PVD. Mroczna strona czarnej biżuterii?

Jeśli to widzisz, zmieniaj studio! Przecież to jakiś totalny red flag! Uciekaj od piercerów stosujących czarne kolce! Czyli o tym, jak mrożące krew w żyłach opowieści o plastrowaniu farby i odpadaniu koloru wpłynęły na postrzeganie PVD. Czy słusznie? Cóż, jak to zwykle w naszej branży bywa...

Czym jest PVD?

PVD (Physical Vapor Deposition) to technologia (!) nanoszenia bardzo cienkiej warstwy metalu lub związku metalu w komorze próżniowej, a nie materiał lub kolor kolczyka. Biżuterii PVD się nie maluje ani nie galwanizuje w klasyczny sposób - cząsteczki materiału są odparowywane i osadzają się na powierzchni kolczyka, tworząc bardzo twardą i wytrzymałą warstwę.

PVD jest jedną z najczęściej stosowanych metod przemysłowych nanoszenia cienkich powłok metalowych. Dzięki temu procesowi biżuteria z PVD wykazuje się m.in.:

• zwiększoną odpornością na korozję,

• wysokim poziomem twardości i przyczepności,

• większą odpornością na ścieranie niż w przypadku zwykłego pozłacania,

• możliwością uzyskania ultraszerokiej palety kolorów, w tym złota, czerni, rainbow, rose gold etc.

Powłoka PVD nie ma jednego, stałego składu. Może składać się z różnych związków, np. DLC (Diamond-Like Carbon), TiCN (Titanium Carbonitride), CrN (Chromium Nitride), ZrCN (Zirconium Carbonitride) czy ZrN (Zirconium Nitride).

Tym samym określenie "PVD" nie mówi nic konkretnego o składzie powłoki ani właściwościach, a dwa kolczyki opisane jako PVD mogą mieć zupełnie inne właściwości.

Dlaczego biżuteria z PVD ma aż tak beznadziejny PR?

Problemem nie jest sama powłoka PVD, ale przede wszystkim jej jakość i technologia nakładania.

Większość producentów nie podaje:

• z czego dokładnie składa się powłoka,

• jaka jest jej grubość,

• jaka jest jej przyczepność,

• jakie testy biologiczne wykonano.

Brak jest więc pełnej informacji o tym, co dokładnie znajduje się na powierzchni biżuterii i jak ta konkretna powłoka zachowuje się po latach użytkowania.

Stąd też prawdopodobnie wzięły się te wszystkie przerażające historie z "odpadaniem farby" albo "plastrowaniem" całego koloru. I najpewniej dotyczyły produktów, które nie reprezentowały jakości, jaką daje dobrze (!) wykonane PVD.

W branży piercingu przez lata wrzucano do jednego ścieku wysokiej jakości powłoki PVD z prawdziwego zdarzenia, jakieś tanie, byle jakie farbki dekoracyjne, klasyczne powłoki galwaniczne i produkty (mniej lub bardziej świadomie) błędnie opisywane jako PVD. W efekcie kilka upiornych, internetowych historii później okazało się, że niemal cała branża, śmiertelnie przerażona i poważna, zaczęła stawiać masowe red flagi studiom, w których wykorzystywano biżuterię w kolorze czarnym.

Czy PVD jest bezpieczne?

Obecnie nie ma mocnych badań klinicznych, które wskazywałyby, że wysokiej jakości powłoki PVD zwiększają ryzyko powikłań w świeżych przekłuciach. Jednocześnie nie istnieją badania potwierdzające, że są równie bezpieczne, co niepowlekany tytan implantacyjny ASTM-F136.

Jeżeli:

• producent używa świetnej technologii,

• powłoka ma doskonałą adhezję,

• materiał bazowy to tytan ASTM-F136,

• proces jest kontrolowany i zgodny ze sztuką,

nic złego nie ma prawa się wydarzyć.

Związki odpowiadające za kolor PVD

PVD (Physical Vapor Deposition) to technologia nanoszenia powłoki na wybrany materiał bazowy. W zależności od wykorzystanych związków chemicznych, można otrzymać różne efekty kolorystyczne, np.:

• DLC (Diamond-Like Carbon) - czarny, grafitowy,

• TiCN (Titanium Carbonitride) - od grafitowego do czarnego,

• CrN (Chromium Nitride) - najczęściej srebrzysty, czasem ciemnoszary,

• ZrCN (Zirconium Carbonitride) - czarny lub ciemnoszary,

• ZrN (Zirconium Nitride) - charakterystyczny, złoty kolor.

