Como melhorar as suas jóias com técnicas de tratamento de superfície

Explore o mundo dos tratamentos de superfície de jóias com este guia completo. Saiba mais sobre polimento, galvanoplastia, revestimento químico e técnicas avançadas como revestimentos PVD, esmalte e nano-spray. Descubra como melhorar as jóias com acabamentos em ouro, prata e coloridos. Perfeito para joalharias, designers, vendedores de comércio eletrónico e qualquer pessoa que pretenda dar um toque único às suas peças.

Como melhorar as suas jóias com técnicas de tratamento de superfície

Dominar os tratamentos de superfície para jóias: Do polimento à nano-pulverização

O processo de tratamento de superfície de jóias é um tratamento técnico que utiliza vários métodos, tais como físicos, químicos, electroquímicos e mecânicos, para alterar a textura, a cor e o toque da superfície do acessório, evitar a corrosão, embelezar a decoração e prolongar a sua vida útil. Enriquece muito o efeito decorativo dos produtos acessórios, alarga os meios disponíveis de design de acessórios, apresenta um estilo mais vibrante e diversificado para a joalharia e proporciona aos consumidores escolhas mais personalizadas. Melhora significativamente o efeito de superfície, a vida útil e o valor económico acrescentado dos produtos acessórios.

Existem muitos tipos de processos de tratamento de superfície para a joalharia popular moderna, sendo que os métodos mais utilizados incluem principalmente o polimento, a galvanoplastia, a galvanoplastia química, as películas de conversão eletroquímica química, a deposição física de vapor, o esmalte, a resina epóxi e a nano-pulverização da superfície.

Secção I Tecnologia de polimento

O polimento é um processo importante no tratamento da superfície de jóias de metal. Antes do polimento, a superfície das jóias é muito rugosa, com marcas de limagem e riscos de lixa deixados durante a retificação, marcas de perfuração nos bordos dos orifícios, marcas de raspagem do corte de arestas e marcas de fixação deixadas pelos dispositivos de fixação, bem como pequenas cicatrizes de soldadura. O objetivo do polimento é eliminar as irregularidades finas na superfície da peça tratada, tornando-a altamente brilhante. O polimento de jóias inclui principalmente o polimento mecânico, químico e eletroquímico.

1. Polimento mecânico

O polimento mecânico consiste em tratar a superfície das jóias utilizando máquinas de polir e meios abrasivos. Os métodos comuns de polimento mecânico incluem as seguintes categorias.

(1) Roda de polimento em tecido

O polimento com roda de tecido é efectuado com uma roda de polimento montada numa máquina. A pasta de polimento é aplicada periodicamente na superfície de trabalho do disco de polimento. Em contrapartida, a superfície da peça a ser processada é pressionada com força contra a superfície de trabalho do disco de polimento, que se encontra num estado de rotação a alta velocidade. Com a ajuda das fibras do disco de polimento e da pasta de polimento, a superfície da peça a ser processada atinge um aspeto espelhado (Figura 11-1). Atualmente, acredita-se geralmente que o princípio das máquinas de polir com rodas de tecido é que a alta temperatura gerada pelo atrito entre a roda de polir rotativa de alta velocidade e a superfície da peça a ser processada pode causar deformação plástica da superfície da peça, preenchendo os recessos microscópicos na superfície da peça a ser processada; ao mesmo tempo, a alta temperatura gerada durante o polimento também pode formar rapidamente uma camada muito fina de filme de óxido na superfície da peça a ser processada. A superfície exposta do substrato é novamente oxidada aquando da remoção desta camada de película de óxido. O processo continua neste ciclo até o polimento estar completo, resultando numa superfície plana e lisa.

(2) Polimento por vibração

É instalado com um motor vibratório no disco vibratório da máquina de polimento vibratório, e o disco vibratório é ligado à base através de molas vibratórias. Quando a máquina de polir vibratória é ligada, o motor vibratório gera uma forte força de excitação, levando o material de moagem no disco vibratório a produzir movimento em três direcções: vibração vertical, rotação de dentro para fora e rotação em espiral no sentido dos ponteiros do relógio, criando assim um efeito de moagem na superfície da joia para obter um acabamento polido (Figura 11-2 ).

(3) Polimento com rolos

O seu princípio de funcionamento é o seguinte: Quatro rolos hexagonais são montados uniformemente na circunferência do corpo rotativo. Os rolos rodam com o corpo rotativo e giram em torno do seu eixo sob a ação do sistema de rodas dentadas (no sentido oposto). O movimento planetário dos rolos faz com que o material no interior dos rolos permaneça sempre de um lado da parede exterior dos rolos devido à força centrífuga, criando uma camada de fluxo na superfície. Dentro desta camada de fluxo, as pedras de retificação e as peças de trabalho geram um movimento relativo, efectuando um corte fino e pressionando a superfície da peça de trabalho, obtendo assim uma superfície polida na peça de trabalho (Figura 11-3).

(4) Polimento por vórtice

O seu princípio de funcionamento é o seguinte: utilizando a força centrífuga gerada pela rotação a alta velocidade do prato giratório inferior, é produzida uma forte fricção entre a peça de trabalho e o abrasivo sob a ação de uma ranhura fixa, formando uma operação de vórtice em espiral, causando fricção rotacional a alta velocidade e rotação em espiral da peça de trabalho e do abrasivo. Isto permite que as jóias polidas tenham as rebarbas removidas e polidas uniformemente num tempo muito curto, alcançando um efeito de polimento ideal. A base da máquina de polir é um disco rotativo dentro de um recipiente, com a parte superior do recipiente aberta e as paredes do recipiente sem rotação. A distância entre o recipiente e o disco pode ser inferior a 0,05 mm, permitindo a utilização das partículas mais finas de casca de noz (Figura 11-4).

(5) Polimento por arrastamento

Durante o trabalho, a peça de trabalho é arrastada sobre o meio de polimento enquanto não se move. Cada peça de trabalho tem a sua própria posição de apoio, as superfícies entre as peças de trabalho não entrarão em contacto, evitando assim danos na superfície. Em comparação com os métodos de polimento tradicionais, cria um maior movimento relativo e uma força de processamento mais forte, reduzindo significativamente o tempo de processamento. Tem grandes vantagens para peças de trabalho pesadas. O método de polimento de arrasto é particularmente adequado para anéis pesados, fechos e caixas de relógio e também é adequado para muitas outras peças que podem ser suspensas em suportes fixos (Figura 11-5).

As caraterísticas dos métodos de polimento acima referidos são comparadas no Quadro 11-1.

Tabela 11-1 Caraterísticas dos diferentes processos de polimento

Métodos de polimento	Meio de polimento	Meio de moagem	Vantagens	Desvantagens	Peça de trabalho adequada
Polimento por vibração	Lascas de madeira, pedaços de porcelana, partículas de casca de noz, farinha de milho, bolas de aço	Cerâmica, plástico	Artigos grandes e baratos, peças estampadas	Devido ao longo tempo de processamento, à baixa pressão, às indentações e ao fraco efeito de suavidade, é impossível obter resultados ideais durante o processamento a seco.	Corrente pequena, corrente mecânica
Polimento do cano	Cubo de madeira, agulha de madeira, partículas de casca de noz, farinha de milho, bola de aço	Cerâmica, plástico	Barato	Tempo de processamento longo, processamento inconveniente, a superfície tem pó, a superfície é pressionada	Várias peças de joalharia
Polimento por vórtice	Partículas de casca de noz, pedaços de porcelana, plástico	Cerâmica, plástico	Com elevada eficiência e tempo de processamento curto, a máquina completa o volume de trabalho da 70%, menos processos, jóias limpas, manuseamento fácil, elevada qualidade de superfície	Só pode manusear peças de trabalho leves (máximo 20 g) e não pode processar pequenas correntes de pedras preciosas.	A maioria das jóias, produtos industriais e caixas de relógio
Polimento de arrasto	Partículas de casca de noz	Granulado de casca de noz	Pode polir peças de trabalho grandes e pesadas sem impacto ou colisão, com um tempo de processamento curto, fácil manuseamento e elevada qualidade de superfície	Sem trituração a húmido	Várias peças de joalharia que podem ser fixadas numa prateleira

2. Polimento químico

O polimento químico refere-se a uma série de reacções químicas na superfície de materiais metálicos numa solução de polimento composta por uma mistura razoavelmente proporcionada de agentes corrosivos, oxidantes e aditivos. Durante o processo de polimento químico, a película de passivação irregular na superfície microscópica do metal pode formar uma membrana viscosa na solução de polimento, fazendo com que a taxa de dissolução da superfície microscópica seja irregular. A taxa de dissolução das partes salientes é significativamente maior do que a das áreas rebaixadas, reduzindo a rugosidade microscópica da superfície e resultando numa superfície metálica lisa e brilhante.

3. Polimento eletroquímico

O polimento eletroquímico é um processo em que a peça de trabalho é colocada numa solução específica, com a peça de trabalho polida a atuar como ânodo e um metal insolúvel como cátodo. Os dois eléctrodos são imersos simultaneamente na cuba electrolítica. Sob a ação do campo elétrico, ocorre uma dissolução anódica selectiva, resultando numa superfície metálica lisa com um brilho metálico (Figura 11-6).

Durante o polimento eletroquímico, forma-se uma membrana viscosa com elevada resistividade na superfície do ânodo. Esta membrana dinâmica é mais fina nas saliências microscópicas e mais espessa nas depressões microscópicas, resultando numa distribuição desigual da corrente. A densidade da corrente é maior nas saliências microscópicas, o que leva a uma taxa de dissolução mais rápida. A densidade da corrente é menor nas depressões microscópicas, resultando numa taxa de dissolução mais lenta. Os iões metálicos dissolvidos difundem-se através da membrana, obtendo-se um efeito suave e brilhante. Além disso, a gordura deixada na peça de trabalho depois de ser tocada pode reagir com substâncias alcalinas para formar sais solúveis, removendo assim a gordura. Quando estes dois efeitos são alcançados, é benéfico para a estabilidade e melhoria da qualidade da camada de galvanoplastia.

Secção II Processo de galvanoplastia

A galvanoplastia é um processo que utiliza métodos electroquímicos para depositar revestimentos de metais e ligas na superfície da peça de trabalho. O processo envolve a redução de iões metálicos na solução de revestimento a átomos metálicos através de reacções de eléctrodos sob a influência de um campo elétrico externo, ocorrendo a deposição de metal no cátodo. Devido à composição química e à estrutura organizacional do metal ou da liga metálica, o revestimento formado na superfície da peça de trabalho difere do material de base, o que não só altera o aspeto da peça galvanizada, como também confere à superfície da peça galvanizada as propriedades físico-químicas ou mecânicas desejadas, atingindo o objetivo de modificação da superfície. Esta é a tecnologia de tratamento de superfície mais utilizada na produção de jóias.

1. Conhecimentos básicos de galvanoplastia para jóias

(1) Tipos de galvanoplastia para jóias

De acordo com a finalidade do revestimento, a galvanoplastia para jóias pode ser dividida em revestimentos protectores e revestimentos decorativos.

Revestimentos de proteção. O principal objetivo é evitar a corrosão do metal. Os revestimentos habitualmente utilizados, como as camadas galvanizadas e de estanho, pertencem a esta categoria. Os metais negros são normalmente protegidos por camadas galvanizadas em condições atmosféricas gerais, enquanto as camadas de estanho são geralmente utilizadas para proteger os metais negros que entram em contacto com ácidos orgânicos.

Revestimentos decorativos. Principalmente para fins decorativos, mas também com um certo nível de proteção. Os revestimentos compósitos são, na sua maioria, constituídos por várias camadas, uma vez que é difícil encontrar um único revestimento que satisfaça os requisitos dos revestimentos decorativos. Normalmente, é primeiro aplicada uma camada de base no substrato, seguida de uma camada superficial e, por vezes, é também aplicada uma camada intermédia. Por exemplo, a galvanoplastia de metais preciosos e a galvanoplastia de imitação de ouro são amplamente utilizadas, especialmente em algumas jóias valiosas e pequenas jóias de hardware, com uma utilização e um volume de produção relativamente elevados. Trata-se principalmente de metais preciosos galvanizados e de várias ligas.

De acordo com a relação eletroquímica entre o revestimento e o metal do substrato durante a corrosão, a galvanoplastia decorativa pode ser dividida em revestimentos anódicos e catódicos.

Revestimento anódico. Refere-se ao revestimento que actua como ânodo e que se dissolve primeiro quando se forma uma microbateria de corrosão com o metal do substrato, como o revestimento de zinco sobre ferro. Este tipo de revestimento não só proporciona proteção mecânica ao substrato, como também oferece proteção química.

Revestimento catódico. Refere-se ao revestimento que actua como cátodo quando forma uma microbateria de corrosão com o metal do substrato. Por exemplo, revestimento de estanho sobre ferro. Este tipo de revestimento só pode fornecer proteção mecânica ao substrato; uma vez danificado, o revestimento deixa de proteger o substrato e acelera a taxa de corrosão do substrato.

(2) O processo básico de galvanoplastia de metais

A eletrodeposição é um processo eletroquímico e redox. Durante a eletrodeposição, o componente metálico actua como cátodo, o metal ou liga a ser galvanizado actua como ânodo solúvel ou uma malha de titânio é utilizada como ânodo insolúvel, ligada aos terminais negativo e positivo da fonte de alimentação e imersa num eletrólito que contém os componentes de galvanização. Sob a ação da corrente, pode obter-se uma camada de deposição na superfície do ornamento (Figura 11-7).

O processo de galvanoplastia de metais reduz o metal ou os seus iões complexos a metal no cátodo. Uma vez que o metal galvanizado tem uma estrutura cristalina como os metais comuns, o processo de galvanoplastia é também conhecido como processo de electrocristalização. Inclui as três etapas seguintes.

Processo de transferência de massa. Os iões metálicos ou os iões de complexos metálicos são continuamente transportados do eletrólito para a superfície do elétrodo através de etapas como a difusão, a convecção e a electromigração.

Processo eletroquímico. Os iões metálicos ou os iões de complexos metálicos desidratam-se e adsorvem-se na superfície do cátodo para libertar eletricidade e reduzir-se a átomos metálicos.

Processo de cristalização. Os átomos de metal dispõem-se no cátodo para formar cristais metálicos com uma determinada forma, e a cristalização ocorre normalmente por nucleação e crescimento.

A finura dos cristais é determinada pela taxa de nucleação e pela taxa de crescimento. Se a taxa de nucleação for mais rápida do que a taxa de crescimento, serão produzidos mais cristais, resultando em grãos mais finos e mais densos; pelo contrário, os grãos serão mais grosseiros.

2. Cobre galvanizado e ligas de cobre

O revestimento de cobre é cor-de-rosa, uniforme e delicado, com diferentes tonalidades consoante o processo. Na galvanoplastia, o revestimento de cobre é amplamente utilizado, principalmente como camada de base e camada intermédia, e pode também ser utilizado como camada de superfície, tal como o revestimento de imitação de ouro.

Os processos de revestimento de cobre atualmente utilizados incluem principalmente o cianeto, o sulfato ácido e o revestimento de cobre com pirofosfato. Entre eles, a solução de revestimento de cobre com cianeto é altamente tóxica, polui gravemente o ambiente, prejudica a saúde humana e foi classificada como um processo a eliminar. Além disso, o revestimento de cobre com amino-sulfonato, o revestimento de cobre com amina orgânica, o revestimento de cobre com citrato-tartarato e o revestimento de cobre com HEDP também têm sido desenvolvidos e aplicados nos últimos anos.

Na década de 1970, a investigação centrou-se na substituição da galvanoplastia com cianeto por uma galvanoplastia sem cianeto, o que conduziu à galvanoplastia com pirofosfato e sulfato de cobre. No entanto, não podiam ser diretamente revestidos em substratos de aço como camada de base.

2.1 Revestimento de cobre com sulfato

O revestimento de cobre com sulfato é amplamente utilizado na galvanoplastia decorativa de proteção, na galvanoplastia de plástico e no revestimento espesso de cobre para a eletrodeposição de placas de circuitos impressos. Pode ser dividida em dois tipos: uma é uma solução de galvanização com alto teor de cobre e baixo teor de ácido utilizada para a galvanização de peças, que tem um revestimento liso e brilhante com boa tenacidade; a outra é uma solução de galvanização com alto teor de ácido e baixo teor de cobre utilizada para a galvanização de placas de circuitos impressos, que tem excelentes capacidades de dispersão e cobertura, tornando-a muito adequada para a galvanização de orifícios, com um revestimento uniforme e delicado.

