Condividi l'articolo:

Superfici a bassa riflessione – LTBC e altre opzioni

Le superfici riflettenti possono causare malfunzionamenti in alcune applicazioni e persino influenzare i risultati, ad esempio nel controllo qualità o per misurazioni supportate otticamente. Ciò deve essere preso in considerazione quando si seleziona una superficie. Ma come si possono ridurre al minimo i riflessi? Questo articolo presenta varie opzioni per il trattamento superficiale e il rivestimento di superficie. In particolare viene spiegato il processo Cromato (nero) a bassa temperatura, LTBC o anche cromo nero.

Termini - Riflessione in generale e in fisica

La riflessione deriva dalla parola latina “reflexio”, che significa “ritornare indietro”. In generale la riflessione significa che, ad esempio, le onde, la luce o il suono colpiscono una superficie e poi vengono respinte. In fisica la riflessione si riferisce in qualche modo più specificamente al cambiamento nella direzione di propagazione di un’onda. In questo caso si applica la legge di riflessione (dal latino reflectere: tornare indietro). La legge di riflessione afferma che i raggi incidenti e riflessi, nonché l’asse di incidenza, formano un piano comune o giacciono su un piano comune. Gli angoli di incidenza e riflessione sono uguali.

\alpha =\alpha’

La propagazione della luce può essere mostrata in modo semplificato nella forma d’onda:

t - Unità di tempo
x - Intervalli per tempo = frequenza
a - Picco di ampiezza. Maggiore è il picco di ampiezza massima, più intensa - ovvero più luminosa - appare la luce.
Maggiore è il picco di ampiezza e più brevi sono gli intervalli, maggiore è l’energia trasportata.

Anche il percorso della luce è reversibile, vale a dire quando la luce è incidente dalla direzione del fascio riflesso, viene riflessa nella direzione del fascio incidente.

Invece di riflettere, è anche possibile assorbire e trasmettere luce, onde e altri raggi. L’assorbimento si verifica quando il materiale impattato da un fascio assorbe completamente quest’ultimo e lo converte in una diversa forma di energia, come il calore. La trasmissione avviene quando il fascio passa completamente attraverso il mezzo senza essere riflesso o assorbito.

Uso mirato in ingegneria

Gli ingegneri possono fare un uso intenzionale della riflessione, della trasmissione e dell’assorbimento. Ad esempio, le tecnologie seguenti sfruttano la riflessione:

Dispositivi ottici: La luce riflessa da uno specchio, ad esempio in una fotocamera, può quindi essere controllata in modo intenzionale.
Tecnologia di comunicazione: Gli specchi parabolici, ad esempio, riflettono le onde elettromagnetiche. Ciò consente di inviare e ricevere i segnali.
Tecnologia solare: Qui vengono utilizzati anche specchi che concentrano specificamente la luce solare, generando così più calore.

La trasmissione, ad esempio, avviene con gli ultrasuoni. Le onde ultrasoniche penetrano nei materiali solidi e forniscono immagini della struttura interna.

L’assorbimento viene utilizzato nell’ottica: La luce diffusa può essere assorbita e quindi ridotta al minimo da superfici assorbenti, come quelle nere.

La luce riflessa è un fattore di rumore? Il significato delle superfici a bassa riflessione

Le riflessioni non sono desiderate ovunque si verifichino. In alcune applicazioni le riflessioni possono persino avere un’influenza negativa. Ad esempio, i riflessi possono distorcere le immagini utilizzate per il controllo qualità. Un esempio è misurare e allineare i componenti. Entrambe le applicazioni utilizzano i laser. Se il raggio laser viene riflesso o distorto, i raggi laser riflessi interferiranno con la precisione della misurazione. Nei sistemi ottici, come i microscopi, i riflessi possono anche influenzare negativamente la qualità dell’immagine e rendere difficile la valutazione delle immagini.

Le superfici a bassa riflessione sono quindi un componente importante in molti sistemi.

Influenza di varie superfici sulla riflessione

Il grado di riflessione varia a seconda del colore del materiale, della finitura superficiale e del trattamento superficiale precedente. La luce viene riflessa, diffusa e assorbita a vari gradi.

* L’illustrazione qui mostrata è molto semplificata e non rappresenta tutti i fenomeni che entrano in gioco.

Le superfici scure generalmente assorbono più luce rispetto alle superfici luminose e riflettono una quantità molto minore di luce visibile per l’occhio. Minore è la luce riflessa, maggiore sarà la luminosità di una superficie.

Ad esempio, un materiale lucido e luminoso (1a) riflette direttamente la luce. Poiché i materiali luminosi non assorbono la luce in modo particolarmente forte, la quantità incidente di luce è quasi uguale alla quantità riflessa; la dispersione è scarsa. Questo è un po’ diverso per una superficie scura lucida (1b): Anche la luce viene riflessa direttamente, ma una parte della luce è già assorbita dalla superficie scura. Ciò significa che viene ridotta anche la densità di energia della luce riflessa. L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.