Tym samym określenie "black PVD" nie oznacza więc automatycznie żadnej z tych konkretnych powłok. To nazwa handlowa, potoczna.

Czy powłoka PVD się ściera?

Tak. Ale jest to prawda stara jak świat - KAŻDA użytkowana na tej planecie powierzchnia z czasem ulega zużyciu! A już szczególnie w miejscach narażonych na tarcie, takich jak gwinty czy punkty styku z innymi elementami biżuterii. Nie oznacza to jednak, że "kolor odpada płatami". Dobrze wykonane PVD zwykle zużywa się naturalnie i stopniowo, bez szkody dla zdrowia. Kiepskie lub nieudolnie nałożone powłoki będą ulegać degeneracji znacznie szybciej i bardziej spektakularnie.

Co dzieje się z kolczykiem, jak warstwa PVD się zetrze?

To zależy od materiału bazowego:

• ASTM-F136 - odsłania biokompatybilny, implantacyjny tytan;

• Stal chirurgiczna 316L - odsłania stop różnych metali, zawierający m.in. silnie alergizujący chrom i nikiel;

• Mosiądz lub stopy cynku - mogą korodować i uwalniać niepożądane, szkodliwe jony metali;

Zasadniczo bezpieczeństwo kolczyka z powłoką PVD bardzo mocno zależy również od tego, co znajduje się pod nią:

1) Tytan implantacyjny ASTMF-136 / implant grade

Po starciu PVD odsłania się: Ti-6Al-4V ELI. Co się dzieje? W praktyce najczęściej... nic szczególnego. Tytan natychmiast tworzy nową warstwę tlenku TiO₂ o grubości kilku nanometrów, która chroni go przed korozją. Ryzyko biologiczne jest zatem bardzo małe.

2) Stal implantacyjna ASTM-F138 / 316LVM

Jest to wysokiej czystości odmiana stali 316L produkowana zgodnie z normą implantacyjną ASTM-F138. Po uszkodzeniu powłoki PVD odsłania się stal zawierająca głównie żelazo, chrom, nikiel, molibden. Co może się wydarzyć? Przy dobrej pasywacji powierzchni zazwyczaj nic. Dopiero uszkodzenie warstwy pasywnej i rozwój korozji mogą prowadzić do uwalniania jonów metali, w tym niklu i chromu.

3) Mosiądz

Składa się z miedzi i cynku. Po uszkodzeniu powłoki miedź może się utleniać, a cynk korodować. W efekcie powstają zielone przebarwienia o charakterystycznym, metalicznym zapachu i podrażnienia.

4) Stopy cynku

To fundament taniej biżuterii. Po odsłonięciu powłoki dochodzi do szybkiej korozji i utraty wytrzymałości, pojawia się biały nalot na biżuterii.

Jak ocenić jakość powłoki PVD?

Należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

• z jakiego związku chemicznego wykonano powłokę?

• jaka jest jej grubość?

• czy wykonano testy adhezji?

• czy zbadano odporność na korozję?

Jak gruba powinna być powłoka?

• Dekoracyjne PVD: 0,25-5 μm

• Powłoki funkcjonalne: 1-6 μm

• Ludzki włos: 70 μm

Tym samym powłoka PVD jest ok. 20-300 razy cieńsza od włosa.

Korozja i wytrzymałość:

TiCN (węgloazotek tytanu) potrafi zmniejszać prądy korozyjne nawet ok. 3-krotnie, zwiększać odporność na ścieranie, zwiększać twardość ok. 10-krotnie względem niepowlekanego podłoża w badaniach materiałowych. Badania pokazują natomiast, że związki: DLC (Diamond-Like Carbon), TiN (azotek tytanu), TiCN (węgloazotek tytanu) są bardzo obiecującymi materiałami biomedycznymi. Nie dlatego, że są czarne. Choć to oczywisty estetycznie atut. Ale dlatego, że wykazują się dużą stabilnością chemiczną, znacznie ograniczają korozję, a przede wszystkim wykazują dobrą zgodność biologiczną w badaniach laboratoryjnych i na implantach.

Skąd więc te ujowe powłoki i legendarne plastrowanie?

Z kiepskiej technologii. A z punktu widzenia inżynierii materiałowej istnieje nawet kilka istotnych przyczyn:

1) Przygotowanie powierzchni.

