Comment rehausser vos bijoux grâce aux techniques de traitement de surface

Explorez le monde des traitements de surface des bijoux grâce à ce guide complet. Découvrez le polissage, la galvanoplastie, le placage chimique et les techniques avancées telles que les revêtements PVD, l'émail et la nano-pulvérisation. Découvrez comment rehausser les bijoux avec des finitions en or, en argent et en couleur. Parfait pour les bijouteries, les créateurs, les vendeurs en ligne et tous ceux qui cherchent à ajouter des touches uniques à leurs pièces.

Comment rehausser vos bijoux grâce aux techniques de traitement de surface

Maîtriser les traitements de surface pour la bijouterie : Du polissage à la nano-pulvérisation

Le traitement de surface des bijoux est un traitement technique qui fait appel à diverses méthodes, notamment physiques, chimiques, électrochimiques et mécaniques, pour modifier la texture, la couleur et le toucher de la surface de l'accessoire, prévenir la corrosion, embellir la décoration et prolonger la durée de vie de l'accessoire. Il enrichit considérablement l'effet décoratif des produits accessoires, élargit les moyens disponibles pour la conception des accessoires, présente un style plus vivant et plus diversifié pour les bijoux et offre aux consommateurs des choix plus personnalisés. Il améliore considérablement l'effet de surface, la durée de vie et la valeur ajoutée économique des produits accessoires.

Il existe de nombreux types de procédés de traitement de surface pour les bijoux populaires modernes, les méthodes les plus couramment utilisées étant le polissage, le dépôt électrolytique, le dépôt chimique, les films de conversion électrochimique, le dépôt physique en phase vapeur, l'émail, la résine époxy et la nano-pulvérisation de la surface.

Section I Technologie de polissage

Le polissage est un processus important dans le traitement de surface des bijoux en métal. Avant le polissage, la surface du bijou est très rugueuse, avec des marques de limage et des rayures de papier de verre laissées lors du meulage, des marques de perçage sur les bords des trous, des marques de grattage lors de l'ébarbage des bords et des marques de serrage laissées par les dispositifs de fixation, ainsi que de petites cicatrices de soudage. Le but du polissage est d'éliminer les fines irrégularités de la surface de la pièce traitée et de la rendre très brillante. Le polissage des bijoux comprend principalement le polissage mécanique, chimique et électrochimique.

1. Polissage mécanique

Le polissage mécanique consiste à traiter la surface d'un bijou à l'aide d'une machine à polir et d'un support abrasif. Les méthodes courantes de polissage mécanique comprennent les catégories suivantes.

(1) Roue de polissage en tissu

Le polissage au drap est réalisé à l'aide d'un drap de polissage monté sur une machine. Une pâte à polir est appliquée périodiquement sur la surface de travail de la roue de polissage. En revanche, la surface de la pièce à traiter est pressée avec force contre la surface de travail de la roue de polissage, qui tourne à grande vitesse. Grâce aux fibres de la roue de polissage et à la pâte de polissage, la surface de la pièce à traiter obtient un aspect miroir (figure 11-1). On pense généralement que le principe des machines à polir à roue en tissu est le suivant : la température élevée générée par la friction entre la roue de polissage tournant à grande vitesse et la surface de la pièce à traiter peut provoquer une déformation plastique de la surface de la pièce, remplissant les cavités microscopiques à la surface de la pièce à traiter ; en même temps, la température élevée générée pendant le polissage peut également former rapidement une couche très fine de film d'oxyde sur la surface de la pièce à traiter. La surface exposée du substrat est à nouveau oxydée lors de l'élimination de cette couche d'oxyde. Le processus se poursuit ainsi jusqu'à ce que le polissage soit terminé, ce qui permet d'obtenir une surface plane et lisse.

(2) Polissage par vibration

Elle est équipée d'un moteur vibrant dans le disque vibrant de la machine de polissage vibrante, et le disque vibrant est relié à la base par des ressorts vibrants. Lorsque la meuleuse vibrante est mise en marche, le moteur vibrant génère une forte force d'excitation, entraînant l'abrasif dans le disque vibrant pour produire un mouvement dans trois directions : vibration verticale, retournement de l'intérieur vers l'extérieur et rotation en spirale dans le sens des aiguilles d'une montre, créant ainsi un effet de meulage sur la surface du bijou afin d'obtenir une finition polie (figure 11-2 ).

(3) Polissage au rouleau

Son principe de fonctionnement est le suivant : Quatre rouleaux hexagonaux sont montés régulièrement sur la circonférence du corps rotatif. Les rouleaux tournent avec le corps rotatif tout en tournant autour de leur axe sous l'action du système de pignons (dans le sens inverse). Le mouvement planétaire des rouleaux fait que le matériau à l'intérieur des rouleaux reste toujours d'un côté de la paroi extérieure des rouleaux en raison de la force centrifuge, créant ainsi une couche d'écoulement à la surface. Dans cette couche d'écoulement, les meules et les pièces génèrent un mouvement relatif, effectuant une coupe fine et une pression sur la surface de la pièce, ce qui permet d'obtenir une surface polie sur la pièce (figure 11-3).

(4) Polissage Vortex

Son principe de fonctionnement est le suivant : en utilisant la force centrifuge générée par la rotation à grande vitesse du plateau inférieur, une forte friction est produite entre la pièce et l'abrasif sous l'action d'une rainure fixe, formant un tourbillon en spirale, provoquant une friction rotative à grande vitesse et un retournement en spirale de la pièce et de l'abrasif. Cela permet d'éliminer les bavures des bijoux polis et de les polir uniformément en très peu de temps, ce qui permet d'obtenir un effet de polissage idéal. La base de la machine à polir est un disque rotatif placé dans un conteneur, dont la partie supérieure est ouverte et dont les parois ne tournent pas. L'écart entre le récipient et le disque peut être inférieur à 0,05 mm, ce qui permet d'utiliser les particules de coquille de noix les plus fines (figure 11-4).

(5) Polissage par traînage

Lors du travail, la pièce est entraînée sur le support de polissage sans bouger. Chaque pièce a sa propre position de support, les surfaces entre les pièces n'entrent pas en contact, ce qui évite d'endommager la surface. Par rapport aux méthodes de polissage traditionnelles, il crée un mouvement relatif plus important et une force de traitement plus forte, ce qui réduit considérablement le temps de traitement. Elle présente de grands avantages pour les pièces lourdes. La méthode de polissage par traînée est particulièrement adaptée aux bagues lourdes, aux fermoirs et aux boîtiers de montre, ainsi qu'à de nombreuses autres pièces pouvant être suspendues à des supports fixes (figure 11-5).

Les caractéristiques des méthodes de polissage ci-dessus sont comparées dans le tableau 11-1.

Tableau 11-1 Caractéristiques des différents procédés de polissage

Méthodes de polissage	Moyen de polissage	Moyen de broyage	Avantages	Inconvénients	Pièce à usiner appropriée
Polissage par vibration	Copeaux de bois, morceaux de porcelaine, particules de coquilles de noix, farine de maïs, billes d'acier	Céramique, plastique	Bon marché, gros articles, pièces découpées	Avec un temps de traitement long, une faible pression, des indentations et un effet de lissage médiocre, il est impossible d'obtenir des résultats idéaux lors du traitement à sec.	Petite chaîne, chaîne mécanique
Polissage du canon	Cube en bois, aiguille en bois, particules de coquilles de noix, farine de maïs, bille d'acier	Céramique, plastique	Bon marché	Temps de traitement long, traitement peu pratique, la surface est poussiéreuse, la surface est pressée.	Divers bijoux
Polissage au vortex	Particules de coquille de noix, morceaux de porcelaine, plastique	Céramique, plastique	Avec une efficacité élevée et un temps de traitement court, la machine complète la charge de travail 70%, moins de processus, des bijoux propres, une manipulation facile, une qualité de surface élevée.	Il ne peut traiter que des pièces légères (20 g au maximum) et ne peut pas traiter de petites chaînes de pierres précieuses.	La plupart des bijoux, des produits industriels et des boîtiers de montre
Polissage des traînées	Particules de coquille de noix	Coquille de noix Granule	Il peut polir des pièces lourdes et de grande taille sans impact ni collision, avec un temps de traitement court, une manipulation aisée et une qualité de surface élevée.	Pas de broyage humide	Divers bijoux pouvant être fixés sur une étagère

2. Polissage chimique

Le polissage chimique fait référence à une série de réactions chimiques sur la surface des matériaux métalliques dans une solution de polissage composée d'un mélange raisonnablement proportionné d'agents corrosifs, d'oxydants et d'additifs. Au cours du processus de polissage chimique, le film de passivation inégal sur la surface microscopique du métal peut former une membrane visqueuse dans la solution de polissage, ce qui entraîne une vitesse de dissolution inégale de la surface microscopique. La vitesse de dissolution des parties saillantes est nettement supérieure à celle des zones en retrait, ce qui réduit la rugosité microscopique de la surface et permet d'obtenir une surface métallique lisse et brillante.

3. Polissage électrochimique

Le polissage électrochimique est un processus dans lequel la pièce est placée dans une solution spécifique, la pièce polie jouant le rôle d'anode et un métal insoluble celui de cathode. Les deux électrodes sont simultanément immergées dans la cuve électrolytique. Sous l'action du champ électrique, une dissolution anodique sélective se produit, ce qui donne une surface métallique lisse avec un éclat métallique (figure 11-6).

Pendant le polissage électrochimique, une membrane visqueuse à haute résistivité se forme à la surface de l'anode. Cette membrane dynamique est plus fine au niveau des protubérances microscopiques et plus épaisse au niveau des dépressions microscopiques, ce qui entraîne une distribution inégale du courant. La densité de courant est plus élevée au niveau des protubérances microscopiques, ce qui accélère la vitesse de dissolution. La densité de courant est plus faible au niveau des dépressions microscopiques, ce qui entraîne une vitesse de dissolution plus lente. Les ions métalliques dissous se diffusent à travers la membrane, ce qui donne un effet lisse et brillant. En outre, la graisse laissée sur la pièce après avoir été touchée peut réagir avec des substances alcalines pour former des sels solubles, ce qui permet d'éliminer la graisse. Ces deux effets sont bénéfiques pour la stabilité et l'amélioration de la qualité de la couche de galvanoplastie.

Section II Processus de galvanisation

La galvanoplastie est un procédé qui utilise des méthodes électrochimiques pour déposer des revêtements de métaux et d'alliages sur la surface de la pièce à usiner. Le processus implique que les ions métalliques de la solution de placage sont réduits en atomes de métal par des réactions d'électrode sous l'influence d'un champ électrique externe, et le dépôt de métal se produit sur la cathode. En raison de la composition chimique et de la structure organisationnelle du métal ou de l'alliage, le revêtement formé à la surface de la pièce diffère du matériau de base, ce qui modifie non seulement l'apparence de la pièce plaquée, mais confère également à la surface de la pièce plaquée les propriétés physicochimiques ou mécaniques souhaitées, réalisant ainsi l'objectif de la modification de la surface. Il s'agit de la technologie de traitement de surface la plus utilisée dans la production de bijoux.

1. Connaissance de base de la galvanoplastie pour la bijouterie

(1) Types de galvanoplastie pour les bijoux

En fonction de l'objectif du revêtement, la galvanoplastie pour les bijoux peut être divisée en revêtements protecteurs et en revêtements décoratifs.

Revêtements protecteurs. L'objectif principal est de prévenir la corrosion du métal. Les revêtements couramment utilisés, tels que les couches galvanisées et les couches d'étain, appartiennent à cette catégorie. Les métaux noirs sont généralement protégés par des couches galvanisées dans des conditions atmosphériques générales, tandis que les couches d'étain sont généralement utilisées pour protéger les métaux noirs qui entrent en contact avec des acides organiques.

Revêtements décoratifs. Principalement à des fins décoratives, mais aussi avec un certain niveau de protection. Les revêtements composites sont généralement constitués de plusieurs couches, car il est difficile de trouver un revêtement unique qui réponde aux exigences des revêtements décoratifs. En règle générale, une couche de base est d'abord déposée sur le substrat, suivie d'une couche de surface et, parfois, d'une couche intermédiaire. Par exemple, la galvanoplastie des métaux précieux et l'imitation de la galvanoplastie de l'or sont largement utilisées, en particulier dans certains bijoux de valeur et petits bijoux de quincaillerie, avec un volume d'utilisation et de production relativement élevé. Il s'agit principalement de la galvanoplastie de métaux précieux et de divers alliages.

En fonction de la relation électrochimique entre le revêtement et le métal du substrat pendant la corrosion, la galvanoplastie décorative peut être divisée en revêtements anodiques et cathodiques.

Revêtement anodique. Se réfère au revêtement qui agit comme l'anode et se dissout en premier lorsqu'une micro-batterie de corrosion est formée avec le métal du substrat, comme le placage de zinc sur le fer. Ce type de revêtement offre non seulement une protection mécanique au substrat, mais aussi une protection chimique.

Revêtement cathodique. Se réfère au revêtement agissant comme une cathode lorsqu'il forme une micro-batterie de corrosion avec le métal du substrat. Par exemple, l'étamage du fer. Ce type de revêtement ne peut assurer qu'une protection mécanique du substrat ; une fois le revêtement endommagé, il ne protège plus le substrat et accélère la vitesse de corrosion de ce dernier.

(2) Le processus de base de l'électrodéposition des métaux

L'électrodéposition est un processus électrochimique et redox. Lors de l'électrodéposition, le composant métallique sert de cathode, le métal ou l'alliage à plaquer sert d'anode soluble ou une maille de titane est utilisée comme anode insoluble, reliée aux bornes négative et positive de l'alimentation électrique, et immergée dans un électrolyte contenant les composants de placage. Sous l'action du courant, une couche de dépôt peut être obtenue sur la surface de l'ornement (figure 11-7).

Le processus de galvanoplastie réduit le métal ou ses ions complexes en métal à la cathode. Comme le métal plaqué a une structure cristalline comme les métaux ordinaires, le processus de galvanoplastie est également connu sous le nom de processus d'électrocristallisation. Il comprend les trois étapes suivantes.

Processus de transfert de masse. Les ions métalliques ou les ions de complexes métalliques sont continuellement transportés de l'électrolyte à la surface de l'électrode par des étapes telles que la diffusion, la convection et l'électro-migration.

Processus électrochimique. Les ions métalliques ou les ions de complexes métalliques se déshydratent et s'adsorbent à la surface de la cathode pour libérer de l'électricité et se réduire en atomes métalliques.

Processus de cristallisation. Les atomes de métal s'arrangent sur la cathode pour former des cristaux de métal d'une certaine forme, et la cristallisation se produit généralement par nucléation et croissance.

La finesse des cristaux est déterminée par le taux de nucléation et le taux de croissance. Si le taux de nucléation est plus rapide que le taux de croissance, davantage de cristaux seront produits, ce qui se traduira par des grains plus fins et plus denses ; à l'inverse, les grains seront plus grossiers.

2. Cuivre et alliages de cuivre électrodéposés

Le placage de cuivre est rose, uniforme et délicat, avec des nuances différentes selon le processus. En galvanoplastie, le placage de cuivre est largement utilisé, principalement comme couche de base et couche intermédiaire, et peut également être utilisé comme couche de surface, telle que l'imitation du placage d'or.

Les procédés de cuivrage actuellement utilisés comprennent principalement le cyanure, le sulfate acide et le pyrophosphate. Parmi eux, la solution de placage de cuivre au cyanure est hautement toxique, pollue gravement l'environnement, nuit à la santé humaine et a été répertoriée comme un procédé à éliminer. En outre, le cuivrage à l'amino-sulfonate, le cuivrage à l'amine organique, le cuivrage au citrate-tartrate et le cuivrage au HEDP ont également été développés et appliqués au cours des dernières années.

Dans les années 1970, la recherche s'est concentrée sur le remplacement de la galvanoplastie au cyanure par une galvanoplastie sans cyanure, ce qui a conduit à la galvanoplastie au pyrophosphate et au sulfate de cuivre. Cependant, il n'était pas possible de les appliquer directement sur des substrats en acier en tant que couche de base.

2.1 Placage du cuivre avec du sulfate

Le placage de cuivre au sulfate est largement utilisé pour la galvanoplastie décorative de protection, la galvanoplastie des plastiques et le placage épais du cuivre pour l'électroformage des cartes de circuits imprimés. Elle peut être divisée en deux types : l'un est une solution de placage à haute teneur en cuivre et à faible teneur en acide utilisée pour la galvanoplastie des pièces, qui présente un revêtement lisse et brillant avec une bonne résistance ; l'autre est une solution de placage à haute teneur en acide et à faible teneur en cuivre utilisée pour la galvanoplastie des circuits imprimés, qui présente d'excellentes capacités de dispersion et de couverture, ce qui la rend très appropriée pour le placage des trous, avec un revêtement uniforme et délicat.

(1) Principaux composants de la solution de placage

① Sulfate de cuivre. C'est le principal sel qui fournit le Cu²⁺ pour l'électrodéposition. Une concentration trop faible réduit la limite supérieure de la densité de courant, diminue la vitesse de dépôt et affecte la brillance du revêtement. Une concentration trop élevée réduit la capacité de dispersion de la solution de dépôt et, en raison de la limite de solubilité du sulfate de cuivre, des cristaux de sulfate de cuivre précipitent. La concentration appropriée est de 180~220g/L.

② Acide sulfurique. Sa fonction principale est d'augmenter la conductivité de la solution. Lorsque la concentration est trop faible, elle entraîne une oxydation incomplète du cuivre de l'anode, produisant du Cu₂O, ce qui entraîne la formation de "poudre de cuivre" ou de bavures dans le revêtement. En même temps, la capacité de dispersion de la solution de placage diminue. Lorsque la concentration d'acide sulfurique est appropriée, la plage de densité de courant du revêtement est large, le revêtement est brillant et la capacité de nivellement atteint des résultats optimaux. Si la concentration d'acide sulfurique est trop élevée, cela affecte la brillance et le nivellement du revêtement.

③ ions chlorure. Ce sont des activateurs d'anode qui peuvent aider l'anode à se dissoudre normalement, inhiber la production de Cu⁺Les ions chlorure améliorent la brillance et la capacité de nivellement du revêtement, et réduisent les tensions internes dans le revêtement. Si la concentration en ions chlorure est trop faible, elle entraîne la formation de revêtements dendritiques, la zone de courant élevé étant susceptible de brûler, et le revêtement étant susceptible de développer des piqûres ou des trous d'épingle. Si la concentration en ions chlorure est trop élevée, un film blanc semblable à un gel apparaît à la surface de l'anode et, quelle que soit la quantité d'azurant ajoutée, le revêtement ne sera pas brillant. La concentration d'ions chlorure appropriée est de 40~100ml/L.