Una combinazione di riflessione diretta e diffusa avviene per le superfici semilucide chiare e scure (2a e 2b): In entrambi i casi la densità di energia della radiazione a riflessione diffusa è inferiore. Tuttavia la superficie scura attenua notevolmente le radiazioni riflesse a causa dell’aumento dell’assorbimento. Anche in questo caso l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.

Per le superfici opache (3a e 3b) la direzione della luce riflessa non può più essere determinata chiaramente; l’angolo di incidenza e l’angolo di riflessione variano. Senza un allineamento intenzionale la luce può impattare nuovamente la superficie del componente e lì può anche essere riassorbita. In particolare sulle superfici scure opache (3b) la luce, che viene riflessa parzialmente più volte, è attenuata notevolmente dall’assorbimento e di conseguenza viene assorbita gran parte della luce.

Come si possono ridurre al minimo i riflessi?

I riflessi possono essere ridotti al minimo utilizzando vari tipi di trattamento superficiale. La superficie può essere modificata, per esempio, aumentando la rugosità. La luce incidente viene diffusa e riflessa in modo diffuso da una rugosità maggiore. I metodi includono, ad esempio: Incisione e rettifica.

Un’altra opzione è rivestire una superficie. Questi rivestimenti sono differenziati in strati di deposizione o di conversione. Ci sono vari metodi, che sono presentati in dettaglio di seguito.

Il metodo LTBC

I rivestimenti LTBC vengono utilizzati principalmente per migliorare la protezione dalla corrosione e ridurre l’abrasione. Tuttavia offrono un ulteriore vantaggio: A causa del loro colore nero anche i componenti rivestiti con LTBC hanno ridotto al minimo il comportamento di riflessione. Il Rivestimento (LTBC) prevede la diffusione di uno strato di fluoropolimero anodizzato di circa 5 μm a temperature inferiori a 0 °C, creando così un legame permanente al materiale. Ciò forma una superficie nera legata che, grazie alla sua resistenza, non influisce sulle proprietà originali del materiale di base. Tuttavia fornisce una protezione dalla corrosione duratura ed è anche a bassa riflessione a causa del colore nero. In molti rivestimenti l’usura meccanica causa minuscole delaminazioni nel tempo. Proprio questo problema viene evitato con il Cromato (nero) a bassa temperatura (LTBC).

Altri metodi per ridurre la riflessione

Di seguito è riportata una panoramica di altri trattamenti della superficie metallica che possono influenzare la capacità di riflettere:

Rivestito in cromo nero: I rivestimenti in cromo nero sono costituiti da depositi di cromo in diverse fasi di ossidazione. La struttura dello strato amorfo fa apparire la superficie nera profonda e quindi assorbe molta luce.
Cromatura nera: La superficie metallica viene convertita in uno strato di cromatura, che crea una superficie nera uniforme. Migliora il comportamento di assorbimento e la protezione dalla corrosione.
Nichelatura: La nichelatura può essere depositata galvanicamente o chimicamente. La nichelatura galvanica viene utilizzata principalmente per l’ottica e la protezione dalla corrosione del metallo. In entrambe le varianti il nichel viene depositato sul materiale come strato aggiuntivo. In primo luogo, può essere generata una superficie liscia e luminosa che realizza una riflessione controllata, ma, al contrario, un rivestimento opaco può essere ottenuto anche in combinazione con una superficie ruvida che riflette diffusamente la luce.
Smalti: I riflessi possono essere ridotti notevolmente al minimo, ad esempio dipingendo il metallo. Questo metodo può essere implementato facilmente e inoltre migliora l’ottica del componente.
Metodo di incisione: La superficie del materiale viene irruvidita dall’uso di sostanze chimiche. Di conseguenza la luce viene diffusa in direzioni diverse e viene ridotta la riflessione.
Testurizzazione: L’obiettivo della testurizzazione è di diffondere ulteriormente la luce e quindi ridurre la riflessione. In questo caso viene applicata una struttura alla superficie.
Rivestimento di superficie: Analogamente alla testurizzazione, anche degli strati differenti possono essere depositati sulla superficie metallica, per esempio strati antiriflesso, nanostrati o strati di assorbimento specializzati.
Brunitura: Uno strato di ossido di ferro viene depositato sulla superficie in acciaio. È impermeabile, nero e legato in modo permanente. Inoltre la superficie viene immersa nell’olio per ottenere una superficie luminosa. Sebbene sia visivamente attraente, aumenta i riflessi e ha un effetto protettivo limitato. In combinazione con altri metodi, come la testurizzazione, con la brunitura è possibile ottenere una riduzione significativa dei riflessi (colorazione nera).
Nero anodizzante: La superficie in alluminio viene ossidata mediante elettrolisi. Questo metodo deposita pigmenti di colore nero che inibiscono quasi tutti i riflessi di luce.