(1) Principais componentes da solução de galvanização

① Sulfato de cobre. É o principal sal que fornece o Cu²⁺ para a eletrodeposição. Quando a concentração é demasiado baixa, reduz o limite superior da densidade da corrente, diminui a velocidade de deposição e afecta o brilho do revestimento. Quando a concentração é demasiado elevada, reduz a capacidade de dispersão da solução de revestimento e, devido ao limite de solubilidade do sulfato de cobre, os cristais de sulfato de cobre precipitam, sendo adequado 180~220g/L.

② Ácido sulfúrico. A sua principal função é aumentar a condutividade da solução. Quando a concentração é demasiado baixa, conduz a uma oxidação incompleta do cobre do ânodo, produzindo Cu₂O, resultando em "pó de cobre" ou rebarbas no revestimento. Ao mesmo tempo, a capacidade de dispersão da solução de revestimento diminui. Quando a concentração de ácido sulfúrico é adequada, a gama de densidade de corrente do revestimento é ampla, o revestimento é brilhante e a capacidade de nivelamento atinge resultados óptimos. Se a concentração de ácido sulfúrico for demasiado elevada, afecta o brilho e o nivelamento do revestimento.

③ iões cloreto. São activadores do ânodo que podem ajudar o ânodo a dissolver-se normalmente, inibir a produção de Cu⁺A concentração de iões de cloreto é demasiado baixa, o que leva à formação de revestimentos dendríticos, com a área de alta corrente propensa a queimar, e o revestimento é suscetível de desenvolver buracos ou fendas. Se a concentração de iões de cloreto for demasiado baixa, conduz à formação de revestimentos dendríticos, com a área de alta corrente propensa a queimar, e o revestimento é suscetível de desenvolver poços ou buracos. Se a concentração de iões cloreto for demasiado elevada, aparece uma camada de película branca tipo gel na superfície do ânodo e, independentemente da quantidade de abrilhantador adicionada, o revestimento não será brilhante. A concentração adequada de iões cloreto é de 40~100ml/L.

④ Aditivos. Uma excelente combinação de aditivos pode produzir soluções de revestimento estáveis, altas taxas de qualificação de produtos e alta eficiência de trabalho. Atualmente, foram comercializados muitos aditivos e respectivos materiais. Os requisitos para os aditivos variam consoante o tipo de revestimento. Por exemplo, os revestimentos decorativos dão mais importância ao brilho, à velocidade e ao nivelamento do revestimento; os revestimentos decorativos protectores dão mais importância ao nivelamento e à flexibilidade do revestimento; os revestimentos de placas de circuitos exigem um excelente desempenho na zona de baixa corrente, uma distribuição uniforme do revestimento e a ductilidade do revestimento, entre outros. Os aditivos para revestimento de cobre são constituídos principalmente por quatro partes: agentes de transporte, branqueadores, agentes de nivelamento e agentes molhantes.

Transportadora: Um bom agente de transporte pode maximizar a eficácia dos agentes de branqueamento e de nivelamento. Os agentes de transporte são, na sua maioria, formulados a partir de tensioactivos, sendo impossível obter o melhor efeito com um único material, como os compostos de poliéter, os compostos aniónicos de tetraéter de etilenodiamina, etc.

Agentes de brilho e agentes de nivelamento: Os compostos orgânicos de polissulfureto, os polissulfuretos orgânicos, os sulfonatos orgânicos de polissulfureto, os corantes orgânicos, etc., têm efeitos de branqueamento e de nivelamento em combinação com os transportadores. Ambos os efeitos podem aparecer no mesmo material, com os corantes a concentrarem-se mais na capacidade de nivelamento.

Agentes humectantes: podem melhorar a ação molhante da solução de revestimento. São normalmente utilizados tensioactivos não iónicos ou aniónicos, como o polietilenoglicol, emulsionantes OP, etc. O cobre ácido brilhante utiliza a agitação do ar e só pode escolher agentes molhantes com baixo teor de espuma.

(2) Reação do elétrodo de revestimento de cobre com ácido sulfúrico

Cátodo: 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

Devido ao potencial de elétrodo padrão do Cu²⁺ sendo muito mais positivo do que o hidrogénio, o hidrogénio gasoso não será libertado no cátodo, mas quando não for suficientemente reduzido, aparecerá o Cu⁺. Do ponto de vista do potencial padrão do elétrodo, é mais provável que ocorra a reação de redução a Cu, e a redução de Cu conduzirá a um revestimento rugoso, que deve ser evitado.

Ânodo: O ânodo de cobre em solução de ácido sulfúrico sofre uma dissolução anódica, fornecendo os iões de cobre necessários na solução de revestimento, nomeadamente Cu-2e=Cu²⁺.

Ao mesmo tempo que o Cu²⁺ é gerado, é inevitavelmente gerado Cu⁺nomeadamente: Cu-e=Cu⁺. Quando o Cu⁺ Aparece e entra na solução; se houver ácido sulfúrico e ar suficientes na solução, o Cu⁺ podem ser oxidados, nomeadamente:4Cu⁺+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+2H₂O, Quando a concentração de ácido sulfúrico na solução é insuficiente, o Cu⁺ hidrolisará, nomeadamente: 2Cu⁺+2H₂O=2CuOH+2H⁺=Cu₂O+H₂O. Nesta altura, o Cu₂O depositar-se-á no cátodo por eletroforese, produzindo rebarbas. Devido à instabilidade do Cu⁺podem também ocorrer reacções de desproporção, nomeadamente:2Cu⁺=Cu²⁺+Cu, e o Cu gerado também se depositará no revestimento por eletroforese, produzindo pó de cobre, rebarbas e rugosidade. Por conseguinte, durante o processo de galvanoplastia, o aspeto do Cu⁺ deve ser evitado tanto quanto possível; a utilização de ânodos de cobre contendo fósforo e a agitação da solução de revestimento com ar podem resolver o problema.

2.2 Revestimento de cobre com pirofosfato

O revestimento de cobre com pirofosfato não pode ser diretamente revestido em substratos de ferro e zinco. É utilizado principalmente em substratos de liga de zinco antes do revestimento de cobre com sulfato ácido para proteger o substrato da forte corrosão ácida e garantir a qualidade da combinação de revestimento. É também utilizado em processos de galvanoplastia de metalização de plástico, mas a sua aplicação na galvanoplastia de hardware é limitada.

Os cristais brilhantes de revestimento de cobre com ácido fosfórico têm boas capacidades de dispersão e cobertura. A eficiência da corrente catódica é elevada, mas a utilização a longo prazo pode levar à acumulação de fosfato, o que reduz a taxa de deposição.

(1) Principais componentes da solução de galvanização

Pirofosfato de cobre. É o principal sal da solução de revestimento, fornecendo iões de cobre. Se o teor de cobre for demasiado baixo, diminui a densidade da corrente, o que resulta num brilho e nivelamento deficientes do revestimento; se o teor de cobre for demasiado elevado, reduz a polarização catódica, o que resulta num revestimento rugoso. O teor de cobre na solução de revestimento deve ser mantido numa determinada proporção com o pirofosfato de potássio.

Pirofosfato de potássio. É o principal agente complexante, e quando o valor de pH é 8, a principal forma do complexo é [Cu(P₂O₇)₂]^6-, mantendo [P₂O₇^4-]:[Cu²⁺Se o rácio for demasiado elevado, conduz a uma redução da eficiência da corrente, a furos no revestimento e a uma solução de revestimento propensa a turvação.

Amina de ácido cítrico. É um agente complexante auxiliar e despolarizador de ânodo. Pode melhorar a dissolução do ânodo, aumentar a capacidade de dispersão da solução de revestimento e aumentar o brilho do revestimento. Se o conteúdo for demasiado baixo, a dissolução do ânodo será fraca, a capacidade de dispersão da solução de revestimento diminuirá e será produzido "pó de cobre". Geralmente, o teor adequado é de cerca de 10~30g/L.

(2) Reação do elétrodo de revestimento de cobre com pirofosfato

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

Reação anódica:Cu + 2P₂O₇^4- -2e = [Cu(P₂O₇)₂]^6-

Quando o ânodo é passivado, o oxigénio é libertado:4OH^– - 4e = O₂ + 2H₂O

Quando a oxidação anódica é incompleta, o Cu⁺ ocorre: Cu - e = Cu⁺

As duas últimas reacções têm de ser cuidadosamente monitorizadas para evitar a sua ocorrência.

2.3 Eletrodeposição de ouro de imitação

Nos últimos anos, devido ao desenvolvimento da galvanoplastia decorativa na construção, hardware, iluminação e ornamentos, o revestimento de ouro de imitação tem sido amplamente utilizado.

(1) Principais categorias de galvanoplastia de ouro de imitação

O revestimento de imitação de ouro pode ser feito de ligas de cobre-zinco, cobre-estanho ou cobre-estanho-zinco, ou o pós-processamento de ligas de cobre-zinco pode produzir um efeito realista de ouro. O efeito de imitação de ouro pode atingir cores como o ouro de 18K, 4K e rosa. As ligas de cobre-estanho (bronze) podem ser divididas em três categorias com base no teor de estanho: bronze com baixo teor de estanho, com um teor de estanho de 5%~15%, que parece rosa a amarelo dourado; bronze com teor de estanho médio, com um teor de estanho de 15%~40%, que parece amarelo; e bronze com alto teor de estanho, com um teor de estanho de 40%~50%, que parece branco prateado.

O revestimento dourado tem um tempo de eletrodeposição muito curto e o seu brilho depende principalmente da camada subjacente de suporte, normalmente revestida por uma camada de níquel brilhante ou outro revestimento branco e brilhante. O revestimento de latão pode também servir como base decorativa de uma fina camada de ouro e como camada protetora e lubrificante. O latão é propenso a descoloração no ar, pelo que deve ser submetido a um tratamento anti-descoloração quando utilizado como camada de superfície ou base de uma camada fina de ouro, tal como ser pulverizado com um revestimento orgânico ou revestido com tinta electroforética catódica. Nos últimos anos, para evitar alergias cutâneas ao níquel no revestimento de jóias, a liga de cobre-zinco branco pode ser utilizada como um substituto de baixo grau para o revestimento de níquel, e pode também servir de base para o crómio e para revestimentos brancos e brancos necessários em decorações de brinquedos metálicos.

A chave para obter uma liga através da co-deposição simultânea de dois metais é que os seus potenciais de deposição devem ser próximos e a polarização catódica deve assegurar que os dois metais se depositam na proporção desejada. Os iões complexos presentes na solução de revestimento de cianeto são principalmente Cu(CN)₃^2- e Zn(CN)₄^2-. A estabilidade dos iões de cianeto de cobre é muito superior à dos iões de cianeto de zinco, e a polarização catódica do cobre é muito superior à do zinco. Por conseguinte, para obter um revestimento que cumpra os requisitos, é necessário controlar rigorosamente o cianeto total, o cianeto livre, a relação cobre-zinco, o valor do pH e factores como a temperatura, a densidade da corrente e a agitação.

(2) Fluxo do processo de galvanoplastia de ouro de imitação

Existem dois grandes desafios no revestimento de ouro de imitação de liga de cobre: um é como manter o brilho do revestimento e evitar a descoloração do revestimento de liga de cobre; o segundo é como conseguir um efeito realista. Por conseguinte, torna-se crucial um processo de galvanoplastia e um pós-tratamento razoáveis. O processo de galvanoplastia de imitação de ouro normalmente utilizado é o seguinte

Antes de a peça ser niquelada com níquel brilhante, deve ser submetida a um pré-tratamento. O revestimento de níquel brilhante acaba por ter um tom esbranquiçado, que pode realçar o brilho da camada de imitação de ouro.
A ativação do níquel tem como objetivo remover a camada de passivação na superfície de níquel brilhante para melhorar a força de ligação com a camada superficial. O método envolve o tratamento catódico na solução electro-desengordurante durante 3 a 5 minutos, seguido de ativação com ácido sulfúrico 5% após enxaguamento com água e enxaguamento completo antes de entrar no tanque de imitação de ouro.
Após o revestimento de ouro de imitação galvanizado, a superfície da peça de trabalho é limpa com água quente e enxaguada com lavagem em contracorrente.
Tratamento anti-descoloração destinado a evitar a descoloração do revestimento após a lavagem. Os processos comuns de passivação incluem dicromato de potássio ou benzotriazol.
A eletroforese catódica é tratada com tinta de eletroforese catódica do tipo acrílico ou com revestimentos transparentes, como verniz do tipo acrílico, ou pulverizada ou mergulhada em revestimentos transparentes de silicone orgânico.
Coloração com verniz ou tinta. Para criar um efeito realista de imitação de ouro na aparência e para compensar as deficiências do tom do revestimento de imitação de ouro, pode ser aplicado um revestimento transparente de cor dourada.

3. Níquel electrodepositado

A niquelagem tem uma vasta gama de aplicações. Serve de camada protetora catódica para substratos de aço, e a sua capacidade protetora está relacionada com a porosidade do revestimento. A niquelagem é amplamente utilizada como camada de base para revestimentos decorativos de ouro, paládio-níquel e prata em sectores como a decoração de ferragens. Os tipos de niquelagem incluem o níquel watt, o níquel semi-brilhante, o níquel brilhante, o níquel com alto teor de enxofre, o níquel selado, o níquel de alta tensão, o níquel de baixa tensão, o níquel pérola, o níquel preto e a niquelagem composta. Na indústria da joalharia, os revestimentos de níquel normalmente utilizados incluem o níquel semi-brilhante, o níquel brilhante, o níquel pérola e o níquel preto.

3.1 Níquel brilhante

O níquel brilhante é um dos revestimentos mais utilizados atualmente. Baseia-se no níquel watt, com aditivos adicionados para obter um revestimento de níquel brilhante e suave.

(1) Principais componentes da solução de galvanização

① Níquel. As fontes de iões de níquel podem ser o sulfato de níquel, o cloreto de níquel, o aminossulfonato de níquel, etc. Os iões de níquel são o principal componente da solução de revestimento, geralmente com um teor de 52~70g/L. Uma concentração elevada de iões de níquel permite um aumento da densidade da corrente. Melhora a taxa de deposição, mas se a concentração for demasiado elevada, a capacidade de dispersão da solução de revestimento diminui, o que pode levar a que não haja revestimento em áreas de baixa corrente. Se a concentração de iões de níquel for demasiado baixa, a taxa de deposição diminui e, em casos graves, a área de alta corrente pode ficar queimada.

② Tampão. O ácido bórico é o melhor tampão na solução de revestimento de níquel, e a sua concentração mínima efectiva não é inferior a 30g/L; geralmente, a absorção na solução de revestimento é apropriadamente 40~50g/L. O ácido bórico pode também aumentar a polarização catódica, melhorar a condutividade da solução e melhorar as propriedades mecânicas do revestimento.

③ Agentes humectantes. Durante o processo de galvanoplastia, o hidrogénio é libertado no cátodo. Os agentes molhantes podem reduzir a tensão superficial da solução de galvanoplastia, aumentando o efeito molhante da solução na superfície da peça, dificultando a permanência das bolhas de hidrogénio geradas durante a galvanoplastia na superfície do cátodo, impedindo assim a formação de orifícios e manchas. Os agentes molhantes são compostos por tensioactivos, que podem ser classificados em agentes molhantes com elevada formação de espuma e agentes molhantes com baixa formação de espuma. Os agentes molhantes de alta espuma incluem o dodecil sulfato de sódio, enquanto os agentes molhantes de baixa espuma incluem o dietilhexil sulfato de sódio.

④ Agentes de brilho. Incluindo agentes branqueadores primários, agentes branqueadores secundários e agentes branqueadores auxiliares.