④ Additifs. Une excellente combinaison d'additifs peut produire des solutions de placage stables, des taux de qualification des produits élevés et une grande efficacité de travail. Actuellement, de nombreux additifs et leurs matériaux ont été commercialisés. Les exigences en matière d'additifs varient en fonction du type de placage. Par exemple, les revêtements décoratifs mettent davantage l'accent sur la brillance, la vitesse et le nivellement du revêtement ; les revêtements décoratifs de protection mettent davantage l'accent sur le nivellement et la flexibilité du revêtement ; les revêtements de circuits imprimés exigent d'excellentes performances dans les zones à faible courant, une distribution uniforme du revêtement et une ductilité du revêtement, entre autres. Les additifs de cuivrage se composent principalement de quatre parties : les supports, les agents de blanchiment, les agents de nivellement et les agents de mouillage.

Transporteur : Un bon support peut maximiser l'efficacité des agents d'éclaircissement et de nivellement. Les supports sont principalement formulés à partir de surfactants, et il est impossible d'obtenir le meilleur effet avec un seul matériau, comme les composés polyéthers, les composés tétraéthers anioniques de l'éthylènediamine, etc.

Agents éclaircissants et agents nivelants : Les composés organiques de polysulfure, les polysulfures organiques, les sulfonates organiques de polysulfure, les colorants organiques, etc. ont des effets éclaircissants et nivelants en combinaison avec des supports. Les deux effets peuvent apparaître dans le même matériau, les colorants se concentrant davantage sur la capacité d'égalisation.

Agents mouillants : peuvent améliorer l'action mouillante de la solution de placage. Les agents tensioactifs non ioniques ou anioniques, tels que le polyéthylène glycol, les émulsifiants OP, etc. sont couramment utilisés. Le cuivre acide brillant utilise un brassage à l'air et ne peut choisir que des agents mouillants peu moussants.

(2) Réaction de l'électrode de cuivre avec de l'acide sulfurique

Cathode : Cu²⁺ + 2e=Cu φ⁰_Cu_²⁺_/Cu = +0.34V

Cu²⁺ + e=Cu⁺ φ⁰_Cu_²⁺_/Cu_⁺ = +0.17V

Cu⁺ + e=Cu φ⁰_Cu_⁺_/Cu = +0.51V

En raison du potentiel standard de l'électrode de Cu²⁺ étant beaucoup plus positif que l'hydrogène, le gaz d'hydrogène ne sera pas libéré à la cathode, mais lorsqu'il n'est pas suffisamment réduit, il apparaîtra sous forme de Cu⁺. Du point de vue du potentiel standard de l'électrode, la réaction de réduction en Cu est plus susceptible de se produire, et la réduction du Cu conduira à un revêtement rugueux, ce qui devrait être évité.

Anode : L'anode de cuivre dans une solution d'acide sulfurique subit une dissolution anodique, fournissant les ions de cuivre nécessaires dans la solution de placage, à savoir : Cu-2e=Cu²⁺.

En même temps que le Cu²⁺ est généré, il est inévitablement généré Cu⁺à savoir Cu-e=Cu⁺. Lorsque Cu⁺ apparaît et entre dans la solution ; s'il y a suffisamment d'acide sulfurique et d'air dans la solution, le Cu⁺ peuvent être oxydés, à savoir:4Cu⁺+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+2H₂O, Lorsque la concentration d'acide sulfurique dans la solution est insuffisante, le Cu⁺ s'hydrolyse, à savoir : 2Cu⁺+2H₂O=2CuOH+2H⁺=Cu₂O+H₂O. A ce moment, Cu₂O se déposera sur la cathode par électrophorèse, produisant des bavures. En raison de l'instabilité du Cu⁺des réactions de disproportionnement peuvent également se produire, à savoir:2Cu⁺=Cu²⁺+Cu, et le Cu généré se déposera également sur le revêtement par électrophorèse, produisant de la poudre de cuivre, des bavures et de la rugosité. Par conséquent, au cours du processus de galvanoplastie, l'apparence du Cu⁺ doit être évité autant que possible ; l'utilisation d'anodes en cuivre contenant du phosphore et l'agitation de la solution de placage avec de l'air peuvent résoudre le problème.

2.2 Placage de cuivre au pyrophosphate

Le placage de cuivre au pyrophosphate ne peut pas être effectué directement sur les substrats en fer et en zinc. Il est principalement utilisé sur les substrats en alliage de zinc avant le dépôt de cuivre au sulfate d'acide pour protéger le substrat de la corrosion acide forte et garantir la qualité de la combinaison de revêtement. Il est également utilisé dans les processus de galvanoplastie pour la métallisation des plastiques, mais son application dans la galvanoplastie du matériel est limitée.

Les cristaux de placage de cuivre à l'acide phosphorique brillant ont de bonnes capacités de dispersion et de couverture. L'efficacité du courant cathodique est élevée, mais une utilisation à long terme peut entraîner une accumulation de phosphate, ce qui réduit la vitesse de dépôt.

(1) Principaux composants de la solution de placage

Pyrophosphate de cuivre. Il s'agit du principal sel de la solution de placage, qui fournit des ions de cuivre. Si la teneur en cuivre est trop faible, elle diminue la densité du courant, ce qui entraîne une mauvaise brillance et un mauvais nivellement du revêtement ; si la teneur en cuivre est trop élevée, elle réduit la polarisation cathodique, ce qui entraîne un revêtement rugueux. La teneur en cuivre de la solution de placage doit être maintenue dans un certain rapport avec le pyrophosphate de potassium.

Pyrophosphate de potassium. C'est le principal agent complexant, et lorsque la valeur du pH est de 8, la forme principale du complexe est [Cu(P₂O₇)₂]^6-, en maintenant [P₂O₇^4-] :[Cu²⁺Un rapport de [ ]=7~8 dans la solution de placage est relativement approprié ; si le rapport est trop grand, il entraîne une réduction de l'efficacité du courant, des trous d'épingle dans le revêtement et une tendance à la turbidité de la solution de placage.

Acide citrique aminé. Il s'agit d'un agent complexant auxiliaire et d'un dépolarisant d'anode. Il peut améliorer la dissolution de l'anode, augmenter la capacité de dispersion de la solution de placage et accroître la brillance du revêtement. Si la teneur est trop faible, la dissolution de l'anode sera médiocre, la capacité de dispersion de la solution de placage diminuera et de la "poudre de cuivre" sera produite. En général, la teneur appropriée est d'environ 10~30g/L.

(2) Réaction de l'électrode de cuivre avec le pyrophosphate

Réaction cathodique : [Cu(P₂O₇)₂]^6- + 2e^6- = Cu + 2P₂O₇^4- 2H₂O + e = H₂ + 2OH^–

Réaction anodique : Cu + 2P₂O₇^4- -2e = [Cu(P₂O₇)₂]^6-

Lorsque l'anode est passivée, de l'oxygène est libéré:4OH^– - 4e = O₂ + 2H₂O

Lorsque l'oxydation anodique est incomplète, le Cu⁺ se produit : Cu - e = Cu⁺

Les deux dernières réactions doivent faire l'objet d'un suivi attentif pour éviter qu'elles ne se produisent.

2.3 Imitation de la galvanoplastie de l'or

Ces dernières années, en raison du développement de la galvanoplastie décorative dans les secteurs de la construction, de la quincaillerie, de l'éclairage et de l'ornementation, l'imitation de la dorure a été largement utilisée.

(1) Principales catégories de galvanoplastie de l'or artificiel

L'imitation du placage d'or peut être réalisée à partir d'alliages cuivre-zinc, cuivre-étain ou cuivre-étain-zinc, ou d'alliages cuivre-zinc traités a posteriori pour créer un effet d'or réaliste. L'effet d'imitation de l'or permet d'obtenir des couleurs telles que l'or 18 carats, l'or 4 carats et l'or rose. Les alliages cuivre-étain (bronze) peuvent être divisés en trois catégories en fonction de leur teneur en étain : le bronze à faible teneur en étain avec une teneur en étain de 5%~15%, qui semble rose à jaune doré ; le bronze à teneur moyenne en étain avec une teneur en étain de 15%~40%, qui semble jaune ; et le bronze à haute teneur en étain avec une teneur en étain de 40%~50%, qui semble blanc-argenté.

Le temps d'électrodéposition du revêtement doré est très court et son éclat dépend principalement de la couche sous-jacente, généralement revêtue d'une couche de nickel brillant ou d'un autre revêtement blanc et brillant. Le placage de laiton peut également servir de base à une fine couche d'or décorative et de couche protectrice et lubrifiante. Le laiton a tendance à se décolorer à l'air, c'est pourquoi il doit subir un traitement anti-décoloration lorsqu'il est utilisé comme couche de surface ou comme base d'une fine couche d'or, par exemple en étant pulvérisé avec un revêtement organique ou recouvert d'une peinture cathodique électrophorétique. Ces dernières années, afin de prévenir les allergies cutanées au nickel dans le placage des bijoux, l'alliage cuivre-zinc blanc peut être utilisé comme substitut de qualité inférieure au placage au nickel, et il peut également servir de base pour le chrome et pour les revêtements blancs et blancs obligatoires dans les décorations métalliques des jouets.

La clé de l'obtention d'un alliage par codéposition simultanée de deux métaux est que leurs potentiels de dépôt doivent être proches et que la polarisation cathodique doit assurer que les deux métaux se déposent dans le rapport souhaité. Les ions complexes présents dans la solution de cyanure sont principalement Cu(CN)₃^2- et Zn(CN)₄^2-. La stabilité des ions de cyanure de cuivre est beaucoup plus élevée que celle des ions de cyanure de zinc, et la polarisation cathodique du cuivre est beaucoup plus importante que celle du zinc. Par conséquent, pour obtenir un revêtement conforme aux exigences, il est nécessaire de contrôler strictement le cyanure total, le cyanure libre, le rapport cuivre-zinc, la valeur du pH et des facteurs tels que la température, la densité du courant et l'agitation.

(2) Processus de galvanisation de l'or d'imitation

L'imitation du placage d'or sur alliage de cuivre pose deux problèmes majeurs : d'une part, comment maintenir l'éclat du placage et empêcher la décoloration du placage d'alliage de cuivre ; d'autre part, comment obtenir un effet réaliste. Par conséquent, un processus de galvanoplastie et un post-traitement raisonnables deviennent cruciaux. Le processus de galvanoplastie de l'or d'imitation couramment utilisé est le suivant :

Avant que la pièce ne soit revêtue de nickel brillant, elle doit subir un prétraitement. Le nickel brillant a finalement une tonalité blanchâtre, qui peut rehausser l'éclat de la couche d'imitation de l'or.
L'activation du nickel vise à éliminer la couche de passivation sur la surface du nickel brillant afin d'améliorer la force d'adhérence avec la couche de surface. La méthode comprend un traitement cathodique dans la solution d'électrodégraissage pendant 3~5 minutes, suivi d'une activation avec de l'acide sulfurique 5% après un rinçage à l'eau et un rinçage complet avant d'entrer dans la cuve d'électrodéposition de l'or.
Après le revêtement d'imitation d'or par électrodéposition, la surface de la pièce est nettoyée à l'eau chaude et rincée par un lavage à contre-courant.
Traitement anti-décoloration visant à empêcher le revêtement de se décolorer après le lavage. Les procédés de passivation les plus courants sont le bichromate de potassium ou le benzotriazole.
L'électrophorèse cathodique est traitée avec une peinture d'électrophorèse cathodique de type acrylique ou avec des revêtements transparents tels que des vernis de type acrylique ou pulvérisés ou trempés avec des revêtements transparents à base de silicium organique.
Vernis ou peinture de coloration. Pour créer un effet d'imitation or réaliste en apparence et pour compenser les défauts de tonalité de l'imitation or, il est possible d'appliquer un revêtement transparent de couleur or.

3. Nickel électrodéposé

Le nickelage a un large éventail d'applications. Il sert de couche de protection cathodique pour les substrats en acier, et sa capacité de protection est liée à la porosité du placage. Le nickelage est largement utilisé comme couche de base pour les revêtements décoratifs d'or, de palladium-nickel et d'argent dans des industries telles que la décoration de quincaillerie. Les types de placage de nickel comprennent le nickel watt, le nickel semi-brillant, le nickel brillant, le nickel à haute teneur en soufre, le joint de nickel, le nickel à haute contrainte, le nickel à faible contrainte, le nickel perlé, le nickel noir et le placage de nickel composite. Dans l'industrie de la bijouterie, les revêtements de nickel couramment utilisés sont le nickel semi-brillant, le nickel brillant, le nickel perlé et le nickel noir.

3.1 Nickel brillant

Le nickel brillant est l'un des revêtements les plus utilisés aujourd'hui. Il est basé sur le nickel watt, auquel on ajoute des additifs pour obtenir un nickel brillant et lisse.

(1) Principaux composants de la solution de placage

① Nickel. Les sources d'ions nickel peuvent être le sulfate de nickel, le chlorure de nickel, l'aminosulfonate de nickel, etc. Les ions nickel sont le principal composant de la solution de placage, avec une teneur généralement comprise entre 52 et 70 g/l. Une concentration élevée d'ions nickel permet d'augmenter la densité du courant. Elle améliore la vitesse de dépôt, mais si la concentration est trop élevée, la capacité de dispersion de la solution de placage diminue, ce qui peut entraîner l'absence de placage dans les zones à faible courant. Si la concentration en ions nickel est trop faible, la vitesse de dépôt diminue et, dans les cas les plus graves, la zone de courant élevé peut devenir brûlée.

② Tampon. L'acide borique est le meilleur tampon dans la solution de nickelage, et sa concentration minimale efficace n'est pas inférieure à 30g/L ; en général, la prise dans la solution de nickelage est de 40~.50g/L. L'acide borique peut également améliorer la polarisation cathodique, la conductivité de la solution et les propriétés mécaniques du revêtement.

③ Agents mouillants. Au cours du processus de galvanoplastie, de l'hydrogène est libéré à la cathode. Les agents mouillants peuvent réduire la tension superficielle de la solution de placage, augmentant l'effet mouillant de la solution sur la surface de la pièce à usiner, ce qui empêche les bulles d'hydrogène générées pendant la galvanoplastie de rester sur la surface de la cathode, prévenant ainsi la formation de trous d'épingle et de taches. Les agents mouillants sont composés de surfactants, qui peuvent être classés en agents mouillants à haute teneur en mousse et en agents mouillants à faible teneur en mousse. Les agents mouillants à haute teneur en mousse comprennent le dodécyl sulfate de sodium, tandis que les agents mouillants à faible teneur en mousse comprennent le diéthylhexyl sulfate de sodium.

④ Agents éclaircissants. Y compris les agents d'éclaircissement primaires, les agents d'éclaircissement secondaires et les agents d'éclaircissement auxiliaires.

Brillant primaire : Sa fonction principale est d'affiner la taille des grains et de réduire la sensibilité de la solution de placage aux impuretés métalliques, avec un dosage général d'environ 1~10g/L, une couche de placage de nickel contenant environ 0,03%S. Les azurants primaires typiques comprennent la saccharine, le diphényl sulfonium ammonium (BB1), le toluène sulfonium ammonium, l'acide benzènesulfonique, l'acide 1,3,6 naphtalène sulfonique, l'acide benzène sulfonique et l'acide benzène sulfonique sodique (BSS), etc.
Les azurants secondaires créent un brillant notable sur le revêtement, mais introduisent également des tensions et une fragilité du revêtement et une sensibilité aux impuretés. Le dosage doit être strictement contrôlé et, lorsqu'ils sont utilisés en conjonction avec des azurants primaires, ils peuvent produire un revêtement entièrement brillant. Les azurants secondaires typiques comprennent le 1,4-butanediol, l'alcool propargylique, l'hexanol, la pyridine, la thiourée, etc.
Les azurants auxiliaires : Ils contribuent à l'éclaircissement du revêtement, améliorent la capacité de couverture du revêtement et réduisent la sensibilité de la solution de placage aux impuretés métalliques. Les azurants auxiliaires typiques comprennent le sulfonate d'allyle de sodium, le sulfonate de vinyle de sodium, le sulfonate de propargyle de sodium, etc.

⑤ Additifs de produits nickelés. Différents intermédiaires sont combinés en fonction de leurs caractéristiques de performance respectives, ce qui donne lieu à plusieurs types.

Agent de démarrage pour le bain (agent adoucissant) : principalement composé d'agents d'éclaircissement primaires et auxiliaires.
Agent d'éclaircissement (agent d'éclaircissement principal) : Composé d'un ou de plusieurs composés, le composant principal étant un agent d'éclaircissement secondaire, complété par d'autres composants.
Les tensioactifs : Il en existe deux types : ceux à faible mousse et ceux à forte mousse.
Agents de purge : tels que les décapants pour le fer, le cuivre et le zinc, les agents de positionnement dans les zones basses, etc.

(2) Réaction de l'électrode

Cathode : Ni²⁺ + 2e = Ni 2H⁺ + 2e = H₂

Anode : Ni = Ni²⁺ + 2e 4OH^– = 2H₂O + O₂ + 4e

3.2 Nickel noir électrodéposé et Gunmetal Satin

Le placage de nickel noir et gunmetal (perle noire) est principalement utilisé pour les revêtements optiques et les revêtements décoratifs antiques, généralement plaqués sur des revêtements de nickel brillant, de cuivre, de bronze et de zinc, avec une épaisseur ne dépassant pas 2μm. Ce type de revêtement est dur et cassant, avec une mauvaise résistance à la corrosion, et la surface du revêtement doit être protégée par un vernis.

L'apparence des couleurs noire et gunmetal est due aux différents matériaux de noircissement dans la solution de placage. La couche de nickel noir contient une plus grande quantité de phases non métalliques, comme le nickel noir contenant du zinc, qui a généralement une fraction de masse de nickel de 40%~60%, de zinc de 20%~30%, de soufre de 10%~15%, et de matière organique d'environ 10%, ce qui en fait un mélange de nickel, de zinc, de sulfure de nickel, de sulfure de zinc, et de matière organique.