MISUMI offre una varietà di opzioni per il trattamento superficiale, vedere la tabella seguente:

Illustrazioni di esempio - Vari trattamenti superficiali presso MISUMI
Trattamento superficiale	Materiali	Caratteristiche
Nichelatura chimica	tutte le materie prime metalliche, ad es. acciaio, acciaio inox, rame, alluminio, ottone, ecc.	- elevata resistenza alla corrosione - buona resistenza all’abrasione, ma sensibile ai graffi - spessore uniforme dello strato su tutto il contorno del pezzo in lavorazione (fedeltà della forma) - finitura disponibile in una gamma da opaca a leggermente lucida - colore della finitura: bianco argento con possibile scolorimento - la finitura da leggermente lucida a opaca provoca una riflessione parzialmente diffusa
Nichel nero elettrolitico	tutte le materie prime metalliche, ad es. acciaio, acciaio inox, rame, alluminio, ottone, ecc.	- quasi nessuna protezione dalla corrosione senza pretrattamento - la precedente nichelatura chimica migliora notevolmente la protezione dalla corrosione - rivestimento fragile con uno spessore massimo dello strato fino a circa 2 µm - sensibile ai graffi - finitura disponibile in una gamma da nero opaco a leggermente lucido - la finitura scura leggermente lucida a opaca provoca un elevato assorbimento con riflessione parzialmente diffusa
Nero ossidato	Acciaio	- sottile rivestimento in ossido di ferro - spessore uniforme dello strato, la finitura in nero ossidato causa un accumulo trascurabile di spessore dello strato - la protezione dalla ruggine è fornita solo in combinazione con l’olio - colore della finitura: da antracite a nero - strutture lisce diventano leggermente opache, si crea un effetto satinato opaco con una buona adesione dell’olio - l’effetto satinato opaco in combinazione con la finitura scura causa un maggiore assorbimento - da riflesso diffusa a riflesso diretto con porzione diffusa, a seconda della finitura
Cromato (grado III), incolore	Metalli di base come acciaio, leghe di alluminio, magnesio, ecc.	- buona resistenza alla corrosione - finitura visivamente attraente dall’aspetto opaco - spessore uniforme dello strato sull’intero contorno del pezzo in lavorazione (fedeltà della forma) - il carattere metallico della finitura è ampiamente mantenuto - la finitura opaca causa un riflesso diffuso con una bassa porzione di riflesso diretto
Nero cromato (grado III)	Metalli di base come acciaio, leghe di alluminio, magnesio, ecc.	- come la cromatura (grado III), incolore - finitura nera - la finitura opaca in combinazione con la colorazione scura causa un maggiore assorbimento
Anodizzato (incolore)	Leghe di alluminio (possibili anche con magnesio o titanio, ad esempio)	- buona resistenza alla corrosione - buona resistenza all’abrasione con spessore dello strato corrispondente - colore dell’alluminio - riflessione ridotta grazie alla superficie opaca e finemente strutturata
Anodizzato (nero)	Leghe di alluminio (possibili anche con magnesio o titanio, ad esempio)	- buona resistenza alla corrosione - buona resistenza all’abrasione con spessore dello strato corrispondente - finitura nera - riflesso più fortemente ridotto grazie alla superficie opaca e finemente strutturata - la finitura scura causa un maggiore assorbimento
Rivestito in cromo nero	Acciaio, rame, acciaio inox, ecc.	- elevata resistenza alla corrosione - elevata resistenza all’abrasione con spessore dello strato corrispondente, ma possibile scheggiatura - spessore dello strato estremamente sottile possibile, per parti con requisiti di alta precisione - colore della finitura: da antracite a nero intenso - possibile da lucido a opaco - l’aspetto e il comportamento di riflessione dello strato cromato sono fortemente influenzati dalla consistenza del materiale di base e da qualsiasi strato intermedio

Su un componente possono essere utilizzati rivestimenti diversi, vedere la figura:

Diversi trattamenti superficiali su una tabella di posizionamento di precisione

Corpo base, sinistro: rivestimento in nichel chimico
Corpo base, destro: Rivestimento (LTBC)
Viti di regolazione: anodizzate trasparenti

I metodi qui menzionati rappresentano solo una parte dei metodi e delle opzioni di lavorazione possibili per ottenere una superficie a bassa riflessione. Il metodo che può essere utilizzato dipende non solo dal materiale utilizzato, ma anche dall’uso previsto, dalle condizioni operative attuali e dal tipo di applicazione. I componenti con riflessione ridotta, come basi, staffe per profili di costruzione o anelli di serraggio per alberi sono disponibili per un’ampia gamma di applicazioni.