Branqueador primário: A sua principal função é refinar o tamanho do grão e reduzir a sensibilidade da solução de revestimento às impurezas metálicas, com uma dosagem geral de aproximadamente 1~10g/L, uma camada de revestimento de níquel contendo aproximadamente 0,03%S. Os branqueadores primários típicos incluem a sacarina, o difenil sulfónio amónio (BB1), o tolueno sulfónio amónio, o ácido benzenossulfónico, o ácido 1,3,6 naftaleno sulfónico, o ácido benzeno sulfónico e o ácido benzeno sulfónico de sódio (BSS), etc.
Os branqueadores secundários criam um brilho percetível no revestimento, mas também introduzem tensão e fragilidade no revestimento e sensibilidade às impurezas. A dosagem deve ser rigorosamente controlada e, quando utilizados em conjunto com branqueadores primários, podem produzir um revestimento totalmente brilhante. Os branqueadores secundários típicos incluem o 1,4-butanodiol, o álcool propargílico, o hexanol, a piridina, a tioureia, etc.
Branqueadores auxiliares: Ajudam a dar brilho ao revestimento, melhoram a capacidade de cobertura do revestimento e reduzem a sensibilidade da solução de revestimento às impurezas metálicas. Os branqueadores auxiliares típicos incluem alil sulfonato de sódio, vinil sulfonato de sódio, propargil sulfonato de sódio, etc.

⑤ Aditivos de produtos de base niquelados. Vários produtos intermédios são combinados com base nas suas respectivas caraterísticas de desempenho, dando origem a vários tipos.

Agente de arranque para o banho (agente amaciador): composto principalmente por agentes branqueadores primários e auxiliares.
Agente de branqueamento (agente de branqueamento principal): Constituído por um ou mais compostos, sendo o componente principal um agente branqueador secundário, complementado por outros componentes.
Tensioactivos: Existem dois tipos: baixa espuma e alta espuma.
Agentes de purga: tais como removedores de ferro, removedores de cobre, removedores de zinco, agentes de posicionamento em zonas baixas, etc.

(2) Reação do elétrodo

Cátodo: Ni²⁺ + 2e = Ni 2H⁺ + 2e = H₂

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

3.2 Níquel preto electrodepositado e bronze acetinado

O revestimento de níquel preto e de bronze (pérola negra) é utilizado principalmente para revestimentos ópticos e revestimentos decorativos antigos, geralmente revestidos de níquel brilhante, cobre, bronze e zinco, com uma espessura não superior a 2μm. Este tipo de revestimento é duro e quebradiço, com fraca resistência à corrosão, e a superfície do revestimento tem de ser protegida com verniz.

O aparecimento das cores preta e bronze deve-se aos diferentes materiais de escurecimento presentes na solução de revestimento. A camada de niquelagem preta contém uma maior quantidade de fases não metálicas, como a niquelagem preta contendo zinco, que geralmente tem uma fração mássica de níquel de 40%~60%, zinco de 20%~30%, enxofre de 10%~15% e matéria orgânica de cerca de 10%, o que a torna uma mistura de níquel, zinco, sulfureto de níquel, sulfureto de zinco e matéria orgânica.

A temperatura de trabalho da solução de revestimento, o valor do pH e a densidade da corrente afectam a escuridão do revestimento. Se o revestimento não for escuro ou tiver cores ou parecer amarelo, verificar primeiro a condutividade, depois verificar se a corrente é demasiado alta ou demasiado baixa; se a temperatura for demasiado alta, e depois verificar se as concentrações de tiocianato, sulfato de zinco, molibdato de amónio, etc., na solução de revestimento são insuficientes.

3.3 Níquel Pérola Electrodepositado

O níquel pérola (níquel acetinado) tem uma cristalização fina, baixa porosidade, baixa tensão interna, boa resistência à corrosão e um tom suave. Não deixa marcas quando tocado à mão, é valorizado e apreciado na galvanoplastia decorativa, é amplamente utilizado como camada de base de crómio, prata e ouro e pode ser utilizado diretamente para camadas superficiais, especialmente em aplicações como relógios e jóias.

O processo principal da galvanoplastia de níquel acetinado consiste em adicionar à solução de galvanização certas substâncias orgânicas, tais como aniões e substâncias anfotéricas, que, em condições electrolíticas, formam precipitados com um diâmetro semelhante ao das partículas coloidais. Estes precipitados co-depositam com o níquel no cátodo, produzindo um revestimento de níquel acetinado com um brilho perolado. Ao selecionar os tipos e concentrações de aditivos, o diâmetro dos precipitados pode ser controlado. O processo de níquel perolado é quase inteiramente composto por aditivos comerciais patenteados.

O defeito que ocorre normalmente no níquel pérola são os "pontos brilhantes", que podem ser resolvidos através da remoção de contaminantes e da agitação completa da solução de revestimento antes da utilização.

4. Prata electrodepositada e ligas de prata

O símbolo do elemento prata é Ag, a massa atómica relativa é 107,9; o potencial de elétrodo padrão é 0,799 V e o equivalente eletroquímico é 4,025/(A.h)

Os revestimentos de prata e de ligas de prata têm excelente condutividade, baixa resistência ao contacto, soldabilidade e fortes propriedades reflectoras e decorativas. São amplamente utilizados em louça de mesa, instrumentos musicais, jóias e muito mais como revestimentos decorativos.

A camada prateada reage com o enxofre no ar, formando óxido de prata e sulfureto de prata preto. Também pode escurecer facilmente quando em contacto com materiais que contêm enxofre, como plásticos e borracha, e o oxigénio no ar contribui para o escurecimento. A descoloração da camada revestida a prata afecta gravemente o aspeto dos componentes e tem impacto na soldabilidade e no desempenho elétrico do revestimento.

As soluções de revestimento de prata continuam a basear-se principalmente no revestimento de prata com cianeto, que produz uma camada branca fina e pura com boas capacidades de dispersão e cobertura, e o processo é relativamente estável. No entanto, tem um elevado teor de cianeto e é altamente tóxico. A investigação nacional e internacional tem sido conduzida em processos de revestimento de prata sem cianeto, e existem agora materiais comerciais disponíveis, tais como o revestimento de prata NS, o revestimento de prata niacina, o revestimento de prata tiossulfato, o revestimento de prata imida dibutiril e o revestimento de prata ácido imidazol-sulfónico, entre outros. A prateação sem cianeto tem progredido lentamente devido ao seu aspeto menos delicado do que a prateação com cianeto, à manutenção menos conveniente e ao fornecimento inconsistente de matérias-primas.

4.1 Revestimento de prata com cianeto

Desde a primeira patente de revestimento de prata em 1840 até à atualidade, o revestimento de prata com cianeto tem mais de 160 anos de história. O banho de prata com cianeto foi sempre dominante na geração do banho de prata. O desenvolvimento do revestimento de prata com cianeto na década de 1970 introduziu branqueadores que revestiam diretamente uma camada de prata brilhante a partir da solução de revestimento, eliminando o processo de polimento, melhorando a eficiência e poupando uma grande quantidade de prata. O revestimento de prata brilhante tornou-se a corrente principal do revestimento de prata com cianeto.

(1) Principais componentes da solução de cianeto para revestimento de prata

① Prata. É o principal sal da solução de revestimento, existindo como iões complexos de cianeto de prata. A fonte de prata pode ser AgNO₃AgCl, AgCN, KAg(CN)₂mas o AgNO₃ e o AgCl é melhor convertido em AgCN ou KAg(CN)₂e depois adicionada à solução de revestimento. A Ag na solução de revestimento é mantida a 20~40g/L. Se a concentração de prata for demasiado elevada, o revestimento cristaliza de forma grosseira e parece amarelo; se a concentração de prata for demasiado baixa, a gama de densidade de corrente é demasiado estreita e a taxa de deposição diminui.

Cianeto de potássio. É um agente complexante; para além de complexar com Ag, uma certa quantidade de cianeto de potássio livre é benéfica para a estabilidade da solução de revestimento, a dissolução normal do ânodo e a capacidade de dispersão da solução de revestimento. Os dados, em geral, referem-se principalmente ao KCN livre. Se a sua concentração for demasiado elevada, a taxa de deposição da solução de revestimento é lenta; se a concentração for demasiado baixa, a camada de revestimento é suscetível de amarelecer e o ânodo de prata é facilmente passivado, resultando numa taxa de deposição lenta.

③ Hidróxido de potássio, carbonato de potássio. Pode melhorar a condutividade da solução de revestimento, ajudar na capacidade de dispersão da solução de revestimento e aumentar o brilho do revestimento.

④ Tartarato de sódio. Pode reduzir a polarização do ânodo, evitar a passivação e promover a dissolução do ânodo de prata.

⑤ Agentes de brilho. A adição de agentes abrilhantadores pode obter um revestimento totalmente brilhante e expandir a gama de densidade de corrente, mas é necessário selecionar agentes abrilhantadores adequados para revestimentos de prata utilizados para diferentes fins. Para revestimentos decorativos, o requisito de espessura não é elevado, mas os requisitos para a cor do revestimento (brancura e brilho) são particularmente elevados, tornando inadequada a utilização de aditivos que contenham metais. Para os revestimentos funcionais utilizados em aplicações eléctricas e electrónicas, os requisitos de espessura do revestimento e de desempenho elétrico são mais elevados, e alguns podem considerar os requisitos de dureza do revestimento, permitindo a adição de sais metálicos, como o antimonato de potássio.

Os branqueadores não metálicos contêm frequentemente enxofre, que pode produzir um revestimento prateado branco e brilhante, mas a sua vida útil não é suficientemente longa. Decompõe-se se não for utilizado rapidamente na solução de revestimento. Os branqueadores metálicos, como o antimónio, o selénio, o telúrio, o cobalto e o níquel, podem melhorar o brilho do revestimento e aumentar a dureza, tornando-os mais adequados para o revestimento de prata dura.

(2) Reação do elétrodo de revestimento de prata com cianeto

Cátodo:

O ião complexo de cianeto de prata é diretamente reduzido no cátodo: Ag(CN)^2- + e = Ag + 2CN^–

Reação adversa: 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^–

Ânodo:

Utilizar um ânodo de prata solúvel: Ag + 2CN^– = Ag(CN)^2- + e

Quando se utilizam ânodos insolúveis:4OH^– = 2H₂O + O₂ + 4e

A eficiência atual do revestimento de prata com cianeto é elevada, com eficiências de corrente tanto no cátodo como no ânodo próximas de 100%.

4.2 Descoloração do revestimento de prata

As jóias prateadas, quando colocadas no ar ou utilizadas durante algum tempo, entram em contacto com gases nocivos ou substâncias que contêm enxofre no ar, provocando a corrosão e a descoloração do revestimento, afectando seriamente o aspeto das jóias. As principais razões para este facto são as seguintes.

A própria camada prateada pode reagir facilmente e tornar-se amarela numa atmosfera húmida que contenha sulfuretos e, em casos graves, pode tornar-se preta.

Operação incorrecta do processo de revestimento de prata. Uma limpeza inadequada após o revestimento deixa vestígios de sais de prata na superfície e esta prata ionizada é propensa a descoloração. A solução de revestimento está contaminada ou não é suficientemente pura, com iões metálicos como o cobre, o ferro e o zinco, o que resulta numa baixa pureza da camada de revestimento. Uma operação incorrecta conduz a uma camada de revestimento rugosa com elevada porosidade. As superfícies com elevada porosidade são propensas a acumular humidade e meios corrosivos.

Embalagem e armazenamento incorrectos após o banho de prata. As razões para a descoloração incluem principalmente: em primeiro lugar, as jóias prateadas são diretamente expostas à luz, fazendo com que os átomos de prata sejam afectados pelos raios ultravioleta, transformando-se em iões de prata, o que acelera a velocidade de descoloração; em segundo lugar, o armazenamento num ambiente húmido e de alta temperatura é propenso a descoloração; em terceiro lugar, a má vedação da embalagem pode fazer com que os materiais de embalagem reajam com o revestimento de prata.

4.3 Processo de tratamento anti-descoloração da camada revestida a prata

Para evitar a descoloração da camada de prata, são frequentemente utilizados na produção processos de passivação da camada de prata, que incluem normalmente os seguintes métodos: passivação química, passivação eletroquímica, imersão em agentes anti-descoloração, galvanoplastia com metais preciosos e imersão em películas protectoras orgânicas.

(1) Passivação química

Após uma lavagem cuidadosa com água, as peças revestidas que não tenham sido revestidas com prata brilhante devem ser imediatamente tratadas com ácido crómico.

Tratamento com ácido crómico. Anidrido de crómio: 80~85g/L; cloreto de sódio: 15~20g/L; temperatura: temperatura ambiente; tempo: 5~15 segundos. Após o tratamento com ácido crómico, forma-se uma película amarela relativamente solta na superfície do revestimento de prata.
Processo de decapagem. Água com amoníaco: 300~500ml/L; temperatura ambiente; tempo: 20~30 segundos.
Idemitsu. Ácido nítrico ou ácido clorídrico, fração mássica de 5%~10%; temperatura ambiente; tempo: 5~20 segundos. Depois de a camada de revestimento de prata ser submetida aos processos acima referidos, é sujeita a uma fixação química para obter melhores resultados. A camada de película de passivação química é muito fina, o que tem pouco efeito na resistência de contacto. Ainda assim, a estrutura da película de passivação não é suficientemente densa e a sua capacidade de evitar a descoloração não é forte, pelo que a passivação eletroquímica pode ser efectuada a seguir.

(2) Passivação eletroquímica

Pode ser feito após a passivação química ou diretamente após o revestimento de prata brilhante. Utilizar a camada de revestimento de prata como cátodo e o aço inoxidável como ânodo. Através da eletrólise, forma-se uma película relativamente densa em forma de agulha na superfície da camada de prata, que tem uma maior resistência à descoloração do que a película de passivação química. Se a passivação química for combinada com a eletrólise, o efeito é ainda melhor.

(3) Agente de proteção contra contacto elétrico por imersão

Dissolver o agente protetor num solvente orgânico e mergulhá-lo durante 1~2 minutos a uma determinada temperatura, o que tem um efeito protetor na superfície.

(4) Galvanoplastia de metais preciosos

Ouro galvanizado, ródio, paládio, liga de paládio-níquel (80%), espessura de 0,1~0,2μm.

(5) Película protetora orgânica

A espessura é geralmente superior a 5μm, e o efeito protetor é melhor. Os revestimentos protectores transparentes à base de acrílico ou silicone podem ser imersos (pulverizados) ou tinta electroforética acrílica catódica electroforética. Os requisitos para a película protetora orgânica incluem principalmente uma boa densidade de revestimento, elevada transparência, dureza do revestimento não inferior a HV4 e boa aderência ao substrato.

5. Ouro galvanizado e ligas de ouro

A massa atómica relativa do ouro é de 197, o potencial de elétrodo padrão do ouro monovalente é de +1,68 V, o equivalente eletroquímico do ouro trivalente é de +1,5 V e o equivalente eletroquímico do Au⁺ é de 7,357g/(A.h) e o equivalente eletroquímico do Au³⁺ é de 2,44977g/(A.h).

O ouro tem uma estabilidade química extremamente elevada e não é corroído por ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fluorídrico ou álcalis. A condutividade eléctrica do ouro só fica atrás da prata e do cobre. A condutividade térmica do ouro é 70% da da prata, e o ouro tem uma excelente ductilidade. Devido à sua estabilidade química, condutividade e boa soldabilidade, o ouro é amplamente utilizado na indústria da decoração.

Um revestimento decorativo em ouro é geralmente utilizado para jóias artesanais, exigindo que o revestimento tenha uma boa cor, brilho, resistência ao desgaste e sem descoloração. A pureza do revestimento pode ser dividida em ouro puro e ouro K, sendo que o ouro puro tem um teor de ouro superior a 99,9% e os tipos de ouro K normalmente utilizados, incluindo 22K, 18K e 14K. A espessura do revestimento pode ser dividida em ouro fino e ouro espesso, podendo o ouro fino ser diretamente revestido em substratos como o níquel, o cobre e o bronze, enquanto o ouro espesso requer primeiro uma camada de base.

O revestimento a ouro começou no início do século XIX, com o aparecimento de patentes para aplicações de revestimento a ouro no final da década de 1840, baseadas em soluções de revestimento alcalino à base de cianeto. Devido à extrema toxicidade do cianeto, tanto a nível nacional como internacional, tem havido uma investigação contínua para desenvolver soluções de douramento sem cianeto e com baixo teor de cianeto, o que levou ao aparecimento do douramento ácido puro, do douramento ácido duro, do douramento neutro e do douramento sem cianeto. As soluções de revestimento de ouro podem ser divididas em quatro tipos: cianeto alcalino, cianeto ácido baixo, cianeto neutro baixo e não cianeto. De um modo geral, as soluções de revestimento de ouro com baixo teor de cianeto e sem cianeto apresentam ainda certas lacunas em termos de estabilidade e de efeitos de revestimento, em comparação com as soluções de revestimento de ouro com cianeto alcalino.