La température de travail de la solution de placage, la valeur du pH et la densité du courant affectent toutes la noirceur du revêtement. Si le revêtement n'est pas foncé, s'il a des couleurs ou s'il apparaît jaune, il faut d'abord vérifier la conductivité, puis vérifier si le courant est trop élevé ou trop faible ; si la température est trop élevée, il faut ensuite vérifier si les concentrations de thiocyanate, de sulfate de zinc, de molybdate d'ammonium, etc. dans la solution de métallisation sont insuffisantes.

3.3 Nickel nacré électrodéposé

Le nickel perlé (nickel satiné) présente une cristallisation fine, une faible porosité, une faible tension interne, une bonne résistance à la corrosion et un ton doux. Il ne laisse pas de traces au toucher, est apprécié dans la galvanoplastie décorative, est largement utilisé comme couche de base pour le chrome, l'argent et l'or, et peut être utilisé directement pour les couches de surface, en particulier dans des applications telles que les montres et les bijoux.

Le procédé principal de l'électrodéposition du nickel satiné consiste à ajouter certaines substances organiques, telles que des anions et des substances amphotères, à la solution d'électrodéposition, qui, dans des conditions électrolytiques, forment des précipités d'un diamètre similaire à celui des particules colloïdales. Ces précipités se déposent avec le nickel sur la cathode, produisant un revêtement de nickel satiné avec un éclat nacré. En sélectionnant les types et les concentrations d'additifs, le diamètre des précipités peut être contrôlé. Le procédé de nickel perlé est presque entièrement composé d'additifs commerciaux brevetés.

Le défaut le plus courant dans le nickel perlé est la présence de "points brillants", qui peut être résolue en éliminant les contaminants et en remuant soigneusement la solution de placage avant de l'utiliser.

4. Argent et alliages d'argent électrodéposés

Le symbole de l'élément argent est Ag, la masse atomique relative est 107,9 ; le potentiel standard de l'électrode est 0,799 V, et l'équivalent électrochimique est 4,025/(A.h).

Les revêtements d'argent et d'alliages d'argent ont une excellente conductivité, une faible résistance au contact, une bonne soudabilité et de fortes propriétés réfléchissantes et décoratives. Ils sont largement utilisés comme revêtements décoratifs dans la vaisselle, les instruments de musique, les bijoux, etc.

La couche argentée réagit avec le soufre présent dans l'air, formant de l'oxyde d'argent et du sulfure d'argent noir. Elle peut aussi facilement devenir noire au contact de matériaux contenant du soufre, tels que les plastiques et le caoutchouc, et l'oxygène de l'air contribue à l'assombrissement. La décoloration de la couche argentée affecte gravement l'apparence des composants et a une incidence sur la soudabilité et les performances électriques du revêtement.

Les solutions d'argenture sont encore principalement basées sur l'argenture au cyanure, qui produit une couche blanche fine et pure avec de bonnes capacités de dispersion et de couverture, et le processus est relativement stable. Toutefois, ce procédé a une teneur élevée en cyanure et est très toxique. Des recherches nationales et internationales ont été menées sur les procédés d'argenture sans cyanure, et des produits commerciaux sont désormais disponibles, tels que l'argenture NS, l'argenture à la niacine, l'argenture au thiosulfate, l'argenture à l'imide de dibutyryle et l'argenture à l'acide imidazole-sulfonique, parmi d'autres. L'argenture sans cyanure a progressé lentement en raison de son apparence moins délicate que l'argenture au cyanure, de son entretien moins pratique et de l'irrégularité de l'approvisionnement en matières premières.

4.1 Argenture au cyanure

Depuis le premier brevet d'argenture en 1840 jusqu'à aujourd'hui, l'argenture au cyanure a plus de 160 ans d'histoire. L'argenture au cyanure a toujours été dominante dans la génération de l'argenture. Le développement de l'argenture cyanurée dans les années 1970 a permis d'introduire des azurants qui déposent directement une couche d'argent brillant à partir de la solution d'argenture, éliminant ainsi le processus de polissage, améliorant l'efficacité et permettant d'économiser une grande quantité d'argent. L'argenture brillante est devenue le courant dominant de l'argenture au cyanure.

(1) Principaux composants de la solution d'argenture cyanurée

① Argent. C'est le sel principal de la solution de placage, existant sous forme d'ions complexes de cyanure d'argent. La source d'argent peut être AgNO₃AgCl, AgCN, KAg(CN)₂mais AgNO₃ et AgCl est mieux converti en AgCN ou KAg(CN)₂puis ajouté à la solution de placage. La concentration d'argent dans la solution de placage est maintenue à 20~40g/L. Si la concentration d'argent est trop élevée, le revêtement cristallise grossièrement et apparaît jaune ; si la concentration d'argent est trop faible, la plage de densité de courant est trop étroite et la vitesse de dépôt diminue.

② Cyanure de potassium. C'est un agent complexant ; en plus de la complexation avec l'Ag, une certaine quantité de cyanure de potassium libre est bénéfique pour la stabilité de la solution de placage, la dissolution normale de l'anode et la capacité de dispersion de la solution de placage. En général, les données se réfèrent principalement au KCN libre. Si sa concentration est trop élevée, la vitesse de dépôt de la solution de placage est lente ; si sa concentration est trop faible, la couche de placage a tendance à jaunir et l'anode d'argent est facilement passivée, ce qui entraîne une vitesse de dépôt lente.

③ Hydroxyde de potassium, carbonate de potassium. Il peut améliorer la conductivité de la solution de placage, contribuer à la capacité de dispersion de la solution de placage et renforcer la brillance du revêtement.

④ Tartrate de sodium. Il peut réduire la polarisation de l'anode, empêcher la passivation et favoriser la dissolution de l'anode d'argent.

⑤ Agents éclaircissants. L'ajout d'agents de blanchiment permet d'obtenir un revêtement entièrement brillant et d'étendre la plage de densité de courant, mais des agents de blanchiment appropriés doivent être sélectionnés pour les revêtements d'argent utilisés à des fins différentes. Pour les revêtements décoratifs, l'exigence d'épaisseur n'est pas élevée, mais les exigences relatives à la couleur du revêtement (blancheur et brillance) sont particulièrement élevées, ce qui rend l'utilisation d'additifs contenant des métaux inappropriée. Pour les revêtements fonctionnels utilisés dans les applications électriques et électroniques, les exigences en matière d'épaisseur du revêtement et de performances électriques sont plus élevées, et certains peuvent prendre en compte les exigences de dureté du revêtement, ce qui permet d'ajouter des sels métalliques tels que l'antimoniate de potassium.

Les azurants non métalliques contiennent souvent du soufre, qui peut produire un placage d'argent blanc brillant, mais leur durée de vie n'est pas assez longue. Ils se décomposent s'ils ne sont pas utilisés rapidement dans la solution de placage. Les azurants métalliques, tels que l'antimoine, le sélénium, le tellure, le cobalt et le nickel, peuvent améliorer la brillance du placage et augmenter la dureté, ce qui les rend plus appropriés pour le placage d'argent dur.

(2) Réaction de l'électrode lors de l'argenture au cyanure

Cathode :

L'ion complexe de cyanure d'argent est directement réduit à la cathode : Ag(CN)^2- + e = Ag + 2CN^–

Effet indésirable : 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^–

Anode :

Utilisation d'une anode d'argent soluble : Ag + 2CN^– = Ag(CN)^2- + e

En cas d'utilisation d'anodes insolubles:4OH^– = 2H₂O + O₂ + 4e

L'efficacité du courant de l'argenture au cyanure est élevée, avec des efficacités du courant de la cathode et de l'anode proches de 100%.

4.2 Décoloration du placage d'argent

Lorsqu'ils sont placés à l'air libre ou utilisés pendant un certain temps, les bijoux argentés entrent en contact avec des gaz nocifs ou des substances contenant du soufre dans l'air, ce qui entraîne la corrosion et la décoloration du placage et nuit gravement à l'apparence du bijou. Les principales raisons de ce phénomène sont les suivantes.

La couche argentée elle-même peut facilement réagir et jaunir dans une atmosphère humide contenant des sulfures, et dans les cas les plus graves, elle peut devenir noire.

Mauvais fonctionnement du processus d'argenture. Un nettoyage inadéquat après l'électrodéposition laisse des traces de sels d'argent sur la surface, et cet argent ionisé est susceptible de se décolorer. La solution de placage est contaminée ou n'est pas assez pure, avec des ions métalliques tels que le cuivre, le fer et le zinc, ce qui entraîne une faible pureté de la couche de placage. Une opération incorrecte conduit à une couche de placage rugueuse avec une porosité élevée. Les surfaces présentant une porosité élevée sont susceptibles d'accumuler de l'humidité et des agents corrosifs.

Emballage et stockage inadéquats après l'argenture. Les raisons de la décoloration sont principalement les suivantes : premièrement, les bijoux argentés sont directement exposés à la lumière, les atomes d'argent sont affectés par les rayons ultraviolets et se transforment en ions argent, ce qui accélère la vitesse de décoloration ; deuxièmement, le stockage dans un environnement humide et à haute température est propice à la décoloration ; troisièmement, une mauvaise fermeture de l'emballage peut entraîner une réaction des matériaux d'emballage avec le placage d'argent.

4.3 Procédé de traitement anti-décoloration de la couche d'argent plaqué

Pour éviter que la couche d'argent ne se décolore, des procédés de passivation de la couche d'argent sont souvent utilisés dans la production, qui comprennent généralement les méthodes suivantes : passivation chimique, passivation électrochimique, immersion dans des agents anti-décoloration, galvanoplastie avec des métaux précieux et immersion dans des films protecteurs organiques.

(1) Passivation chimique

Après un lavage à l'eau minutieux, les pièces plaquées qui n'ont pas été plaquées en argent brillant doivent être immédiatement traitées avec de l'acide chromique.

Traitement à l'acide chromique. Anhydride chromique : 80~85g/L ; chlorure de sodium : 15~20g/L ; température : température ambiante ; durée : 5~15 secondes. Après le traitement à l'acide chromique, un film jaune relativement lâche se forme à la surface de l'argenture.
Processus de décapage. Eau ammoniaquée : 300~500ml/L ; température ambiante ; durée : 20~30 secondes.
Idemitsu. Fraction massique de l'acide nitrique ou de l'acide chlorhydrique de 5%~10% ; température ambiante ; durée : 5~20 secondes. Après que la couche d'argenture a subi les processus ci-dessus, elle est soumise à une passivation chimique afin d'obtenir de meilleurs résultats. La couche de passivation chimique est très fine, ce qui a peu d'effet sur la résistance de contact. Cependant, la structure du film de passivation n'est pas assez dense et sa capacité à empêcher la décoloration n'est pas forte, de sorte que la passivation électrochimique peut être effectuée ensuite.

(2) Passivation électrochimique

Il peut être réalisé après la passivation chimique ou directement après l'argenture brillante. La couche d'argenture est utilisée comme cathode et l'acier inoxydable comme anode. Grâce à l'électrolyse, un film relativement dense en forme d'aiguille se forme à la surface de la couche d'argent, qui résiste mieux à la décoloration que le film de passivation chimique. Si la passivation chimique est combinée à l'électrolyse, l'effet est encore meilleur.

(3) Immersion Contact électrique Agent protecteur

Dissoudre l'agent protecteur dans un solvant organique et le laisser tremper pendant 1 à 2 minutes à une certaine température, ce qui a un effet protecteur sur la surface.

(4) Galvanisation des métaux précieux

Or électrodéposé, rhodium, palladium, alliage palladium-nickel (80% ), épaisseur de 0,1~0,2μm.

(5) Film protecteur organique

L'épaisseur est généralement supérieure à 5μm, et l'effet protecteur est meilleur. Les revêtements protecteurs transparents acryliques ou à base de silicone peuvent être immergés (pulvérisés) ou peinture cathodique électrophorétique acrylique. Les exigences relatives au film protecteur organique comprennent principalement une bonne densité de revêtement, une transparence élevée, une dureté de revêtement non inférieure à HV4 et une bonne adhérence au substrat.

5. Or et alliages d'or électrodéposés

La masse atomique relative de l'or est de 197, le potentiel d'électrode standard de l'or monovalent est de +1,68 V, l'équivalent électrochimique de l'or trivalent est de +1,5 V et l'équivalent électrochimique de Au⁺ est de 7,357g/(A.h) et l'équivalent électrochimique de Au³⁺ est de 2,44977g/(A.h).

L'or présente une très grande stabilité chimique et n'est pas corrodé par l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide fluorhydrique ou les alcalis. La conductivité électrique de l'or n'est surpassée que par celle de l'argent et du cuivre. La conductivité thermique de l'or est 70% de celle de l'argent, et l'or a une excellente ductilité. En raison de sa stabilité chimique, de sa conductivité et de sa bonne soudabilité, l'or est largement utilisé dans l'industrie de la décoration.

Le placage d'or décoratif est généralement utilisé pour les bijoux artisanaux, pour lesquels le placage doit avoir une bonne couleur, un bon éclat, une bonne résistance à l'usure et ne pas se décolorer. La pureté du placage peut être divisée en or pur et en or K, l'or pur ayant une teneur en or supérieure à 99,9% et les types d'or K couramment utilisés, notamment 22K, 18K et 14K. L'épaisseur du placage peut être divisée en or fin et or épais, l'or fin pouvant être plaqué directement sur des substrats tels que le nickel, le cuivre et le bronze, tandis que l'or épais nécessite d'abord une couche de base.

Le placage de l'or a commencé au début du 19e siècle, avec l'apparition de brevets pour des applications de placage de l'or à la fin des années 1840, basées sur des solutions de placage alcalines à base de cyanure. En raison de l'extrême toxicité du cyanure, tant au niveau national qu'international, des recherches continues ont été menées pour développer des solutions de placage d'or sans cyanure ou à faible teneur en cyanure, ce qui a conduit à l'émergence du placage d'or pur acide, du placage d'or dur acide, du placage d'or neutre et du placage d'or sans cyanure. Les solutions de placage d'or peuvent être divisées en quatre types : cyanure alcalin, acide à faible teneur en cyanure, neutre à faible teneur en cyanure et sans cyanure. Dans l'ensemble, les solutions de dorure à faible teneur en cyanure et sans cyanure présentent encore certaines lacunes en termes de stabilité et d'effets de dorure par rapport aux solutions de dorure à cyanure alcalin.

5.1 Placage de l'or au cyanure

(1) Placage d'or au cyanure alcalin

① Les principaux composants de la solution alcaline de cyanure pour l'orpaillage. La solution de placage d'or au cyanure alcalin a une bonne capacité de dispersion, est une solution de placage stable, est facile à utiliser et à entretenir, et peut facilement incorporer différents éléments d'alliage, tels que Cu, Ni, Co, Ag, Cd, etc. pour produire des alliages d'or de différentes teintes. Par exemple, l'ajout de nickel peut donner une couleur d'or légèrement blanche, l'ajout de Cu et de Cd produisant de l'or rose ; l'ajout d'Ag peut donner un placage d'or vert clair. En contrôlant la concentration des éléments d'alliage dans la solution de placage et les conditions de travail, il est possible d'obtenir presque n'importe quelle teinte de placage d'or. La porosité du placage d'or cyanuré est relativement élevée et sa résistance à l'usure et à la corrosion est faible. En raison de la forte teneur en cyanure du placage d'or, son utilisation a considérablement diminué ces dernières années ; toutefois, dans l'industrie de la bijouterie, le placage d'or au cyanure reste le type de placage le plus courant. Les principaux composants de la solution alcaline de placage d'or au cyanure sont les suivants.

Cyanure d'or potassique (contenant 68,3% d'or). C'est le principal sel de la solution de placage et la source d'or dans la couche de placage. La couche de placage apparaîtra rouge et rugueuse si la teneur en Au est trop faible. La qualité du cyanure d'or potassique est très importante et il convient d'être prudent lors de sa sélection et de son utilisation. Le cyanure d'or potassique doit être dissous dans de l'eau désionisée avant d'être ajouté à la solution de placage.
Cyanure de potassium (cyanure de sodium). Il s'agit d'un agent complexant qui peut stabiliser la solution de placage et permettre au processus d'électrodéposition de se dérouler normalement. Si la teneur est trop faible, la solution de placage devient instable, ce qui se traduit par un revêtement rugueux et une couleur médiocre.
Phosphate. Il s'agit d'un tampon qui stabilise la solution de placage et améliore la brillance du revêtement.
Carbonate. Il s'agit d'un sel conducteur qui peut améliorer la conductivité de la solution de placage et sa capacité de dispersion. Cependant, si le carbonate n'est pas ajouté lors de l'ouverture du réservoir et que la solution est alcaline, avec le temps, du CO₂ de l'air s'accumulent dans la solution de placage. Lorsque l'accumulation de carbonates est excessive, elle peut rendre le revêtement rugueux et produire des taches.
La composition des alliages Cu, Ni, Co, Ag et Cd est principalement ajoutée avec des sels de cyanure, et il y en a aussi qui sont ajoutés avec des sels d'EDTA. Leurs concentrations doivent être correctement contrôlées pour obtenir des revêtements d'alliages 14K, 16K, 18K et 23K de proportions différentes. En outre, les revêtements or-argent 16K et or-cuivre-cadmium 18K peuvent être utilisés comme couches intermédiaires dans les combinaisons de dorure épaisse et plaqués à l'épaisseur requise.

② Réaction des électrodes lors de la dorure au cyanure alcalin. Le sel principal de la solution de cyanuration de l'or est le cyanure d'or potassique KAu(CN).₂. L'ion complexe de cyanure Au(CN)₂^– se trouve dans la solution et se décharge à la cathode, générant ainsi une couche d'or.

Cathode : [Au(CN)₂]^– + e = Au + 2CN^–

Effet indésirable:2H⁺ + 2e = H₂

Anode :

Utilisation d'une anode d'argent soluble : Au + 2CN^– - e = [Au(CN)₂]^–

En cas d'utilisation d'anodes insolubles:2H₂O - 4e = 4H⁺ + O₂

Une partie du CN^– restant dans la solution est oxydé par l'oxygène de l'écosystème initial, et les produits possibles sont le CNO^–COO^–, CO₃^2-, NH₃(CN)₂qui s'accumulent dans la solution et deviennent des polluants.

