Widmowe współczynniki odbicia światła dla metali szlachetnych

Kąpiele do rodowania biżuterii są elektrolitami o prostym składzie. W większości dostępne elektrolity do nakładania powłok dekoracyjnych rodu oparte są na fosforanach lub siarczanach. Chociaż w teorii są możliwe cztery kombinacje składu kąpieli, to w praktyce stosowane są tylko trzy. Sporządza się je z koncentratów siarczanu lub fosforanu rodu, z dodatkiem odpowiedniej ilości kwasu siarkowego lub fosforowego4.
Możemy stosować :
- koncentrat siarczanu rodu z dodatkiem kwasu siarkowego. – Ten typ kąpieli jest obecnie najczęściej stosowany w praktyce jubilerskiej. Dekoracyjne pokrycia uzyskuje się z elektrolitu o stężeniu 2 g/l rodu i stężeniu kwasu siarkowego 30-50 g/l. uzyskuje się wówczas warstwy o grubości od 0,05 do 0,2 mikrona.
- koncentrat siarczanu rodu z dodatkiem kwasu fosforowego. – Typowy elektrolit zawiera 2 g/l rodu i odpowiednio 30-50 g/l kwasu fosforowego. Stosowany jest do dekoracyjnego rodowania przedmiotów o skomplikowanej geometrii, gdy wymagane jest pokrycie o równomiernej grubości we wszystkich punktach powierzchni. Czasami dodawany jest kwas siarkowy dla uzyskania wyższej bieli pokrycia. Stosunek stężenia kwasu siarkowego do fosforowego nie
jest istotny, ale w praktyce dąży się do tego, aby nie był mniejszy od jedności.
- koncentrat fosforanu rodu z dodatkiem kwasu fosforowego. – Ten typ elektrolitu jest powszechnie używany do rodowania w instalacjach przemysłowych. Niska wydajność katodowa, poniżej 10%, pozwala w przypadku osadzania warstw rodu o grubości do 0,1 mikrona na ograniczenie strat metalu w przypadku niekontrolowanych zmian warunków osadzania. Proste kąpiele do rodowania nie mają właściwości wybłyszczających. Połysk uzyskiwany jest przez polerowanie powierzchni przed rodowaniem lub nałożenie błyszczącej podwarstwy. Natomiast walory dekoracyjne takie jak odcień bieli czy jasność zależą od stosowanych warunków osadzania, stopnia zanieczyszczenia kąpieli związkami metali lub substancji organicznych. Nawet mała ilość metali ciężkich, takich jak; żelazo, cynk, cyna, ołów i miedź, wpływa na sposób pracy elektrolitu lub na właściwości uzyskiwanych powłok rodowych (naprężenia wewnętrzne, ciemniejsze powłoki). Mniej groźne jest zanieczyszczenie związkami organicznymi,
które można wyeliminować przez ciągłą filtrację na węglu aktywnymwspomaganą dodatkiem niewielkiej ilości wody utlenionej.
W Polsce jubilerzy przydatność elektrolitu do rodowania określają w oparciu o ocenę bieli i połysku osadzanych warstw. Powłoki rodu nakładane są przede wszystkim na wyroby ze srebra i mają za zadanie zabezpieczać powierzchnię wyrobu
przed destrukcyjnym działaniem związków siarki, a przy tym powinny być tak białe jak biel srebra. Dlatego poszukiwane są elektrolity umożliwiające osadzenie powłok rodu o maksymalnej bieli a przynajmniej bieli, większej niż uzyskuje się z konwencjonalnych kąpieli.
Na rynku oferowane są elektrolity do rodowania gwarantujące wysoki stopień brylancji nakładanych warstw i wysokie wartości punktu bieli czy nadzwyczajny połysk połączony z odcieniem bieli zbliżonym do bieli srebra. W ofertach wielu firm znajdziemy preparaty o obiecujących nazwach „Ultrabright Rhodium”, „Super White”, „Ultra White”. Polepszenie parametrów dekoracyjnych powłok rodowych uzyskuje się przez wprowadzenie do klasycznego składu kąpieli firmowych dodatków. Najczęściej oferowane są gotowe elektrolity wymagające jedynie ozcieńczenia.