5.1 Douradura com cianeto

(1) Revestimento a ouro com cianeto alcalino

① Os principais componentes da solução alcalina de cianeto para revestimento de ouro. A solução alcalina de revestimento de ouro com cianeto tem uma boa capacidade de dispersão, é uma solução de revestimento estável, é fácil de operar e manter e pode facilmente incorporar diferentes elementos de liga, como Cu, Ni, Co, Ag, Cd, etc. para produzir ligas de ouro de diferentes tonalidades. Por exemplo, a adição de níquel pode produzir uma cor de ouro ligeiramente branca, a adição de Cu e Cd produz ouro rosa; a adição de Ag pode resultar num revestimento de ouro verde claro. Ao controlar a concentração dos elementos de liga na solução de revestimento e as condições de trabalho, é possível obter quase todas as tonalidades de revestimento de ouro desejadas. A porosidade do revestimento de ouro com cianeto é relativamente elevada e a sua resistência ao desgaste e à corrosão é fraca. Devido ao elevado teor de cianeto no revestimento de ouro, a sua utilização diminuiu significativamente nos últimos anos; no entanto, na indústria da joalharia, o revestimento de ouro com cianeto continua a ser o tipo mais comum. Os principais componentes da solução alcalina de revestimento de ouro com cianeto são os seguintes

Cianeto de ouro de potássio (contendo 68,3% de ouro). É o principal sal na solução de revestimento e a fonte de ouro na camada de revestimento. A camada de revestimento parecerá vermelha e áspera se o teor de Au for demasiado baixo. A qualidade do cianeto de ouro e potássio é muito importante, pelo que se deve ter cuidado durante a seleção e utilização do mesmo. O cianeto de ouro potássico deve ser dissolvido em água desionizada antes de ser adicionado à solução de revestimento.
Cianeto de potássio (cianeto de sódio). É um agente complexante que pode estabilizar a solução de revestimento e permitir que o processo do elétrodo decorra normalmente. Se o teor for demasiado baixo, a solução de galvanização torna-se instável, resultando num revestimento rugoso com uma cor fraca.
Fosfato. É um tampão que estabiliza a solução de revestimento e melhora o brilho do revestimento.
Carbonato. É um sal condutor que pode melhorar a condutividade da solução de revestimento e aumentar a sua capacidade de dispersão. No entanto, se o carbonato não for adicionado aquando da abertura do tanque e a solução for alcalina, com o tempo, o CO₂ do ar acumular-se-ão na solução de revestimento. Quando a acumulação de carbonatos é excessiva, pode fazer com que o revestimento se torne áspero e produza manchas.
A composição das ligas de Cu, Ni, Co, Ag e Cd é maioritariamente adicionada com sais de cianeto, existindo também as que são adicionadas com sais de EDTA. As suas concentrações devem ser corretamente controladas para obter revestimentos de liga 14K, 16K, 18K e 23K de diferentes proporções. Além disso, os revestimentos de ouro-prata 16K e os revestimentos de ouro-cobre-cádmio 18K podem ser utilizados como camadas intermédias em combinações espessas de revestimento de ouro e revestidos com a espessura necessária.

② Reação do elétrodo de revestimento de ouro com cianeto alcalino. O sal principal da solução de cianeto para douramento é o cianeto de ouro e potássio KAu(CN)₂. O ião complexo de cianeto Au(CN)₂^– está na solução e é descarregado no cátodo, gerando uma camada de revestimento de ouro.

Cátodo:[Au(CN)₂]^– + e = Au + 2CN^–

Reação adversa:2H⁺ + 2e = H₂

Ânodo:

Utilizando um ânodo de prata solúvel: Au + 2CN^– - e = [Au(CN)₂]^–

Quando se utilizam ânodos insolúveis:2H₂O - 4e = 4H⁺ + O₂

Uma parte da CN^– que permanece na solução é oxidado pelo oxigénio no ecossistema inicial, e os produtos possíveis incluem CNO^–, DIRECTOR DE OPERAÇÕES^–, CO₃^2-, NH₃(CN)₂etc., que se acumulam na solução e se tornam poluentes.

(2) Processo de revestimento de ouro com cianeto ácido

A base para uma solução ácida de microcianeto para revestimento de ouro é que os iões complexos de cianeto de ouro não se decompõem a um pH de 3,1. O pH da solução ácida de revestimento de ouro é de 3,5~5,5. O revestimento de ouro puro é brilhante, uniforme, delicado e tem uma tonalidade vermelho-amarelada. A adição de elementos de liga Co, Ni, Sb, Cu, Cd e outros à solução de revestimento produz ligas de ouro que satisfazem os requisitos da indústria decorativa para diferentes tonalidades, tais como as camadas de revestimento de ouro 22,5~23,5 de 1N14, 2N18, 3N.

Na produção, o revestimento ácido de ouro divide-se principalmente em dois tipos: ouro fino e ouro espesso. O banho de ouro fino inclui o ouro pré-dourado e o ouro decorativo. O pré-dourado requer uma excelente aderência ao substrato e à camada de ouro, enquanto a solução de pré-douramento evita a contaminação da solução de douramento espesso. O ouro decorativo pode ser ouro puro ou liga de ouro, consoante os requisitos de aparência. As soluções de revestimento de ouro espesso incluem soluções de revestimento de ouro normais e de alta velocidade. A solução de revestimento pode ser revestida com a espessura necessária, conforme necessário. Os principais componentes da solução ácida de revestimento de ouro com cianeto são os seguintes

Cianeto de potássio. Com um teor suficiente, o sal principal pode produzir um revestimento de ouro brilhante e finamente cristalino. Um teor insuficiente resulta numa gama estreita de densidade de corrente, com o revestimento a parecer vermelho, áspero e com elevada porosidade.
Citrato. Tem efeitos de complexação, associação e tamponamento. Se a concentração for demasiado elevada, a eficiência da corrente diminui e a solução é suscetível de envelhecer; se a concentração for demasiado baixa, a capacidade de dispersão da solução de revestimento é fraca.
Fosfato. Um agente tampão que pode estabilizar a solução de revestimento e melhorar o brilho do revestimento.
O cobalto, o níquel, o antimónio, o cobre, o cádmio, a prata, etc., são elementos de liga que podem melhorar a dureza e o aspeto do revestimento, devendo a sua concentração ser rigorosamente controlada.

5.2 Douradura sem cianeto

Na década de 1960, era utilizada na produção a cromagem de ouro sem cianetos, com soluções de cromagem contendo sulfitos, tiossulfatos, halogenetos, ácido succínico, etc., mas a mais utilizada era a solução de cromagem de sulfitos com [Au(SO₃)₂]^3- como o anião complexo.

As caraterísticas da solução de revestimento de sulfito são as seguintes: a solução de revestimento tem uma boa capacidade de dispersão e cobertura, a camada de revestimento tem um bom nivelamento e ductilidade (o alongamento pode atingir 70%~90%), pode atingir um brilho espelhado e a pureza da camada de revestimento é elevada, com boa soldabilidade. Rápida taxa de sedimentação, poucos poros. O revestimento tem boa aderência a metais de níquel, cobre e prata.

A desvantagem da solução de revestimento com sulfito é que a sua estabilidade não é tão boa como a da solução de revestimento com cianeto e a resistência ao desgaste do ouro duro é fraca. Atualmente, este processo tem uma pequena quota de mercado, mas tem potencial.

6. Eletrodeposição de ródio

O banho de ródio é branco-prateado, tem um forte brilho superficial, não é afetado por gases corrosivos como o dióxido de carbono e sulfuretos na atmosfera e tem uma elevada estabilidade contra ácidos e bases, apresentando uma forte resistência à corrosão. A dureza do revestimento de ródio é dez vezes superior à do revestimento de prata, com boa resistência ao desgaste. Como camada decorativa de ródio, tem uma tonalidade ligeiramente azulada em branco, um brilho vivo, resistência ao desgaste e elevada dureza, o que a torna no revestimento decorativo de maior qualidade. Devido à elevada dureza e fragilidade do ródio, se o revestimento for demasiado espesso, pode descolar-se facilmente. Por conseguinte, para as jóias de moda em geral, é comum aplicar primeiro prata, paládio ou níquel como camada de base antes de aplicar o ródio.

A solução de revestimento de ródio contém sulfatos, fosfatos ou aminossulfonatos, os sulfatos mais utilizados. A sua solução de revestimento é fácil de manter, tem uma elevada eficiência de corrente e uma velocidade de deposição rápida, tornando-a adequada para o processamento de jóias.

(1) Principais componentes da solução de revestimento de sulfato de ródio

Sulfato de ródio. É o principal sal da solução de revestimento e, quando o teor de ródio é adequado, pode produzir um revestimento brilhante finamente cristalino. Se o teor for demasiado elevado, o revestimento não será branco e rugoso; se o teor for demasiado baixo, o revestimento ficará amarelo e com pouco brilho. Geralmente, o teor de ródio é controlado entre 1,6~2,2.g/L.

Ácido sulfúrico. A sua principal função é manter a estabilidade da solução de revestimento e aumentar a condutividade, e um baixo teor de ácido sulfúrico afectará o brilho da camada de revestimento.

(2) Reação do elétrodo de revestimento de ródio

Reação anódica:4OH - 4e = 2H₂O + O₂ ↑

Reação catódica: Rh²⁺ + 2e = Rh

Reação catódica lateral:2H⁺ + 2e = H₂ ↑

Secção III Processo de revestimento químico

A galvanoplastia química é um método que utiliza diretamente um agente redutor para reduzir cataliticamente iões metálicos na superfície a ser galvanizada, resultando na deposição de um revestimento metálico. Ao contrário da galvanoplastia, a galvanoplastia química não necessita de uma fonte de energia externa. A história da galvanoplastia química é longa; em 1845, acreditava-se que os métodos químicos podiam ser utilizados para a deposição, mas não havia qualquer aplicação ou prática até à década de 1950, altura em que uma solução de niquelagem química foi desenvolvida com êxito e posta em prática, dando origem a uma grande quantidade de investigação e promoção. Até à data, a niquelagem química tem formado uma grande escala de produção, com metais depositados por niquelagem química, incluindo Ni, Co, Pd, Cu, Au, Ag, Pt, Sn, Sb, Bi e Fe. Com base em seis elementos metálicos Ni, Co, Pd, Cu, Au, Ag, podem ser formados vários revestimentos de liga com os outros elementos metálicos acima referidos. Podem também formar-se vários revestimentos compostos químicos quando a solução de galvanização contém dispersões sólidas.

1. Caraterísticas da galvanização química

Em comparação com a galvanoplastia, a galvanoplastia química apresenta as seguintes vantagens

(1) A galvanização electrolítica adapta-se a vários materiais de substrato, incluindo metais, semicondutores e materiais não metálicos.

(2) A espessura do revestimento químico é uniforme e consistente, independentemente da forma ou complexidade da peça de trabalho; desde que sejam tomadas medidas técnicas adequadas, pode ser obtido um revestimento uniforme na peça de trabalho.

(3) No caso da galvanização química autocatalítica, podem obter-se revestimentos de qualquer espessura, sendo mesmo possível a eletrodeposição. Os revestimentos obtidos por galvanização química têm excelentes propriedades químicas, mecânicas e magnéticas (tais como revestimentos densos e elevada dureza).

No entanto, a galvanização química também tem algumas desvantagens: em primeiro lugar, o tempo de vida da solução de galvanização química é relativamente curto; em segundo lugar, a velocidade de galvanização é lenta e só abaixo da velocidade crítica de galvanização é que a qualidade do revestimento pode ser garantida.

2. Princípio da galvanização química

A galvanização química é um processo de deposição de metal no qual os iões metálicos são reduzidos na superfície metálica através de auto-catálise por agentes redutores adequados na solução. Trata-se de uma reação química redox que envolve a transferência de electrões e um processo de deposição química sem uma fonte de energia externa. Este tipo de deposição química pode ser dividido em três categorias.

(1) Revestimento de substituição

Colocar um metal com fortes propriedades redutoras (o substrato, a peça de trabalho a ser revestida) numa solução de outro sal metálico com fortes propriedades oxidantes. O metal do substrato actua como um forte agente redutor, e os electrões que doa são aceites pelos iões metálicos na solução, depositando-se na superfície do substrato para formar um revestimento. Este processo é também designado por revestimento por imersão. Por exemplo, cobre deslocando prata, onde a peça de trabalho de cobre como substrato desloca a prata da solução, e a camada de prata depositada cobre a superfície de cobre. A reação de redução pára imediatamente quando está totalmente coberta, resultando num revestimento muito fino. Uma vez que a reação se baseia na corrosão do metal do substrato, a força de ligação do revestimento ao substrato é relativamente fraca. Não existem muitos sistemas adequados para o processo de revestimento por imersão em termos de substrato e solução de revestimento, pelo que a aplicação deste processo é limitada.

(2) Chapeamento dos contactos

Depois de o metal a dourar entrar em contacto com outro metal auxiliar, é imerso numa solução de sais metálicos, e o potencial do metal auxiliar deve ser inferior ao do metal depositado. Depois de a peça metálica e o metal auxiliar serem imersos na solução, formam uma bateria primária, sendo o metal auxiliar o ânodo devido à sua forte atividade, dissolvendo e libertando electrões. Em contraste, a peça metálica é o cátodo, onde os iões metálicos na solução são reduzidos e depositados como uma camada metálica na peça. Este método não tem significado na aplicação prática, mas pode ser utilizado para iniciar a galvanização química em substratos activos não catalíticos.

(3) Método de redução

Em primeiro lugar, a solução de revestimento químico contém iões metálicos para o revestimento e, em seguida, são adicionados electrões fornecidos por um agente redutor adequado para reduzir os iões metálicos e depositar um revestimento metálico. Esta reação de revestimento químico deve ser bem controlada em termos de velocidade; caso contrário, a deposição ao longo da solução deixa de fazer sentido. O método de redução envolve a deposição de um revestimento metálico numa superfície ativa com capacidade catalítica. Devido à capacidade auto-catalítica da camada depositada durante o processo de revestimento, esta técnica pode depositar continuamente para formar um revestimento de uma certa espessura que tem valor prático, que é o verdadeiro significado do processo de "revestimento químico". O método de obtenção da deposição de metal utilizando um agente redutor numa superfície ativa auto-catalítica é o único processo de deposição húmida que pode substituir a galvanoplastia.

3. Douradura química

O revestimento químico de ouro pode ser dividido em tipo redutor e tipo de deslocamento, dependendo da utilização ou não de um agente redutor na solução de revestimento. A solução de revestimento químico de ouro do tipo redutor inclui sal de ouro, agente complexante, agente redutor, tampão de pH e outros aditivos. A sua reação utiliza o agente redutor para reduzir o ouro, que é depois depositado uniformemente no substrato para atingir a espessura desejada. Geralmente, pode ser depositada uma camada de ouro mais espessa, com uma espessura de cerca de 1μm. O revestimento químico de ouro do tipo deslocamento é efectuado sem um agente redutor externo. Devido à diferença de potencial entre metais, um metal mais ativo pode deslocar um metal menos ativo da solução através de uma reação de deslocamento. Por exemplo, no revestimento de ouro por deslocamento num substrato de níquel, a diferença de potencial entre o ouro e o níquel permite que o níquel desloque o ouro da solução de revestimento para a superfície da camada de níquel. O potencial padrão do ouro é de 1,68 V, enquanto o potencial padrão do níquel é de apenas -0,25 V, o que indica uma diferença de potencial significativa. Quando o substrato de níquel é imerso na solução de revestimento de ouro por deslocamento, ocorre uma reação de deslocamento e uma camada de ouro substitui rapidamente a superfície do níquel. No entanto, os átomos de ouro têm um volume maior, resultando num arranjo relativamente solto na superfície do níquel com muitos poros. Por conseguinte, no processo subsequente de imersão em ouro, à medida que o tempo se prolonga, os iões de ouro na solução de revestimento continuam a sofrer reacções de deslocamento com átomos de níquel através dos poros na superfície da camada de ouro.

(1) Composição e condições do processo da solução química de douradura

A solução química de revestimento de ouro contém compostos de iões de ouro (isto é, sais de ouro), agentes complexantes, tampões de pH, agentes redutores, estabilizadores e outros componentes principais.