(2) Procédé d'orpaillage au cyanure acide

La base d'une solution d'orpaillage acide à base de micro-cyanure est que les ions complexes de cyanure d'or ne se décomposent pas à un pH de 3,1. Le pH de la solution de dorure acide est de 3,5~5,5. Le placage d'or pur est brillant, uniforme, délicat et a une teinte jaune-rouge. L'ajout d'éléments d'alliage Co, Ni, Sb, Cu, Cd et autres à la solution de placage permet de produire des alliages d'or répondant aux exigences de l'industrie décorative en matière de teintes différentes, telles que les couches de placage d'or 22,5~23,5 de 1N14, 2N18, 3N.

Dans la production, la dorure acide est principalement divisée en deux types : la dorure fine et la dorure épaisse. L'or fin comprend le pré-dorage et l'or décoratif. Le pré-dorage exige une excellente adhérence au substrat et à la couche d'or, tandis que la solution de pré-dorage empêche la contamination de la solution de dorage épaisse. L'or décoratif peut être de l'or pur ou un alliage d'or, selon les exigences d'apparence. Les solutions de placage d'or épais comprennent les solutions de placage d'or ordinaires et à grande vitesse. La solution de placage peut être plaquée à l'épaisseur requise selon les besoins. Les principaux composants de la solution de placage d'or au cyanure acide sont les suivants :

Cyanure de potassium. En quantité suffisante, le sel principal peut produire un placage d'or brillant et finement cristallin. Une teneur insuffisante se traduit par une plage de densité de courant étroite, le placage apparaissant rouge, rugueux et présentant une porosité élevée.
Citrate. Il a des effets de complexation, d'association et de tamponnage. Si la concentration est trop élevée, l'efficacité du courant diminue et la solution a tendance à vieillir ; si la concentration est trop faible, la capacité de dispersion de la solution de placage est médiocre.
Phosphate. Un agent tampon qui peut stabiliser la solution de placage et améliorer la brillance du revêtement.
Le cobalt, le nickel, l'antimoine, le cuivre, le cadmium, l'argent, etc. sont des éléments d'alliage qui peuvent améliorer la dureté et l'aspect du revêtement, et leur concentration doit être strictement contrôlée.

5.2 Placage de l'or sans cyanure

Dans les années 1960, le placage de l'or sans cyanure était utilisé dans la production, avec des solutions de placage contenant des sulfites, des thiosulfates, des halogénures, de l'acide thé-succinique, etc., mais la plus largement utilisée était la solution de placage au sulfite avec [Au(SO₃)₂]^3- comme anion complexe.

Les caractéristiques de la solution de placage au sulfite sont les suivantes : la solution de placage a une bonne capacité de dispersion et de couverture, la couche de placage a un bon nivellement et une bonne ductilité (l'allongement peut atteindre 70%~90%), elle peut atteindre une brillance miroir, et la pureté de la couche de placage est élevée, avec une bonne aptitude au soudage. Taux de sédimentation rapide, peu de pores. Le revêtement adhère bien au nickel, au cuivre et à l'argent.

L'inconvénient de la solution de placage au sulfite est que sa stabilité n'est pas aussi bonne que celle de la solution de placage au cyanure, et que la résistance à l'usure de l'or dur est médiocre. À l'heure actuelle, ce procédé ne représente qu'une faible part de marché, mais il a du potentiel.

6. Placage électrolytique du rhodium

Le rhodiage est blanc argenté, a une surface très brillante, n'est pas affecté par les gaz corrosifs tels que le dioxyde de carbone et les sulfures dans l'atmosphère, et a une grande stabilité contre les acides et les bases, ce qui lui confère une forte résistance à la corrosion. La dureté du rhodiage est dix fois supérieure à celle de l'argenture, avec une bonne résistance à l'usure. La couche de rhodium décorative présente une teinte légèrement bleutée en blanc, un éclat brillant, une résistance à l'usure et une dureté élevée, ce qui en fait le revêtement décoratif de la plus haute qualité. En raison de la grande dureté et de la fragilité du rhodium, si le revêtement est trop épais, il peut facilement s'écailler. C'est pourquoi, pour les bijoux de mode en général, il est courant de plaquer d'abord de l'argent, du palladium ou du nickel comme couche de base avant de plaquer du rhodium.

La solution de placage de rhodium contient des sulfates, des phosphates ou des aminosulfonates, les sulfates les plus couramment utilisés. Cette solution de placage est facile à entretenir, a une efficacité de courant élevée et une vitesse de dépôt rapide, ce qui la rend adaptée au traitement des bijoux.

(1) Principaux composants de la solution de placage au sulfate de rhodium

Sulfate de rhodium. C'est le sel principal de la solution de placage, et lorsque la teneur en rhodium est appropriée, il peut produire un revêtement brillant finement cristallin. Si la teneur est trop élevée, le revêtement ne sera pas blanc et sera rugueux ; si la teneur est trop faible, le revêtement deviendra jaune et aura une faible luminosité. En général, la teneur en rhodium est contrôlée entre 1,6 et 2,2 g/L.

Acide sulfurique. Sa fonction principale est de maintenir la stabilité de la solution de placage et d'augmenter la conductivité, et une faible teneur en acide sulfurique affectera la brillance de la couche de placage.

(2) Réaction de l'électrode au placage de rhodium

Réaction anodique : 4OH - 4e = 2H₂O + O₂ ↑

Réaction cathodique : Rh²⁺ + 2e = Rh

Réaction cathodique latérale:2H⁺ + 2e = H₂ ↑

Section III Processus de placage chimique

Le placage chimique est une méthode qui utilise directement un agent réducteur pour réduire catalytiquement les ions métalliques sur la surface à plaquer, ce qui entraîne le dépôt d'un revêtement métallique. Contrairement à la galvanoplastie, le placage chimique ne nécessite pas de source d'énergie externe. L'histoire du placage chimique est longue ; en 1845, on pensait que des méthodes chimiques pouvaient être utilisées pour le dépôt, mais il n'y avait pas d'application pratique jusqu'aux années 1950, lorsqu'une solution de placage chimique de nickel a été développée avec succès et mise en pratique, ce qui a entraîné un grand nombre de recherches et de promotions. Jusqu'à présent, le placage chimique a atteint une grande échelle de production, les métaux déposés par placage chimique comprenant le Ni, le Co, le Pd, le Cu, l'Au, l'Ag, le Pt, le Sn, le Sb, le Bi et le Fe. Sur la base des six éléments métalliques Ni, Co, Pd, Cu, Au, Ag, divers revêtements d'alliage peuvent être formés avec les autres éléments métalliques mentionnés ci-dessus. Divers revêtements composites chimiques peuvent également se former lorsque la solution de placage contient des dispersions solides.

1. Caractéristiques du placage chimique

Par rapport à la galvanoplastie, le placage chimique présente les avantages suivants.

(1) Le dépôt chimique convient à divers matériaux de substrat, y compris les métaux, les semi-conducteurs et les matériaux non métalliques.

(2) L'épaisseur du placage chimique est uniforme et constante, quelle que soit la forme ou la complexité de la pièce ; pour autant que des mesures techniques appropriées soient prises, il est possible d'obtenir un revêtement uniforme sur la pièce.

(3) Le placage chimique autocatalytique permet d'obtenir des revêtements de n'importe quelle épaisseur et même un électroformage. Les revêtements obtenus par placage chimique ont d'excellentes propriétés chimiques, mécaniques et magnétiques (telles que des revêtements denses et une grande dureté).

Cependant, le placage chimique présente également certains inconvénients : premièrement, la durée de vie de la solution de placage chimique est relativement courte ; deuxièmement, la vitesse de placage est lente, et ce n'est qu'en dessous de la vitesse de placage critique que la qualité du revêtement peut être garantie.

2. Principe du placage chimique

Le placage chimique est un processus de dépôt de métal dans lequel les ions métalliques sont réduits sur la surface du métal par auto-catalyse grâce à des agents réducteurs appropriés dans la solution. Il s'agit d'une réaction chimique d'oxydoréduction impliquant un transfert d'électrons et un processus de dépôt chimique sans source d'énergie externe. Ce type de dépôt chimique peut être divisé en trois catégories.

(1) Placage de remplacement

Placer un métal ayant de fortes propriétés réductrices (le substrat, la pièce à revêtir) dans une solution d'un autre sel métallique ayant de fortes propriétés oxydantes. Le métal du substrat agit comme un puissant agent réducteur et les électrons qu'il donne sont acceptés par les ions métalliques de la solution, qui se déposent sur la surface du substrat pour former un revêtement. Ce processus est également appelé placage par immersion. Par exemple, le cuivre déplaçant l'argent, où la pièce de cuivre comme substrat déplace l'argent de la solution, et la couche d'argent déposée recouvre la surface du cuivre. La réaction de réduction s'arrête immédiatement lorsqu'elle est entièrement recouverte, ce qui donne un revêtement très fin. La réaction étant basée sur la corrosion du métal du substrat, la force d'adhérence du revêtement au substrat est relativement faible. Il n'existe pas beaucoup de systèmes adaptés au procédé de placage par immersion en termes de substrat et de solution de placage, de sorte que l'application de ce procédé est limitée.

(2) Placage des contacts

Lorsque le métal à dorer entre en contact avec un autre métal auxiliaire, il est immergé dans une solution de sels métalliques, et le potentiel du métal auxiliaire doit être inférieur à celui du métal déposé. Une fois que la pièce métallique et le métal auxiliaire sont immergés dans la solution, ils forment une batterie primaire, le métal auxiliaire étant l'anode en raison de sa forte activité, dissolvant et libérant des électrons. En revanche, la pièce métallique est la cathode, où les ions métalliques de la solution sont réduits et déposés sous forme de couche métallique sur la pièce. Cette méthode n'a pas beaucoup d'importance dans la pratique, mais elle peut être utilisée pour initier un placage chimique sur des substrats non catalytiques.

(3) Méthode de réduction

Tout d'abord, la solution de placage chimique contient des ions métalliques pour le revêtement, puis des électrons fournis par un agent réducteur approprié sont ajoutés pour réduire les ions métalliques et déposer un revêtement métallique. Cette réaction de placage chimique doit être bien contrôlée en termes de vitesse, faute de quoi le dépôt dans l'ensemble de la solution n'a plus de sens. La méthode de réduction consiste à déposer un revêtement métallique sur une surface active dotée d'une capacité catalytique. En raison de la capacité autocatalytique de la couche déposée pendant le processus de placage, cette technique peut déposer en continu pour former un revêtement d'une certaine épaisseur qui a une valeur pratique, ce qui est la véritable signification du processus de "placage chimique". La méthode de dépôt de métal à l'aide d'un agent réducteur sur une surface active autocatalytique est le seul procédé de dépôt par voie humide qui peut remplacer la galvanoplastie.

3. Placage chimique de l'or

L'électrodéposition chimique de l'or peut être divisée en deux types : le type de réduction et le type de déplacement, selon qu'un agent réducteur est ou non utilisé dans la solution d'électrodéposition. La solution de dorure chimique de type réducteur comprend un sel d'or, un agent complexant, un agent réducteur, un tampon pH et d'autres additifs. Sa réaction utilise l'agent réducteur pour réduire l'or, qui est ensuite déposé uniformément sur le substrat afin d'obtenir l'épaisseur souhaitée. En général, il est possible de déposer une couche d'or plus épaisse, d'une épaisseur d'environ 1μm. La dorure chimique par déplacement s'effectue sans agent réducteur externe. En raison de la différence de potentiel entre les métaux, un métal plus actif peut déplacer un métal moins actif de la solution par une réaction de déplacement. Par exemple, lors de la dorure par déplacement sur un substrat de nickel, la différence de potentiel entre l'or et le nickel permet à ce dernier de déplacer l'or de la solution de placage vers la surface de la couche de nickel. Le potentiel standard de l'or est de 1,68 V, tandis que le potentiel standard du nickel n'est que de -0,25 V, ce qui indique une différence de potentiel importante. Lorsque le substrat de nickel est immergé dans la solution de placage d'or par déplacement, une réaction de déplacement se produit et une couche d'or remplace rapidement la surface de nickel. Cependant, les atomes d'or ont un plus grand volume, ce qui entraîne un arrangement relativement lâche sur la surface du nickel avec de nombreux pores. Par conséquent, lors du processus ultérieur d'immersion dans l'or, à mesure que le temps s'écoule, les ions d'or dans la solution de placage continuent à subir des réactions de déplacement avec les atomes de nickel à travers les pores à la surface de la couche d'or.

(1) Composition et conditions de traitement de la solution de dorure chimique

La solution chimique de dorure contient des composés d'ions d'or (c'est-à-dire des sels d'or), des agents complexants, des tampons de pH, des agents réducteurs, des stabilisateurs et d'autres composants principaux.

① Sels d'or et agents complexants. Les composés d'ions d'or appropriés comprennent les sels d'or cyanurés KAu(CN)₂, KAu(CN)₄Les composés d'or solubles dans l'eau HAuCl₄, KAuCl₄, NH₄AuCl₄, Na₃Au(SO₃)₂, Na₃Au(S₂O₃)₂et les composés de l'or Au(OH)₃ avec une solubilité plus faible. Ils peuvent être utilisés seuls ou en combinaison. La concentration en ions d'or est généralement de 0,001~0,1mol/L. Si la concentration en ions d'or est inférieure à 0,001mol/L, il est impossible d'obtenir des taux de dépôt d'or pratiques ; si la concentration en ions d'or est supérieure à 0,1mol/L, des précipités d'or sont susceptibles de se former et les composés d'or ne peuvent pas jouer pleinement leur rôle dans le placage chimique, ce qui entraîne un gaspillage d'or, ce qui est défavorable sur le plan économique. L'ajout d'agents complexants à la solution de placage vise à former des complexes avec les composants métalliques de la solution tout en agissant comme un tampon pour supprimer les changements de pH de la solution de placage. Les agents complexants disponibles comprennent l'EDTA-2Na, le K₂SO₃, Na₂SO₃, K₂S₂O₃ et autres.

② Agents réducteurs et additifs. Les principaux agents réducteurs actuellement utilisés dans la recherche sont, entre autres, le borane de diméthylamine (DMAB), l'hypophosphite de sodium, l'hydrazine, les borohydrides, le borane d'hydrazine, la thiourée, l'ascorbate de sodium et le trichlorure de titane.

③ Conditions du processus. La valeur du pH de la solution de placage est généralement comprise entre 5 et 9, avec une plage optimale de 6 à 8. Une valeur de pH plus faible améliore l'adhérence de la couche de placage d'or, mais des valeurs de pH excessivement basses peuvent facilement produire des gaz nocifs et de la corrosion. Un pH élevé rend la solution de placage fortement alcaline, ce qui peut dissoudre le revêtement à la surface de l'article plaqué. En fonction du type et de la concentration des composés d'ions d'or et des agents complexants, il convient de choisir des solutions alcalines NaOH, KOH, NH₄OH ou solutions d'acides inorganiques H₂SO₄, H₃PO₄, H₃BO₃ pour ajuster la valeur du pH de la solution de placage. La température de placage est généralement de 50~90℃, la meilleure étant de 60~85℃. Une température de fonctionnement plus basse est particulièrement adaptée aux articles qui ne sont pas résistants à la chaleur, et elle permet également d'économiser de l'énergie et d'assurer un fonctionnement sûr.

(2) Placage d'or chimique sans cyanure

Mise au point d'un traitement chimique de l'or sans cyanure, qui remplace le CN^– dans la solution de dorure avec des alternatives non cyanurées, est une orientation importante de la dorure chimique. Elle représente une avancée significative par rapport à la dorure au cyanure et a fait l'objet d'un développement considérable au niveau national et international ces dernières années. Les solutions actuelles de dorure sans cyanure comprennent principalement la dorure au sulfite, la dorure au thiosulfate, la dorure aux halogénures et la dorure au thiocyanate, parmi lesquelles la dorure au sulfite présente une meilleure valeur pratique. Les paragraphes suivants présentent principalement le système de traitement de l'or au sulfite.

Système de sulfite : En 1842, le sel d'or sulfité a été utilisé pour la première fois comme source d'or pour la galvanoplastie de l'or sans cyanure ; il a ensuite été utilisé dans des solutions chimiques de placage de l'or, appelées solutions de placage de l'or sulfité. Les agents réducteurs utilisés dans cette solution de placage d'or comprennent notamment l'hypophosphite de sodium, le formaldéhyde, l'hydrazine, les borohydrides, le DMAB, l'ascorbate de sodium, la thiourée et ses dérivés, et les composés phénylés. Pour obtenir une solution de placage d'or pratique sans cyanure, une petite quantité de stabilisateurs doit être ajoutée à la solution de placage, comme l'EDTA, la triéthanolamine, le NTA, le benzotriazole, le 2-mercaptobenzothiazole, etc. Ces additifs peuvent former des agents chélateurs complexes avec les ions d'or monovalents dans le sel d'or sulfité, améliorant ainsi la stabilité de la solution de placage.

4. Nickelage chimique

La couche de nickel chimique est indépendante de l'épaisseur du revêtement et de la forme de la pièce. Elle présente une dureté élevée, une bonne résistance à l'usure, un pouvoir lubrifiant naturel et une excellente résistance à la corrosion, ce qui explique qu'elle soit connue sous le nom de "revêtement du concepteur". Les concepteurs peuvent trouver des options appropriées dans le système de revêtement en fonction des propriétés requises pour les pièces.

Composition et conditions de traitement de la solution de nickelage chimique

La solution de nickelage chimique est cruciale pour la stabilité du processus de placage chimique et la qualité du revêtement. Depuis le développement du placage chimique, de nombreux types de solutions de placage ont été mis au point. Parmi elles, la solution la plus couramment utilisée combine le sulfate de nickel comme sel principal et l'hypophosphite de sodium comme agent réducteur, ainsi que des composants supplémentaires appropriés pour ajuster la stabilité, la complexation et d'autres propriétés.

(1) Sels de nickel. Il en existe principalement deux types : le sulfate de nickel et le chlorure de nickel. Au cours du processus de placage, si la concentration des sels de nickel est trop faible, la vitesse de réaction est lente, ce qui rend difficile la formation d'une couche de placage. Si la concentration est trop élevée, certains ions de nickel sont libres dans la solution de placage, ce qui réduit la stabilité de la solution et peut facilement entraîner une couche de placage grossière, voire la décomposition de la solution de placage. Par conséquent, il est essentiel de maintenir une teneur appropriée en sels de nickel dans la solution de placage et d'analyser avec précision et de compléter de manière appropriée la teneur en sels de nickel au cours du processus.

