电路板上含有大量的金、银、铜 (图片来源:twenty20.com)
最后,还想介绍一种更加精细的方法——磁控溅射。
磁控溅射是制作高纯镀层的不二选择。磁控溅射的原理和电镀、化学镀又有不同。磁控溅射是利用高压电场让靶材表面的原子电离,并以等离子体的形式轰击希望镀覆的基材表面,从而紧密附着在基材上的镀层方式。
假如我们希望在银板上镀金,那么就用金来充当靶材。和电镀相比,磁控溅射的优势在于纯净度非常高,金属靶材都是高纯金属,而这个过程在抽成高真空的腔室中进行,几乎不会引入杂质。
但电镀则不同,电镀的镀槽环境复杂,是多种无机盐和有机物的混合体系,镀层中往往含有大量的夹杂物。这些夹杂物将随着镀覆过程的进行会混入镀层之中,无法清除。
磁控溅射还有一个好处:它不像电镀一样,存在很多的不可行组合,基本上只要是能制成靶材的物质,都可以很好地在基板上进行镀覆,对于金属类别组合的条件没有那么苛刻。
当然,在反应条件上则相反,磁控溅射需要高真空环境,成本比电镀显然还是要高上不少。电镀槽可以有几十米长几米宽,而磁控溅射的腔室受到真空度制约,很难做到这么大,即使是工业级设备的腔室,也可能就只有你家洗衣机的滚筒那么大。
磁控溅射,图中紫色光芒即为靶材上方的等离子体(图片来源:作者拍摄)
为什么我认为东京奥运会金牌采用的是“电镀”技术?
既然有至少三种方法,那么东京奥运会是用什么方法给“银牌”镀金的呢?
我分析后认为应该是“电镀”。
为什么这么说?
本届奥运会金牌上的镀金量为6克(符合奥委会对金牌规格作出的规定)。而金的密度为19.32克每立方厘米,据此,我们可以推算出镀金层的总体积为0.31立方厘米。而本次奖牌尺寸为直径8.5厘米,奖牌两个表面的总面积为113.43平方厘米。所以,镀金层的平均厚度大约为27微米。
这个数字看起来不大,但实际上已经超出了化学镀和磁控溅射的加工极限,因为这两者的镀层生长速度仅在每小时1微米左右。而电镀27微米镀层则只要几十分钟就能完成,在生产效率上占据优势,而且成本与其他两种方法相比也是最低的。
在“金牌秃噜皮事件”后,笔者通过上述分析和计算,意识到东京奥运会的金牌使用的镀层工艺几乎只能是电镀。
这一点也在奥组委发布的宣传视频中找到了证据支持。
金牌的电镀工艺流程(注意三个电流触点) (图片来源:奥组委官方Youtube)
无论是电镀、化学镀还是磁控溅射,都是人类已经使用多年的成熟金属镀膜技术,只要工艺流程过硬,一般不会出现镀层不良的现象。大部分情况下,镀层的接合处具有极高的强度,即便界面发生断裂,也往往是发生在靠近某一层金属的一侧,而非沿着整个界面发生剥离。
金在银表面的电镀是使用历史最为悠久的电镀方式之一,这一方面是由于金是稀贵金属、性质稳定,倾向于在电解质溶液中被还原。另外一方面则是由于银和金的晶体结构类似、原子尺寸相近,因此能够“相似相溶”。
实际上,金银合金的组成百分比可以从1%到100%,这种现象叫做无限固溶。从这个意义上说,在银表面镀金算不上是什么高难度的工艺技术。不过,既然是工艺,肯定有参数设置的合理性以及良率的问题。
无论本次事件的原因是什么,作为制造业的从业人员,我想对自己和同行们说,唯有提高质量意识,才能提供经得住时间考验的产品。