛的应用，并且受到了消费者的青睐。目前，钟表、首饰行业主要采用离子镀玫瑰金（IPRG）技术。该技术制备的膜层具有均匀、致密、附着力强的优点，并且环境友好。

TiCN镀层具有硬度高、耐磨性好的优点，且颜色接近玫瑰金色，在钟表、首饰行业得到了广泛的应用。但是，其色泽较暗，不够鲜亮，因此，通常会在其上再沉积一层玫瑰金层（含75%的金和25%的铜），作调色用。但是玫瑰金层硬度低，耐磨性和耐腐蚀性差，很容易因磨损、氧化腐蚀而变色，严重影响了钟表、首饰的价值和艺术品位。因此，研究耐磨性、耐腐蚀性较好的镀玫瑰金产品，对钟表、首饰行业的发展具有长远的意义。

目前，防止离子镀玫瑰金产品变色的主要方法有以下两种：①在表面再涂覆一层硬质、透明的保护膜层，比如透明陶瓷保护膜；②通过特殊的工艺，在保持原来颜色的前提下，提高玫瑰金镀层的耐磨性和耐腐蚀性。本文研究了通过新工艺改性的离子镀玫瑰金样品，并与传统的离子镀玫瑰金样品进行了性能对比。

1 实验

1.1 样品制备

传统的离子镀玫瑰金样品由国内某镀膜公司提供。样品以316不锈钢为基体，先镀一层厚度为1 μm左右的TiCN层，再镀一层厚度为0.1 μm左右的玫瑰金层。

新型离子镀玫瑰金样品的制备主要分以下三步：①预处理。将基材放置于超声波清洗机中，用丙酮和乙醇分别进行超声波清洗5～15 min，除去表面杂质，烘干后待用。②抽真空。加热真空室，将基材置于真空室，并布置特制的金合金靶和离子源，再抽真空，使总气压低于5×10-3 Pa，然后通入氩气，保持总气压在0.2 Pa以下。③薄膜沉积。在基体上加负偏压，同时使氩气电离成Ar+，并轰击合金靶材，溅射出带正电的金属离子。由于基体带负电，金属离子将以较大的能量沉积在基材表面，形核结晶，最终得到薄膜。

新型IPRG样品与传统IPRG样品的区别主要体现在以下两方面：①镀层结构不同。新型IPRG样品只有一层镀层。②镀层成分不同。新型IPRG样品降低了金含量，并引入了其他金属元素。

1.2 性能表征

1.2.1 外观颜色

采用CM-700d/600d分光测色计测试样品的Lab值，并计算色差。色差的计算公式如下：

. （1）

式（1）中：ΔE为样品与标准色的色差；L*样和L*标分别为样品和标准色的颜色亮度；a*样、b*样和b*标、a*标分别为样品和标准色的色度。

1.2.2 硬度

采用HXD-1000TMC/LCD维氏显微硬度计（上海泰明）测试样品的硬度。测试条件为载荷25 N，保荷时间10 s，选取3个不同的点进行测试。

1.2.3 耐腐蚀性

根据IS O3160—2003的要求，对两种IPRG样品进行耐人工汗腐蚀性能试验。人工汗液的成分为氯化钠20 g/L、氯化铵17.5 g/L、尿素5 g/L、醋酸2.5 g/L、乳酸17.5 g/L，用质量浓度为80 g/L的NaOH将溶液的pH值调整到4.7，试验温度为（40±2）℃，观察有无锈蚀、盐析、气泡及变色等现象。

1.2.4 镀层与基体的结合力

1.2.4.1 热震试验

将样品在300 ℃的高温炉中保温30 min后取出，迅速浸入室温水中骤冷；擦干后用3M胶纸紧贴样品表面，保持10 s，以90°角迅速撕起，观察样品有无出现掉膜现象。

1.2.4.2 弯曲试验

根据ISO 27874—2008的要求，将两种IPRG样品弯曲至90°，再恢复至原来位置，往复3次，然后用4倍放大镜观察样品弯曲处的镀层有无起皮和脱落现象。

1.2.5 耐磨性

根据ISO 23160—2011要求，对样品进行耐磨试验。试验设备采用东莞誉宝SP-A12震动耐磨试验机，磨料为两端切割成45°的圆柱形陶瓷粒，满足以下特性：密度2.56 g/cm3，直径3 mm，长12 mm，硬度（900±100）HV，磨屑成分为Al2O3 45 wt%，SiO2 43 wt%，C 10 wt%.

2 结果与表征

2.1 外观颜色

测试样品的Lab值，并计算色差，结果见表1.由表1可知，传统IPRG样品的玫瑰金层与标准色接近，但是TiCN层与标准色色差较大，为17.60，主要是因亮度L*相差大。新型IPRG样品表面颜色与标准色色差较小，为0.56.

2.2 硬度

对样品进行硬度测试，结果见表2. 由表2可知，传统IPRG样品3次测量的平均硬度值为414 HV，新型IPRG样品硬度值达895 HV，是传统IPRG样品硬度值的2倍多，硬度显著提高。

2.3 耐腐蚀性

对样品进行耐人工汗腐蚀试验，结果见表3. 由表3可知，两种IPRG样品经72 h人工汗腐蚀试验后均未出现锈蚀、盐析、气泡等现象，颜色也未发生改变，耐人工汗腐蚀性能良好。

2.4 镀层与基体的结合力

2.4.1 热震试验

对样品进行热震试验，结果表明，传统IPRG样品和新型IPRG样品均未发生掉膜现象。

2.4.2 弯曲试验

对样品进行弯曲试验，结果表明，传统IPRG样品和新型IPRG样品均未发生掉膜现象，符合ISO 27874—2008的要求。

以上试验结果表明，两种离子镀玫瑰金样品的镀层与基体的结合力均良好。

2.5 耐磨性

对两种离子镀玫瑰金样品进行震动耐磨试验。耐磨试验前、后均先测试样品镀层的厚度及Lab值，并观察试验后样品的表面形貌，结果见表4、表5.

从表4和表5中可以发现，传统IPRG样品经24 h耐磨试验后，玫瑰金表层厚度降为0.002 μm。这说明，玫瑰金表层已基本消失，TiCN层厚度也下降较多；同时色差大幅增加（主要是由于L*值的降低引起），样品失去原有的色泽，变得暗淡无光。这是因为起调色作用的表面玫瑰金层基本消失，只剩下TiCN层。新型IPRG样品经24 h耐磨实验后，镀层厚度下降较少，色差也有所增加（主要是由于L*值的降低引起）。这是因为耐磨试验后，样品表面会产生许多细微的划痕，导致漫反射的增加。

3 结束语

研究表明，新型IPRG具有耐磨性、耐腐蚀性好，结合力高等优点，且外观颜色与标准色的色差较小。新型IPRG与传统IPRG的不同之处在于：①新型IPRG只有一层镀层，而传统IPRG有两层，工艺较简单。②镀层硬度高，耐磨性得到明显提高。③抗变色能力强。传统IPRG腕表、首饰在佩戴2～4个月后会严重变色。这是因为起调整颜色作用的玫瑰金耐磨性差，容易磨损露出与标准色色差较大的TiCN层。新型IPRG镀层硬度高、耐腐蚀性好，不易因磨损或腐蚀而变色。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