PVD技術在手表領域的應用

2024/02/26

        市面上有許多那些看起來金光閃閃的，但是價位比起印象中的貴金屬手表又低了許多的手表，那么這種表究竟是使用了什么材質呢？其實常看到這種價格好入手的金色澤感手表，有不少都是采用PVD(物理氣象沉積，Physical Vapour Deposition)工藝所制成，這種表殼加工工藝的好處顯而易見，既能讓手表看起來非常華麗高雅，但是也能顧及到消費者的錢包，不用動不動就上五、六位數的售價，因此具有經過PVD處理表殼的手表，長久以來在市場上也是有著很高的人氣基礎。

       這幾年除了傳統的銀色精鋼腕表與貴金屬腕表之外，各色的腕表也開始如雨后春筍般的大量冒出來。這些經過“金屬表面鍍層處理”技術加持的各色腕表，除了保有原來精鋼材質的經濟性與實用性之外，還具有增加表面硬度、更為耐刮抗蝕等優點存在。

“金屬表面鍍層處理”其實就是我們一般俗稱的“鍍金”或是“電鍍”技術。為了讓相對廉價的一般金屬擁有如貴金屬般的價值與光澤，或是為了保護其不易腐蝕損壞，中國在戰國時代就已經發明了稱為“鎏金”的鍍金技術，利用化學的方式讓銅器或是銀器上面鍍上一層薄薄的黃金鍍層，而這是歷史上最早有記錄的金屬表面鍍層處理。

     PVD技術帶給手表的，不光是貴氣的貴金屬色，還有這幾年流行的運動黑色。

歷史上的電鍍技術最早發明于19世紀初期，由意大利人Luigi V.Brugnatelli在實驗室里實作成功，但過了約30年后才開始被大量使用在工業上。電鍍是一種電化學過程﹐也是一種氧化還原過程。電鍍的基本過程是將零件浸在金屬鹽的溶液中作為陰極﹐金屬板作為陽極﹐接直流電源后﹐在零件上沉積出所需的鍍層。電鍍相較于鎏金的優勢，除了鍍層較鎏金更為均勻之外，手續簡單、適合大量生產也是它的特點之一。而電鍍還有一個強項，就是不像鎏金非“金”不行。

     P V D是英文Physical Vapor Deposition的縮寫，中文的意思是“物理氣相沉積”，其定義是指在真空條件下，用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制作技術。而再細分的話，P V D可分為三大類：1.真空蒸(Vacuum Evaporation)。2.濺射法(Sputtering)。3.離子鍍(Ion Plating)。簡單來說，所謂的PVD可以理解成各家品牌表廠在真空狀態下把一層氮化鈦保護層覆蓋在手表的表面(如果那是一款采用金屬鏈帶的表，則PVD的范圍也會從表殼延伸到表帶上)，由于鈦的密度高且堅硬，因此具有PVD處理鍍層后的手表，除了外觀看起來比純粹的不銹鋼或鈦金屬表殼更閃眼，同時它的保護耐刮效果也會獲得提升。不過要注意的是，PVD后的金屬光澤并非來自于氮化鈦，而是在氮化鈦還會有一層薄薄的金質鍍層，它所需要用到的金質材料相當少量(這使得手表制作成本能夠有效控制)，而且這層鍍膜也同樣具有防腐蝕的效果。有些人可能會對這種鍍層的制作過程感到小小擔心，覺得它會不會在制作過程中對環境產生污染，但事實上這也是對PVD的一種刻板印象，在講究環保觀念的今日，大多數表廠在制作PVD表殼時也會注意到環境保護的重要性，因此基本上目前鐘表廠商采用的PVD處理對于環境可以說是無害的。

      除了金光閃閃的PVD表殼，另外一種比較常見的PVD表殼則是酷酷的黑色，這種黑色PVD表殼在制作時所用的原料會與上述的金色PVD有點不同，一般來說表廠在此使用的是碳化鉻而非氮化鈦+金質鍍層，這層碳化鉻的厚度有時會達到一微米甚至一微米以上，借著與上述一樣的鍍層工藝牢牢附著在不銹鋼或鈦金屬等表殼材質上，不過要注意的是這種PVD表殼雖然有一定的耐磨和耐腐蝕效果，但它畢竟還是外加于表殼上的物件，如果表主常常摩擦到表殼或是大力碰撞到表殼讓它的PVD外殼“脫層落漆”，一般來說表廠不會將這種損傷視為保固內的范圍，而如果不想花大錢恢復表殼的原色原貌，基本上對于表殼的保護還是小心為上，盡量避免一些人為的疏失導致表殼受到損傷。