① Sais de ouro e agentes complexantes. Os compostos iónicos de ouro adequados incluem sais de ouro cianetados KAu(CN)₂, KAu(CN)₄, compostos de ouro hidrossolúveis HAuCl₄, KAuCl₄, NH₄AuCl₄, Na₃Au(SO₃)₂, Na₃Au(S₂O₃)₂e compostos de ouro Au(OH)₃ com menor solubilidade. Podem ser utilizados isoladamente ou em combinação. A concentração de iões de ouro é geralmente de 0,001~0,1mol/L. Se a concentração de iões de ouro for inferior a 0,001mol/L, não é possível obter taxas práticas de deposição de ouro; se a concentração de iões de ouro for superior a 0,1mol/L, é provável que se formem precipitados de ouro e os compostos de ouro não podem exercer plenamente o seu papel no revestimento químico, levando ao desperdício de ouro, o que é economicamente desfavorável. A adição de agentes complexantes à solução de revestimento tem por objetivo formar complexos com os componentes metálicos da solução, actuando simultaneamente como tampão para suprimir as alterações do pH da solução de revestimento. Os agentes complexantes disponíveis incluem EDTA-2Na, K₂SO₃, Na₂SO₃, K₂S₂O₃ e outros.

② Agentes redutores e aditivos. Os principais agentes redutores atualmente utilizados na investigação incluem o dimetilamina borano (DMAB), o hipofosfito de sódio, a hidrazina, os borohidretos, a hidrazina borano, a tioureia, o ascorbato de sódio e o tricloreto de titânio, entre outros.

③ Condições do processo. O valor de pH da solução de revestimento é geralmente 5~9, com uma gama óptima de 6~8. Um valor de pH mais baixo melhora a aderência da camada de revestimento de ouro, mas valores de pH excessivamente baixos podem facilmente produzir gases nocivos e corrosão. Um valor de pH elevado torna a solução de revestimento fortemente alcalina, o que pode dissolver o revestimento na superfície do artigo revestido. Em função do tipo e da concentração dos compostos de iões de ouro e dos agentes complexantes, é conveniente selecionar soluções alcalinas de NaOH, KOH, NH₄OH ou soluções de ácido inorgânico H₂SO₄, H₃PO₄, H₃BO₃ para ajustar o valor do pH da solução de revestimento. A temperatura de revestimento é geralmente 50 ~ 90 ℃, sendo a melhor 60 ~ 85 ℃. Uma temperatura de operação mais baixa é particularmente adequada para itens que não são resistentes ao calor, e também pode economizar energia e garantir uma operação segura.

(2) Revestimento químico de ouro sem cianeto

Desenvolvimento de um revestimento químico de ouro sem cianeto, que substitui o CN^– na solução de revestimento de ouro com alternativas não cianetadas, é uma direção importante no revestimento químico de ouro. Representa um avanço significativo em relação ao revestimento de ouro com cianeto e tem registado um desenvolvimento nacional e internacional considerável nos últimos anos. As actuais soluções de revestimento de ouro sem cianeto incluem principalmente o revestimento de ouro com sulfito, o revestimento de ouro com tiossulfato, o revestimento de ouro com halogeneto e o revestimento de ouro com tiocianato, entre os quais o revestimento de ouro com sulfito tem melhor valor prático. A seguir, apresenta-se principalmente o sistema de revestimento de ouro com sulfito.

Sistema de sulfito: Em 1842, o sal de ouro sulfitado foi utilizado pela primeira vez como fonte de ouro para a galvanoplastia de ouro sem cianetos; foi posteriormente aplicado em soluções químicas de revestimento de ouro, referidas como soluções de revestimento de ouro sulfitado. Os agentes redutores utilizados nesta solução de revestimento de ouro incluem hipofosfito de sódio, formaldeído, hidrazina, borohidretos, DMAB, ascorbato de sódio, tioureia e seus derivados, e compostos fenílicos, entre outros. Para obter uma solução prática de revestimento de ouro sem cianetos, é necessário adicionar uma pequena quantidade de estabilizadores à solução de revestimento, tais como EDTA, trietanolamina, NTA, benzotriazol, 2-mercaptobenzotiazol, etc. Estes aditivos podem formar agentes quelantes complexos com os iões de ouro monovalentes no sal de ouro sulfito, melhorando assim a estabilidade da solução de revestimento.

4. Niquelagem química

A camada de niquelagem química é independente da espessura do revestimento e da forma da peça e tem elevada dureza, boa resistência ao desgaste, lubricidade natural e excelente resistência à corrosão, razão pela qual é conhecida como o "revestimento do projetista". Os projectistas podem encontrar opções adequadas no sistema de revestimento com base nas propriedades necessárias para as peças.

Composição e condições do processo da solução de niquelagem química

A solução de niquelagem química é crucial para a estabilidade do processo de niquelagem química e para a qualidade do revestimento. Desde o desenvolvimento da niquelagem química, foram desenvolvidos muitos tipos de soluções de niquelagem. Entre elas, a solução mais comummente utilizada combina sulfato de níquel como sal principal e hipofosfito de sódio como agente redutor, juntamente com componentes adicionais adequados para ajustar a estabilidade, a complexação e outras propriedades.

(1) Sais de níquel. Existem principalmente dois tipos: sulfato de níquel e cloreto de níquel. Durante o processo de revestimento, se a concentração de sais de níquel for demasiado baixa, a taxa de reação é lenta, dificultando a formação de uma camada de revestimento. Se a concentração for demasiado elevada, alguns iões de níquel ficam livres na solução de revestimento, reduzindo a estabilidade da solução, o que pode facilmente resultar numa camada de revestimento rugosa e até provocar a decomposição da solução de revestimento. Por conseguinte, é essencial manter um teor adequado de sais de níquel na solução de revestimento e analisar com exatidão e complementar adequadamente o teor de sais de níquel durante o processo.

(2) Agente redutor. O agente redutor comum é o hipofosfito de sódio. O papel do agente redutor é catalisar a desidrogenação para fornecer átomos de hidrogénio primários vivos para reduzir os iões de níquel a níquel metálico. O teor do agente redutor tem um impacto significativo na taxa de deposição; o aumento da concentração do agente redutor pode acelerar a taxa de deposição, mas a concentração do agente redutor não deve ser demasiado elevada. Caso contrário, a solução de revestimento tem tendência para se auto-decompor, o que destrói a estabilidade da solução de revestimento, e a taxa de deposição também atingirá um valor limite.

(3) Agentes complexantes. Os agentes complexantes habitualmente utilizados incluem o ácido glicólico, o ácido málico, o ácido tartárico, o ácido cítrico e o ácido lático. A adição de agentes complexantes controla a taxa de deposição de iões de níquel. A adição de agentes complexantes deve ter em conta a capacidade de complexar todos os iões de níquel e a taxa de deposição da solução de revestimento para manter uma proporção adequada dos componentes. Os agentes complexantes podem reduzir a concentração de iões livres e o potencial de equilíbrio na solução, ao mesmo tempo que se adsorvem na superfície das peças galvanizadas, aumentando a atividade superficial das peças galvanizadas e acelerando a libertação de iões de hidrogénio do hipofosfito. A utilização de agentes complexantes compostos pode efetivamente melhorar a estabilidade da solução de galvanização e a taxa de deposição e tornar a superfície do revestimento brilhante e densa.

(4) Ajustadores de pH e tampões. O valor do pH da solução de revestimento tem um impacto significativo na taxa de deposição, na utilização do agente redutor e no desempenho do revestimento. Uma vez que o H+ é um subproduto da reação de redução, o valor do pH da solução de revestimento diminui à medida que a reação prossegue. Por conseguinte, é crucial ajustar e controlar o valor do pH durante a metalização química. Os ajustadores do valor do pH são geralmente NaOH, KOH ou compostos alcalinos, tais como carbonatos, amoníaco, etc. Se for necessário baixar o valor do pH, devem ser adicionados ácidos inorgânicos ou orgânicos. A adição de tampões evita a instabilidade na taxa de deposição causada por alterações drásticas no valor do pH durante a reação de deposição. Os aniões do tampão combinam-se para formar moléculas de ácido fracas com uma ionização muito baixa, controlando assim as mudanças drásticas no valor do pH da solução de revestimento.

(5) Estabilizadores. Durante o processo de revestimento, os núcleos cristalinos activos formam-se inevitavelmente na solução de revestimento por várias razões, causando a decomposição e a falha da solução. Ao adicionar estabilizadores, estes núcleos cristalinos activos podem ser envenenados, perdendo o seu efeito auto-catalítico, impedindo assim a decomposição da solução de revestimento. Os estabilizadores tornaram-se um segredo técnico no processo de niquelagem química. Os estabilizadores comuns incluem iões de chumbo, sulfuretos de estanho, etc.

(6) Promotores. A adição de agentes complexantes à solução de niquelagem química conduz geralmente a uma diminuição da taxa de deposição. Se forem adicionados em excesso, podem fazer com que a taxa de deposição se torne muito lenta ou mesmo inutilizável. São frequentemente adicionadas pequenas quantidades de ácidos orgânicos à solução de niquelagem para aumentar a taxa de deposição, sendo estes ácidos orgânicos designados por promotores.

(7) Temperatura. A temperatura é o parâmetro mais importante que afecta a taxa de deposição da niquelagem química. A reação catalítica do revestimento de níquel químico geralmente só pode ser alcançada em condições de aquecimento, e muitas etapas de reação individuais do revestimento de níquel químico mostram apenas uma taxa de deposição significativa acima de 50 ℃. A temperatura de operação da solução de revestimento ácido para liga química de níquel-fósforo é geralmente em torno de 85 ~ 95 ℃, enquanto as soluções gerais de revestimento químico alcalino podem depositar dentro de uma faixa de temperatura moderada. À medida que a temperatura aumenta, a taxa de deposição acelera. No entanto, aumentar a temperatura da solução de revestimento irá acelerar o aumento do hipofosfito, tornando a solução de revestimento instável. Durante o funcionamento, a solução de revestimento deve ser agitada uniformemente e deve ter-se o cuidado de evitar o sobreaquecimento local da solução de revestimento, mantendo uma temperatura de trabalho estável para evitar a auto-decomposição grave da solução de revestimento e consequências adversas, como a delaminação do revestimento.

(8) Valor do pH. Com o aumento do valor do pH da solução de revestimento, a taxa de deposição acelera e a solubilidade do fosfito diminui, o que pode facilmente levar à auto-decomposição da solução de revestimento. Suponhamos que o valor do pH da solução de revestimento é demasiado elevado. Nesse caso, a reação de oxidação do hipofosfito em fosfito acelera-se e a reação catalítica transforma-se numa reação espontânea, fazendo com que a solução de revestimento falhe rapidamente. À medida que o valor do pH aumenta, o teor de fósforo no revestimento diminui. Quando o valor de pH é muito baixo, a reação não pode prosseguir, como em soluções de revestimento ácido, quando o valor de pH ＜ 3, não é fácil depositar um revestimento de liga de níquel-fósforo.

(9) O efeito da agitação. O processo de difusão influencia o processo de niquelagem química, e a agitação da solução de niquelagem química ajuda a aumentar a taxa de transferência dos reagentes para a superfície da peça de trabalho, ao mesmo tempo que facilita a remoção dos produtos da reação. Essencialmente, a agitação altera a composição química e o valor do pH na camada de difusão na interface peça/solução. Os métodos de agitação incluem a agitação mecânica, a agitação magnética, a dispersão ultra-sónica e os métodos de dispersão química. Além disso, quando a niquelagem química é realizada em condições de aquecimento, a grande quantidade de gás hidrogénio libertado pode criar um efeito de "auto-agitação". Entre estes, a agitação mecânica é simples e fácil de implementar, utilizando geralmente forças externas de cisalhamento e de impacto para dispersar totalmente as partículas no meio; no entanto, não aborda eficazmente a agitação global da solução de revestimento, especialmente no fundo do copo. A agitação magnética utiliza um rotor magnético para gerar agitação através da rotação na solução de revestimento. É muito eficaz para agitar a solução no fundo, tornando-a benéfica para soluções de galvanização compostas que contêm partículas de sedimentação. No entanto, os agitadores magnéticos normalmente só aquecem o fundo do tanque de revestimento, e este método de aquecimento pode facilmente causar sobreaquecimento local da solução de fundo, o que pode afetar negativamente a estabilidade da solução de revestimento e o desempenho do revestimento. A dispersão por ultra-sons tem sido amplamente reconhecida e eficaz nos últimos anos, utilizando a elevada energia dos ultra-sons e o efeito de cavitação para esmagar micropartículas agregadas para dispersão. No entanto, devido à imensa energia dos ultra-sons, esta dispersão deve ser aplicada de forma intermitente durante o revestimento. Podem ser obtidos melhores resultados se forem complementados com uma certa intensidade de agitação mecânica.

5. Revestimento químico de cobre

A tecnologia de revestimento químico de cobre é aplicada principalmente a superfícies não metálicas, como plásticos e madeira, em artigos decorativos. Quer se trate de galvanoplastia decorativa ou funcional de plástico, a maioria requer galvanização química de cobre para garantir uma boa camada de base condutora e obter um bom revestimento. Em comparação com outros métodos de metalização de superfícies de plástico, a galvanização química de cobre é o método mais económico e mais simples.

(1) Métodos comuns de revestimento químico de cobre

A solução química de revestimento de cobre consiste principalmente em sais de cobre, agentes redutores, agentes complexantes, estabilizadores, agentes de ajuste e outros componentes. Atualmente, a solução química de revestimento de cobre amplamente utilizada utiliza o sulfato de cobre como sal principal e o formaldeído como agente redutor, composto principalmente por duas partes: uma é uma solução que contém sulfato de cobre, tartarato de sódio e potássio, hidróxido de sódio, carbonato de sódio e cloreto de níquel; a outra é uma solução que contém o agente redutor formaldeído. Estas duas soluções devem ser preparadas separadamente com antecedência e depois misturadas para utilização. Em soluções alcalinas, o formaldeído existe principalmente como metilenoglicol e seus aniões. Durante o processo químico de revestimento de cobre, o formaldeído sofre rapidamente uma reação de desproporção, produzindo os seus produtos redox e levando ao envelhecimento prematuro da solução de revestimento. Uma vez que não existem agentes de coordenação na solução de revestimento, apenas uma pequena quantidade destes óxidos pode ser dissolvida, enquanto a maioria continua a acumular-se. Uma fórmula típica de solução de galvanização e condições de trabalho são 5g/L de sulfato de cobre, 25g/L de tartarato de sódio e potássio, 7g/L de hidróxido de sódio, 10ml/L de formaldeído e tempo de 20~30 segundos.

(2) Cobreagem química de superfícies não metálicas

Com a expansão do campo de aplicação do revestimento químico de cobre, a tecnologia de revestimento químico de cobre em superfícies não metálicas também amadureceu gradualmente. Por exemplo, a produção sem máscara de fios de interconexão de cobre em substratos cerâmicos foi conseguida através da combinação da tecnologia de micro-corrosão a laser com a galvanização química. Nesta base, foi estabelecido e implementado um método de revestimento químico de cobre nas superfícies de materiais não metálicos, como a cerâmica, sem necessidade de ativação catalítica. Este método simplifica o processo de revestimento químico de cobre, tem um bom desempenho de revestimento, uma solução de revestimento estável e uma velocidade de revestimento rápida; também poupa metais preciosos e reduz os custos de produção. A metalização química é um dos principais métodos de metalização de superfícies de plástico.

Depois de o plástico ser metalizado, pode ser processado através de revestimento químico ou galvanoplastia para obter produtos de plástico com resistência ao desgaste, resistência ao calor, estabilidade térmica e funções especiais.

O revestimento químico de cobre é também aplicado ao tratamento de superfície de materiais de madeira, e os materiais tratados têm melhores propriedades decorativas e de resistência à corrosão, o que pode aumentar o valor acrescentado dos produtos. Nos últimos anos, o Japão registou alguns progressos na investigação dos processos de revestimento de cobre e de revestimento de ouro para madeira. Os objectos de tratamento são principalmente madeira de espécies arbóreas de uso corrente, como o cedro japonês, e os materiais de teste incluem aparas de madeira e pequenos quadrados de madeira. O processo de tratamento envolve, em primeiro lugar, o tratamento ultrassónico dos materiais de ensaio em soluções de imersão em solventes aquosos e orgânicos, o desengorduramento e a remoção de componentes que dificultam a película de revestimento, a selagem dos canais de resina com uma solução de polietilenoglicol tolueno, a fixação do catalisador e, finalmente, o revestimento químico, que requer várias etapas de secagem.

