ITAR20090012A1 - Procedimento di rivestimento di oggetti metallici, particolarmente rivolto al campo della oreficeria, gioielleria e bigiotteria - Google Patents

Description

PROCEDIMENTO DI RIVESTIMENTO DI OGGETTI METALLICI, PARTICOLARMENTE RIVOLTO AL CAMPO DELLA OREFICERIA,

GIOIELLERIA E BIGIOTTERIA

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria.

Sono noti procedimenti di rivestimento che conferiscono durezza superficiale e resistenza alla corrosione ad oggetti realizzati in materiale tenace e spesso non nobile (quale ad esempio ottone, alluminio e zama).

Allo stato attuale della tecnica, il rivestimento superficiale è realizzato per mezzo di un procedimento di deposizione elettrochimica sul substrato metallico, attraverso la galvanica.

Tale tipo di procedimento presenta alcune problematiche legate alla resistenza all’usura dello strato depositato che spesso si rivela non sufficientemente duro e pertanto possono comparire sul rivestimento graffi, abrasioni e scalfiture. Questa asportazione di materiale, col tempo, può creare microcricche che permettono agli atomi di ossigeno di arrivare al metallo e innescare azioni di ossido-riduzione, possibili cause di sfogliamento del rivestimento.

Il fenomeno sopra descritto può essere innescato anche da fattori chimici e fisici che pregiudicano l’inalterabilità superficiale del rivestimento.

Un altro limite della deposizione con la galvanica consiste nel fatto che tale procedimento è realizzabile solo su un substrato metallico e pertanto tale processo non è applicabile su altri materiali quali ad esempio ceramici o polimerici. Infine, siccome i rivestimenti ottenuti con la galvanica sono dipendenti da molteplici parametri che contestualmente agiscono sulla fase di deposizione (concentrazione e temperatura del bagno galvanico, intensità di corrente che passa agli elettrodi, tempo di immersione del pezzo, ...), è piuttosto raro ottenere lo stesso colore su medesimi oggetti che pertanto sono difficilmente ripetibili.

Il compito che si propone il trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati in tipi noti di procedimenti di rivestimento di oggetti metallici, particolarmente rivolti al campo della oreficeria, gioielleria e bigiotteria, che permetta al rivestimento depositato di aderire perfettamente al substrato metallico, esaltandone la resistenza all’usura e agli attacchi chimici. Nell'ambito del compito suddetto, uno scopo che si propone il trovato è quello di realizzare un procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, che permette il conseguimento dell’inalterabilità superficiale nel tempo da agenti chimici e fisici. Un altro scopo che si propone il procedimento trovato è quello di realizzare un rivestimento che si adatti al meglio ad ambienti molto aggressivi dal punto di vista dell’ossidazione in modo da aumentare la vita del metallo.

Un altro scopo del procedimento di rivestimento, secondo il trovato, consiste nella realizzazione di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, identici tra di loro e ottenibili pertanto in serie.

Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare un procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, con mezzi facilmente reperibili in commercio nonché usando materiali comuni, in modo che il procedimento sia economicamente conveniente e il prodotto realizzato concorrenziale.

Questo compito e gli altri scopi sono raggiunti da un procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, secondo il trovato, caratterizzato dal fatto di consistere in una cataforesi della superficie dell’oggetto da realizzare ed in una successiva deposizione di uno strato di materiale di rivestimento in fase vapore su detta superficie.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria.

Una caratteristica fondamentale del procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, secondo il trovato, consiste in una cataforesi della superficie dell’oggetto da realizzare ed in una successiva deposizione di uno strato di materiale di rivestimento in fase vapore su detta superficie. Questa deposizione successiva è nota anche come "tecnica PVD", acronimo anglosassone per Physical Vapour Deposition.

La tecnica PVD è un metodo di deposizione di strati sottili di materiale e ad esempio è viene utilizzata per la fabbricazione di specchi, i quali sono appunto ottenuti depositando un sottile film di argento su una lastra di vetro.