Pomiar bieli
Ale jak ocenić która biel jest bielsza? Jak porównywać lub mierzyć stopień bieli, kiedy na ocenę koloru na znaczący wpływ czynnik psychologiczny. Każdy, kto odbiera wrażenia barwne, z pewnością zauważył istotne różnice w percepcji barwn,
gdy obserwuje się je przy różnym oświetleniu. Oświetlenie ma ogromny wpływ na nasz sposób
postrzegania. Wystarczy podać tutaj przykład odbioru odcieni barwnych w czasie zmierzchu.
Barwy czerwone jasne i nasycone stają się ciemne, natomiast barwy niebieskie wydaja się znacznie jaśniejsze. Różne źródła światła i jego jasność będą wpływały na nasz osąd obserwowanego koloru. Jest również faktem, że kobiety inaczej widzą kolor niż mężczyźni i są w stanie ocenić barwę bardziej precyzyjnie. Niemniej jest to osąd subiektywny. Stąd wydaje się oczywiste, że obiektywne mierzenie koloru jest istotne i powinno zapewnić możliwość
określenia małych różnic bieli. Ten cel jest nieosiągalny bez obiektywnych i dokładnych urządzeń pomiarowych. Urządzenia do tego celu powinny odbierać kolor w taki sam sposób jak ludzkie oko, gromadzić i rejestrować długość fali światła odbitego od obiektu. W przeciwieństwie do człowieka instrumenty powinny mierzyć kolor, jednocześnie interpretując odbite światło jako wartości numeryczne z wykluczeniem indywidualnych wad ludzkiego oka.
Numeryczny pomiar koloru oznacza stwarza możliwość porozumiewania się uniwersalnym
językiem . To pozwala na porównanie tak określonego koloru z ustaloną specyfikacją i umożliwia jego kontrolę. Również służyć to może do oceny oferowanego elektrolitu do rodowania. Pomiary dokonuje się najczęściej przy wykorzystaniu spektrofotometrów. Polegają one na oświetleniu badanej powierzchni światłem kierunkowym lub rozproszonym i przepuszczeniu odbitego promieniowania przez monochromator. Mierząc kolejno monochromatyczne sygnały, odbite od płytki wzorcowej (o znanym widmowym współczynniku odbicia) i płytki mierzonej, rejestrowany jest widmowy współczynnik odbicia badanej powierzchni. Mnożąc ten współczynnik przez widmowy rozkład energii iluminantu oświetlającego ten przedmiot i przez składowe funkcji kolorymetrycznych określające obserwatora kolorymetrycznego otrzymywane są składowe trójchromatyczne X Y Z. Składowe trójchromatyczne to parametry wektora bodźca barwnego w przestrzeni barwnej X Y Z. Ponieważ przestrzeń XYZ jest przestrzenią niejednorodną, nie może być używana do określania różnic barw. Dlatego też w praktyce wykorzystuje się bardziej równomierne przestrzenie barw takie jak CIE La*b* (opis w tekście Model CIE La*b*). W przypadku oceny bieli nie wystarczy wyznaczenie jedynie luminacji próbki, ale konieczne jest określenie jej chromatyczności.
Należy pamiętać, że kolor galwanicznie osadzonych powłok rodu jest zależny od różnorodnych
czynników, także od właściwości materiału podłoża. Jakość podłoża wpływa na proces tworzenia
się zarodków osadzanego metalu a przez to wpływa na kolor powstałej powłoki. Także chropowatość powłok wpływa na kolor, a więc światło, które jest odbijane od nierównej powierzchni sprzyja selektywnej absorpcji odpowiedniej długości fal świetlnych. Stąd
porównanie bieli powierzchni porodowanych powinno być dokonywane w porównywalnych
warunkach.

