Împărtășiți articolul:

Suprafețe cu reflexie scăzută – LTBC și alte opțiuni

Suprafețele reflectorizante pot cauza defecțiuni în anumite aplicații și chiar pot influența rezultatele, de ex., în controlul calității sau pentru măsurători cu suport optic. Acest lucru trebuie luat în considerare la selectarea unei suprafețe. Dar cum pot fi minimizate reflexiile? Acest articol prezintă diverse opțiuni pentru tratarea suprafeței și acoperirea suprafeței. În special, este explicată placarea cu crom negru la temperatură scăzută, LTBC sau procesul de placare cu crom negru.

Termeni - Reflexie în general și în fizică

Reflexia este un cuvânt derivat din cuvântul latin „reflexio”, ceea ce înseamnă „revenire”. În general, reflexia înseamnă că, de exemplu, undele, lumina sau sunetul intră în contact și sunt apoi aruncate înapoi de o suprafață. În fizică, reflexia se referă oarecum mai specific la schimbarea direcției de propagare a unei unde. Legea reflexiei se aplică în acest caz (din latinescul „reflectere”: întoarcere). Legea reflexiei prevede că fasciculele incidentale și reflectate, precum și axa incidenței formează un plan comun sau se întind într-un plan comun. Unghiurile incidenței și de reflexie sunt egale.

\alpha =\alpha’

Propagarea luminii poate fi afișată într-o manieră simplificată în forma de undă:

t - Unitate de timp
x - Intervale per timp = frecvență
a - Vârful amplitudinii. Cu cât este mai mare vârful de amplitudine maximă, cu atât mai intens - adică mai luminos - apare lumina.
Cu cât amplitudinea maximă este mai mare și cu cât intervalele sunt mai scurte, cu atât este mai mare energia transportată.

Calea luminii este, de asemenea, reversibilă, adică atunci când lumina este incidentă din direcția fasciculului reflectat, aceasta este reflectată în direcția fasciculului de incidență.

În loc să fie reflectată, lumina, undele și alte raze pot fi, de asemenea, absorbite și transmise. Absorbția are loc atunci când materialul afectat de un fascicul îl absoarbe complet pe acesta din urmă și îl transformă într-o formă diferită de energie, cum ar fi căldura. Transmiterea are loc atunci când fasciculul trece complet prin mediu fără a fi reflectat sau absorbit.

Utilizare intenționată în inginerie

Inginerii pot utiliza în mod intenționat reflexia, transmisia și absorbția. De exemplu, următoarele tehnologii profită de reflecție:

Dispozitive optice: Lumina reflectată de o oglindă, de ex., într-o cameră, poate fi astfel controlată într-un mod intenționat.
Tehnologie de comunicare: Oglinzile parabolice, de exemplu, reflectă undele electromagnetice. Acest lucru face posibilă transmiterea și primirea semnalelor.
Tehnologie solară: Aici sunt utilizate și oglinzi care concentrează în mod specific lumina soarelui, generând astfel mai multă căldură.

Transmiterea, de exemplu, se efectuează cu ultrasunete. Undele ultrasonice penetrează materialele solide și oferă imagini ale structurii interioare.

Absorbția este utilizată în optică: Lumina difuză poate fi absorbită și astfel minimizată prin absorbția suprafețelor, cum ar fi cele negre.

Lumina reflectată ca factor de zgomot? Semnificația suprafețelor cu reflexie scăzută

Reflexiile nu sunt de dorit oriunde ar apărea. În anumite aplicații, reflexiile pot avea chiar și o influență negativă. De exemplu, reflexiile pot distorsiona imaginile utilizate pentru controlul calității. Un exemplu este măsurarea și alinierea componentelor. Ambele aplicații utilizează lasere. Dacă fasciculul laser este reflectat sau distorsionat, fasciculele laser reflectate vor interfera cu precizia măsurătorii. În sistemele optice, cum ar fi microscoapele, reflexiile pot influența negativ calitatea imaginii și pot îngreuna evaluarea imaginilor.

Prin urmare, suprafețele cu reflexie scăzută reprezintă o componentă importantă în multe sisteme.

Influența diferitelor suprafețe asupra reflexiei

Gradul de reflexie variază în funcție de culoarea materialului, de finisajul suprafeței și de tratamentul anterior al suprafeței. Lumina este reflectată, împrăștiată și absorbită în diferite grade.

* Ilustrația prezentată aici este foarte simplificată și nu abordează toate fenomenele care intră în joc.

În general, suprafețele întunecate absorb mai multă lumină decât suprafețele luminoase și reflectă mult mai puțină lumină vizibilă pentru ochi. Cu cât este reflectată mai puțină lumină, cu atât o suprafață apare mai închisă.