Una delle prime applicazioni della tecnica PVD è stata il rivestimento di palette di turbine a gas, data la grande resistenza ad usura e corrosione che essa conferisce al substrato metallico.

Negli ultimi anni questa tecnica di deposizione ha avuto un grande sviluppo, ampliando il suo campo di applicazione.

Vantaggiosamente, la cataforesi consiste nella trattamento di pulitura dell’oggetto da realizzare, nella deposizione elettrolitica di vernice in soluzione acquosa, nella pulitura e nella cottura di tale oggetto da rivestire.

Preferibilmente, il trattamento di pulitura comprende:

<–>una sgrassatura elettrolitica che normalmente avviene a temperatura ambiente e che prevede l’immersione dell’oggetto da realizzare in un bagno elettrolitico attraversato da una tensione di circa 6 Volts, per un tempo di 40-60 secondi, in modo da avere una completa pulizia;

<–>un primo lavaggio statico che consiste in una detersione in acqua demineralizzata statica, non corrente, per circa 10 secondi;

<–>un primo lavaggio in acqua corrente che consiste in una detersione in acqua demineralizzata in continuo ricambio per circa 10 secondi;

<–>una neutralizzazione del pezzo: ossia il passaggio dell’oggetto in una soluzione acquosa debolmente acida, a base di acidi forti in bassa concentrazione, per circa 10 secondi ;

<–>un secondo lavaggio in acqua corrente del tutto identico al primo;

<–>una prima fase di attivazione per la cataforesi della superficie da rivestire che consiste nell’immersione dell’oggetto in una soluzione acquosa dove viene fatto passare solvente cataforetico in bassa concentrazione per circa 10 secondi in modo da raggiungere la perfetta bagnabilità del pezzo.

La deposizione elettrolitica di vernice in soluzione acquosa avviene in un bagno a 25-30°C, un’acidità di circa 4,4-5,0 pH a cui viene applicata una tensione di 30-40 Volts. L’oggetto è immerso per un tempo variabile da uno a due minuti al fine di raggiungere la perfetta bagnabilità del pezzo.

La fase di pulizia comprende un secondo lavaggio statico analogo al primo e un terzo lavaggio in acqua corrente analogo ai precedenti.

Preferibilmente, la cottura consiste nel far passare l’oggetto da rivestire in un forno ad aria calda ventilato per un tempo necessario all'essiccazione della pellicola depositata.

Nell’esempio qui riportato si può prevedere una temperatura del forno di 120°C ed un tempo di permanenza in forno dell’oggetto di 50 minuti, oppure una temperatura di 140°C per 20 minuti.

Una volta finita la cataforesi dell’oggetto, questo passa alla deposizione di una pellicola di un materiale in fase vapore, come detto nota anche con il nome di tecnica PVD, che vantaggiosamente comprende una fase di deposizione galvanica e una fase di deposizione sostanzialmente sotto vuoto. Vantaggiosamente, la fase di deposizione sotto vuoto è preceduta da una detersione e da una seconda fase di attivazione della superficie da rivestire dell’oggetto da rivestire, di per sé note, mediante soluzioni e detergenti facilmente reperibili in commercio.

Dopo la deposizione dello strato intermedio galvanico, i pezzi vengono trasferiti su appositi telai a base circolare che, all’interno della camera di deposizione, ruotano su due o tre assi di rotazione consentendo un’esposizione uniforme alle sorgenti metalliche.

La deposizione sotto vuoto avviene per condensazione di vapori di metallo sulla superficie che deve essere rivestita. Essa consiste in una prima fase di sublimazione di un solido (o evaporazione di un liquido) per formare una specie aeriforme, nel trasporto degli atomi o molecole dalla sorgente al substrato da ricoprire, nella deposizione delle particelle sul substrato e nella crescita dello strato depositato.