Porównanie bieli

Wiele firm oferujących elektrolity do nakładania dekoracyjnych powłok dostarcza odbiorcy opis
numeryczny uzyskiwanej barwy. Najczęściej podawane są wartości jasności (luminacji) L, jak i składowe do określenia chromatyczności a*, b*. Wydaje się, że już w oparciu o te dane można wytypować kąpiel o pożądanych dla nas właściwościach. Nie zawsze jest to łatwe i bez oceny dostarczonej próbki jest to niemożliwe. Dobry przykład stanowi oferta firmy Legor Group (tabela 2). W ofercie kąpieli do dekoracyjnego rodowania „Ultrabright Rhodium” znajdziemy odpowiednie elektrolity do osadzania powłok o wysokiej brylancji, najwyższym możliwym połysku czy wysokim punkcie bieli. Tymczasem w dostarczonej dokumentacji parametry
bieli niewiele od siebie się różnią (tabela 3). Blair i współpracownicy6 przebadali szereg kąpieli do dekoracyjnego rodowania. W pierwszym etapie wyznaczono za pomocą spektrografu Minolta parametry bieli. Analiza tych danych wykazała, że biel handlowo oferowanych kąpieli nie różni się od bieli rodu osadzonego z klasycznego elektrolitu (tabela 4). Następnie próbki zostały ocenione przez wytypowany zespół. Prawie 20% obserwatorów nie widziało różnic w barwie. Pozostali wskazywali na lekkie zażółcenie powłoki osadzanej z klasycznego elektrolitu, a ponad 50% uczestników eksperymentu nie widziało różnicy między barwą powłoki osadzonej z elektrolitów „Super White” i „Ultra White”. Autorzy sugerują, że oko ludzkie jest bardziej wrażliwe niż rejestracja za pomocą spektrofotometru. Z pewnością oko ludzkie więcej widzi ró żnic w bieli niż stosowane dotychczas rejestratory bieli, jednakw warunkach przemysłowych stosowanie tych ostatnich wydaje się niezbędne. Uzyskane wyniki w postaci numerycznej można
przesłać do poszczególnych oddziałów zawiadamiających etapami procesu wytwórczego i tam
na miejscu porównać je z danymi z paneli testowych dla istniejących, akceptowalnych odcieni
bieli. Końcowy odbiorca może dodatkowo zweryfikować je za pomocą paneli próbek bieli oszacowanych subiektywnie przez obserwatorów.
Co wybrać?
Galwanotechnika metali szlachetnych wymaga od nas wielkiej staranności. Tu nawet najlepszej
firmy elektrolit do rodowania nie zatuszuje naszych błędów i braku wiedzy. W warunkach małej skali, procesu prowadzonego przeważnie w zlewkach o pojemności jednego litra, zalecałbym klasyczne kąpiele do rodowania. Najlepiej unikać wszelkich dodatków poprawiających biel uzyskiwanych warstw. Biel rodu uzyskamy, gdy zastosujemy do sporządzenia kąpieli
najczystszy koncentrat rodu i zapewnimy maksymalną czystość przy jej eksploatacji. Celowym jest kładzenie warstw rodu na podwarstwach z metali szlachetnych. Zalecane jest stosowanie ciągłej filtracji na węglu.



Literatura
1. American Institute of Physics Handbook, 3rd Edition, McGraw-Hill, 1972
2. G.E. Gardam, Trans. Inst. Met. Finish., 1966, 44, 186-188
3. D.J. Arrowsmith; The Colour of Eletroplated Golds, Gold Bull., 1986, 19, 117-122
4. S. Safarzyński; Rodowanie biżuterii- problem praktyczne I ich rozwiązywanie,
Polski Jubiler, 2002, 3(17), 60-62
5. W. Pastuszak; Barwa w grafice komputerowej, PWN, 2000
6. A. Blair, M. Ammerman, Chen Xu; Quantitative Characterisation of Rhodium and
other Platinium Group Electrodeposits, SUR/FIN 2001

[ drukuj ]