Apesar do desenvolvimento significativo do processo de revestimento químico de cobre, os seguintes aspectos ainda precisam de ser melhorados: a relação entre a estabilidade do revestimento químico de cobre e a velocidade de revestimento; o estudo cinético do revestimento químico de cobre em sistemas multi-complexos; o impacto dos aditivos no desempenho do revestimento; a relação entre a microestrutura do revestimento e a morfologia da superfície do substrato; alternativas ao formaldeído, etc.

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6. Exemplo de galvanoplastia química: Galvanoplastia de veios de folhas

A galvanoplastia de veios de folhas, também conhecida como galvanoplastia de decoração de folhas, começa por selecionar folhas artísticas, duras e com veios densos. Depois de remover a clorofila para expor as nervuras das folhas, estas são submetidas a uma metalização de superfície e a um processo de galvanoplastia.

Estas folhas foram moldadas e processadas para manter o seu aspeto original e realista e reflectem a elegância e o luxo após a galvanoplastia (Figura 11-8).

The main processes of leaf vein decorative electroplating are divided into three parts: leaf vein treatment, surface metallization (chemical plating), and decorative electroplating.

(1) Leaf Vein Treatment

Place the freshly picked leaves in an alkaline aqueous solution for soaking to remove chlorophyll, allowing the surface to display a relatively intact natural leaf vein pattern. The soaking solution is prepared with sodium hydroxide. After soaking for several days, chlorophyll can be removed, but this method takes a long time, and the degree of corrosion is difficult to control. Adding some sodium carbonate to the sodium hydroxide solution and heating it to a boil can quickly remove chlorophyll, with the leaves changing from green to yellow-green ideal. After washing the boiled leaves, if there are still traces of chlorophyll remaining on the veins, a soft brush must gently scrub along the veins, ensuring that the veins remain intact as a standard.

(2) Surface Metallization

Surface metallization is a treatment method that makes the surface of general non-metal materials conductive, preparing for the next electroplating step, which can be achieved through sensitization, activation, reduction, and chemical plating. Chemical nickel plating makes the surface of the leaf veins conductive, with the basic formula and process conditions being 26~28g/L nickel sulfate, 35g/L sodium hypophosphite, 20g/L citric acid, and other appropriate amounts. The operating process conditions are pH value being 4.6~4.8 and temperature at 90℃.

(3) Decorative Electroplating

After bright copper plating, mid-term production can be carried out: use spot welding to configure hanging parts, such as positioning pins, hooks, and other hangers. The material for the hanging parts is generally fine purple copper wire. Before spot welding, soak the fine copper wire in an acid solution for a short time (less than 30 seconds), and then cover it with solder for spot welding.

(4) Bright Electroplated Nickel

The nickel plating process, which is mainly used to prevent the penetration of copper and gold plating, refers to the previous one.

(5) Electroplated Gold

Finally, a thick gold plating is applied to the surface.

Section IV Chemical and Electrochemical Conversion Film Process for Popular Jewelry

Chemical and electrochemical conversion film technology is a technique that uses chemical or electrochemical means to bring metal into contact with a specific chemical treatment solution, thereby forming a layer on the metal surface that has good adhesion and can protect the base metal from the effects of water and other corrosive media, can improve the adhesion and aging resistance of organic coatings, or can impart decorative properties to the surface.

In the jewelry industry, chemical and electrochemical conversion film technology has been widely applied, forming colored films or interference films through surface conversion, creating various decorative colors and surface coloring effects, improving the appearance of materials, and enhancing corrosion resistance. This includes surface coloring treatments for copper jewelry, stainless steel jewelry, titanium jewelry, aluminum jewelry, and silver jewelry.

1. Chemical Coloring Process of Copper and Copper Alloy Ornaments

Copper alloy coloring is mainly applied to craft jewelry. Most copper compounds have intense colors, and the decorative colors on the surface of copper and its alloys almost cover the entire color spectrum through chemical coloring. Currently, the ones that are accepted by the market and can be produced on an industrial scale are primarily green (copper carbonate), black (copper sulfide), blue (alkaline copper ammonia complex), black (copper oxide), and red (cuprous oxide).

(1) The Chemical Reaction Mechanism of Surface Coloring

The surface coloring of copper and its alloys is the interaction of metallic copper with the coloring solution, forming an oxide layer, sulfide layer, and other compound films on the metal surface. Different coloring effects can be achieved by selecting different coloring formulas and conditions. For example, sulfur-based solutions that can be utilized include sulfides (such as potassium sulfide, ammonium sulfide, etc.), sodium thiosulfate, polysulfides (such as potassium persulfate), etc. The coloring principle is based on the characteristic reaction of sulfur with copper to produce copper sulfide, and under different reaction conditions and the participation of other components in the formula, colors such as black, brown, dark antique copper, blue, and purple can be formed. The interaction of copper with ammonia and chromium, along with the participation of other ions in the formula, can also produce various coloring effects under different reaction conditions. The addition of oxidants in the coloring formula can promote the reaction, but excessive oxidants can affect the quality of the oxide film.

(2) Chemical Coloring Process of Copper

The color is antique copper. Immerse pure copper or copper-plated ornaments (the thickness of the copper plating must be greater than 5μm) in the coloring solution below and shake continuously. It will quickly turn brown and deepen over time. When it reaches a certain thickness, oxygen will start to precipitate; at this point, it should be removed, cleaned, and dried for polishing, or the colored piece can be rubbed with leather scraps in a drum. The surface layer of the convex part is ground away to reveal some of the original copper color. The parts will exhibit a gradient of color from light to dark from the convex to the concave surfaces, creating an elegant antique style. This antique color tone is favored in craft ornaments on the international market. The typical process specification for achieving antique copper color is 40~120g/L basic copper carbonate, 200ml/L ammonia, reacting at room temperature for 5~15 minutes.

Copper coloring blue. Optional copper coloring blue process scheme: 130g/L copper sulfate, 13g/L ammonium chloride, 30ml/L ammonia, and 10ml/L acetic acid react for several minutes at room temperature.

Copper coloring green. Optional copper coloring green process schemes: 32g/L calcium chloride, 32g/L copper nitrate, 32g/L ammonium chloride, react for a few minutes under 100℃.

Copper coloring ancient green. Optional copper coloring ancient green process specifications: 5~10g/L sulfuric acid brocade, 10~15g/L ammonium sulfate, 25~30g/L sodium thiosulfate, water 200 ml, react for several minutes under 30~50℃.

Copper coloring brown. Optional copper coloring brown process specifications: 6g/L copper sulfate, 4g/L copper acetate, 1g/L alum, react for 10 minutes under 95~100℃.

Copper coloring golden yellow. Optional copper coloring golden yellow process schemes: 0.8g/L potassium sulfide, 1g/L ammonium sulfide, 0.3g/L barium sulfide, 4g/L sodium sulfide, 0.13g/L potassium permanganate, and 0.7g/L hydrogen peroxide react for several minutes at room temperature.

Copper coloring red. Optional copper red process scheme: 25g/L copper sulfate, 200g/L sodium chloride, react for 5~10 minutes under 50℃.

Copper coloring black. Optional copper blackening process schemes: 5~12.5g/L potassium sulfide and 20~200g/L ammonium chloride, which react for several minutes at room temperature.

(3) Chemical Coloring Process of Copper Alloys

Coloring with brass is relatively simple, with copper alloys followed by bronze, aluminum, and band bronze. The chemical coloring of copper alloys is widely used in craft jewelry.

Copper alloy coloring red. Optional copper alloy red process schemes: 2g/L iron nitrate, 2g/L sodium sulfite, react for a few minutes under 75℃.

Copper alloy coloring orange. Optional copper alloy orange process schemes: 25g/L sodium hydroxide and 50g/L copper carbonate, which react for a few minutes under 60~75℃.

Copper alloy coloring brown. Optional process scheme for brown copper alloy: 12.5g/L barium sulfide, reacting for several minutes under 50℃.

Copper alloy coloring chocolate color. Optional processes for copper alloy with chocolate color: 25g/L copper sulfate, 25g/L ammonium nickel sulfate, 25g/L potassium chlorate, react for a few minutes under 100℃.

Copper alloy coloring ancient green color. Optional processes for achieving the ancient green color of copper alloy: 350g/L ammonium chloride, 200g/L copper acetate, react for a few minutes under 100℃.

Copper alloys coloring blue. Optional processes for blue copper alloys: 2g/L sodium sulfite, 1g/L lead acetate, react for a few minutes under 100℃.

Copper alloy coloring black. Optional process scheme for blackening copper alloy: 25g/L copper sulfate, a small amount of ammonia, reacts for a few minutes under 80~90℃.

(4) Factors Affecting Coloring Effects

The chemical coloring of copper and copper alloy jewelry is sometimes unstable, and the main factors affecting the coloring effect are the following three.

① The influence of substrate composition. Generally speaking, substrates with a high copper content are more likely to achieve a pure and attractive appearance. As the copper content decreases, the presence of other alloying elements, which are more reactive than copper, will affect the purity of the corrosion products and the color of the copper coating. For example, the corrosion products of zinc, tin, aluminum, etc., will mix white hydroxides into the film layer, causing the film layer to appear white. In this case, the content of stabilizers can be appropriately increased. When a β phase is present in the material’s metallographic structure, due to its poor corrosion resistance, severe pitting will occur, resulting in a large accumulation of zinc hydroxide at the pit openings, leading to obvious white spots and rendering the material unusable. At this time, reducing the stabilizer content can achieve good results.

② The impact of the workpiece surface condition. For deep-drawn or deep-stretched parts, in areas of severe deformation, 80% mechanical energy is stored in the form of crystal defects such as dislocations and vacancies, which have high chemical reactivity, leading to localized color differences. Stress relief annealing can be used to eliminate these issues. Additionally, the consistency of the surface roughness of the parts also has a certain impact on color consistency.

③ The impact of special climatic conditions. The coloring of copper alloy jewelry after applying the coloring solution may experience instability due to changes in climate during the color development reaction in the air. There may be insufficient or excessive reaction time for special climates, which requires appropriate control of the coloring time to resolve.

2. The Coloring Process of Silver and its Alloy Jewelry

The coloring treatment of silver and its alloys is mainly used for decorative craft jewelry, forming sulfides on its surface, which can create shades of black, blue-black, light gray, dark gray-green, gray-green, ancient silver, yellow-brown, green-blue, and so on.

(1) Silver Coloring Ancient Silver Color

Selectable silver alloy antique silver color process scheme: 25g/L potassium sulfide, 38g/L ammonium chloride, and 2g/L barium sulfide react at room temperature until the desired tone is reached.

(2) Silver Coloring Black

Selectable silver alloy with black process scheme: 15g/L potassium sulfide, 40g/L ammonium chloride, and a small amount of ammonia water react under 80℃ until the desired tone is reached.

(3) Silver Coloring Blue-Black

Selectable silver alloy with blue-black color process scheme: 2g/L potassium sulfide, 6g/L ammonium chloride, reacting under 60~80℃ until the desired hue is reached.

(4) Silver Coloring Blue and Yellow

Selectable silver alloy with blue-yellow process scheme: 1.5g/L potassium sulfide, reacting under 80℃ until the desired hue is reached.

(5) Silver Coloring Green

Selectable silver alloy with blue-green process scheme: 300g/L hydrochloric acid and 100g/L iodine react at room temperature until the desired hue is reached.

(6) Silver Coloring Yellow-Brown

Selectable silver alloy yellow-brown process scheme: 5g/L barium sulfide reacts at room temperature until the desired hue is reached.

3. Coloring Process of Zinc and its Alloy Jewelry

The surface conversion film formed by chromate passivation treatment of zinc and its alloys also has coloring functions, generally resulting in various colors such as rainbow, grass green, brownish yellow, green, military green, and black.

(1) Zinc Coloring Black

Selectable zinc blackening process: For 10~15 minutes, 40~50g/L copper sulfate and 30~40g/L potassium chloride react at room temperature.

(2) Zinc turns red

Selectable zinc red process scheme: copper sulfate, tartaric acid, and ammonia react at room temperature for minutes.

(3) Zinc Coloring Red

Selectable zinc coloring red craft scheme: 60g/L copper sulfate, 80g/L sodium carbonate, 60ml/L potassium bitartrate, react at room temperature for 3~5 minutes.

(4) Zinc Alloy Coloring Gray

Selectable zinc alloy gray coating process scheme: 20~25g/L copper sulfate, 50ml/L ammonia, 30g/L ammonium chloride, react for 3~5 minutes under 20~25℃.

(5) Zinc Alloy Coloring Green

Selectable zinc alloy green process scheme: 80~100g/L potassium dichromate, 25~30g/L sulfuric acid, 150g/L hydrochloric acid, react for 0.5~1 minutes under 30~40℃.

(6) Zinc Alloy Coloring Black

Selectable zinc alloy blackening process: 140~160g/L copper sulfate and 80~90g/L potassium chlorate react for 3~5 minutes under 20~25℃.

4. The Oxidation Coloring Process of Stainless Steel Jewelry

Stainless steel anodizing refers to forming an anodized color layer on the surface of stainless steel. It utilizes the colorless and transparent oxide film to create color through light interference, resulting in a durable hue formed by this film layer.

Typical methods for coloring stainless steel through oxidation include chemical and oxidation coloring methods. Chemical coloring methods include the Inco method and the Acheson method. The Inco method involves immersing the steel in a high-temperature sulfuric acid solution for coloring. In contrast, the Acheson method involves electrolysis in a medium-temperature solution to form a thin oxide film on the stainless steel surface, with color controlled by changing the thickness of the oxide film. The oxidation coloring method involves heating in the atmosphere or a controlled atmosphere to form an oxide film; this method is simple, but it is difficult to control the color, so it is limited to small stainless steel ornaments.

(1) Inco Method

In 1972, Inco established the color management and color-enhancing film technology for the acidic solution oxidation method, and its processing steps are as follows:

Pre-treatment → Water washing→Color development treatment→Water washing→Hard film treatment→Water washing→Drying

After pretreatment, the stainless steel plate is immersed in a 80~85℃ mixed solution of chromic acid and sulfuric acid. This treatment can form a chromium-based oxide film on the surface of the stainless steel, which can vary in thickness from hundreds to thousands depending on the treatment time. Due to light interference, colors can appear in the order of tea color: blue, gold, purple, green, etc. The growth of the oxide film, that is, the color change, can alter the immersion potential of the stainless steel, mastering this potential change for color management is the first feature of the Inco method (color development process). However, the color development film is porous at this stage and has poor wear resistance. Therefore, cathodic electrolysis should continue in a mixed aqueous chromic acid and phosphoric acid solution to strengthen the color development film. This treatment can seal the pores of the porous color development film, significantly improving wear and corrosion resistance. This is the second characteristic of the Inco process (hard film treatment).

Due to some issues with the process, the color in this technology is difficult to control, and the management requirements for raw materials are strict.

(2) Acheson Method

In 1985, Kawasaki Steel successfully developed the alternating current electrolysis method, also known as the Acheson method. This method involves electrolyzing stainless steel in a mixed solution of chromic acid and sulfuric acid below 60℃, forming an oxide film on the surface. Due to the repeated alternating anode electrolysis for a specified number of times, coloration and film hardening can occur simultaneously. Color control can be achieved by controlling the total electric charge. Stainless steel colored using the Acheson method has bright colors and can display unique colors such as bronze and yellow.

The color of the stainless steel surface mainly depends on factors such as the chemical composition of the surface film, its microstructure, surface smoothness, film thickness, and the angle of incident light. Generally, thin oxide films display blue or brown, medium thickness films show golden yellow or red, thick films appear green, and the thickest ones appear black. Overall, the coloring process of stainless steel is relatively difficult, with high process requirements, and its color uniformity is not easy to control.

5. Anodizing Treatment of Aluminum Alloy Jewelry

Aluminum alloy jewelry are widely colored using the anodizing method. Aluminum is one of the easiest metals to color. Through anodizing treatment, a thick and dense oxide film layer is formed on the aluminum surface, significantly changing the corrosion resistance of the aluminum alloy and improving hardness, wear resistance, and decorative performance. The methods for coloring aluminum oxide films mainly include electrolytic coloring, chemical dyeing, and electrolytic dyeing.

