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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.
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 :
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.
Les ingénieurs peuvent utiliser délibérément la réflexion, la transmission et l’absorption. Par exemple, les technologies suivantes tirent parti de la réflexion :
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.
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.
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.
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.
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).
Voici un aperçu des autres traitements de surface métalliques qui peuvent influencer la capacité de réflexion :
MISUMI propose une variété d’options de traitements de surface, voir le tableau suivant :
| Traitement de surface | Image d’illustration | Matériaux | Caractéristiques |
|---|---|---|---|
| Nickelage (chimique) |  |
toutes les matières premières métalliques, p. ex. acier, acier inoxydable, cuivre, aluminium, laiton, etc. |
- haute résistance à la corrosion - bonne résistance à l’abrasion, mais sensible aux rayures - épaisseur uniforme de la couche sur l’ensemble du contour de la pièce à usiner (fidélité de la forme) - finition disponible dans une gamme allant de mate à légèrement brillant - couleur de finition : argent blanc avec décoloration possible - finition légèrement brillante à mate provoquant une réflexion partiellement diffuse |
| Nickel noir sans électrolyse |  |
toutes les matières premières métalliques, p. ex. acier, acier inoxydable, cuivre, aluminium, laiton, etc. |
- pratiquement toute protection contre la corrosion sans prétraitement - un placage au nickel (chimique) antérieur améliore considérablement la protection contre la corrosion - un revêtement cassant avec une épaisseur de couche maximale d’environ 2 µm - sensible aux rayures - une finition disponible dans une gamme allant du noir mat à légèrement brillant - une finition légèrement brillante à mate sombre entraîne une absorption élevée avec une réflexion partiellement diffuse |
| Noir oxydé |  |
Acier | - fine couche d’oxyde de fer - épaisseur uniforme de la couche, la finition d’oxyde noir provoque une accumulation négligeable de l’épaisseur de la couche - la protection contre la rouille n’est fournie qu’en conjonction avec l’huile - couleur de finition : anthracite à noir - les textures lisses deviennent un peu mates, un effet satiné mat avec une bonne adhérence à l’huile est créé - l’effet satiné mat en combinaison avec la finition foncée entraîne une absorption accrue - réflexion diffuse à réflexion directe avec une partie diffuse, selon la finition |
| Chromé (grade III), incolore |  |
Métaux de base tels que l’acier, les alliages d’aluminium, le magnésium, etc. | - bonne résistance à la corrosion - finition visuellement attrayante à l’aspect mat - épaisseur uniforme de la couche sur tout le contour de la pièce à usiner (fidélité de forme) - le caractère métallique de la finition est largement conservé - la finition mate provoque une réflexion diffuse avec une faible partie de réflexion directe |
| Noir chromé (grade III) |  |
Métaux de base tels que l’acier, les alliages d’aluminium, le magnésium, etc. | - similaire à chromé (grade III), incolore - finition noire - finition mate en conjonction avec une coloration foncée entraîne une absorption accrue |
| Anodisé (incolore) |  |
Alliages d’aluminium (également possible avec le magnésium ou le titane, par exemple) |
- bonne résistance à la corrosion - bonne résistance à l’abrasion avec épaisseur de couche correspondante - couleur de l’aluminium - réflexion réduite grâce à une surface mate et finement texturée |
| Anodisé (noir) |  |
Alliages d’aluminium (également possible avec le magnésium ou le titane, par exemple) |
- bonne résistance à la corrosion - bonne résistance à l’abrasion avec épaisseur de couche correspondante - finition noire - réflexion plus fortement réduite grâce à une surface mate et finement texturée avec - finition sombre entraînant une absorption accrue |
| Revêtement chromé noir |  |
Acier cuivre acier inoxydable, etc. | - haute résistance à la corrosion - haute résistance à l’abrasion avec épaisseur de couche correspondante, mais écaillage possible - épaisseurs de couche extrêmement fines possibles, pour les pièces avec des exigences de haute précision - couleur de finition : anthracite à noir profond - brillante à mate possible - l’aspect et le comportement de réflexion de la couche de chrome sont fortement influencés par la texture du matériau de base et par toute couche intermédiaire |
Différents revêtements peuvent également être utilisés sur un composant, voir la figure :
Différents traitements de surface sur une table de positionnement de précision
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.