PVD nie "wgryza się" w metal. Powłoka musi zostać osadzona na idealnie przygotowanej powierzchni. Jeżeli tytan jest źle wypolerowany, zanieczyszczony tłuszczem czy zabrudzony po obróbce, to przyczepność dramatycznie spada. To trochę jak malowanie brudnej ściany - nawet najlepszy Dulux w końcu się odklei.

2) Zły proces próżniowy.

PVD wymaga bardzo precyzyjnych parametrów, m.in.: wysokiej próżni, odpowiedniej temperatury, kontrolowanego składu gazów czy właściwej energii jonów. Jeżeli producent X chce produkować szybciej i taniej, skraca proces albo pracuje na mniej stabilnych parametrach. Efekt? Powłoka wygląda dobrze po wyjęciu z komory, ale jej trwałość jest znacznie gorsza.

3) Zbyt cienka warstwa.

Grubsza powłoka to: więcej czasu, większe zużycie zasobów, wyższy koszt. Pokusa jest więc oczywista - zrobić ją jak najcieńszą. Niby dla oka różnicy nie ma, ale odporność na ścieranie jest jakby mniejsza...

4) Zły materiał bazowy.

Nawet jeżeli powłoka jest świetna, ale pod spodem znajduje się słaba stal albo, co gorsza, mosiądz, to po uszkodzeniu powłoki do kontaktu z tkanką trafia materiał bazowy. W przypadku, gdy jest to tytan ASTM-F136, pół biedy. Kłopot robi się wówczas, gdy do gry wchodzą metale toksyczne dla ludzi.

5) Adhezja. Albo Jej brak.

Czyli siły związania powłoki z podłożem. Można mieć świetny materiał i obłędny kolor, a jednocześnie goownianą adhezję. W przemyśle sprawdza się to m.in. testami zarysowania (scratch tests).

6) Kształt biżuterii.

Kolczyk ma: gwinty, krawędzie, kulki, rowki i ozdóbki. W takich miejscach każda powłoka będzie osadzać się trudniej, niż na płaskiej próbce laboratoryjnej. To może powodować lokalne różnice grubości.

Anodowanie, powłoka PVD i dekoracje vs rezonans magnetyczny (MRI)

Tytan implant grade ASTM-F136 jest materiałem niemagnetycznym (a jeszcze ściślej: bardzo słabo paramagnetycznym). Dlatego wysokiej jakości implanty z tego stopu zwykle nie stanowią problemu podczas rezonansu. Nie ma także dowodów, aby sama powłoka PVD lub anodowanie zmieniały właściwości magnetyczne implantacyjnego tytanu.

Anodowanie tytanu nie "dodaje" nowego materiału - tworzy jedynie grubszą warstwę nieferromagnetycznego tlenku tytanu (TiO₂). Jeśli zaś chodzi o PVD - wszystko zależy od tego, co znajduje się w powłoce. Jeżeli jest to np. TiN, TiCN, DLC czy ZrN, nie ma podstaw, aby obawiać się tej cienkiej na 1-5 μm warstewki metalu.

Problem może pojawić się wówczas, gdy nie znamy składu powłoki, a producent bardzo rzadko deklaruje zgodność z MRI dla gotowego wyrobu.

W rezonansie nie chodzi tylko o przyciąganie przez magnes. Należy uwzględnić też możliwość nagrzewania się metalu przez pola RF, powstawanie artefaktów na obrazie i lokalizację kolczyków względem badanego obszaru. Tym samym, biżuteria dekoracyjna, mimo, że wykonana z tytanu ASTM-F136, jeżeli będzie zawierać jakiekolwiek elementy niemetaliczne (cyrkonie, kamienie, dekoracje etc.) - nie będzie się kwalifikować do pozostawienia w trakcie badań.

Nawet niemagnetyczna biżuteria może pogarszać jakość badania albo wymagać ściągnięcia z powodów bezpieczeństwa lub praktycznych. Ostateczna decyzja o pozostawieniu lub wyciągnięciu kolczyków należy do osoby wykonującej badanie i należy ją uszanować.

Masz inne zdanie?

Uważasz, że przeczytał_ś właśnie najbardziej odklejone Sci-Fi swojego życia? A może masz zupełnie inne doświadczenia? Myślisz, że trzeba coś tu dodać? Czegoś zabrakło, masz lepszy pomysł?

Pisz!

Uwielbiam konstruktywną dyskusję i Otwarte Umysły! Może wspólnie ogarniemy coś jeszcze lepszego?

Paula Peszka, Paoli

kontakt: paula.lapeszka@gmail.com