CN115198244A - 将金属着色的方法和着色金属 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将金属制成的待处理部件(20)着色的方法,该方法包括步骤:通过将由单电荷或多电荷离子源产生的单电荷或多电荷离子束导向该待处理部件(20),在待处理部件(20)的表面层中注入单电荷或多电荷离子,待处理部件(20)在该离子注入的影响下改变颜色。本发明还涉及特别可通过上述方法获得的着色金属。
Description
技术领域
本发明涉及一种将金属部件着色的方法,特别是嵌在陶瓷材料中的金属部件。本发明还涉及使用这种着色方法获得的着色金属部件。
背景技术
许多金属着色方法是现有技术中已知的。这些方法之一例如能将铝着色。确实已知的是,原铝会天然且不受控地被氧化着色,在所涉铝部件的表面上造成污渍或痕迹的外观。为解决这一问题,可将铝部件人为氧化,以使其外观均匀和美观。铝的这种受控氧化技术被称为阳极化。阳极化是目标在铝部件的表面上创建氧化物层的用于铝的电化学表面处理方法。为此,将铝部件浸在浴中,该浴中分散着含硫酸的电解质。通过使直流电流在该浴中循环,在铝部件的表面上形成多孔氧化物层,所述多孔氧化物层的厚度通常为大约几十微米。这种非常硬的氧化物层保护铝部件的表面免受腐蚀,并随可后由于其多孔性由于将染料截留在该材料中而被着色。
在伦敦大英博物馆,可以欣赏到Lycurgus杯,以其代表的神话中的斯巴达立法者命名。在公元前4世纪由罗马玻璃工匠制作的该杯子在从正面照亮时呈现绿色,并在从后面照亮时呈现红色。这种双色性归因于在玻璃中存在小比例的金和银纳米粒子,以产生等离激元类型(plasmonic type)的表面现象。当暴露于波长λ比金属粒子的尺寸大得多的相同电磁场的金属的所有自由电子集体同相振荡时,观察到表面等离激元现象。暴露于光辐射的金属纳米粒子因此由于受激等离激元振荡而具有光散射性质。这些性质取决于粒子的形状、它们的尺寸、它们的性质和它们分散在其中的介质。
使用等离激元效应(plasmonic effect)在金属上形成颜色备受兴趣,这是由于如Lycurgus杯证实的耐久性和避免墨水、漆或颜料的可能性。一个加拿大研究团队已经提出一种利用等离激元将金属着色的方法。这种技术在于借助激光束在金、银、铜或铝部件的表面上创建受控纳米结构。为了实现这一结果,用发射波长1.064μm的近红外光的激光器生成的激光脉冲爆发处理金属部件。激光脉冲的持续时间为10-12s,并且每次脉冲爆发与下一次相隔相等时间间隔。为了使激光束能够依循要在金属部件的表面上创建的整个图像,通过受计算机控制的一组伺服控制镜子确保这种激光束的位移。这些激光脉冲因此在处理的金属部件的表面上创建纳米粒子并能够获得非常完整的颜色范围。
发明内容
本发明旨在提供将金属着色的新技术。
为此,本发明涉及一种将金属制成的待处理部件着色的方法,该方法包括步骤:通过将由单电荷或多电荷离子源产生的单电荷或多电荷离子束导向该待处理部件,在待处理部件的表面层中注入单电荷或多电荷离子,待处理部件在该离子注入的影响下改变颜色。
根据本发明的具体实施方案:
-所述单电荷或多电荷离子源是ECR离子源;
-所述待处理部件固定在对离子注入处理不敏感的载体部件上;
-所述载体部件是陶瓷部件;
-所述载体部件是外部部件;
-所述外部部件意在用于制表或首饰;
-所述外部部件选自手表中间件(watch middle)、表壳后盖(watch case back)、表圈(watch bezel)、表盘(watch dial)、手表腕带(watch bracelet)或首饰连接件(jewellink)、钟表机芯的桥夹板(bridge)或机板(plate)、手表指针(watch hands)和戒指(ring);
-制成所述待处理部件的金属选自由金、银、铂、钯、钌、铱和这些贵金属的合金组成的贵金属;
-所述待处理部件使用铜、铝、锆、钛或这些金属的合金制成;
-要电离的材料选自碳、氮气、氧气、氦气和氩气;
-单电荷或多电荷离子在12.5kV至47.5kV之间的电压下加速,离子束功率在4mA至15mA之间且注入离子剂量在5.1015离子.cm-2至75.1016离子.cm-2之间;
-将所述待处理部件置于真空室中,向其中注入单电荷或多电荷离子束;
-在离子注入处理后,对所述待处理部件施以退火热处理。
