Surfaces peu réfléchissantes – LTBC et autres options

Dans certaines applications, les surfaces réfléchissantes peuvent provoquer des dysfonctionnements et même influencer les résultats, par exemple dans le cadre du contrôle de la qualité ou pour les mesures réalisées à l’aide d’appareils optiques. Il faut en tenir compte lors de la sélection d’une surface. Alors, comment réduire les réflexions ? Cet article présente diverses options de traitement et de revêtement de surface. Nous présentons en particulier le revêtement chromé noir basse température (Low Temperature Black Chrome Plating, LTBC) également dénommé le processus au chrome noir.

Termes – La réflexion en général et en physique

La réflexion vient du mot latin « reflexio », qui signifie « retour en arrière ». En général, la réflexion signifie que les ondes, la lumière ou les impacts sonores, par exemple,, sont ensuite renvoyés par une surface. En physique, la réflexion fait plus spécifiquement référence au changement de direction de propagation d’une onde. Dans ce cas, la loi de la réflexion s’applique (provenant du latin reflectere : retourner). La loi de la réflexion stipule que les rayons incidents et réfléchis ainsi que l’axe d’incidence forment un plan commun ou se trouvent sur un plan commun. Les angles d’incidence et de réflexion sont égaux.

La propagation de la lumière peut être présentée de manière simplifiée en tant que forme d’onde :

• t - Unité de temps
• x - Intervalles par temps = fréquence
• a - Pic d’amplitude. Plus le pic d’amplitude maximale est élevé, plus la lumière est intense, c’est-à-dire plus lumineuse.
• Plus le pic d’amplitude est élevé et plus les intervalles sont courts, plus l’énergie transportée est importante.

Le trajet lumineux est également réversible, c’est-à-dire que lorsque la lumière est incidente à partir de la direction du faisceau réfléchi, elle est réfléchie dans la direction du faisceau incident.

Au lieu de réfléchir, la lumière, les ondes et d’autres rayons peuvent également être absorbés et transmis. L’absorption se produit lorsque le matériau impacté par un faisceau absorbe complètement ce dernier et le convertit en une forme d’énergie différente, telle que la chaleur. La transmission se produit lorsque le faisceau traverse complètement le milieu sans être réfléchi ou absorbé.

Utilisation en ingénierie

Les ingénieurs peuvent utiliser délibérément la réflexion, la transmission et l’absorption. Par exemple, les technologies suivantes tirent parti de la réflexion :

• Appareils optiques : La lumière réfléchie par un miroir, par exemple dans un appareil photo, peut donc être contrôlée de manière délibérée.
• Technologies de communication : Les miroirs paraboliques, par exemple, reflètent les ondes électromagnétiques. Cela permet d’envoyer et de recevoir des signaux.
• Technologies solaires : Des miroirs sont également utilisés dans ce domaine et concentrent spécifiquement la lumière du soleil pour générer plus de chaleur.

La transmission, par exemple, se produit lors d’une échographie. Les ondes ultrasoniques pénètrent dans les matériaux solides et fournissent des images de la structure interne.

L’absorption est utilisée dans l’optique : La lumière diffuse peut être absorbée et donc réduite en absorbant les surfaces, telles que les surfaces noires.

Lumière réfléchie en tant que facteur de bruit ? L’importance des surfaces peu réfléchissantes

Les réflexions ne sont pas souhaitées partout où elles se produisent. Dans certaines applications, les réflexions peuvent même avoir une influence négative. Par exemple, les réflexions peuvent déformer les images utilisées pour le contrôle qualité. Par exemple, la mesure et l’alignement des composants. Les deux applications utilisent des lasers. Si le faisceau laser est réfléchi ou déformé, les faisceaux laser réfléchis interfèrent avec la précision de la mesure. Dans les systèmes optiques tels que les microscopes, les réflexions peuvent également influencer négativement la qualité de l’image et rendre difficile l’évaluation des images.

Les surfaces à faible réflexion sont donc un composant important dans de nombreux systèmes.

Influence des différentes surfaces sur la réflexion

Le degré de réflexion varie en fonction de la couleur du matériau, de la finition de surface et du traitement de surface préalable. La lumière est réfléchie, dispersée et absorbée à différents degrés.

* L’illustration présentée ici est très simplifiée et n’aborde pas tous les phénomènes qui entrent en jeu.

Les surfaces sombres absorbent généralement plus de lumière que les surfaces lumineuses et réfléchissent beaucoup moins de lumière visible à l’œil. Moins la lumière est réfléchie, plus une surface semble sombre.

Par exemple, un matériau brillant et lumineux (1a) réfléchit directement la lumière. Étant donné que les matériaux brillants n’absorbent pas la lumière particulièrement fortement, la quantité de lumière incidente est presque aussi importante que la quantité réfléchie ; il y a peu de dispersion. C’est un peu différent pour une surface sombre brillante (1b) : La lumière est également réfléchie directement, mais une partie de la lumière est déjà absorbée par la surface sombre. Cela signifie que la densité énergétique de la lumière réfléchie est également réduite. L’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion.

Une combinaison de réflexion directe et diffuse a lieu pour les surfaces semi-brillantes claires et sombres (2a et 2b) : Dans les deux cas, la densité énergétique du rayonnement rétroréflectif dispersé est plus faible. Cependant, la surface sombre atténue considérablement le rayonnement rétroréfléchi en raison de l’absorption accrue. Ici aussi, l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion.