Per realizzare l’evaporazione del materiale da una fase condensata (stato solido o liquido) è necessario fornirgli del calore: in una camera di deposizione si stabilisce una pressione di vapore saturo (dipendente dalla temperatura interna alla camera di deposizione) e che determina l’equilibrio tra le particelle che lasciano la fase condensata e quelle che vi rientrano.

Nella soluzione realizzativa qui presentata, il processo si svolge a temperature normalmente tra i 100 ed i 250°C in una camera sostanzialmente sotto vuoto (circa 10<-5>millibar) dove è presente un plasma. Il materiale che deve essere depositato, normalmente di tipo metallico, è portato in fase di vapore mediante processi di vario tipo, ad esempio quello ad arco elettrico catodico e il così detto "magnetron sputtering".

Il primo tipo di processo prevede l’evaporazione del materiale da depositare generata da un arco elettrico catodico. Questa tecnica conferisce il più alto valore di energia per particella evaporata e consente la realizzazione di rivestimenti molto compatti ed aderenti.

Nel processo ad arco, il metallo da depositare viene vaporizzato per mezzo di un arco elettrico innescato tra una pastiglia del metallo stesso (catodo) e un elettrodo collegato all’oggetto da rivestire (anodo). Sotto vuoto, o comunque sia a pressioni basse, la scarica si localizza su di un’area molto piccola, dell’ordine di alcuni micron quadrati, pertanto, l’elevata densità di corrente presente su questa piccola superficie causa una generazione intensa di vapori altamente ionizzati. Le molecole ionizzate, per azione del campo elettrico, si dirigono verso la superficie del campione da rivestire, reagendo, in parte, con i gas presenti nella camera, che sono responsabili del colore del deposito ottenuto.

In prima approssimazione, la quantità di materiale depositato è sostanzialmente proporzionale alla corrente che attraversa l’arco e pertanto si può affermare che variando l’intensità della corrente e la pressione all’interno della camera, è possibile controllare lo spessore del rivestimento.

Un altro metodo realizzativo può consistere nella vaporizzazione ionica del materiale di rivestimento generata da un bombardamento ionico attivato da un campo magnetostatico; tale processo prende il nome di "magnetron sputtering".

In questo processo di deposizione, il metallo in fase di vapore viene prodotto per bombardamento della pastiglia di metallo per mezzo di un gas inerte. Il campo magnetico è utilizzato per confinare il plasma in prossimità della pastiglia di metallo ed aumentare la velocità di erosione. Il substrato da rivestire viene polarizzato da una corrente di polarizzazione d’ingresso (o di bias negativa) in modo da accelerare gli ioni che vanno ad impattare sulla superficie del bersaglio. La presenza del campo magnetico aumenta il numero di collisioni che danno luogo alla ionizzazione del gas, confinando il moto degli elettroni stessi all’interno della zona dove è presente il campo magnetico.

Questa tecnica offre il vantaggio di operare ad una temperatura più bassa del processo di deposizione rispetto a quella descritta in precedenza. Inoltre, permette la possibilità di evaporare qualunque tipo di metallo (compresi i metalli preziosi) e limita pertanto la formazione di microparticelle ("droplets") che viceversa si forma nel processo ad arco. Infine, l’utilizzo di una pressione più bassa in camera di deposizione garantisce una migliore qualità dei rivestimenti ottenuti.

Indipendentemente dal processo di deposizione che si usa, ad arco o magnetron sputtering, la finitura superficiale sottostante al deposito dei pezzi che devono essere rivestiti, è di fondamentale importanza per ottenere depositi di buona qualità. Nei rivestimenti PVD impiegati in campo orafo-argentiero, lo spessore del materiale depositato varia normalmente tra 0,1 e 0,5 micron. Da quanto sopra descritto si vede quindi come il trovato raggiunga il compito e gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che viene realizzato un procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, che permette al rivestimento depositato di aderire perfettamente al substrato metallico, esaltandone la resistenza all’usura e agli attacchi chimici.