De exemplu, un material strălucitor și luminos (1a) va reflecta lumina în mod direct. Deoarece materialele luminoase nu absorb lumina în mod deosebit de puternic, cantitatea de lumină incidentă este aproape la fel de mare ca și cantitatea reflectată; există o dispersie redusă. Acest lucru este puțin diferit pentru o suprafață întunecată strălucitoare (1b): De asemenea, lumina este reflectată direct, dar o parte a luminii este deja absorbită de suprafața întunecată. Aceasta înseamnă că densitatea energetică a luminii reflectate este, de asemenea, redusă. Unghiul incidenței este egal cu unghiul de reflexie.

O combinație între reflexia directă și difuză are loc pentru suprafețe semi-lucioase deschise și închise la culoare (2a și 2b): În ambele cazuri, densitatea energetică a radiației retroreflectorizante dispersate este mai mică. Cu toate acestea, suprafața întunecată atenuează semnificativ radiațiile retroreflectate datorită absorbției crescute. Și în acest caz, unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie.

Pentru suprafețele mate (3a și 3b), direcția luminii reflectate nu mai poate fi determinată în mod clar; unghiul de incidență și unghiul de reflexie variază. Fără o aliniere intenționată, lumina poate afecta din nou suprafața componentei și poate fi, de asemenea, resorbită acolo. În special pe suprafețele mate închise la culoare (3b), lumina, care este parțial reflectată de mai multe ori, este atenuată semnificativ prin absorbție și, drept urmare, o mare parte a luminii este absorbită.

Cum pot fi minimizate reflexiile?

Reflexiile pot fi minimizate cel mai bine folosind diferite tipuri de tratament de suprafață. Suprafața poate fi modificată, de exemplu, prin creșterea asprimii. Lumina incidentă este dispersată și reflectată difuz de asprimea crescută. Metodele, de exemplu, includ: Evaporare și șlefuire.

O altă opțiune este acoperirea unei suprafețe. Aceste straturi sunt diferențiate în straturi de depunere sau straturi de conversie. Există diferite metode pentru aceasta, care sunt prezentate în detaliu mai jos.

Metoda LTBC

Peliculele LTBC sunt utilizate în principal pentru a îmbunătăți protecția anticoroziune și pentru a reduce abraziunea. Totuși, acestea oferă un avantaj suplimentar: Datorită culorii lor negre, componentele acoperite cu LTBC au minimizat, de asemenea, comportamentul de reflexie. Placarea cu LTBC implică difuzarea unui strat de fluoropolimer anodizat cu o grosime de aproximativ 5 μm la temperaturi sub 0 °C, creând astfel o legătură permanentă cu materialul. Aceasta formează o suprafață neagră acoperită cu aliaj care - datorită rezistenței sale la material - nu afectează proprietățile originale ale materialului de bază. Cu toate acestea, oferă protecție de lungă durată împotriva coroziunii și are, de asemenea, un nivel redus de reflexie datorită culorii negre. În multe straturi, uzura mecanică cauzează delaminări minore în timp. Această problemă este evitată cu precizie prin placarea cu crom negru la temperatură scăzută (LTBC).

Alte metode de reducere a reflexiei

Urmează o prezentare generală a altor tratamente de suprafețe metalice care pot influența capacitatea de a reflecta:

Placare cu negru cromat: Peliculele cromate negre constau din depuneri de crom în diferite etape de oxidare. Structura stratului amorf face ca suprafața să pară extrem de neagră, absorbind astfel multă lumină.
Cromare neagră: Suprafața metalică este convertită într-un strat de crom, care creează o suprafață uniformă neagră. Aceasta îmbunătățește comportamentul de absorbție și protecția împotriva coroziunii.
Placare cu nichel: Placarea cu nichel se efectua prin depunere fie galvanic, fie chimic. Placarea galvanică cu nichel este utilizată în principal pentru optică și pentru protecția anticorozivă a metalului. În ambele variante, nichelul este depus pe material ca un strat suplimentar. În primul rând, poate fi generată o suprafață netedă, luminoasă, care are ca rezultat o reflexie controlată, dar invers, se poate obține și un strat mat în combinație cu o suprafață aspră care reflectă difuz lumina.
Smalțuri: Reflecțiile pot fi reduse la minimum, de exemplu, prin vopsirea metalului. Această metodă poate fi implementată cu ușurință și îmbunătățește suplimentar optica componentei.
Metoda de gravare: Suprafața materialului este asprită prin utilizarea de substanțe chimice. Prin urmare, lumina este dispersată în diferite direcții, reflexia este redusă.
Textură: Scopul texturării este, de asemenea, de a dispersa în continuare lumina și de a reduce astfel reflexia. În acest caz, se aplică o textură pe suprafață.
Acoperirea suprafeței: Similar cu texturarea, se pot depune diferite straturi, de asemenea, pe suprafața metalică, de exemplu, straturi antireflexie, nanostraturi sau straturi de absorbție specializate.
Șlefuirea: Pe suprafața de oțel, se depune un strat de oxid de fier. Acesta este impenetrabil, negru și legat permanent. Suprafața este scufundată suplimentar în ulei pentru a obține o suprafață luminoasă. Deși acest lucru este atrăgător din punct de vedere vizual, acesta crește reflexiile și are un efect de protecție limitat. În combinație cu alte metode, cum ar fi texturarea, o reducere semnificativă a reflexiilor poate fi obținută prin șlefuire (culoare neagră).
Anodizare neagră: Suprafața de aluminiu este oxidată prin electroliză. Această metodă depozitează pigmenți de culoare neagră care inhibă aproape toate reflexiile luminii.