Pour les surfaces mates (3a et 3b), la direction de la lumière réfléchie ne peut plus être clairement déterminée ; l’angle d’incidence et l’angle de réflexion varient. Sans alignement délibéré, la lumière peut, à nouveau, avoir un impact sur la surface du composant et y être réabsorbée. Sur les surfaces mates foncées (3b), la lumière, qui est partiellement réfléchie à plusieurs reprises, est fortement atténuée par l’absorption, et une grande partie de la lumière est donc absorbée.

Comment réduire les réflexions ?

Il est préférable de minimiser les réflexions en utilisant différents types de traitement de surface. La surface peut être modifiée, par exemple, en augmentant la rugosité. La lumière incidente est dispersée et réfléchie de façon diffuse par une rugosité accrue. Les méthodes, par exemple, comprennent : Gravure et meulage.

Une autre option consiste à recouvrir une surface. Ces revêtements sont différenciés en couches de dépôt ou couches de conversion. Il existe différentes méthodes pour cela et elles sont présentées en détail ci-dessous.

La méthode LTBC

Les revêtements LTBC sont principalement utilisés pour améliorer la protection contre la corrosion et réduire l’abrasion. Cependant, ils offrent un avantage supplémentaire : En raison de leur couleur noire, les composants revêtus de LTBC permettent également de réduire les réflexions. Le revêtement LTBC implique la diffusion d’une couche de fluoropolymère anodisé d’environ 5 μm d’épaisseur à des températures inférieures à 0 °C, créant ainsi une liaison permanente avec le matériau. Cela permet de former une surface noire alliée qui, en raison de sa résistance, n’affecte pas les propriétés d’origine du matériau de base. Cependant, elle offre une protection durable contre la corrosion et est également peu réfléchissante en raison de sa couleur noire. Dans de nombreux revêtements, l’usure mécanique provoque de minuscules délaminations au fil du temps. On peut éviter précisément ce problème avec un revêtement chromé noir basse température (LTBC).

Autres méthodes permettant de réduire la réflexion

Voici un aperçu des autres traitements de surface métalliques qui peuvent influencer la capacité de réflexion :

• Revêtement chromé noir : Les revêtements chromés noirs se composent de dépôts de chrome à différentes étapes d’oxydation. La structure amorphe de la couche donne un aspect noir profond à la surface et absorbe une grande quantité de lumière.
• Chromage noir : La surface métallique est convertie en couche de chromage, ce qui crée une surface uniformément noire. Elle améliore le comportement d’absorption et la protection contre la corrosion.
• Nickelage : Le nickelage peut être déposé galvaniquement ou chimiquement. Le nickelage galvanique est principalement utilisé pour l’optique et la protection du métal contre la corrosion. Dans les deux variantes, le nickel est déposé sur le matériau comme couche supplémentaire. Tout d’abord, une surface lisse et brillante peut ensuite être générée, ce qui entraîne une réflexion contrôlée, mais à l’inverse, un revêtement mat peut également être obtenu en combinaison avec une surface rugueuse qui reflète la lumière de manière diffuse.
• Émaux : Les réflexions peuvent être considérablement réduites, par exemple en peignant le métal. Cette méthode peut être facilement mise en œuvre et améliore également l’optique du composant.
• Méthode de gravure : La surface du matériau est rendue rugueuse par l’utilisation de produits chimiques. La lumière est par conséquent dispersée dans différentes directions, la réflexion est réduite.
• Texturation : L’objectif de la texturation est également de diffuser davantage la lumière et donc de réduire la réflexion. Dans ce cas, une texture est appliquée sur la surface.
• Revêtement de surface : Comme pour la texture, différentes couches peuvent également être déposées sur la surface métallique, par exemple des couches antireflets, des nanocouches ou des couches d’absorption spécialisées.
• Brunissage : Une couche d’oxyde de fer est déposée sur la surface en acier. Elle est imperméable, noire et collée de façon permanente. La surface est également trempée dans de l’huile pour obtenir une surface brillante. Bien qu’elle soit visuellement attrayante, elle augmente les réflexions et a un effet protecteur limité. En combinaison avec d’autres méthodes, telles que la texturation, une réduction significative des reflets peut être obtenue par brunissage (coloration noire).
• Anodisation noire : La surface en aluminium est oxydée par électrolyse. Cette méthode dépose des pigments de couleur noire qui inhibent presque toutes les réflexions de lumière.

MISUMI propose une variété d’options de traitements de surface, voir le tableau suivant :

Différents revêtements peuvent également être utilisés sur un composant, voir la figure :

Différents traitements de surface sur une table de positionnement de précision

• Corps de base, gauche : revêtement de nickel chimique
• Corps de base, droit : Revêtement LTBC
• Vis de réglage : anodisées transparentes

Les méthodes mentionnées ici ne représentent qu’une partie des méthodes et des options de traitement possibles pour obtenir une surface à faible réflectivité. La méthode à utiliser dépend non seulement du matériau utilisé, mais également de l’utilisation prévue, des conditions de fonctionnement actuelles et du type d’application. Les composants à réflexion réduite, tels que les bases, les supports pour profilés de construction ou les bagues de serrage pour arbres sont disponibles pour une large gamme d’applications.