In particolare il deposito in PVD permette di realizzare un rivestimento estremamente durevole nel tempo soprattutto perché gli conferisce un’estrema durezza e quindi una resistenza maggiore ad usura.

Inoltre, questo tipo di deposito conferisce al manufatto rivestito straordinarie resistenze chimico-fisiche.

Un altro vantaggio del procedimento, secondo il trovato, consiste nel fatto che l’uso della tecnica PVD permette di rivestire materiali di qualunque tipo, tra gli altri anche di tipo ceramico e polimerico.

Un altro vantaggio del procedimento di rivestimento è da individuare nel fatto che con la tecnica PVD è possibile standardizzare la procedura di realizzazione di rivestimento, limitando il numero di variabili che influenzano il processo, andando così ad ottenere rivestimenti identici l’un l’altro se il materiale depositando è il medesimo.

Un altro vantaggio del trovato è dato dal basso impatto ambientale che il procedimento produce, specialmente se confrontato con l’arte nota, in quanto la deposizione sotto vuoto è una tecnica assolutamente non invasiva che non comporta lo smaltimento dei rifiuti che normalmente si hanno nell’industria galvanica.

Un altro vantaggio del procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, è di rendere possibile l’ottenimento di particolari effetti estetici, variando il tipo di materiale che viene depositato oppure la composizione dell’atmosfera presente nella camera di deposizione.

Non ultimo, l’impiego di materiali di uso comune e di mezzi facilmente reperibili rendono tale procedimento, secondo il trovato, economicamente conveniente e pertanto permettono la realizzazione di prodotti di oreficeria, gioielleria e bigiotteria, in modo molto concorrenziale.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze, purché coerenti con lo scopo realizzativo.

Claims (9)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Procedimento di rivestimento di oggetti metallici, in oreficeria, gioielleria e bigiotteria, caratterizzato dal fatto di consistere in una cataforesi della superficie dell’oggetto da realizzare ed in una successiva deposizione di uno strato di materiale di rivestimento in fase vapore su detta superficie.
2. 2) Procedimento, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta cataforesi consiste nella trattamento di pulitura di detto oggetto da realizzare, nella deposizione elettrolitica di vernice in soluzione acquosa, nella pulitura di detto oggetto da rivestire e nella cottura di detto oggetto da rivestire.
3. 3) Procedimento, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto trattamento di pulitura comprende una sgrassatura elettrolitica, un primo lavaggio statico, un primo lavaggio in acqua corrente, una neutralizzazione, un secondo lavaggio in acqua corrente e una prima fase di attivazione per detta cataforesi di detta superficie da rivestire.
4. 4) Procedimento, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di pulizia comprende un secondo lavaggio statico e un terzo lavaggio in acqua corrente.
5. 5) Procedimento, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta cottura consiste nel far passare detto oggetto da rivestire in un forno ad aria calda ventilato per un tempo necessario all’essiccazione di detta pellicola depositata.
6. 6) Procedimento, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta deposizione di una pellicola di un materiale in fase vapore comprende una fase di deposizione galvanica e una fase di deposizione sostanzialmente sotto vuoto.
7. 7) Procedimento, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una detersione e una seconda fase di attivazione della superficie da rivestire di detto oggetto da rivestire, detta detersione e detta seconda fase di attivazione essendo precedenti a detta fase di deposizione sostanzialmente sotto vuoto.
8. 8) Procedimento, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di deposizione sostanzialmente sotto vuoto comprende un’evaporazione di detto materiale di rivestimento generata da un arco catodico.
9. 9) Procedimento, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase di deposizione sostanzialmente sotto vuoto comprende una vaporizzazione ionica di detto materiale di rivestimento generata da un bombardamento ionico attivato da un campo magnetostatico.