(2) Agent réducteur. L'agent réducteur courant est l'hypophosphite de sodium. Le rôle de l'agent réducteur est de catalyser la déshydrogénation pour fournir des atomes d'hydrogène primaires vifs afin de réduire les ions de nickel en nickel métallique. La teneur en agent réducteur a un impact significatif sur la vitesse de dépôt ; l'augmentation de la concentration de l'agent réducteur peut accélérer la vitesse de dépôt, mais la concentration de l'agent réducteur ne doit pas être trop élevée. Sinon, la solution de placage a tendance à s'autodécomposer, ce qui détruit la stabilité de la solution de placage, et la vitesse de dépôt atteindra également une valeur limite.

(3) Agents complexants. Les agents complexants couramment utilisés sont l'acide glycolique, l'acide malique, l'acide tartrique, l'acide citrique et l'acide lactique. L'ajout d'agents complexants permet de contrôler la vitesse de dépôt des ions nickel. L'ajout d'agents complexants doit tenir compte de la capacité à complexer tous les ions nickel et de la vitesse de dépôt de la solution de placage afin de maintenir un rapport approprié entre les composants. Les agents complexants peuvent réduire la concentration d'ions libres et le potentiel d'équilibre dans la solution tout en s'adsorbant sur la surface des pièces plaquées, en améliorant l'activité de la surface des pièces plaquées et en accélérant la libération des ions hydrogène de l'hypophosphite. L'utilisation d'agents complexants composites peut améliorer efficacement la stabilité de la solution de placage et la vitesse de dépôt et rendre la surface du revêtement brillante et dense.

(4) Ajusteurs de pH et tampons. La valeur du pH de la solution de revêtement a un impact significatif sur la vitesse de dépôt, l'utilisation de l'agent réducteur et la performance du revêtement. Le H+ étant un sous-produit de la réaction de réduction, la valeur du pH de la solution de placage diminuera au fur et à mesure de la réaction. C'est pourquoi il est essentiel d'ajuster et de contrôler la valeur du pH pendant le dépôt chimique. Les ajusteurs de la valeur du pH sont généralement NaOH, KOH ou des composés alcalins tels que les carbonates, l'ammoniaque, etc. S'il est nécessaire d'abaisser la valeur du pH, il faut ajouter des acides inorganiques ou organiques. L'ajout de tampons permet d'éviter l'instabilité de la vitesse de dépôt causée par des changements radicaux de la valeur du pH au cours de la réaction de dépôt. Les anions du tampon se combinent pour former des molécules d'acide faible avec une très faible ionisation, contrôlant ainsi les changements drastiques de la valeur du pH de la solution de dépôt.

(5) Stabilisateurs. Au cours du processus de placage, des noyaux cristallins actifs se forment inévitablement dans la solution de placage pour diverses raisons, entraînant la décomposition et la défaillance de la solution. En ajoutant des stabilisants, ces noyaux cristallins actifs peuvent être empoisonnés, perdre leur effet autocatalytique et empêcher ainsi la décomposition de la solution de placage. Les stabilisants sont devenus un secret technique dans le processus de nickelage chimique. Les stabilisateurs courants comprennent les ions de plomb, les sulfures d'étain, etc.

(6) Promoteurs. L'ajout d'agents complexants à la solution de nickelage chimique entraîne généralement une diminution de la vitesse de dépôt. S'ils sont ajoutés en excès, la vitesse de dépôt peut devenir très lente, voire inutilisable. De petites quantités d'acides organiques sont souvent ajoutées à la solution de placage pour augmenter la vitesse de dépôt, et ces acides organiques sont appelés promoteurs.

(7) Température. La température est le paramètre le plus important affectant la vitesse de dépôt du nickelage chimique. La réaction catalytique du nickelage chimique ne peut généralement être réalisée que dans des conditions de chauffage, et de nombreuses étapes individuelles de réaction du nickelage chimique ne présentent un taux de dépôt significatif qu'au-dessus de 50℃. La température de fonctionnement de la solution de placage acide pour l'alliage nickel-phosphore chimique est généralement autour de 85~95℃, tandis que les solutions de placage chimique alcalines générales peuvent déposer dans une gamme de température modérée. Lorsque la température augmente, la vitesse de dépôt s'accélère. Cependant, l'augmentation de la température de la solution de placage accélère l'augmentation de l'hypophosphite, ce qui rend la solution de placage instable. Pendant l'opération, la solution de placage doit être agitée régulièrement et il faut veiller à éviter toute surchauffe locale de la solution de placage, en maintenant une température de travail stable pour éviter une autodécomposition sévère de la solution de placage et des conséquences néfastes telles que la délamination du revêtement.

(8) Valeur du pH. Avec l'augmentation de la valeur du pH de la solution de placage, la vitesse de dépôt s'accélère et la solubilité du phosphite diminue, ce qui peut facilement conduire à l'autodécomposition de la solution de placage. Supposons que la valeur du pH de la solution de placage soit trop élevée. Dans ce cas, la réaction d'oxydation de l'hypophosphite en phosphite s'accélère et la réaction catalytique se transforme en réaction spontanée, ce qui entraîne une dégradation rapide de la solution de placage. Lorsque la valeur du pH augmente, la teneur en phosphore du revêtement diminue. Lorsque la valeur du pH est trop faible, la réaction ne peut pas avoir lieu, comme dans les solutions de placage acides, lorsque la valeur du pH est de 3, il n'est pas facile de déposer un revêtement d'alliage nickel-phosphore.

(9) L'effet de l'agitation. Le processus de diffusion influence le processus de nickelage chimique, et l'agitation de la solution de nickelage chimique permet d'augmenter le taux de transfert des réactifs vers la surface de la pièce tout en facilitant l'élimination des produits de réaction. Essentiellement, l'agitation modifie la composition chimique et la valeur du pH dans la couche de diffusion à l'interface pièce/solution. Les méthodes d'agitation comprennent l'agitation mécanique, l'agitation magnétique, la dispersion par ultrasons et les méthodes de dispersion chimique. En outre, lorsque le nickelage chimique est effectué dans des conditions de chauffage, la grande quantité de gaz d'hydrogène libérée peut créer un effet "d'auto-agitation". Parmi ces méthodes, l'agitation mécanique est simple et facile à mettre en œuvre, utilisant généralement des forces de cisaillement et d'impact externes pour disperser complètement les particules dans le milieu ; cependant, elle ne permet pas de remuer efficacement l'ensemble de la solution de placage, en particulier au fond du bécher. L'agitation magnétique utilise un rotor magnétique pour générer une agitation par rotation dans la solution d'électrodéposition. Il est très efficace pour remuer la solution au fond, ce qui le rend bénéfique pour les solutions de placage composites contenant des particules qui se déposent. Cependant, les agitateurs magnétiques ne chauffent généralement que le fond de la cuve de métallisation, et cette méthode de chauffage peut facilement provoquer une surchauffe locale de la solution de fond, ce qui peut nuire à la stabilité de la solution de métallisation et à la performance du revêtement. La dispersion par ultrasons a été largement reconnue et efficace ces dernières années, en utilisant l'énergie élevée des ultrasons et l'effet de cavitation pour écraser les microparticules agrégées en vue de leur dispersion. Cependant, en raison de l'immense énergie des ultrasons, cette dispersion doit être appliquée par intermittence pendant le placage. De meilleurs résultats peuvent être obtenus s'ils sont complétés par une certaine intensité d'agitation mécanique.

5. Placage chimique du cuivre

La technologie du cuivrage chimique est principalement appliquée aux surfaces non métalliques telles que les plastiques et le bois dans les articles décoratifs. Qu'il s'agisse d'une galvanoplastie décorative ou fonctionnelle, la plupart des produits nécessitent un cuivrage chimique pour garantir une bonne couche de base conductrice et obtenir un bon revêtement. Comparé à d'autres méthodes de métallisation des surfaces plastiques, le cuivrage chimique est la méthode la plus économique et la plus simple.

(1) Méthodes courantes de placage chimique du cuivre

La solution chimique de cuivrage se compose principalement de sels de cuivre, d'agents réducteurs, d'agents complexants, de stabilisateurs, d'agents d'ajustement et d'autres composants. Actuellement, la solution chimique de placage de cuivre largement utilisée utilise le sulfate de cuivre comme sel principal et le formaldéhyde comme agent réducteur, et se compose principalement de deux parties : l'une est une solution contenant du sulfate de cuivre, du tartrate de sodium et de potassium, de l'hydroxyde de sodium, du carbonate de sodium et du chlorure de nickel ; l'autre est une solution contenant l'agent réducteur qu'est le formaldéhyde. Ces deux solutions doivent être préparées séparément à l'avance, puis mélangées pour être utilisées. Dans les solutions alcalines, le formaldéhyde existe principalement sous forme de méthylène glycol et de ses anions. Au cours du processus de cuivrage chimique, le formaldéhyde subit rapidement une réaction de disproportionnement, produisant ses produits d'oxydoréduction et entraînant un vieillissement prématuré de la solution de placage. Comme il n'existe pas d'agents de coordination dans la solution de placage, seule une petite quantité de ces oxydes peut être dissoute, tandis que la plupart continuent à s'accumuler. La formule et les conditions de travail d'une solution de placage typique sont les suivantes : 5g/L de sulfate de cuivre, 25g/L de tartrate de sodium et de potassium, 7g/L d'hydroxyde de sodium, 10ml/L de formaldéhyde et 20~30 secondes.

(2) Placage chimique de cuivre sur des surfaces non métalliques

Avec l'élargissement du champ d'application du placage chimique du cuivre, la technologie du placage chimique du cuivre sur des surfaces non métalliques a également évolué progressivement. Par exemple, la production sans masque de fils d'interconnexion en cuivre sur des substrats en céramique a été réalisée en combinant la technologie de microgravure au laser et le placage chimique. Sur cette base, une méthode de placage chimique du cuivre a été établie et mise en œuvre sur les surfaces de matériaux non métalliques tels que les céramiques, sans nécessiter d'activation catalytique. Cette méthode simplifie le processus de placage chimique du cuivre, offre de bonnes performances de revêtement, une solution de placage stable et une vitesse de placage rapide ; elle permet également d'économiser les métaux précieux et de réduire les coûts de production. La métallisation chimique est l'une des principales méthodes de métallisation des surfaces plastiques.

Une fois le plastique métallisé, il peut être traité par placage chimique ou électrolytique pour obtenir des produits en plastique résistants à l'usure, à la chaleur, à la stabilité thermique et dotés de fonctions spéciales.

Le cuivrage chimique est également appliqué au traitement de surface des matériaux en bois, et les matériaux traités ont de meilleures propriétés décoratives et de résistance à la corrosion, ce qui peut augmenter la valeur ajoutée des produits. Ces dernières années, le Japon a fait des progrès dans la recherche sur les procédés de cuivrage et de dorure du bois. Les objets traités sont principalement des bois provenant d'essences couramment utilisées, comme le cèdre japonais, et les matériaux d'essai comprennent des copeaux de bois et de petits bois carrés. Le processus de traitement comprend d'abord le traitement ultrasonique des matériaux d'essai dans des solutions d'immersion aqueuses et organiques, le dégraissage et l'élimination des composants qui entravent le film de placage, puis le scellement des canaux de résine avec une solution de polyéthylène glycol toluène, la fixation du catalyseur et enfin le placage chimique, qui nécessite plusieurs étapes de séchage.

Malgré le développement significatif du processus de cuivrage chimique, les aspects suivants doivent encore être améliorés : la relation entre la stabilité du cuivrage chimique et la vitesse de cuivrage ; l'étude cinétique du cuivrage chimique dans des systèmes multicomplexes ; l'impact des additifs sur les performances du revêtement ; la relation entre la microstructure du revêtement et la morphologie de la surface du substrat ; les alternatives au formaldéhyde, etc.

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6. Placage chimique Exemple : Dépôt électrolytique de nervures de feuilles

La galvanoplastie des nervures de la feuille, également connue sous le nom de galvanoplastie de décoration de la feuille, sélectionne d'abord des feuilles artistiques, dures et à nervures denses. Après avoir enlevé la chlorophylle pour exposer les nervures des feuilles, celles-ci sont soumises à une métallisation de surface et à un traitement de galvanoplastie.

Ces feuilles ont été façonnées et traitées pour conserver leur aspect original et réaliste et reflètent l'élégance et le luxe après la galvanoplastie (figure 11-8).

Les principaux procédés de galvanoplastie décorative de la veine de la feuille sont divisés en trois parties : le traitement de la veine de la feuille, la métallisation de surface (placage chimique) et la galvanoplastie décorative.

(1) Traitement des veines de la feuille

Placer les feuilles fraîchement cueillies dans une solution aqueuse alcaline pour les faire tremper afin d'éliminer la chlorophylle, ce qui permet à la surface de présenter un motif de nervures naturelles relativement intact. La solution de trempage est préparée avec de l'hydroxyde de sodium. Après plusieurs jours de trempage, la chlorophylle peut être éliminée, mais cette méthode prend beaucoup de temps et le degré de corrosion est difficile à contrôler. L'ajout d'un peu de carbonate de sodium à la solution d'hydroxyde de sodium et le chauffage jusqu'à ébullition permettent d'éliminer rapidement la chlorophylle, les feuilles passant du vert au jaune-vert idéal. Après avoir lavé les feuilles bouillies, s'il reste des traces de chlorophylle sur les nervures, une brosse douce doit frotter délicatement le long des nervures, en veillant à ce que celles-ci restent intactes en tant que norme.

(2) Métallisation de surface

La métallisation de surface est une méthode de traitement qui rend la surface des matériaux non métalliques généraux conductrice, préparant ainsi l'étape suivante de l'électrodéposition, qui peut être réalisée par la sensibilisation, l'activation, la réduction et le placage chimique. Le nickelage chimique rend la surface des nervures de la feuille conductrice. La formule de base et les conditions de traitement sont les suivantes : 26~28g/L de sulfate de nickel, 35g/L d'hypophosphite de sodium, 20g/L d'acide citrique et d'autres quantités appropriées. Les conditions de fonctionnement sont un pH de 4,6~4,8 et une température de 90℃.

(3) Galvanisation décorative

Après le placage en cuivre brillant, la production à moyen terme peut être réalisée : utiliser le soudage par points pour configurer les pièces suspendues, telles que les goupilles de positionnement, les crochets et d'autres éléments de suspension. Le matériau utilisé pour les pièces suspendues est généralement un fil de cuivre fin de couleur violette. Avant de procéder au soudage par points, trempez le fil de cuivre fin dans une solution acide pendant une courte période (moins de 30 secondes), puis recouvrez-le de soudure pour le soudage par points.

(4) Nickel électrolytique brillant

Le procédé de nickelage, qui est principalement utilisé pour empêcher la pénétration du cuivre et de l'or, se réfère au précédent.

(5) Or électrodéposé

Enfin, une épaisse couche d'or est appliquée sur la surface.

Section IV Conversion chimique et électrochimique Procédé de fabrication de films pour bijoux populaires

La technologie des films de conversion chimique et électrochimique est une technique qui utilise des moyens chimiques ou électrochimiques pour mettre le métal en contact avec une solution de traitement chimique spécifique, formant ainsi une couche sur la surface du métal qui a une bonne adhérence et peut protéger le métal de base des effets de l'eau et d'autres milieux corrosifs, peut améliorer l'adhérence et la résistance au vieillissement des revêtements organiques, ou peut conférer des propriétés décoratives à la surface.

Dans l'industrie de la bijouterie, la technologie des films de conversion chimique et électrochimique a été largement appliquée, formant des films colorés ou des films d'interférence par conversion de surface, créant diverses couleurs décoratives et effets de coloration de surface, améliorant l'apparence des matériaux et renforçant la résistance à la corrosion. Il s'agit notamment de traitements de coloration de surface pour les bijoux en cuivre, en acier inoxydable, en titane, en aluminium et en argent.

1. Procédé de coloration chimique des ornements en cuivre et en alliage de cuivre

La coloration des alliages de cuivre s'applique principalement aux bijoux artisanaux. La plupart des composés du cuivre ont des couleurs intenses, et les couleurs décoratives à la surface du cuivre et de ses alliages couvrent presque tout le spectre des couleurs grâce à la coloration chimique. Actuellement, les couleurs acceptées par le marché et pouvant être produites à l'échelle industrielle sont principalement le vert (carbonate de cuivre), le noir (sulfure de cuivre), le bleu (complexe alcalin de cuivre et d'ammoniaque), le noir (oxyde de cuivre) et le rouge (oxyde cuivreux).

(1) Mécanisme de réaction chimique de la coloration de surface

La coloration de la surface du cuivre et de ses alliages est l'interaction du cuivre métallique avec la solution colorante, formant une couche d'oxyde, une couche de sulfure et d'autres films composés sur la surface du métal. Différents effets de coloration peuvent être obtenus en sélectionnant différentes formules et conditions de coloration. Par exemple, les solutions à base de soufre qui peuvent être utilisées comprennent les sulfures (tels que le sulfure de potassium, le sulfure d'ammonium, etc.), le thiosulfate de sodium, les polysulfures (tels que le persulfate de potassium), etc. Le principe de coloration est basé sur la réaction caractéristique du soufre avec le cuivre pour produire du sulfure de cuivre, et sous différentes conditions de réaction et la participation d'autres composants dans la formule, des couleurs telles que le noir, le brun, le cuivre antique foncé, le bleu et le violet peuvent être formées. L'interaction du cuivre avec l'ammoniac et le chrome, ainsi que la participation d'autres ions dans la formule, peuvent également produire divers effets de coloration dans différentes conditions de réaction. L'ajout d'oxydants dans la formule de coloration peut favoriser la réaction, mais un excès d'oxydants peut affecter la qualité du film d'oxyde.

(2) Procédé de coloration chimique du cuivre

La couleur est cuivre antique. Plongez du cuivre pur ou des ornements cuivrés (l'épaisseur du cuivrage doit être supérieure à 5μm) dans la solution colorante ci-dessous et agitez continuellement. Elle deviendra rapidement brune et s'approfondira avec le temps. Lorsqu'il atteint une certaine épaisseur, l'oxygène commence à précipiter ; à ce stade, il convient de l'enlever, de le nettoyer et de le sécher pour le polissage, ou bien la pièce colorée peut être frottée avec des chutes de cuir dans un tambour. La couche superficielle de la partie convexe est meulée pour révéler une partie de la couleur originale du cuivre. Les pièces présentent un dégradé de couleur allant du clair au foncé, de la surface convexe à la surface concave, créant ainsi un style antique élégant. Ce ton de couleur antique est très prisé pour les ornements artisanaux sur le marché international. Le procédé typique pour obtenir une couleur cuivre antique est 40~120g/L de carbonate de cuivre basique, 200ml/L d'ammoniaque, réagissant à température ambiante pendant 5~15 minutes.