最早的原始金屬表面鍍層處理為鎏金，是一種很原始的化學鍍層技術，首先必須將工件的表面徹底打磨并清洗干凈，除去所有的氧化物與油脂。然后將金粉與汞(水銀)混合，金汞比例大致為1:7，形成液體合金(金汞齊)，并將金汞齊均勻的涂抹在工件表面。接下來以無煙炭火(避免熏黑)將工件加熱并蒸發掉水銀，最后將留在工件表面的打磨修飾，就是一件成功的鍍金產品。鎏金因為是采用合金液體的關系，所以即使是復雜或小型的工件也可以完整的鍍上黃金，因此對于雕花或是鏤空等難以包覆金箔的部件也可以輕易的處理。不過鎏金技術的問題與缺點不少，如不耐磨損就是其中之一。不過最大問題還是在于水銀蒸汽的劇毒！

       電氣被發明之后，金屬表面鍍層處理就進入了“電鍍”時代，利用電化學原理將覆膜金屬包覆于基材金屬之外，達到美觀、防蝕、抗磨損的藝術與物理效果，而隨著電鍍技術在鐘表制作上被廣泛使用，不僅是“金”，甚至連銀、鉻、銠等耐蝕金屬都可以被拿來電鍍在機心、表殼等零件之上，如早期的銅殼鍍鉻表殼、目前的黃銅鍍銠機心等，都是電鍍技術的廣泛應用。而除了鎏金和電鍍之外，“包金”也是一種表面處理技術，但由于它是以物理的方式將貴金屬“強壓”于基材基金屬之上，而非“鍍”層處理。

上述的金屬表面鍍層處理，無論是鎏金、電鍍、或是包金，基本上都只是將薄薄一層抗蝕金屬包覆在基礎金屬上，除了附著力不甚良好之外，也無法包覆太厚的抗蝕金屬。尤其是電鍍的表殼材質，在正常佩戴下不要幾年就會把電鍍的抗蝕金屬磨損殆盡，露出內部的基材金屬原色，讓整體質感大打折扣。所以有好長一段時間電鍍材質腕表幾乎都被視為低品質、低價腕表的代名詞。

現代鐘表工藝的應用上，電鍍技術雖然仍在被使用中，但幾乎都是以廉價表款為主流。而且因為電鍍的鍍層對于汗水的抗腐蝕力表現并不好，除了容易脫落或是退色之外，遇到用劣質鍍料的還會造成過敏性皮膚炎。所以中高價表款目前很少見到有在用電鍍來處理外殼與鏈帶的。不過電鍍技術有著極嚴重的污染問題存在！在制程中會產生大量的氰化物劇毒，管理不慎的話對于環境與工作人員的危害比鎏金還可怕。

革命性的技術—PVD真空鍍膜無論是鎏金或是傳統電鍍， 都免不了會有工件受到污染、或是過程中產生有毒物質污染環境的問題發生;而上述的表面鍍層處理， 基本上也只是將鍍件“ 附著” 在被鍍件上面， 僅有美觀和防銹的作用而已。PVD真空鍍膜技術是一種能夠真正做到微米薄膜且零污染的環保型表面處理方法，它能鍍制成各式薄膜，如金屬膜(Ag、Cu、Al、等)、氮化物膜(TiN、ZrN、CrN、T iAlN)和碳化物膜(T iC、TiCN)，以及氧化物膜(如TiO等)。

      而其中最常被使用于鐘表制作上的，則是濺射法與離子鍍。濺射法是以高能量的粒子撞及靶材(鍍材)時，材料的分子或原子被撞擊出來后，附著在被鍍材上，并堆積形成薄膜的技術。濺射法在鐘表制作的應用范圍相當廣，如表殼、鏈帶，乃至于指針、刻度的表面鍍層處理等。由濺射法所制作出來的PVD真空鍍膜有著極佳的耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性及裝飾性，但因為附著性僅能算是中等，所以較少使用在會直接產生磨損的零部件(如齒輪、表扣)之上。

       不過隨著科技的進步，就在近10年，金屬表面鍍層處理有了飛躍的進步與發展，如常見于腕表上面的PVD或DLC表面鍍層處理等。DLC一般被用在高級腕表之上。這些新技術雖然也號稱是“電鍍”的一種，但不僅是工法跟傳統的電鍍有著極大的差別，在耐久度、顏色、光澤，乃至于表面硬度的增加都有著飛躍性的成長，也因此不只是時尚品牌，連專業制表品牌也大量的使用了這些新技術，來加強腕表的可看性與實用性。