(1) Electrolytic Coloring Method

Electrolytic coloring is the process of anodizing and coloring completed in the same solution, directly forming a colored oxide film on aluminum alloys. Therefore, the electrolytic coloring method is also known as the one-step electrode coloring method. Electrolytic coloring is caused by the selective absorption of certain wavelengths of light by the film layer while the remaining wavelengths are reflected. The selective absorption is related to the oxidation state of the alloying elements in the film layer or the state of the electrolyte composition combined with the substances in the oxide film.

(2) Chemical Coloring Method

The anodic oxide film of aluminum jewelry can be impregnated and colored with inorganic or organic dyes. The coloring agents are deposited in the upper part of the pores of the oxide film. The most suitable oxide film for coloring is obtained through sulfuric acid anodization.

(3) Electrolytic Coloring Method (Two-Step Electrolytic Coloring Method)

After anodizing aluminum or aluminum alloys, they are immersed in a solution of more expensive metal salts, and coloring is achieved by using alternating current for polarization or direct current for cathodic polarization. Under the action of the electric field, metal ions are reduced and deposited at the bottom of the pores in the oxide film, resulting in the coloring of aluminum and its alloys.

Section V Physical Vapor Deposition Process

Physical Vapor Deposition is abbreviated as PVD. Physical Vapor Deposition is a physical vapor reaction growth method, and the deposition process occurs under vacuum or low-pressure gas discharge conditions. The source of the deposited material is a solid material, which, after “evaporation or sputtering,” generates a new solid material deposition layer on the surface of the part that is completely different in performance from the substrate.

Physical vapor deposition technology is increasingly applied to jewelry, with surface decorative coatings for crafts. The colors of the coatings are diverse, including deep gold, light gold, coffee, antique bronze, gray, black, gray-black, and multicolored, which can significantly improve the appearance color of craft jewelry and enhance characteristics such as wear resistance and corrosion resistance.

1. Classification of Physical Vapor Deposition Processes

Physical vapor deposition processes are divided into several types, including vacuum evaporation coating, ion plating, and magnetron sputtering coating, with the latter two belonging to the category of plasma vapor deposition. The deposition of the film layer occurs under low-pressure plasma gas discharge conditions, where the film layer particles gain higher energy in the electric field, resulting in significant improvements in the organization, structure, and adhesion of the film layer compared to vacuum evaporation coating. With the development of high technology, various new technologies for ion plating and magnetron sputtering coating have gradually matured and are continuously promoted and applied in various fields.

(1) Vacuum Evaporation Coating

Vacuum evaporation coating (evaporation) is vaporizing and evaporating the coating material through high-temperature heating under vacuum conditions and depositing it on the substrate surface to form a solid thin film. Evaporation technology is one of the earlier developed technologies in vacuum coating technology. Compared to sputtering and ion plating, the evaporation method is relatively simple, but under appropriate process conditions, it can produce very pure, thin film coatings with specific structures and properties. Therefore, evaporation technology still plays an important role in optics, semiconductor devices, and plastic metallization fields.

The vacuum evaporation coating has the following technical characteristics:

The vacuum evaporation coating process includes the evaporation of the coating material, the transport of vapor atoms, and the nucleation and growth of vapor atoms on the substrate surface, which consists of evaporation, transport, and deposition.
The deposition vacuum of vacuum evaporation coating is high, generally at 10^-3~10^-5Pa. The film layer particles hardly collide with gas molecules or other metal vapor atoms, reaching the workpiece directly.
The energy of the film layer particles reaching the workpiece is the thermal energy carried during evaporation. Since the workpiece is not biased in vacuum evaporation coating, the metal atoms rely solely on the vaporization heat during evaporation, which is approximately 0.1~0.2eV. Therefore, the energy of the film layer particles is low, the bonding strength between the film layer and the substrate is small, and it isn’t easy to form compound coatings.
The vacuum evaporation coating layer is formed under a high vacuum, and the layer particles in the vapor are atoms state, forming small cores on the surface of the workpiece, growing into a dense structure.
The vacuum evaporation coating layer is obtained under high vacuum conditions. Generally, the coating can only be deposited on the side of the workpiece facing the evaporation source. In contrast, the side and back of the workpiece hardly receive any coating, resulting in poor coating quality.

(2) Magnetron Sputtering Coating

Under certain vacuum conditions, bombarding the surface of a material with charged particles of tens of electron volts or higher kinetic energy allows the atoms of the bombarded material to gain enough energy to escape the binding of the original material lattice and enter the gas phase. This technology is called sputtering technology. The sputtered gas phase elements are used for deposition to form a film, and this deposition process is referred to as sputter coating, as shown in Figure 11-9. When depositing hard coatings, the workpiece needs to be connected to a negative bias power supply called magnetron sputtering ion plating or bias sputtering.

Sputter coating is currently the most widely used coating technology in PVD technology, with the following advantages:

The quality of the sputtered coating is good, and the adhesion to the substrate is very strong.
The application range of sputter coating is wide and suitable for various materials, and high melting point materials can also be easily sputtered.
The thickness distribution of the sputter-coated film is relatively uniform.
The sputtering coating process has good repeatability, is easy to achieve process control automation, and can be produced continuously on a large scale.

(3) Ion Plating

Ion plating is a process that takes place under vacuum conditions, using gas discharge to partially ionize gas or evaporated materials. While the gas ions or ions of the evaporated materials bombard the surface, the evaporated material or its reaction products are deposited onto the substrate.

In the following aspects, Ion plating combines the fast deposition rate of evaporation plating with the surface cleaning characteristics of ion bombardment in sputtering plating.

The film layer has good adhesion to the substrate and dense film structure.
It can improve the film’s ability to cover complex shaped surfaces, also known as the diffraction capability during the film deposition process.
The controllable parameters of the film layer organization are numerous, the overall energy of the film layer particles is high, and it is easy to perform reactive deposition, allowing for the acquisition of compound coatings at lower temperatures.

2. The Application of PVD Coating Technology in the Jewelry Industry

Most metal compound films prepared by PVD coating technology have high hardness and vibrant colors. Among them, the nitrides of transition metals are increasingly valued due to their higher hardness and excellent wear and corrosion resistance, making them widely used as decorative coatings. By adjusting the experimental materials and sample processes for coating, various colors can be produced besides bright red, such as gold-like TiN, ZrN films, black TiC films, silver CrCN films, red BeC films, gem blue Ti₂O films, and brass-colored ZrN films, among others. The golden-yellow TiN and ZrN films are widely used in the decorative field due to their excellent physical, chemical, and mechanical properties.

2.1 Zirconium Nitride Decorative Coating

(1) Pre-Treatment for Coating

The vacuum coating process requires a high level of cleanliness for the sample surface and the vacuum furnace chamber, which is necessary for obtaining high-quality film layers. Therefore, the samples must be cleaned, and the vacuum furnace must be cleaned before coating.

Cleaning the sample surface is key to film formation. The sample surface must be clean and free of rust spots and oil stains, so the sample should be strictly cleaned before entering the furnace to remove oil, dirt, rust, and moisture. The cleaned sample should not be touched by hand to prevent secondary contamination.

The pre-treatment process flow for workpiece coating is as follows:

Ultrasonic cleaning (1% metal cleaning agent), temperature: 50℃, time: 3 minutes.
Ultrasonic cleaning (5% metal cleaning agent), temperature: 50℃, time: 2 minutes.
Hot water cleaning, temperature: 50℃, time: 30 seconds.
Rinse with cold water at room temperature for 30 seconds.
Rinse with deionized water at room temperature for 20 seconds.
Alcohol dehydration.
Drying or air drying.
Cleaning of the vacuum furnace. Wipe the dirt, attachments, and deposits inside the vacuum furnace with a dry cloth, and use a scraper to remove attachments from the corners.

(2) Coating Process Flow

① Pre-evacuation. After the sample is placed in the vacuum chamber, close the furnace door, turn on the mechanical pump for rough pumping, and when the vacuum reaches 0.1 Pa, turn on the oil diffusion pump for fine pumping. The vacuum process ends when the vacuum in the chamber reaches 6.5×10^-3Pa.

② Glow discharge cleaning. The function of glow discharge cleaning involves many electrons moving toward the anode during the cleaning process. The high-speed movement of electrons ionizes the argon gas in the vacuum chamber, creating a glow phenomenon and generating softer argon ion movement. The moving argon ions, under the influence of the biased electric field, bombard the surface of the workpiece, colliding and removing the adsorbed gases and impurity atoms from the surface, exposing a clean surface of the workpiece material. At the same time, it increases the micro-roughness of the workpiece surface, which is beneficial for enhancing the bonding strength between the film layer and the workpiece. After introducing a certain argon gas flow to raise the pressure to 4×100Pa in the furnace, the bias power supply applied to the workpiece is turned on (the voltage and pulse duty cycle are adjustable). Here, the bias value is positive, and argon ions are used to clean the furnace wall, target surface, workpiece, and turntable. The cleaning time is determined based on the material and cleanliness of the workpiece.

③ Main bombardment. The role of the main bombardment is to apply a negative bias to the workpiece, which accelerates a large number of target material ions that are sputtered out. Positively charged target material ions move towards the workpiece under the influence of the negative bias, forming high-speed ion clusters with considerable energy. These ion clusters perform a certain degree of cleaning, activation, and implantation on the workpiece. The effect of the main bombardment: a large number of metal ions are implanted into the surface of the workpiece, and the implanted ions cause lattice restructuring with the substrate. Some metal ions with slightly lower energy levels produce a diffusion layer due to smaller implantation forces. Ions moving toward the workpiece may collide with it, and some will sputter and eject due to lower energy levels or differing incident angles. These ions will then collide with the next moving ions, forming secondary energy-level ions that ultimately deposit on the surface of the workpiece.

After cleaning, the vacuum chamber continues to evacuate to achieve 6.5×10^-3Pa. Then, a certain flow rate of argon gas is introduced to achieve a total pressure of 0.3 Pa in the furnace; the values of pulse bias and duty cycle are adjusted (specific values depend on the requirements of the film layer); the power (voltage, current) of the cathode target’s intermediate frequency power supply is set to a certain value; the sample is subjected to main bombardment, with the bombardment time determined by process requirements.

④ Adding nitrogen gas for deposition coloring. At the end of the main bombardment process, an appropriate flow of reaction gas N2 will be introduced (at this time, the vacuum degree will slightly decrease). Manually adjust the nitrogen flow meter’s potentiometer to control the nitrogen flow based on the partial pressure of nitrogen (percentage) displayed by the mass spectrometer. At this time, the pulse bias, duty cycle, and the power (voltage, current) values of the cathode target’s intermediate frequency power supply can be adjusted according to process requirements; the sample is subjected to deposition coloring, and the deposition time is determined based on process requirements. In this way, metal ions will move towards the workpiece under appropriate bias, and during the movement, they will collide with the reaction gas to form a metallic compound film. At the same time, the movement speed will also decrease and deposit on the surface of the workpiece.

⑤ Passivation. The role of passivation is that the freshly coated film layer is a relatively active structure with a certain temperature. If it comes into contact with the atmosphere immediately, it will react again, causing a color change. Therefore, after the coating is completed, it should be cooled down, and a suitable amount of argon gas should be introduced, which protects the surface film layer of the workpiece with inert gas, allowing the film layer to be more stable with the temperature decreasing; on the other hand, it allows the target surface to absorb a large amount of argon gas and become saturated, thereby maintaining a fresh target surface and preventing the target surface from absorbing other gases after being filled with atmosphere, thus protecting the sputtering target surface from contamination. The maximum argon gas flow during the filling process is about 2 minutes.

⑥ Inflatable cooling. When the temperature of the vacuum chamber drops to 120℃, it introduces air to atmospheric pressure.

⑦ Opening the furnace and take out the sample. Open the furnace door, put on clean gloves to remove the sample, and seal the sample for color measurement, film thickness measurement, and Auger semi-quantitative analysis.

(3) Color Control of Zirconium Nitride Film

As a decorative ZrN gold-like film, the color of the film layer is particularly crucial. Due to the numerous process parameters of the medium-frequency reactive magnetron sputtering technology, many factors affect the film’s color. Under certain other process parameters, the nitrogen partial pressure and sputtering power are vital in the film’s color. As the nitrogen partial pressure increases, the color of the ZrN film changes from silver-white→light yellow→gold yellow→reddish gold→deep red. As the sputtering power increases, the color of the ZrN film changes from deep yellow→gold yellow →light yellow. By comparing the colors of ZrN films with those of gold and gold alloys, the desired gold yellow can be obtained by adjusting the nitrogen partial pressure during deposition.

2.2 Titanium Nitride Decorative Coating

(1) Magnetron Sputtering Technology for the Deposition of Titanium Nitride Process

① Install the workpiece. After installing the workpiece on the workpiece fixture, close the coating chamber.

② Vacuum extraction. Start the vacuum pump, and when the vacuum degree reaches 6 Pa, open the diffusion high spring and extract the vacuum to achieve 6×10^-3Pa.

③ Baking heating. Turn on the baking heating power supply to heat the workpiece to the predetermined temperature.

④ Bombardment purification. Introduce working gas into the coating chamber, maintain a vacuum degree of 1~3Pa, bombardment voltage of 1000~3000 V, the workpiece generates glow discharge, argon ions bombard and purify the workpiece, bombardment for 10~20 minutes.

⑤ Titanium nitride deposition. First, deposit the base layer, reduce the workpiece bias to about 500 V, introduce argon gas, and adjust the vacuum to 0.3~0.5Pa. Turn on the magnetron sputtering target power supply. A glow discharge occurs on the target surface, and a high-density flow of argon ions ejects titanium atoms from the target surface. Next, deposit the titanium nitride coating, requiring the introduction of nitrogen gas, with the vacuum maintained within the range of 0.5~0.7Pa. Due to the balanced metal ionization rate of the magnetron sputtering being only 5%~10%, the reactivity of the metal is relatively low, resulting in a narrow process range (nitrogen content) for obtaining nitrogenized needle-like compounds coating. Compared to glow discharge, to achieve high-quality titanium nitride coatings, it is essential to strictly control the amount of titanium sputtering and the argon-nitrogen ratio. Otherwise, the deposition rate will be very low, and the color will be difficult to control.

⑥ Remove the workpiece. When the film thickness reaches the specified requirements, inflate the coating chamber, open the coating chamber, and remove the workpiece.

(2) The Effect of Process Parameters on the Properties of Titanium Nitride Films

① The effect of deposition temperature on the properties of nitride thin films. The deposition temperature affects the hardness and structure of TiN coatings; the hardness and adhesion of the TiN film deposited near 500℃ are the highest. Excessive and high temperatures are detrimental to the surface hardness of the TiN film. If the deposition temperature is too low, it reflects a short pre-sputtering time or low sputtering energy, affecting the film’s density, leading to insufficient nucleation of the TiN film and coarsening of the structure, resulting in a decrease in hardness. Conversely, if the deposition temperature is too high, it can cause overheating on the sample surface. Suppose the deposition temperature exceeds the tempering temperature of the substrate material. In that case, it will reduce substrate hardness, preventing a good bond with the film and causing a decrease in film hardness. Therefore, increasing the deposition temperature is beneficial for improving the hardness of the TiN film, provided that the sample surface does not overheat.

② The effect of deposition voltage on the properties of titanium nitride films. As the deposition voltage increases, the fracture morphology of the prepared TiN films becomes finer, and the microhardness and the deposition rate of the films increases. Increasing the discharge voltage under the same deposition conditions also means enhancing the plasma intensity, which promotes the chemical reactions in a direction favorable for product formation. Therefore, increasing the deposition voltage can increase the deposition rate of TiN films.

③ The effect of the workpiece on the performance of titanium nitride films. The quality of the film’s performance on the workpiece is not only related to the properties of the film itself but also to the properties of the workpiece material, especially the hardness of the workpiece material. Hard films exhibit their superior wear resistance only on relatively hard substrate materials. If the hardness of the substrate material varies, the bonding strength between the TiN film and the substrate will also differ. The greater the substrate hardness, the better the bonding between the TiN film and the substrate. In practical applications, efforts should be made to maintain a high hardness of the substrate material under certain deposition temperature conditions to improve the quality of the film. The smaller the surface roughness of the substrate, the higher the bonding strength between the titanium nitride film and the substrate, with polishing being the best for substrate surface roughness.