Cuivre colorant le bleu. Schéma du processus optionnel de coloration bleue du cuivre : 130g/L de sulfate de cuivre, 13g/L de chlorure d'ammonium, 30ml/L d'ammoniaque et 10ml/L d'acide acétique réagissent pendant plusieurs minutes à température ambiante.

Cuivre colorant le vert. Les schémas de processus verts de coloration du cuivre optionnels : 32g/L de chlorure de calcium, 32g/L de nitrate de cuivre, 32g/L de chlorure d'ammonium, réagir pendant quelques minutes sous 100℃.

Cuivre colorant le vert antique. Cuivre optionnel colorant ancien vert processus spécifications : 5~10g/L brocart d'acide sulfurique, 10~15g/L sulfate d'ammonium, 25~30g/L thiosulfate de sodium, eau 200 ml, réagir pendant plusieurs minutes sous 30~50℃.

Cuivre colorant le brun. Spécifications du processus de coloration brune du cuivre en option : 6g/L sulfate de cuivre, 4g/L acétate de cuivre, 1g/L alun, réagir pendant 10 minutes sous 95~100℃.

Coloration cuivre jaune d'or. Schéma du processus de coloration optionnelle du cuivre en jaune doré : 0,8g/L de sulfure de potassium, 1g/L de sulfure d'ammonium, 0,3g/L de sulfure de baryum, 4g/L de sulfure de sodium, 0,13g/L de permanganate de potassium et 0,7g/L de peroxyde d'hydrogène réagissent pendant plusieurs minutes à la température ambiante.

Cuivre colorant le rouge. Schéma de traitement du rouge de cuivre optionnel : 25g/L sulfate de cuivre, 200g/L chlorure de sodium, réagir pendant 5~10 minutes sous 50℃.

Cuivre colorant le noir. Schémas de processus de noircissement du cuivre en option : 5~12,5g/L de sulfure de potassium et 20~200g/L de chlorure d'ammonium, qui réagissent pendant plusieurs minutes à température ambiante.

(3) Procédé de coloration chimique des alliages de cuivre

La coloration du laiton est relativement simple, les alliages de cuivre étant suivis par le bronze, l'aluminium et le bronze à bandes. La coloration chimique des alliages de cuivre est largement utilisée en bijouterie artisanale.

Alliage de cuivre coloré en rouge. Option alliage de cuivre rouge schémas de processus : 2g/L nitrate de fer, 2g/L sulfite de sodium, réagir pendant quelques minutes sous 75℃.

Alliage de cuivre colorant orange. Les schémas de processus d'orange d'alliage de cuivre optionnels : 25g/L d'hydroxyde de sodium et 50g/L de carbonate de cuivre, qui réagissent pendant quelques minutes sous 60~75℃.

Alliage de cuivre de couleur brune. Schéma de traitement optionnel pour un alliage de cuivre brun : 12,5g/L de sulfure de baryum, réagissant pendant plusieurs minutes sous 50℃.

Alliage de cuivre colorant le chocolat. Processus optionnel pour alliage de cuivre avec couleur chocolat : 25g/L sulfate de cuivre, 25g/L sulfate de nickel ammonium, 25g/L chlorate de potassium, réagir pendant quelques minutes sous 100℃.

Alliage de cuivre colorant l'ancien vert. Procédés facultatifs pour obtenir la couleur vert antique de l'alliage de cuivre : 350g/L chlorure d'ammonium, 200g/L acétate de cuivre, réagir pendant quelques minutes sous 100℃.

Alliages de cuivre colorant en bleu. Procédés facultatifs pour les alliages cuivreux bleus : 2g/L de sulfite de sodium, 1g/L d'acétate de plomb, réagir pendant quelques minutes sous 100℃.

Alliage de cuivre coloré en noir. Schéma de processus optionnel pour le noircissement de l'alliage de cuivre : 25g/L sulfate de cuivre, une petite quantité d'ammoniaque, réagit pendant quelques minutes sous 80~90℃.

(4) Facteurs influençant les effets de coloration

La coloration chimique des bijoux en cuivre et en alliage de cuivre est parfois instable, et les principaux facteurs affectant l'effet de coloration sont les trois suivants.

① L'influence de la composition du substrat. D'une manière générale, les substrats à forte teneur en cuivre ont plus de chances d'avoir un aspect pur et attrayant. Lorsque la teneur en cuivre diminue, la présence d'autres éléments d'alliage, plus réactifs que le cuivre, affecte la pureté des produits de corrosion et la couleur du revêtement de cuivre. Par exemple, les produits de corrosion du zinc, de l'étain, de l'aluminium, etc., mélangent des hydroxydes blancs à la couche de film, ce qui donne un aspect blanc à la couche de film. Dans ce cas, la teneur en stabilisants peut être augmentée de manière appropriée. Lorsqu'une phase β est présente dans la structure métallographique du matériau, en raison de sa faible résistance à la corrosion, de graves piqûres se produisent, entraînant une forte accumulation d'hydroxyde de zinc au niveau des ouvertures des piqûres, ce qui provoque des taches blanches évidentes et rend le matériau inutilisable. À ce stade, la réduction de la teneur en stabilisants peut donner de bons résultats.

② L'impact de l'état de surface de la pièce. Pour les pièces embouties ou étirées en profondeur, dans les zones de déformation sévère, l'énergie mécanique 80% est stockée sous forme de défauts cristallins tels que les dislocations et les vides, qui ont une réactivité chimique élevée, ce qui entraîne des différences de couleur localisées. Le recuit de détente peut être utilisé pour éliminer ces problèmes. En outre, l'uniformité de la rugosité de la surface des pièces a également un certain impact sur l'uniformité de la couleur.

③ L'impact des conditions climatiques particulières. La coloration des bijoux en alliage de cuivre après l'application de la solution colorante peut être instable en raison des changements climatiques pendant la réaction de développement de la couleur dans l'air. Le temps de réaction peut être insuffisant ou excessif pour des climats particuliers, ce qui nécessite un contrôle approprié du temps de coloration.

2. Le processus de coloration de l'argent et de ses alliages pour la bijouterie

Le traitement de coloration de l'argent et de ses alliages est principalement utilisé pour les bijoux artisanaux décoratifs, en formant des sulfures à sa surface, qui peuvent créer des nuances de noir, bleu-noir, gris clair, gris-vert foncé, gris-vert, argent ancien, jaune-brun, vert-bleu, etc.

(1) Coloration argentée Ancienne couleur argentée

Alliage d'argent sélectionnable Schéma du processus de coloration de l'argent antique : 25g/L de sulfure de potassium, 38g/L de chlorure d'ammonium et 2g/L de sulfure de baryum réagissent à température ambiante jusqu'à ce que la tonalité souhaitée soit atteinte.

(2) Argent Coloration Noir

Alliage d'argent sélectionnable avec schéma de procédé noir : 15g/L de sulfure de potassium, 40g/L de chlorure d'ammonium, et une petite quantité d'eau ammoniaquée réagissent sous 80℃ jusqu'à ce que le ton désiré soit atteint.

(3) Coloration de l'argent Bleu-Noir

Alliage d'argent sélectionnable avec bleu-noir schéma de processus : 2g/L sulfure de potassium, 6g/L chlorure d'ammonium, réagissant sous 60~80℃ jusqu'à ce que la teinte désirée est atteinte.

(4) Argent colorant Bleu et Jaune

Alliage d'argent sélectionnable avec schéma de procédé bleu-jaune : 1,5g/L de sulfure de potassium, réagissant sous 80℃ jusqu'à l'obtention de la teinte désirée.

(5) Argent Coloriage Vert

Alliage d'argent sélectionnable avec un procédé bleu-vert : 300 g/l d'acide chlorhydrique et 100 g/l d'iode réagissent à température ambiante jusqu'à l'obtention de la teinte souhaitée.

(6) Coloration argentée jaune-brun

Schéma du procédé d'alliage d'argent jaune-brun sélectionnable : 5g/L de sulfure de baryum réagissent à température ambiante jusqu'à l'obtention de la teinte souhaitée.

3. Processus de coloration du zinc et de ses alliages pour la bijouterie

Le film de conversion de surface formé par le traitement de passivation au chromate du zinc et de ses alliages a également des fonctions de coloration, qui se traduisent généralement par diverses couleurs telles que l'arc-en-ciel, le vert gazon, le jaune brunâtre, le vert, le vert militaire et le noir.

(1) Coloration au zinc noir

Processus de noircissement du zinc sélectionnable : Pendant 10 à 15 minutes, 40 à 50 g/l de sulfate de cuivre et 30 à 40 g/l de chlorure de potassium réagissent à température ambiante.

(2) Le zinc devient rouge

Schéma de traitement du rouge de zinc sélectionnable : le sulfate de cuivre, l'acide tartrique et l'ammoniaque réagissent à température ambiante pendant quelques minutes.

(3) Colorant rouge de zinc

Schéma artisanal de coloration du zinc rouge sélectionnable : 60g/L de sulfate de cuivre, 80g/L de carbonate de sodium, 60ml/L de bitartrate de potassium, réagir à température ambiante pendant 3~5 minutes.

(4) Alliage de zinc Coloration grise

Schéma de processus de revêtement gris d'alliage de zinc sélectionnable : 20~25g/L sulfate de cuivre, 50ml/L ammoniaque, 30g/L chlorure d'ammonium, réagir pendant 3~5 minutes sous 20~25℃.

(5) Alliage de zinc colorant vert

Schéma de processus vert d'alliage de zinc sélectionnable : 80~100g/L bichromate de potassium, 25~30g/L acide sulfurique, 150g/L acide chlorhydrique, réagir pendant 0,5~1 minutes sous 30~40℃.

(6) Alliage de zinc Coloration noire

Processus de noircissement de l'alliage de zinc sélectionnable : 140~160g/L sulfate de cuivre et 80~90g/L chlorate de potassium réagissent pendant 3~5 minutes sous 20~25℃.

4. Le processus de coloration par oxydation des bijoux en acier inoxydable

L'anodisation de l'acier inoxydable consiste à former une couche de couleur anodisée sur la surface de l'acier inoxydable. Elle utilise le film d'oxyde incolore et transparent pour créer une couleur par interférence lumineuse, ce qui donne une teinte durable formée par cette couche de film.

Les méthodes typiques de coloration de l'acier inoxydable par oxydation comprennent les méthodes de coloration chimique et d'oxydation. Les méthodes de coloration chimique comprennent la méthode Inco et la méthode Acheson. La méthode Inco consiste à immerger l'acier dans une solution d'acide sulfurique à haute température pour le colorer. En revanche, la méthode Acheson consiste à électrolyser l'acier dans une solution à température moyenne pour former une fine pellicule d'oxyde sur la surface de l'acier inoxydable, la couleur étant contrôlée en modifiant l'épaisseur de la pellicule d'oxyde. La méthode de coloration par oxydation consiste à chauffer dans l'atmosphère ou dans une atmosphère contrôlée pour former un film d'oxyde ; cette méthode est simple, mais il est difficile de contrôler la couleur, de sorte qu'elle est limitée aux petits ornements en acier inoxydable.

(1) Méthode Inco

En 1972, Inco a mis au point la technologie de gestion des couleurs et de film d'amélioration des couleurs pour la méthode d'oxydation par solution acide, dont les étapes de traitement sont les suivantes :

Prétraitement → Lavage à l'eau→Traitement de développement des couleurs→ Lavage à l'eau→Traitement des films durs→Lavage à l'eau→Séchage

Après le prétraitement, la plaque d'acier inoxydable est immergée dans une solution mixte d'acide chromique et d'acide sulfurique de 80~85℃. Ce traitement peut former un film d'oxyde à base de chrome sur la surface de l'acier inoxydable, dont l'épaisseur peut varier de quelques centaines à quelques milliers en fonction de la durée du traitement. En raison de l'interférence de la lumière, les couleurs peuvent apparaître dans l'ordre de la couleur du thé : bleu, or, violet, vert, etc. La croissance du film d'oxyde, c'est-à-dire le changement de couleur, peut modifier le potentiel d'immersion de l'acier inoxydable. La maîtrise de ce changement de potentiel pour la gestion de la couleur est la première caractéristique de la méthode Inco (processus de développement de la couleur). Cependant, le film de développement de la couleur est poreux à ce stade et présente une faible résistance à l'usure. Par conséquent, l'électrolyse cathodique doit se poursuivre dans une solution aqueuse mixte d'acide chromique et d'acide phosphorique pour renforcer le film de développement des couleurs. Ce traitement peut sceller les pores du film poreux de développement des couleurs, ce qui améliore considérablement la résistance à l'usure et à la corrosion. C'est la deuxième caractéristique du procédé Inco (traitement du film dur).

En raison de certains problèmes liés au processus, la couleur de cette technologie est difficile à contrôler et les exigences en matière de gestion des matières premières sont strictes.

(2) Méthode Acheson

En 1985, Kawasaki Steel a développé avec succès la méthode d'électrolyse à courant alternatif, également connue sous le nom de méthode Acheson. Cette méthode consiste à électrolyser l'acier inoxydable dans une solution mixte d'acide chromique et d'acide sulfurique à une température inférieure à 60℃, ce qui forme un film d'oxyde à la surface. En raison de l'électrolyse alternée répétée de l'anode pendant un nombre spécifié de fois, la coloration et le durcissement du film peuvent se produire simultanément. Le contrôle de la couleur peut être obtenu en contrôlant la charge électrique totale. L'acier inoxydable coloré à l'aide de la méthode Acheson présente des couleurs vives et peut afficher des couleurs uniques telles que le bronze et le jaune.

La couleur de la surface de l'acier inoxydable dépend principalement de facteurs tels que la composition chimique du film de surface, sa microstructure, la douceur de la surface, l'épaisseur du film et l'angle d'incidence de la lumière. En général, les films d'oxyde minces sont bleus ou bruns, les films d'épaisseur moyenne sont jaunes dorés ou rouges, les films épais sont verts et les plus épais sont noirs. Dans l'ensemble, le processus de coloration de l'acier inoxydable est relativement difficile, les exigences du processus sont élevées et l'uniformité de la couleur n'est pas facile à contrôler.

5. Traitement par anodisation des bijoux en alliage d'aluminium

Les bijoux en alliage d'aluminium sont largement colorés grâce à la méthode de l'anodisation. L'aluminium est l'un des métaux les plus faciles à colorer. Grâce au traitement d'anodisation, un film d'oxyde épais et dense se forme sur la surface de l'aluminium, ce qui modifie considérablement la résistance à la corrosion de l'alliage d'aluminium et améliore la dureté, la résistance à l'usure et les performances décoratives. Les méthodes de coloration des films d'oxyde d'aluminium comprennent principalement la coloration électrolytique, la teinture chimique et la teinture électrolytique.

(1) Méthode de coloration électrolytique

La coloration électrolytique est le processus d'anodisation et de coloration réalisé dans la même solution, formant directement un film d'oxyde coloré sur les alliages d'aluminium. C'est pourquoi la méthode de coloration électrolytique est également connue sous le nom de méthode de coloration des électrodes en une seule étape. La coloration électrolytique est due à l'absorption sélective de certaines longueurs d'onde de la lumière par la couche de film, les autres longueurs d'onde étant réfléchies. L'absorption sélective est liée à l'état d'oxydation des éléments d'alliage dans la couche de film ou à l'état de la composition de l'électrolyte combinée aux substances dans le film d'oxyde.

(2) Méthode de coloration chimique

Le film d'oxyde anodique des bijoux en aluminium peut être imprégné et coloré avec des colorants inorganiques ou organiques. Les colorants sont déposés dans la partie supérieure des pores du film d'oxyde. Le film d'oxyde le plus approprié pour la coloration est obtenu par anodisation à l'acide sulfurique.

(3) Méthode de coloration électrolytique (méthode de coloration électrolytique en deux étapes)

Après l'anodisation de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, ceux-ci sont immergés dans une solution de sels métalliques plus coûteux, et la coloration est obtenue en utilisant du courant alternatif pour la polarisation ou du courant continu pour la polarisation cathodique. Sous l'action du champ électrique, les ions métalliques sont réduits et se déposent au fond des pores du film d'oxyde, ce qui entraîne la coloration de l'aluminium et de ses alliages.

Section V Processus de dépôt physique en phase vapeur

Le dépôt physique en phase vapeur est abrégé en PVD. Le dépôt physique en phase vapeur est une méthode de croissance par réaction physique en phase vapeur, et le processus de dépôt se déroule sous vide ou dans des conditions de décharge de gaz à basse pression. La source du matériau déposé est un matériau solide qui, après "évaporation ou pulvérisation", génère une nouvelle couche de dépôt de matériau solide sur la surface de la pièce, dont les performances sont complètement différentes de celles du substrat.

La technologie du dépôt physique en phase vapeur est de plus en plus appliquée à la bijouterie, avec des revêtements décoratifs de surface pour l'artisanat. Les couleurs des revêtements sont variées : or profond, or clair, café, bronze antique, gris, noir, gris-noir et multicolore. Ces revêtements peuvent améliorer de manière significative l'apparence des bijoux artisanaux et renforcer des caractéristiques telles que la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion.

1. Classification des procédés de dépôt physique en phase vapeur

Les procédés de dépôt physique en phase vapeur sont divisés en plusieurs types, notamment le revêtement par évaporation sous vide, le placage ionique et le revêtement par pulvérisation magnétron, les deux derniers appartenant à la catégorie du dépôt en phase vapeur par plasma. Le dépôt de la couche de film s'effectue dans des conditions de décharge de gaz plasma à basse pression, où les particules de la couche de film acquièrent une plus grande énergie dans le champ électrique, ce qui améliore considérablement l'organisation, la structure et l'adhérence de la couche de film par rapport au revêtement par évaporation sous vide. Avec le développement de la haute technologie, diverses nouvelles technologies de placage ionique et de revêtement par pulvérisation magnétron ont progressivement mûri et sont continuellement promues et appliquées dans divers domaines.