本发明还涉及使用根据本发明的着色方法着色的金属部件。
得益于这些特征,本发明提供一种将金属部件着色的方法,该金属部件是块状的或通过任何适当的手段固定在载体部件上。确实已经认识到,通过用离子束适当轰击金属部件,有可能以受控和可再现的方式改变该金属部件的颜色。该方法在金属部件固定在载体部件上的情况下特别有意义。实际上,只要载体部件对离子轰击不敏感,就有可能改变金属部件的颜色而不需要任何特定的预防措施;特别避免冗长麻烦的掩蔽操作。由于能够将例如固定在陶瓷部件如表圈上的金属嵌件如小时标着色,根据本发明的方法因此在制表和首饰领域中特别有意义。此外,根据本发明的方法在实施上简单快速并且不涉及任何有污染或有毒的产品。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从根据本发明的方法的实施方案的下列详述中更清楚地显现,仅联系附图以纯示例性而非限制性的方式给出这一实例,其中:
图1是ECR电子回旋共振类型的离子源的示意图;
图2是用于实施根据本发明的方法的离子注入装置的示意图,和
图3A和3B示意性图解一旦经过离子注入法,处理的部件的颜色变化。
具体实施方式
本发明从创造性的总体思路出发,其在于借助单电荷或多电荷离子束轰击固体金属部件或附着于载体部件的表面的金属部件,以改变由此轰击的金属部件的颜色。得益于这些特征,本发明提供一种将金属部件着色的方法,其不使用有毒或有污染的产品,因此在实施上简单快速。此外,在金属部件附着于载体部件的情况下,只要制成载体部件的材料对离子轰击不敏感,就有可能改变被轰击的金属部件的颜色而不必进行冗长麻烦的掩蔽操作。
为了实施根据本发明的方法,有利的是使用电子回旋共振类型的单电荷或多电荷离子源。也被称为ECR的该装置利用电子的回旋共振创建等离子体。借助注入的微波将一定体积的低压气体电离,该微波的频率与由向位于要电离的气体体积内的区域施加的磁场界定的电子回旋共振对应。微波加热要电离的气体体积中存在的自由电子。这些自由电子在热搅动的作用下与原子或气体分子碰撞并导致它们电离。产生的离子对应于所用气体的类型。该气体可以是纯的或复合的。其也可以是获自固体或液体材料的蒸气。ECR离子源能够产生单电荷离子,即电离程度等于+1的离子,或多电荷离子,即其电离程度大于+1的离子。离子束也可对应于单电荷和多电荷离子的混合物。
在本专利申请的附图1中示意性示出了ECR电子回旋共振类型的离子源。整体由通用附图标记1标示的该ECR离子源包含注入段2(向其中引入要电离的气体体积4和微波6)、磁约束段8(在其中创建等离子体10)和能够借助阳极14a和阴极14b(在它们之间施加高电压)提取和加速来自等离子体10的离子的提取段12。在ECR离子源1的输出口产生的离子束16射中待处理部件20的表面18并渗透到待处理部件20的表面中。
待处理部件20是金属部件。制成待处理部件的金属优选但非限制性地选自由金、银、铂、钯、钌、铱和这些贵金属的合金组成的贵金属。根据本发明的另一特定实施方案,待处理部件可使用铜、铝、锆、钛或这些金属的合金制成。
优选地但非限制性地,要电离的材料选自碳、氮气、氧气、氦气和氩气,且单电荷或多电荷离子在12.5kV至47.5kV之间的电压下加速。离子束16功率在4mA至15mA之间且注入离子剂量在5.1015离子.cm-2至75.1016离子.cm-2之间。当观察到所需颜色时中断离子注入法。
能够实施根据本发明的方法的离子注入装置示意性显示在图2中。整体由通用附图标记22标示的该离子注入装置包含在密封壳体26中的真空室24,在其中放置打算经受离子注入法的待处理部件20。
待处理部件20可以是块状的。其也可以是外部部件,特别是用于制表或首饰的外部部件,如手表的表圈28。在一个特定的示例性实施方案中,该表圈28由陶瓷材料制成并在其表面上制作的凹座中接收金属嵌件30。要被改变颜色的这些金属嵌件30例如在表圈28的表面上形成一系列数字和标记,它们的形状和/或它们的尺寸可变(见图3A)。
离子源,在此是ECR 1离子源,被密封固定到真空室24的密封壳体26,面向在该密封壳体26中形成的开口32。与上述类型相同的该ECR离子源1定向为使其生成的单电荷或多电荷离子束16在密封壳体26中传播并射中待处理部件20的表面。射中待处理部件20的单电荷或多电荷离子或多或少深入渗透到该待处理部件20的表面中并使其变色。