Section VI Enamel Craftsmanship

Enamel is a beautiful and colorful craft art made by attaching various colored glazes to a metal base (using materials such as gold, silver, copper, titanium, etc.) and firing it at high temperatures. Enamel colors are vibrant, have a gem-like luster and texture, resist corrosion, wear, and high temperatures, are waterproof and moisture-proof, are hard and solid, and do not age or deteriorate. Enamel has a long history of application in craft jewelry; in ancient centuries, it was used in the design of various decorative items for jewelry boxes, and by the 15th century, watchmakers incorporated it into watchmaking, adding bright colors to watches. The meticulous firing methods of enamel are intriguing, and its rich color expressiveness has pushed it to the forefront of fashion trends. Enamel jewelry wins with color and often attracts the attention of jewelry designers, especially when enamel is used for surface decoration on metal jewelry, greatly enhancing the artistic expressiveness of the pieces.

Enamel is commonly known as “Shaoqing” in southern China, “Shaolan” in northern China, and “shippō-yaki” in Japan.

The processing methods of jewelry enamel are divided into three types: painted enamel, champlevé enamel, and cloisonné enamel.

(1) Painted Enamel

The enamel painting craft originated in Western Europe and France and was brought to Guangdong by European merchants and missionaries during the Kangxi period of the Qing Dynasty. The art of painted enamel was first manufactured in Guangdong, where it is commonly referred to as “Shaoqing,” “Guang enamel,” or “Foreign enamel.” The emperor and ministers quickly appreciated and valued this exceptionally exquisite craft upon its arrival in China. During the Qing Dynasty, Emperors Kangxi, Yongzheng, and Qianlong established enamel workshops in both the Beijing Imperial Palace and Guangdong, and they frequently selected outstanding enamel painters from Guangdong to serve in the capital, producing large quantities of enamelware and enamel jewelry for royal use.

Painted enamel is the most difficult of the three main types of enamel techniques. The biggest advantage of painting directly on metal is that the patterns and lines can be richer, allowing for more detailed and complex designs that are unrestrained. However, omitting the step of using metal wire to outline will greatly increase the difficulty of firing the enamel. First, there is the issue of color mixing between different colors; without metal wire to separate the different colors, if the enamel materials are not mixed properly, it can lead to a chaotic situation of color bleeding.

Making painted enamel involves applying several layers of white glaze, or porcelain white, onto a metal base. Porcelain white is a white solid that must be ground into powder and mixed with appropriate water. A small brush can be applied evenly on the metal base. The firing temperature for porcelain is generally between 720~820℃. After sintering, a white base plate is obtained, and various colors of enamel are painted on this base plate, intricately depicting patterns like in oil painting. The biggest issue is color mixing; if the colors are mixed too much, the patterns will become blurred after sintering, ruining the artwork. Therefore, after depicting a section, it must be sintered first. The next section can be painted, followed by another sintering, which must be repeated until the work is completed. Sometimes, it requires dozens of repetitions of sintering, and if it gets damaged at any point, the entire piece will be ruined, making the craft of painted enamel highly valuable.

(2) Cloisonné Enamel

The cloisonné enamel technique is relatively complex, yet it is the most familiar and proudest enamel craft for the Chinese, with the famous “Jingtai Blue” being a type of cloisonné enamel. Its characteristic is that metal wires are first used on a metal base to outline the pattern, fixed with a natural adhesive, and then welded onto the metal base. Different colors of enamel glaze are then filled into the outlined contours made from finely ground minerals and metal oxides. The metal pieces are placed in a special furnace at a temperature of 800℃ for firing, causing the glaze to change color due to the high temperature. Since different metal oxides require different temperatures to change color, the enamel pieces may undergo multiple firings. Finally, the metal wires are smoothed, and a colorless transparent protective agent is applied for protection.

(3) Champlevé Enamel

The technique is similar to cloisonné enamel. The surface patterns of metal ornaments are formed using techniques such as engraving, stamping, or etching. First, patterns are carved on the metal base, leaving grooves within the carved outlines. To create vivid patterns with lines of varying thickness, the enamel painter grinds the enamel paint into a powder, mixes it with a small amount of water, and then fills the grooves with enamel, brushing a thin layer of painted patterns. Once completed, it is left to air dry and then placed in a high-temperature kiln above for firing, with each layer of paint needing to be fired for 40~60 seconds in the high-temperature kiln of 800℃. After multiple repetitions of filling with enamel and firing and polishing, a smooth and lustrous work is ultimately formed.

Section VII Resin Casting Process

The resin casting process is widely used in popular jewelry. According to the nature of the resin, it is divided into two main categories: soft resin and hard resin. Soft resin has a lower hardness and is not suitable for grinding and polishing but can be used for surface coating of craft jewelry; hard resin has a high hardness and can be processed by grinding and polishing to achieve a smooth and shiny effect.

Generally, epoxy resin crystal drop glue is used, which is composed of high-purity epoxy resin, curing agents, and other substances. Its cured product has the characteristics of being water-resistant, chemically resistant, and crystal clear. In addition to providing good protection for the surface of craft ornaments, this crystal drop glue can also enhance the surface gloss and brightness. Adding various pigments to the glue can form a rich color series, further enhancing the surface decorative effect, making it suitable for surface decoration and protection of crafts made from materials such as metal, ceramics, glass, and acrylic.

Epoxy resin has a surface effect similar to enamel and is often used as a faux enamel product, sometimes referred to as “soft enamel.” However, there are significant differences between the two. Enamel is made from enamel pigments fired at high temperatures; it is very hard and stable, has good durability, and does not age or deteriorate, but is prone to metal oxidation and softening, making it unsuitable to use for ornaments inlaid with gemstones; resin belongs to the category of organic compounds made from plastic. Products of this type of plastic resin do not need to be sintered in a high-temperature furnace to achieve color. It is sufficient to apply liquid color resin on the metal and let it air dry naturally or dry it in a baking box, making the production simple and not harmful to the metal, suitable for the final treatment of inlaid gemstone jewelry. However, due to the material properties of the resin, it is not durable, not heat-resistant, and is prone to corrosion and wear. After a certain period, it is likely to show aging, fading, and loss of luster. It is of lower grade and does not retain value. The basic process of resin is as follows.

First, prepare the necessary tools and equipment, such as weighing instruments, glue adjusting tools, workpiece carriers, drying equipment, and the workpieces for the dripping glue operation.
Place or adjust the balance scale (electronic scale), oven, workpiece carrier, and workbench level.
Weigh A glue using a dry and clean wide-mouth flat container while proportionally weighing B glue (generally at a weight ratio of 3:1)
Use a round glass rod (or round wooden stick) to stir the AB mixture to the left, right, or in a clockwise or counterclockwise direction. At the same time, the container (vessel) is preferably tilted at an angle of 45° and continuously rotated, stirring for about 1~2 minutes.
Pour the mixed AB glue into a soft plastic bottle with a pointed nozzle for dripping, and drop the glue onto the desired accessory position.
When the area of the resin drop is slightly larger, or the amount of resin is relatively more, to accelerate the elimination of bubbles in the glue, a gas torch fueled by liquefied gas can be used to promote defoaming. During defoaming, the torch’s flame should be adjusted to a complete combustion state, and the flame should ideally be kept about 25 cm away from the surface of the workpiece. The movement speed of the torch should not be too fast or too slow; a moderate speed should be maintained.
After the bubbles are eliminated, the workpiece can be placed horizontally in the oven for heating and curing. The temperature should first be adjusted to 40℃ around 30 minutes and then raised to 60~70℃ until the glue is fully cured.

Section VIII Etching Technology

Etching is the process of removing unwanted metal to a certain depth using chemical methods. Its principle is similar to the production of circuit boards, where the metal parts to be retained are covered with an acid-resistant coating, and then an acidic solution is used to etch away the unwanted metal parts; the processing of negative patterns is exactly the opposite of that of positive patterns.

The etching process is suitable for the processing and producing antique-style crafts and jewelry with special surface style requirements. In recent years, the export volume of metal paintings, crafts, and hollow art pieces processed by etching methods in our country has greatly increased, becoming a new branch of craft jewelry.

Etching processes can be divided into chemical etching, electrolytic etching, laser etching, and ultrasonic etching.

1. Chemical Etching Process

Cover the areas that need not be etched with a corrosion-resistant coating, then immerse the workpiece in a special etching solution. The formula for the solution is shown in the table 11-2. Ensure that the areas to be etched are in full contact with the solution, and if necessary, heating and stirring can be applied. Control the etching time based on the required etching depth and the etching rate obtained from experiments to achieve the desired etching result.

Table 11-2 Partial Metal Etching Solution Formulas

Ingredients and process conditions	Etching stainless steel	Etching copper alloy	Etching aluminum
Ferric chloride	600 ~ 800	600 ~ 650	450 ~ 550
Hydrochloric acid/(g・L ^-1)	80 ~ 120
Phosphoric acid/(g・L ^-1)	20 ~ 30
Copper sulfate/(g・L ^-1)			200 ~ 300
Sulfuric acid/(g・L ^-1)		90 ~ 100	10 ~ 20
Nitric acid/(g・L ^-1)		8 ~ 12
Etching accelerator/(g・L ^-1)	80 ~ 100
Temperature/℃	10 ~ 45	15 ~ 50	20 ~ 40
Time/min	15 ~ 20	10 ~ 15	10 ~ 20

Chemical etching is divided into immersion and spray etching. Immersion is mainly used to process small etched workpieces, allowing multiple pieces to be processed simultaneously. The spray method involves continuously spraying the etching chemical solution onto the etched areas of the metal surface. This method is suitable for making large workpieces, allowing the solution to fully contact the metal to cause corrosion and dissolve the metal that needs to be etched.

2. Electrolytic Etching

The metal parts to be electrochemically etched are in full contact with the solution, with the workpiece serving as the anode and another corrosion ~ resistant metal plate as the cathode, then current is applied. The metal in the etched areas dissolves under the combined action of the electrolyte solution and the anodic current, also known as electrochemical corrosion dissolution, resulting in the desired text or patterned etching pits. The duration of the corrosion can determine the depth of the etching. Since electrochemical etching is caused by the chemical action of the solution and the dissolving action of the current, the etching speed is fast, allowing for deeper pits to be easily obtained, and the production efficiency is high, making it suitable for the manufacture of workpieces that require deep etching.

Section IX Nano ~ Spraying Plating Technology

The nano mirror spray plating technology uses spraying processes to achieve electroplating effects (gold, silver, copper, chrome, nickel, colorful plating, etc.). It is a new emerging technology following electroplating and vacuum plating, requiring only a spray gun for direct application. The process is simple and environmentally friendly, with no three waste emissions, low cost, and no need for a conductive layer. This technology widely applies to materials such as metal, glass, resin, plastic, ceramics, and gypsum. The processing colors can be customized, and localized spraying is possible. Using special equipment and advanced materials, we can make more than 100 kinds of high ~ brightness mirror effects on various plastic products, resin, metal and glass, ceramics, wood, composite materials, and other materials, such as gold, red gold, 24K gold, platinum, silver, Christmas red, soft green, jewel blue, bronze, red bronze, black, brown and so on.

1. The Principle of Nano ~ Spraying and Plating

Nano ~ spraying plating is the process of depositing metal through a redox reaction that occurs when a suitable solution is sprayed onto the surface of a plated part that has been activated. Two spray nozzles on the spraying equipment spray simultaneously; one sprays a metal salt solution containing metal ions, which can be Ag^+-, Cr^3+-, Ni^2+-e Cu^2+-, while the other sprays a reducing agent solution that reduces the metal ions. The two solutions 15~25 cm from the sprayed part, attaching to the surface of the plated part in a mixed state, and deposit metal crystals with a crystal grain size at the nanoscale, which has a strong reflective effect on light, forming a bright nanoscale mirror surface.

2. Characteristics of Nano ~ Spraying Plating

(1) Green and environmentally friendly. No three waste emissions, non ~ toxic and harmless, no harmful heavy metals.

(2) Low investment and low cost. Compared to electroplating, the equipment investment is small, and there is no need to equip a wastewater treatment system.

(3) The operation is both safe and simple, with high efficiency. There will be no harm if the operator accidentally sprays it on their hands or other body parts. There is no need for water electroplating treatment and complex preliminary conductive layer treatment.

(4) It can be positioned for spray plating and can spray plate in different colors on the same product. Various colors at will.

(5) The processed parts are not limited by size and shape, are not restricted by various materials, can be recycled, and save resources.

(6) The application range of color diversity is extensive. The sprayed products can be coated with gold, silver, chrome, nickel, or sand ~ colored mirror effects. They can also be coated with various other colors, such as golden yellow, brass color, antique gold yellow, cannon copper color (red, yellow, purple, green, blue), and other high ~ gloss effects. It can be sprayed on various materials such as metal, resin, plastic, glass, ceramics, acrylic, and wood, and can be widely used in various surface decoration industries such as crafts and jewelry.

(7) Products made with nano ~ spraying have excellent adhesion, impact resistance, corrosion resistance, weather resistance, wear resistance, scratch resistance, and good rust prevention capabilities.

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Heman

Especialista em produtos de joalharia --- 12 anos de experiência abundante

Olá, querida,

Sou o Heman, pai e herói de dois filhos espectaculares. Tenho o prazer de partilhar as minhas experiências em joalharia como especialista em produtos de joalharia. Desde 2010, tenho servido 29 clientes de todo o mundo, como a Hiphopbling e a Silverplanet, ajudando-os e apoiando-os no design criativo de jóias, no desenvolvimento de produtos de joalharia e no fabrico.

Se você tiver alguma dúvida sobre o produto de jóias, sinta-se à vontade para me ligar ou enviar um e-mail e vamos discutir uma solução adequada para você, e você receberá amostras grátis de jóias para verificar o artesanato e detalhes de qualidade de jóias.

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Como melhorar as suas jóias com técnicas de tratamento de superfície

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Dominar os tratamentos de superfície para jóias: Do polimento à nano-pulverização

Índice

Secção I Tecnologia de polimento

1. Polimento mecânico

2. Polimento químico

3. Polimento eletroquímico

Secção II Processo de galvanoplastia

1. Conhecimentos básicos de galvanoplastia para jóias

2. Cobre galvanizado e ligas de cobre

2.1 Revestimento de cobre com sulfato

2.2 Revestimento de cobre com pirofosfato

2.3 Eletrodeposição de ouro de imitação

3. Níquel electrodepositado

3.1 Níquel brilhante

3.2 Níquel preto electrodepositado e bronze acetinado

3.3 Níquel Pérola Electrodepositado

4. Prata electrodepositada e ligas de prata

4.1 Revestimento de prata com cianeto

4.2 Descoloração do revestimento de prata

4.3 Processo de tratamento anti-descoloração da camada revestida a prata

5. Ouro galvanizado e ligas de ouro

5.1 Douradura com cianeto

5.2 Douradura sem cianeto

6. Eletrodeposição de ródio

Secção III Processo de revestimento químico

1. Caraterísticas da galvanização química

2. Princípio da galvanização química

3. Douradura química

4. Niquelagem química

5. Revestimento químico de cobre

6. Exemplo de galvanoplastia química: Galvanoplastia de veios de folhas

Section IV Chemical and Electrochemical Conversion Film Process for Popular Jewelry

1. Chemical Coloring Process of Copper and Copper Alloy Ornaments

2. The Coloring Process of Silver and its Alloy Jewelry

3. Coloring Process of Zinc and its Alloy Jewelry

4. The Oxidation Coloring Process of Stainless Steel Jewelry

5. Anodizing Treatment of Aluminum Alloy Jewelry

Section V Physical Vapor Deposition Process

1. Classification of Physical Vapor Deposition Processes

2. The Application of PVD Coating Technology in the Jewelry Industry

2.1 Zirconium Nitride Decorative Coating

2.2 Titanium Nitride Decorative Coating

Section VI Enamel Craftsmanship

Section VII Resin Casting Process

Section VIII Etching Technology

1. Chemical Etching Process

2. Electrolytic Etching

Section IX Nano ~ Spraying Plating Technology

1. The Principle of Nano ~ Spraying and Plating

2. Characteristics of Nano ~ Spraying Plating

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