(1) Revêtement par évaporation sous vide

Le revêtement par évaporation sous vide (évaporation) consiste à vaporiser et à évaporer le matériau de revêtement par chauffage à haute température sous vide et à le déposer sur la surface du substrat pour former un film mince solide. La technologie de l'évaporation est l'une des premières technologies développées dans le domaine du revêtement sous vide. Comparée à la pulvérisation et au placage ionique, la méthode d'évaporation est relativement simple, mais dans des conditions de processus appropriées, elle peut produire des revêtements en couches minces très purs avec des structures et des propriétés spécifiques. C'est pourquoi la technologie d'évaporation joue toujours un rôle important dans les domaines de l'optique, des semi-conducteurs et de la métallisation des plastiques.

Le revêtement par évaporation sous vide présente les caractéristiques techniques suivantes :

Le procédé de revêtement par évaporation sous vide comprend l'évaporation du matériau de revêtement, le transport des atomes de vapeur, ainsi que la nucléation et la croissance des atomes de vapeur sur la surface du substrat, qui consiste en l'évaporation, le transport et le dépôt.
Le vide de dépôt du revêtement par évaporation sous vide est élevé, généralement de 10^-3~10^-5Pa. Les particules de la couche de film n'entrent pratiquement pas en collision avec les molécules de gaz ou d'autres atomes de vapeur métallique et atteignent directement la pièce à usiner.
L'énergie des particules de la couche de film atteignant la pièce est l'énergie thermique transportée pendant l'évaporation. Comme la pièce n'est pas biaisée dans le revêtement par évaporation sous vide, les atomes métalliques dépendent uniquement de la chaleur de vaporisation pendant l'évaporation, qui est d'environ 0,1~0,2eV. Par conséquent, l'énergie des particules de la couche de film est faible, la force d'adhérence entre la couche de film et le substrat est faible et il n'est pas facile de former des revêtements composés.
La couche de revêtement par évaporation sous vide est formée sous un vide poussé, et les particules de la couche dans la vapeur sont à l'état d'atomes, formant de petits noyaux sur la surface de la pièce, se développant en une structure dense.
La couche de revêtement par évaporation sous vide est obtenue dans des conditions de vide poussé. En général, le revêtement ne peut être déposé que sur la face de la pièce faisant face à la source d'évaporation. En revanche, le côté et l'arrière de la pièce ne reçoivent pratiquement pas de revêtement, ce qui se traduit par une mauvaise qualité du revêtement.

(2) Revêtement par pulvérisation magnétron

Dans certaines conditions de vide, le bombardement de la surface d'un matériau par des particules chargées d'une énergie cinétique de plusieurs dizaines d'électronvolts ou plus permet aux atomes du matériau bombardé de gagner suffisamment d'énergie pour échapper à la liaison du réseau original du matériau et entrer dans la phase gazeuse. Cette technologie est appelée technologie de pulvérisation cathodique. Les éléments en phase gazeuse pulvérisés sont utilisés pour le dépôt afin de former un film, et ce processus de dépôt est appelé revêtement par pulvérisation cathodique, comme le montre la figure 11-9. Lors du dépôt de revêtements durs, la pièce doit être connectée à une alimentation électrique à polarisation négative, appelée pulvérisation ionique par magnétron ou pulvérisation par polarisation.

Le revêtement par pulvérisation cathodique est actuellement la technologie de revêtement la plus utilisée dans la technologie PVD, avec les avantages suivants :

La qualité du revêtement pulvérisé est bonne et l'adhérence au substrat est très forte.
Le champ d'application du revêtement par pulvérisation cathodique est large et convient à divers matériaux. Les matériaux à point de fusion élevé peuvent également être facilement pulvérisés.
La distribution de l'épaisseur du film revêtu par pulvérisation est relativement uniforme.
Le processus de revêtement par pulvérisation cathodique présente une bonne répétabilité, est facile à automatiser et peut être produit en continu à grande échelle.

(3) Placage ionique

Le placage ionique est un processus qui se déroule sous vide, en utilisant une décharge de gaz pour ioniser partiellement le gaz ou les matériaux évaporés. Pendant que les ions du gaz ou les ions des matériaux évaporés bombardent la surface, le matériau évaporé ou ses produits de réaction se déposent sur le substrat.

Dans les aspects suivants, le placage ionique combine la vitesse de dépôt rapide du placage par évaporation avec les caractéristiques de nettoyage de surface du bombardement ionique dans le placage par pulvérisation cathodique.

La couche de film a une bonne adhérence au substrat et une structure de film dense.
Il peut améliorer la capacité du film à couvrir des surfaces de forme complexe, également connue sous le nom de capacité de diffraction pendant le processus de dépôt du film.
Les paramètres contrôlables de l'organisation de la couche de film sont nombreux, l'énergie globale des particules de la couche de film est élevée et il est facile d'effectuer un dépôt réactif, ce qui permet d'obtenir des revêtements composés à des températures plus basses.

2. L'application de la technologie de revêtement PVD dans l'industrie de la bijouterie

La plupart des films de composés métalliques préparés par la technologie de revêtement PVD présentent une dureté élevée et des couleurs éclatantes. Parmi eux, les nitrures de métaux de transition sont de plus en plus appréciés en raison de leur dureté élevée et de leur excellente résistance à l'usure et à la corrosion, ce qui les rend largement utilisés comme revêtements décoratifs. En ajustant les matériaux expérimentaux et les processus d'échantillonnage pour le revêtement, différentes couleurs peuvent être produites en plus du rouge vif, telles que des films TiN, ZrN, TiC noirs, CrCN argentés, BeC rouges, TiC bleu gemme, etc.₂O, et les films ZrN de couleur laiton, entre autres. Les films TiN et ZrN de couleur jaune d'or sont largement utilisés dans le domaine de la décoration en raison de leurs excellentes propriétés physiques, chimiques et mécaniques.

2.1 Revêtement décoratif à base de nitrure de zirconium

(1) Prétraitement pour le revêtement

Le processus de revêtement sous vide exige un niveau élevé de propreté de la surface de l'échantillon et de la chambre du four à vide, ce qui est nécessaire pour obtenir des couches de film de haute qualité. Par conséquent, les échantillons doivent être nettoyés et le four à vide doit être nettoyé avant le revêtement.

Le nettoyage de la surface de l'échantillon est essentiel à la formation du film. La surface de l'échantillon doit être propre et exempte de taches de rouille et d'huile. L'échantillon doit donc être strictement nettoyé avant d'entrer dans le four afin d'éliminer l'huile, la saleté, la rouille et l'humidité. L'échantillon nettoyé ne doit pas être touché à la main afin d'éviter toute contamination secondaire.

Le processus de prétraitement pour le revêtement des pièces est le suivant :

Nettoyage par ultrasons (1% agent de nettoyage des métaux), température : 50℃, durée : 3 minutes.
Nettoyage par ultrasons (5% agent de nettoyage des métaux), température : 50℃, durée : 2 minutes.
Nettoyage à l'eau chaude, température : 50℃, durée : 30 secondes.
Rincer à l'eau froide à température ambiante pendant 30 secondes.
Rincer avec de l'eau désionisée à température ambiante pendant 20 secondes.
Déshydratation due à l'alcool.
Séchage ou séchage à l'air.
Nettoyage du four à vide. Essuyez la saleté, les accessoires et les dépôts à l'intérieur du four à vide à l'aide d'un chiffon sec, et utilisez un grattoir pour enlever les accessoires dans les coins.

(2) Déroulement du processus d'enduction

① Pré-évacuation. Une fois l'échantillon placé dans la chambre à vide, fermer la porte du four, mettre en marche la pompe mécanique pour un pompage grossier et, lorsque le vide atteint 0,1 Pa, mettre en marche la pompe à diffusion d'huile pour un pompage fin. Le processus de mise sous vide se termine lorsque le vide dans la chambre atteint 6,5×10^-3Pa.

② Nettoyage de la décharge lumineuse. Le nettoyage par décharge luminescente implique que de nombreux électrons se déplacent vers l'anode pendant le processus de nettoyage. Le mouvement à grande vitesse des électrons ionise le gaz argon dans la chambre à vide, créant un phénomène de lueur et générant un mouvement plus doux des ions argon. Les ions argon en mouvement, sous l'influence du champ électrique biaisé, bombardent la surface de la pièce, entrent en collision et éliminent les gaz adsorbés et les atomes d'impureté de la surface, exposant ainsi une surface propre du matériau de la pièce. En même temps, il augmente la microrugosité de la surface de la pièce, ce qui est bénéfique pour améliorer la force d'adhérence entre la couche de film et la pièce. Après avoir introduit un certain débit de gaz argon pour augmenter la pression à 4×100Pa dans le four, l'alimentation électrique de polarisation appliquée à la pièce est mise en marche (la tension et le cycle d'impulsion sont réglables). Ici, la valeur de polarisation est positive et les ions argon sont utilisés pour nettoyer la paroi du four, la surface de la cible, la pièce et la table tournante. Le temps de nettoyage est déterminé en fonction du matériau et de la propreté de la pièce.

③ Bombardement principal. Le rôle du bombardement principal est d'appliquer une polarisation négative à la pièce, ce qui accélère un grand nombre d'ions du matériau cible qui sont pulvérisés. Les ions du matériau cible chargés positivement se déplacent vers la pièce sous l'influence de la polarisation négative, formant des groupes d'ions à grande vitesse dotés d'une énergie considérable. Ces groupes d'ions effectuent un certain degré de nettoyage, d'activation et d'implantation sur la pièce. L'effet du bombardement principal : un grand nombre d'ions métalliques sont implantés dans la surface de la pièce, et les ions implantés provoquent une restructuration du réseau avec le substrat. Certains ions métalliques ayant des niveaux d'énergie légèrement inférieurs produisent une couche de diffusion en raison de forces d'implantation plus faibles. Les ions qui se déplacent vers la pièce peuvent entrer en collision avec celle-ci, et certains seront projetés et éjectés en raison de niveaux d'énergie plus faibles ou d'angles d'incidence différents. Ces ions entrent alors en collision avec les ions suivants, formant des ions de niveau d'énergie secondaire qui se déposent finalement sur la surface de la pièce.

Après le nettoyage, la chambre à vide continue à s'évacuer pour atteindre 6,5×10^-3Pa. Ensuite, un certain débit de gaz argon est introduit pour obtenir une pression totale de 0,3 Pa dans le four ; les valeurs de la polarisation de l'impulsion et du cycle de travail sont ajustées (les valeurs spécifiques dépendent des exigences de la couche de film) ; la puissance (tension, courant) de l'alimentation électrique à fréquence intermédiaire de la cible cathodique est réglée à une certaine valeur ; l'échantillon est soumis à un bombardement principal, la durée du bombardement étant déterminée par les exigences du processus.

④ Ajout d'azote gazeux pour la coloration des dépôts. À la fin du processus de bombardement principal, un débit approprié de gaz de réaction N2 sera introduit (à ce moment, le degré de vide diminuera légèrement). Régler manuellement le potentiomètre du débitmètre d'azote pour contrôler le débit d'azote en fonction de la pression partielle d'azote (pourcentage) affichée par le spectromètre de masse. À ce stade, la polarisation de l'impulsion, le cycle d'utilisation et les valeurs de puissance (tension, courant) de l'alimentation électrique à fréquence intermédiaire de la cible cathodique peuvent être réglés en fonction des exigences du processus ; l'échantillon est soumis à la coloration de dépôt et le temps de dépôt est déterminé en fonction des exigences du processus. De cette manière, les ions métalliques se déplacent vers la pièce sous une polarisation appropriée et, au cours de leur déplacement, ils entrent en collision avec le gaz de réaction pour former un film de composé métallique. Dans le même temps, la vitesse de déplacement diminue et les ions métalliques se déposent sur la surface de la pièce.

⑤ Passivation. Le rôle de la passivation est que la couche de film fraîchement enduite est une structure relativement active à une certaine température. Si elle entre immédiatement en contact avec l'atmosphère, elle réagira à nouveau, ce qui entraînera un changement de couleur. Par conséquent, une fois le revêtement terminé, il doit être refroidi et une quantité appropriée de gaz argon doit être introduite, ce qui protège la couche de film de surface de la pièce avec un gaz inerte, permettant à la couche de film d'être plus stable avec la diminution de la température ; d'autre part, cela permet à la surface de la cible d'absorber une grande quantité de gaz argon et de devenir saturée, maintenant ainsi une surface de cible fraîche et empêchant la surface de la cible d'absorber d'autres gaz après avoir été remplie d'atmosphère, protégeant ainsi la surface de la cible de pulvérisation d'une contamination. Le débit maximal d'argon pendant le processus de remplissage est d'environ 2 minutes.

⑥ Refroidissement gonflable. Lorsque la température de la chambre à vide descend à 120℃, elle introduit de l'air à la pression atmosphérique.

⑦ Ouverture du four et sortie de l'échantillon. Ouvrez la porte du four, mettez des gants propres pour retirer l'échantillon et scellez l'échantillon pour la mesure de la couleur, la mesure de l'épaisseur du film et l'analyse semi-quantitative Auger.

(3) Contrôle de la couleur du film de nitrure de zirconium

Comme il s'agit d'un film décoratif en or ZrN, la couleur de la couche du film est particulièrement importante. En raison des nombreux paramètres de la technologie de pulvérisation magnétron réactive à moyenne fréquence, de nombreux facteurs influencent la couleur du film. Sous certains autres paramètres, la pression partielle d'azote et la puissance de pulvérisation jouent un rôle essentiel dans la couleur du film. Lorsque la pression partielle d'azote augmente, la couleur du film ZrN passe du blanc argenté au jaune clair, puis au jaune d'or, puis à l'or rougeâtre et au rouge foncé. Lorsque la puissance de pulvérisation augmente, la couleur du film ZrN passe de jaune foncé→ jaune d'or → jaune clair. En comparant les couleurs des films de ZrN avec celles de l'or et des alliages d'or, il est possible d'obtenir le jaune d'or souhaité en ajustant la pression partielle d'azote pendant le dépôt.

2.2 Revêtement décoratif à base de nitrure de titane

(1) Technologie de pulvérisation cathodique pour le dépôt de nitrure de titane

① Installer la pièce. Après avoir installé la pièce sur le porte-pièce, fermez la chambre de revêtement.

② Extraction sous vide. Démarrer la pompe à vide et, lorsque le degré de vide atteint 6 Pa, ouvrir le ressort de diffusion et extraire le vide pour atteindre 6×10.^-3Pa.

③ Chauffage au four. Allumez l'alimentation électrique de la cuisson pour chauffer la pièce à la température prédéterminée.

④ Purification des bombardements. Introduire le gaz de travail dans la chambre de revêtement, maintenir un degré de vide de 1~3Pa, une tension de bombardement de 1000~3000 V, la pièce génère une décharge lumineuse, les ions argon bombardent et purifient la pièce, le bombardement dure 10~20 minutes.

⑤ Dépôt de nitrure de titane. Tout d'abord, déposez la couche de base, réduisez la polarisation de la pièce à environ 500 V, introduisez du gaz argon et réglez le vide à 0,3~0,5Pa. Allumez l'alimentation de la cible de pulvérisation magnétron. Une décharge lumineuse se produit à la surface de la cible et un flux d'ions argon à haute densité éjecte les atomes de titane de la surface de la cible. Ensuite, le revêtement de nitrure de titane est déposé, ce qui nécessite l'introduction d'azote gazeux, le vide étant maintenu entre 0,5 et 0,7Pa. Le taux d'ionisation du métal équilibré de la pulvérisation magnétron n'étant que de 5%~10%, la réactivité du métal est relativement faible, ce qui se traduit par une plage de traitement étroite (teneur en azote) pour l'obtention d'un revêtement de composés azotés en forme d'aiguille. Par rapport à la décharge luminescente, pour obtenir des revêtements de nitrure de titane de haute qualité, il est essentiel de contrôler strictement la quantité de titane pulvérisé et le rapport argon-azote. Dans le cas contraire, la vitesse de dépôt sera très faible et la couleur sera difficile à contrôler.

⑥ Retirer la pièce à usiner. Lorsque l'épaisseur du film atteint les exigences spécifiées, gonfler la chambre de revêtement, ouvrir la chambre de revêtement et retirer la pièce.

(2) L'effet des paramètres du processus sur les propriétés des films de nitrure de titane

① L'effet de la température de dépôt sur les propriétés des films minces de nitrure. La température de dépôt affecte la dureté et la structure des revêtements TiN ; la dureté et l'adhérence du film TiN déposé près de 500℃ sont les plus élevées. Des températures excessives et élevées sont préjudiciables à la dureté de surface du film de TiN. Si la température de dépôt est trop basse, elle reflète un temps de pré-sputtering court ou une énergie de sputtering faible, affectant la densité du film, conduisant à une nucléation insuffisante du film TiN et à un grossissement de la structure, ce qui entraîne une diminution de la dureté. Inversement, si la température de dépôt est trop élevée, elle peut provoquer une surchauffe de la surface de l'échantillon. Supposons que la température de dépôt dépasse la température de trempe du matériau du substrat. Dans ce cas, la dureté du substrat diminue, ce qui empêche une bonne liaison avec le film et entraîne une diminution de la dureté du film. Par conséquent, l'augmentation de la température de dépôt est bénéfique pour améliorer la dureté du film de TiN, à condition que la surface de l'échantillon ne surchauffe pas.

② L'effet de la tension de dépôt sur les propriétés des films de nitrure de titane. Lorsque la tension de dépôt augmente, la morphologie de fracture des films de TiN préparés devient plus fine, et la microdureté et la vitesse de dépôt des films augmentent. L'augmentation de la tension de décharge dans les mêmes conditions de dépôt signifie également l'augmentation de l'intensité du plasma, ce qui favorise les réactions chimiques dans une direction favorable à la formation du produit. Par conséquent, l'augmentation de la tension de dépôt peut augmenter la vitesse de dépôt des films de TiN.

③ L'effet de la pièce à usiner sur la performance des films de nitrure de titane. La qualité de la performance du film sur la pièce à usiner n'est pas seulement liée aux propriétés du film lui-même, mais aussi aux propriétés du matériau de la pièce à usiner, en particulier à sa dureté. Les films durs ne présentent leur résistance supérieure à l'usure que sur des substrats relativement durs. Si la dureté du matériau de base varie, la force d'adhérence entre le film TiN et le matériau de base variera également. Plus la dureté du substrat est élevée, meilleure est l'adhérence entre le film TiN et le substrat. Dans les applications pratiques, il faut s'efforcer de maintenir une dureté élevée du matériau du substrat dans certaines conditions de température de dépôt afin d'améliorer la qualité du film. Plus la rugosité de la surface du substrat est faible, plus la force d'adhérence entre le film de nitrure de titane et le substrat est élevée, le polissage étant la meilleure solution pour la rugosité de la surface du substrat.