MISUMI oferă diverse opțiuni pentru tratarea suprafețelor, consultați următorul tabel:

Exemple de ilustrații - Diverse tratamente de suprafață la MISUMI
Tratament suprafață	Materiale	Caracteristici
Placarea prin electronichelare	toate materiile prime metalice, de ex. oțel, oțel inoxidabil, cupru, aluminiu, alamă etc.	- rezistență ridicată la coroziune - rezistență bună la abraziune, dar sensibilă la zgârieturi - grosime uniformă a stratului pe întregul contur al piesei de prelucrat (fidelitatea formei) - finisaj disponibil într-o gamă de culori de la mat la ușor lucios - culoare finisaj: argintiu alb cu posibilitate de decolorare - finisaj ușor lucios până la mat cauzează reflexie parțial difuză
Electronichelare cu nichel negru	toate materiile prime metalice, de ex. oțel, oțel inoxidabil, cupru, aluminiu, alamă etc.	- aproape nicio protecție anti-coroziune fără pretratare - placarea anterioară prin electronichelare îmbunătățește semnificativ protecția anti-coroziune - stratul de acoperire fragil cu o grosime maximă a stratului de până la aprox. 2 µm - sensibil la zgârieturi - finisaj disponibil în gama de la negru mat la ușor lucios - finisajul negru ușor lucios până la mat cauzează o absorbție ridicată cu reflexie parțial difuză
Oxid negru	Oțel	- acoperire subțire cu oxid de fier - grosime uniformă a stratului, finisajul cu oxid negru cauzează acumularea neglijabilă a grosimii stratului - protecția anti-rugină este furnizată numai în combinație cu uleiul - culoare de finisare: de la antracit la negru - texturile netede devin oarecum mate, se creează un efect mat satinat cu aderență bună la ulei - efect mat satinat în combinație cu finisajul închis la culoare cauzează o absorbție crescută - reflexie difuză la reflexia directă cu porțiune difuză, în funcție de finisaj
Cromat (grad III), incolor	Metale de bază, cum ar fi oțelul, aliajele de aluminiu, magneziul etc.	- buna rezistenta la coroziune - finisaj atractiv vizual cu aspect mat - grosime uniforma a stratului pe întregul contur al piesei de prelucrat (fidelitatea formei) - caracterul metalic al finisajului este în mare parte păstrat - finisajul mat cauzează reflexie difuza, cu o porțiune mică de reflexie directa
Negru cromat (grad III)	Metale de bază, cum ar fi oțelul, aliajele de aluminiu, magneziul etc.	- cum ar fi cromat (grad III), incolor - finisaj negru - finisajul mat în combinație cu culorile închise cauzează o absorbție sporită
Anodizat (incolor)	Aliaje de aluminiu (posibile și cu magneziu sau titan, de exemplu)	- buna rezistență la coroziune - bună rezistență la abraziune cu grosime corespunzătoare a stratului - culoare aluminiu - reflexie redusă datorită suprafeței mate, texturate fin
Anodizat (negru)	Aliaje de aluminiu (posibile și cu magneziu sau titan, de exemplu)	- rezistență bună la coroziune - rezistență bună la abraziune cu grosimea corespunzătoare a stratului - finisaj negru - reflexie mai puternic redusă datorită suprafeței mate, texturate fin cu - finisajul închis la culoare cauzează o absorbție sporită
Negru placat cu crom	Oțel, cupru, oțel inoxidabil etc.	- rezistență ridicată la coroziune - rezistență ridicată la abraziune cu grosimea corespunzătoare a stratului, dar poate apărea ciobirea - grosimi extrem de subțiri ale stratului, pentru piese cu cerințe ridicate de precizie - culoare finală: de la antracit la negru intens - posibil lucios la mat - aspectul și comportamentul de reflexie a stratului de crom este puternic influențat de textura materialului de bază și de orice strat intermediar

Pe o componentă se pot utiliza și straturi diferite, consultați figura:

Diferite tratamente de suprafață pe o masă de poziționare de precizie

Corp de bază, stânga: acoperire cu nichel chimic
Corpul de bază, dreapta: Placare LTBC
Șuruburi de reglare: anodizare transparentă

Metodele menționate aici reprezintă doar o parte din metodele și opțiunile de procesare posibile pentru obținerea unei suprafețe cu reflexie scăzută. Metoda care poate fi utilizată depinde nu numai de materialul utilizat, ci și de destinația de utilizare, de condițiile curente de operare și de tipul de aplicație. Componentele cu reflexie redusă, cum ar fi bazele, suporturile pentru profilurile de construcție sau inelele de prindere pentru arbori sunt disponibile pentru o gamă largă de aplicații.