东京奥运会金牌“秃噜皮”事件背后的镀金工艺解析

作者: 张昊

来源: 中国科普博览

发布日期: 2021-08-26 11:55:43

本文详细解析了东京奥运会金牌“秃噜皮”事件背后的镀金工艺,包括金牌的制作材料来源、镀金方法(电镀、化学镀、磁控溅射)以及为何推断东京奥运会金牌采用的是电镀技术。

8月23日晚,东京奥运会女子蹦床冠军朱雪莹在社交平台上发问,“你们的奖牌…也能抠掉一层皮吗?”配图是她在此次东京奥运会获得的金牌,金牌上有一块一毛钱硬币大小的面积“秃噜皮”了,肉眼看着都十分明显。朱雪莹解释说,自己没有故意抠金牌,因为发现奖牌上缺了一小块,以为脏了,用手蹭了蹭没有变化,于是抠了一下,没想到掉皮了。

据东京奥组委公开资料显示,东京奥运会奖牌所用的金银铜三种金属,全部从废弃的手机等电子机器中提取。从2017年4月到2019年3月的两年间,东京奥组委在日本全国开展了名为“从都市矿山制造,大家的奖牌”的运动。这项活动回收了近8万吨的小型家用电器。最终,项目获得了32千克金、3500千克银,以及2200千克铜,满足了奥运会和残奥会5000枚奖牌的需求。

回收而来的金属经过提纯精炼,被分别还原回单质原料状态,再由机械加工的方式分割成与接近最终奖牌的大小。之后,采用冷压的方式,在奖牌正反两面同时形成胜利女神尼姬像及奥运五环等图样。奥运的银牌由纯银制成,铜牌由青铜(铜95%、锡5%)制成,金牌是用银质作为基底,在基底的表面再镀覆一层金,这个镀金层的重量为6克。

给金牌镀金有几种方法?让一层金属附着在另外一层表面的技术有很多,工业界应用最广的便是电镀和化学镀,除此之外磁控溅射也是比较常见的方法。电镀是利用电流驱使溶液中的金属离子,使其附着在希望得到沉积的表面上。镀覆之前,基板需要进行多道清洗工序,以便让表面的油污和氧化物等杂质脱离。

化学镀不限基板的材质。化学镀同样是在工业上常用的金属镀覆方式,只要把基板浸入到含有镀层元素离子的溶液中,在特定的反应条件下,离子就会在基板表面沉积析出,这与电镀不同,化学镀是不需要电流驱动的。例如,我们把铁棒插入硫酸铜溶液中后,铜离子就会析出到铁表面,而铁则会以离子的形式进入到溶液中。

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。

为什么我认为东京奥运会金牌采用的是“电镀”技术?既然至少有三种方法,那么东京奥运会采用的是哪种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。

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