下面给出根据本发明的方法的实施的几个实例,应用于带有金属嵌件30的陶瓷表圈28。
在金属嵌件30由锆和铝的合金制成的情况下,借助在35kV的电压下加速的功率为7mA的氮离子束处理这些金属嵌件30能在离子注入剂量为50.1016离子.cm-2时赋予这些金属嵌件30蓝色。
在金属嵌件30由钛制成的情况下,借助在37.5kV的电压下加速的功率为6mA的氮离子束处理这些金属嵌件30能在离子注入剂量为25.1016离子.cm-2时赋予这些金属嵌件30金色。
在金属嵌件30由钛制成的情况下,借助在20.0kV的电压下加速的功率为6mA的氮离子束处理这些金属嵌件30能在离子注入剂量为25.1016离子.cm-2时赋予这些金属嵌件30蓝色。
在金属嵌件30由钛制成的情况下,借助在12.5kV的电压下加速的功率为4mA的氧离子束处理这些金属嵌件30能在离子注入剂量为25.1016离子.cm-2时赋予这些金属嵌件30紫色。
图3A和3B示意性示出一旦经过根据本发明的离子注入法,处理的部件20的颜色变化。在用于制表的外部部件,如陶瓷表圈28的情况下(见图3A),在离子注入处理后观察到金属嵌件30的颜色变化(见图3B)。
无需说,本发明不限于刚刚描述的实施方案并且本领域技术人员可考虑各种简单修改和变体而不脱离如所附权利要求书界定的发明范围。特别应该指出,单电荷或多电荷离子是指其电离程度等于或大于+1的离子。还应该指出,离子束可由都具有相同电离程度的离子组成,或可来自具有不同电离程度的离子的混合物。还要指出,在例如处理陶瓷表圈的金属嵌件的情况下,掩蔽操作是不必要的:表圈的整个表面可暴露于离子束,这不改变陶瓷材料的机械性质或外观。只有金属嵌件的颜色改变。为了使金属嵌件的颜色更深或甚至使其改变,有可能在离子注入处理后对处理的部件,例如带有金属嵌件的陶瓷表圈施以退火热处理。在该情况下,退火处理也不影响陶瓷的性质。
标记列表
1.ECR离子源
2.注入段
4.要电离的气体体积
6.微波
8.磁约束段
10.等离子体
12.提取段
14a.阳极
14b.阴极
16.离子束
18.表面
20.待处理部件
22.离子注入装置
24.真空室
26.密封壳体
28.表圈
30.金属嵌件
32.开口
Claims (14)
1.一种将金属制成的待处理部件(20)着色的方法,该方法包括步骤:通过将由单电荷或多电荷离子源产生的单电荷或多电荷离子束导向该待处理部件(20),在待处理部件(20)的表面层中注入单电荷或多电荷离子,待处理部件(20)在该离子注入的影响下改变颜色。
2.根据权利要求1的着色方法,其特征在于所述单电荷或多电荷离子源是ECR离子源(1)。
3.根据权利要求1和2之一的着色方法,其特征在于所述待处理部件(20)固定在对离子注入处理不敏感的载体部件上;
4.根据权利要求3的着色方法,其特征在于所述载体部件是陶瓷部件。
5.根据权利要求4的着色方法,其特征在于所述载体部件是外部部件。
6.根据权利要求5的着色方法,其特征在于所述外部部件意在用于制表或首饰。
7.根据权利要求6的着色方法,其特征在于所述外部部件选自手表中间件、表壳后盖、表圈、表盘、手表腕带或首饰连接件、钟表机芯的桥夹板或机板、手表指针和戒指。
8.根据权利要求1至7之一的着色方法,其特征在于制成所述待处理部件(20)的金属选自由金、银、铂、钯、钌、铱和这些贵金属的合金组成的贵金属。
9.根据权利要求1至7之一的着色方法,其特征在于所述待处理部件(20)使用铜、铝、锆、钛或这些金属的合金制成。
10.根据权利要求1至9之一的着色方法,其特征在于要电离的材料选自碳、氮气、氧气、氦气和氩气。
11.根据权利要求10的着色方法,其特征在于单电荷或多电荷离子在12.5kV至47.5kV之间的电压下加速,离子束功率在4mA至15mA之间且注入离子剂量在5.1015离子.cm-2至75.1016离子.cm-2之间。
12.根据权利要求1至11之一的着色方法,其特征在于将所述待处理部件(20)置于真空室(24)中,向其中注入单电荷或多电荷离子束(16)。
13.根据权利要求12的着色方法,其特征在于在离子注入处理后,对所述待处理部件(20)施以退火热处理。
14.由金属制成并借助根据权利要求1至13之一的着色方法着色的待处理部件。
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