Section VI Artisanat de l'émail

L'émail est un art artisanal magnifique et coloré qui consiste à fixer des émaux de différentes couleurs sur une base métallique (en utilisant des matériaux tels que l'or, l'argent, le cuivre, le titane, etc. Les couleurs de l'émail sont éclatantes, ont un lustre et une texture semblables à ceux des pierres précieuses, résistent à la corrosion, à l'usure et aux températures élevées, sont imperméables à l'eau et à l'humidité, sont dures et solides, et ne vieillissent pas et ne se détériorent pas. L'émail a une longue histoire d'application dans la bijouterie artisanale ; dans les siècles anciens, il était utilisé dans la conception de divers objets décoratifs pour les boîtes à bijoux, et au 15e siècle, les horlogers l'ont incorporé dans l'horlogerie, ajoutant des couleurs vives aux montres. Les méthodes de cuisson méticuleuses de l'émail sont fascinantes et la richesse de ses couleurs l'a propulsé au premier rang des tendances de la mode. Les bijoux en émail gagnent en couleur et attirent souvent l'attention des créateurs de bijoux, en particulier lorsque l'émail est utilisé pour décorer la surface des bijoux en métal, ce qui renforce considérablement l'expressivité artistique des pièces.

L'émail est communément appelé "Shaoqing" dans le sud de la Chine, "Shaolan" dans le nord de la Chine et "shippō-yaki" au Japon.

Les méthodes de traitement de l'émail pour bijoux sont divisées en trois types : l'émail peint, l'émail champlevé et l'émail cloisonné.

(1) Émail peint

L'art de la peinture sur émail est originaire d'Europe occidentale et de France et a été introduit dans le Guangdong par des marchands et des missionnaires européens pendant la période Kangxi de la dynastie Qing. L'art de l'émail peint a d'abord été fabriqué dans le Guangdong, où il est communément appelé "Shaoqing", "émail Guang" ou "émail étranger". Dès son arrivée en Chine, l'empereur et les ministres ont rapidement apprécié et valorisé cet art exceptionnellement exquis. Sous la dynastie Qing, les empereurs Kangxi, Yongzheng et Qianlong ont établi des ateliers d'émail à la fois dans le palais impérial de Pékin et dans le Guangdong, et ils ont fréquemment choisi des peintres d'émail exceptionnels du Guangdong pour travailler dans la capitale, produisant de grandes quantités d'objets et de bijoux en émail à l'usage de la royauté.

L'émail peint est la plus difficile des trois principales techniques d'émaillage. Le plus grand avantage de peindre directement sur le métal est que les motifs et les lignes peuvent être plus riches, ce qui permet d'obtenir des dessins plus détaillés et plus complexes. Cependant, l'omission de l'étape consistant à utiliser un fil métallique pour tracer le contour augmentera considérablement la difficulté de la cuisson de l'émail. Tout d'abord, il y a le problème du mélange des couleurs ; sans fil métallique pour séparer les différentes couleurs, si les matériaux de l'émail ne sont pas mélangés correctement, il peut en résulter une situation chaotique de saignement des couleurs.

La fabrication d'un émail peint consiste à appliquer plusieurs couches de glaçure blanche, ou blanc de porcelaine, sur un support métallique. Le blanc de porcelaine est un solide blanc qui doit être réduit en poudre et mélangé à de l'eau. Un petit pinceau permet de l'appliquer uniformément sur le support métallique. La température de cuisson de la porcelaine est généralement comprise entre 720~820℃. Après le frittage, on obtient une plaque de base blanche, sur laquelle sont peintes différentes couleurs d'émail, représentant des motifs complexes comme dans la peinture à l'huile. Le plus gros problème est le mélange des couleurs ; si les couleurs sont trop mélangées, les motifs deviendront flous après le frittage, ce qui gâchera l'œuvre d'art. Par conséquent, après avoir représenté une section, il faut d'abord la fritter. La section suivante peut être peinte, suivie d'un autre frittage, qui doit être répété jusqu'à ce que l'œuvre soit terminée. Parfois, le frittage doit être répété des dizaines de fois, et s'il est endommagé à un moment ou à un autre, c'est toute l'œuvre qui est ruinée, ce qui rend l'art de l'émail peint très précieux.

(2) Émail cloisonné

La technique de l'émail cloisonné est relativement complexe, mais c'est l'art de l'émail le plus familier et dont les Chinois sont le plus fiers, le célèbre "bleu de Jingtai" étant un type d'émail cloisonné. Sa caractéristique est que des fils métalliques sont d'abord utilisés sur une base métallique pour tracer le motif, puis fixés à l'aide d'un adhésif naturel et enfin soudés sur la base métallique. Différentes couleurs d'émail sont ensuite appliquées sur les contours tracés à partir de minéraux et d'oxydes métalliques finement broyés. Les pièces métalliques sont placées dans un four spécial à une température de 800℃ pour la cuisson, ce qui entraîne un changement de couleur de l'émail en raison de la température élevée. Comme les oxydes métalliques nécessitent des températures différentes pour changer de couleur, les pièces en émail peuvent subir plusieurs cuissons. Enfin, les fils métalliques sont lissés et un agent protecteur transparent et incolore est appliqué pour la protection.

(3) Émail champlevé

La technique est similaire à celle de l'émail cloisonné. Les motifs de surface des ornements métalliques sont formés à l'aide de techniques telles que la gravure, l'estampage ou la gravure à l'eau-forte. Les motifs sont d'abord gravés sur la base métallique, laissant des rainures à l'intérieur des contours gravés. Pour créer des motifs vifs avec des lignes d'épaisseur variable, le peintre sur émail réduit la peinture en poudre, la mélange avec une petite quantité d'eau, puis remplit les rainures avec de l'émail, en appliquant au pinceau une fine couche de motifs peints. Chaque couche de peinture doit être cuite pendant 40 à 60 secondes dans un four à haute température de 800℃. Après de multiples répétitions de remplissage avec de l'émail, de cuisson et de polissage, une œuvre lisse et brillante est finalement formée.

Section VII Processus de coulée de la résine

Le procédé de moulage en résine est largement utilisé dans la bijouterie populaire. Selon la nature de la résine, on distingue deux catégories principales : la résine molle et la résine dure. La résine molle est moins dure et ne se prête pas au meulage et au polissage, mais peut être utilisée pour le revêtement de surface des bijoux artisanaux ; la résine dure est très dure et peut être traitée par meulage et polissage pour obtenir un effet lisse et brillant.

En général, on utilise de la colle pour gouttes de cristal à base de résine époxy, qui est composée de résine époxy de haute pureté, d'agents de durcissement et d'autres substances. Le produit durci présente les caractéristiques suivantes : il est résistant à l'eau et aux produits chimiques et il est transparent comme du cristal. En plus d'offrir une bonne protection à la surface des ornements artisanaux, cette colle pour gouttes de cristal peut également améliorer la brillance et l'éclat de la surface. L'ajout de divers pigments à la colle permet de créer une riche série de couleurs, ce qui renforce encore l'effet décoratif de la surface. La colle convient donc à la décoration et à la protection de la surface des objets artisanaux fabriqués à partir de matériaux tels que le métal, la céramique, le verre et l'acrylique.

La résine époxy a un effet de surface similaire à celui de l'émail et est souvent utilisée comme un faux émail, parfois appelé "émail mou". Cependant, il existe des différences significatives entre les deux. L'émail est fabriqué à partir de pigments d'émail cuits à haute température ; il est très dur et stable, a une bonne durabilité, ne vieillit pas et ne se détériore pas, mais il est sujet à l'oxydation et au ramollissement du métal, ce qui le rend impropre à l'utilisation pour les ornements incrustés de pierres précieuses ; la résine appartient à la catégorie des composés organiques fabriqués à partir de plastique. Les produits de ce type de résine plastique n'ont pas besoin d'être frittés dans un four à haute température pour obtenir une couleur. Il suffit d'appliquer une résine colorée liquide sur le métal et de le laisser sécher à l'air libre ou dans une boîte de cuisson, ce qui rend la production simple et non nocive pour le métal, adaptée au traitement final des bijoux incrustés de pierres précieuses. Toutefois, en raison des propriétés matérielles de la résine, celle-ci n'est pas durable, ne résiste pas à la chaleur et est sujette à la corrosion et à l'usure. Au bout d'un certain temps, elle risque de vieillir, de se décolorer et de perdre de son éclat. Elle est de qualité inférieure et ne conserve pas sa valeur. Le processus de base de la résine est le suivant.

Tout d'abord, préparez les outils et équipements nécessaires, tels que les instruments de pesage, les outils de réglage de la colle, les porte-pièces, l'équipement de séchage et les pièces à usiner pour l'opération d'égouttage de la colle.
Placer ou ajuster la balance (balance électronique), le four, le porte-pièce et le niveau de l'établi.
Peser la colle A à l'aide d'un récipient plat à large ouverture, sec et propre, tout en pesant proportionnellement la colle B (généralement dans un rapport de 3:1).
Utiliser une tige de verre ronde (ou un bâton de bois rond) pour remuer le mélange AB vers la gauche, la droite, ou dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. En même temps, le récipient est de préférence incliné à un angle de 45° et tourné continuellement, en remuant pendant environ 1~2 minutes.
Versez la colle AB mélangée dans une bouteille en plastique souple munie d'un embout pointu pour le goutte-à-goutte, et déposez la colle sur l'emplacement souhaité de l'accessoire.
Lorsque la surface de la goutte de résine est légèrement plus grande ou que la quantité de résine est relativement plus importante, pour accélérer l'élimination des bulles dans la colle, un chalumeau à gaz alimenté par du gaz liquéfié peut être utilisé pour favoriser le démoussage. Pendant le démoussage, la flamme du chalumeau doit être réglée sur un état de combustion complète, et la flamme doit idéalement être maintenue à une distance d'environ 25 cm de la surface de la pièce. La vitesse de déplacement du chalumeau ne doit être ni trop rapide ni trop lente ; une vitesse modérée doit être maintenue.
Une fois les bulles éliminées, la pièce peut être placée horizontalement dans le four pour être chauffée et durcie. La température doit d'abord être réglée à 40℃ pendant environ 30 minutes, puis augmentée à 60~70℃ jusqu'à ce que la colle soit complètement durcie.

Section VIII Technologie de la gravure

La gravure est le processus d'élimination du métal indésirable jusqu'à une certaine profondeur à l'aide de méthodes chimiques. Son principe est similaire à celui de la production de circuits imprimés, où les parties métalliques à conserver sont recouvertes d'un revêtement résistant à l'acide, puis une solution acide est utilisée pour enlever les parties métalliques non désirées ; le traitement des motifs négatifs est exactement l'inverse de celui des motifs positifs.

Le procédé de gravure est adapté au traitement et à la production d'objets d'artisanat et de bijoux de style ancien présentant des exigences particulières en matière de style de surface. Ces dernières années, le volume des exportations de peintures sur métal, d'objets artisanaux et de pièces d'art creuses traitées par des méthodes de gravure a considérablement augmenté dans notre pays, devenant une nouvelle branche de la bijouterie artisanale.

Les processus de gravure peuvent être divisés en gravure chimique, gravure électrolytique, gravure au laser et gravure par ultrasons.

1. Procédé de gravure chimique

Recouvrez les zones qui ne doivent pas être gravées d'un revêtement résistant à la corrosion, puis immergez la pièce dans une solution de gravure spéciale. La formule de la solution est indiquée dans le tableau 11-2. Veillez à ce que les zones à graver soient en contact total avec la solution et, si nécessaire, chauffez et remuez. Contrôlez le temps de gravure en fonction de la profondeur de gravure requise et de la vitesse de gravure obtenue à partir des expériences pour obtenir le résultat de gravure souhaité.

Tableau 11-2 Formules des solutions de mordançage partiel des métaux

Ingrédients et conditions de traitement	Gravure sur acier inoxydable	Gravure sur alliage de cuivre	Gravure sur aluminium
Chlorure de fer	600 ~ 800	600 ~ 650	450 ~ 550
Acide chlorhydrique/(g・L) ^-1)	80 ~ 120
Acide phosphorique/(g・L) ^-1)	20 ~ 30
Sulfate de cuivre/(g・L ^-1)			200 ~ 300
Acide sulfurique/(g・L) ^-1)		90 ~ 100	10 ~ 20
Acide nitrique/(g・L) ^-1)		8 ~ 12
Accélérateur de gravure/(g・L ^-1)	80 ~ 100
Température/℃	10 ~ 45	15 ~ 50	20 ~ 40
Temps/min	15 ~ 20	10 ~ 15	10 ~ 20

La gravure chimique se divise en deux catégories : la gravure par immersion et la gravure par pulvérisation. L'immersion est principalement utilisée pour traiter de petites pièces gravées, ce qui permet de traiter plusieurs pièces simultanément. La méthode par pulvérisation consiste à pulvériser en continu la solution chimique de gravure sur les zones gravées de la surface métallique. Cette méthode convient à la fabrication de grandes pièces, car elle permet à la solution d'entrer pleinement en contact avec le métal pour provoquer la corrosion et dissoudre le métal à graver.

2. Gravure électrolytique

Les pièces métalliques à graver électrochimiquement sont en contact total avec la solution, la pièce à usiner servant d'anode et une autre plaque métallique résistante à la corrosion servant de cathode, puis le courant est appliqué. Le métal dans les zones gravées se dissout sous l'action combinée de la solution électrolytique et du courant anodique, également connue sous le nom de dissolution par corrosion électrochimique, ce qui permet d'obtenir le texte souhaité ou les piqûres de gravure à motifs. La durée de la corrosion peut déterminer la profondeur de la gravure. La gravure électrochimique étant causée par l'action chimique de la solution et l'action dissolvante du courant, la vitesse de gravure est rapide, ce qui permet d'obtenir facilement des piqûres plus profondes, et l'efficacité de la production est élevée, ce qui la rend adaptée à la fabrication de pièces qui nécessitent une gravure profonde.

Section IX Nano ~ Technologie de placage par pulvérisation

La technologie de placage par pulvérisation à nanomiroir utilise des procédés de pulvérisation pour obtenir des effets de galvanoplastie (placage d'or, d'argent, de cuivre, de chrome, de nickel, de couleur, etc.) Il s'agit d'une nouvelle technologie émergente qui fait suite à la galvanoplastie et à la métallisation sous vide et qui ne nécessite qu'un pistolet de pulvérisation pour l'application directe. Le processus est simple et respectueux de l'environnement, sans émission de trois déchets, à faible coût et sans nécessité d'une couche conductrice. Cette technologie s'applique largement à des matériaux tels que le métal, le verre, la résine, le plastique, la céramique et le plâtre. Les couleurs de traitement peuvent être personnalisées et la pulvérisation localisée est possible. Grâce à un équipement spécial et à des matériaux de pointe, nous pouvons produire plus de 100 types d'effets miroir à haute luminosité sur divers produits en plastique, en résine, en métal et en verre, en céramique, en bois, en matériaux composites et autres matériaux, tels que l'or, l'or rouge, l'or 24K, le platine, l'argent, le rouge de Noël, le vert tendre, le bleu bijou, le bronze, le bronze rouge, le noir, le brun et ainsi de suite.

1. Principe de la nano-diffusion et du placage

Le placage par nano-giclage est le processus de dépôt de métal par une réaction d'oxydoréduction qui se produit lorsqu'une solution appropriée est pulvérisée sur la surface d'une pièce plaquée qui a été activée. Deux buses de pulvérisation sur l'équipement de pulvérisation pulvérisent simultanément ; l'une pulvérise une solution de sel métallique contenant des ions métalliques, qui peuvent être de l'Ag^+-, Cr^3+-, Ni^2+-et Cu^2+-L'autre pulvérise une solution d'agent réducteur qui réduit les ions métalliques. Les deux solutions se trouvent à 15~25 cm de la partie pulvérisée, s'attachent à la surface de la partie plaquée dans un état mélangé et déposent des cristaux de métal avec une taille de grain de cristal à l'échelle nanométrique, qui a un fort effet réfléchissant sur la lumière, formant une surface brillante de miroir à l'échelle nanométrique.

2. Caractéristiques du placage par nanopulvérisation

(1) Écologique et respectueux de l'environnement. Pas d'émission de trois déchets, non toxique et inoffensif, pas de métaux lourds nocifs.

(2) Faible investissement et faible coût. Par rapport à la galvanoplastie, l'investissement dans l'équipement est faible et il n'est pas nécessaire d'équiper un système de traitement des eaux usées.

(3) Le fonctionnement est à la fois sûr et simple, avec une grande efficacité. Il n'y a pas de danger si l'opérateur pulvérise accidentellement le produit sur ses mains ou d'autres parties du corps. Il n'est pas nécessaire de procéder à un traitement galvanique à l'eau ni à un traitement préliminaire complexe de la couche conductrice.

(4) Il peut être positionné pour la métallisation par pulvérisation et peut métalliser différentes couleurs sur le même produit. Différentes couleurs à volonté.

(5) Les pièces traitées ne sont pas limitées par la taille et la forme, ne sont pas limitées par les différents matériaux, peuvent être recyclées et permettent d'économiser les ressources.

(6) Le champ d'application de la diversité des couleurs est vaste. Les produits pulvérisés peuvent être revêtus d'or, d'argent, de chrome, de nickel ou de sable ~ avec des effets de miroir coloré. Ils peuvent également être revêtus de diverses autres couleurs, telles que le jaune d'or, le laiton, le jaune d'or antique, le cuivre canon (rouge, jaune, violet, vert, bleu) et d'autres effets très brillants. Il peut être pulvérisé sur divers matériaux tels que le métal, la résine, le plastique, le verre, la céramique, l'acrylique et le bois, et peut être largement utilisé dans diverses industries de décoration de surface telles que l'artisanat et la bijouterie.

(7) Les produits fabriqués par nano-giclage présentent une excellente adhérence, une résistance aux chocs, une résistance à la corrosion, une résistance aux intempéries, une résistance à l'usure, une résistance aux rayures et une bonne capacité de prévention de la rouille.

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