Lågreflekterande ytor – LTBC och andra alternativ

Reflekterande ytor kan orsaka funktionsfel i vissa tillämpningar och till och med påverka resultaten, t.ex. vid kvalitetskontroll eller för optiskt stödda mätningar. Detta bör beaktas vid val av yta. Men hur kan reflektioner minimeras? Denna artikel presenterar olika alternativ för ytbehandling och ytbeläggning. Svart kromplätering, LTBC eller svart kromprocess med låg temperatur förklaras i detalj.

Termer - Reflektion i allmänhet och i fysik

Reflektion kommer från det latinska ordet "reflexio", vilket betyder "vända tillbaka". I allmänhet innebär reflektion att till exempel vågor, ljus eller ljud påverkar, och sedan kastas tillbaka, av en yta. I fysiken hänvisar reflektion något mer specifikt till förändringen i en vågs utbredningsriktning. Reflektionslagen gäller i detta fall (från latinsk reflektor: vänd tillbaka). Lagen om reflektion anger att incidenten och de reflekterade balkarna samt incidensaxeln bildar ett gemensamt plan eller ligger på ett gemensamt plan. Förekomst- och reflektionsvinklarna är lika.

Ljusets spridning kan visas på ett förenklat sätt i vågform:

• t - Tidsenhet
• x - Intervall per tid = frekvens
• a – Amplitudtopp. Ju högre maximal amplitudtopp, desto mer intensiv - dvs. ljusare - visas ljuset.
• Ju högre amplitudtopp och ju kortare intervall, desto större transporterad energi.

Ljusvägen är också reversibel, dvs. när ljuset är infallande från den reflekterade strålens riktning, återspeglas det i den infallande strålens riktning.

Istället för att reflektera kan ljus, vågor och andra strålar också absorberas och överföras. Absorption uppstår när materialet som påverkas av en stråle helt absorberar den senare och omvandlar den till en annan form av energi, såsom värme. Överföring sker när strålen passerar helt genom mediet utan att reflekteras eller absorberas.

Ändamålsenlig användning inom teknik

Ingenjörer kan använda reflektion, överföring och absorption på ett ändamålsenligt sätt. Till exempel utnyttjar följande tekniker reflektion:

• Optiska enheter: Ljus som reflekteras av en spegel, t.ex. i en kamera, kan således styras på ett ändamålsenligt sätt.
• Kommunikationsteknik: Paraboliska speglar, till exempel., reflekterar elektromagnetiska vågor. Detta gör det möjligt att skicka och ta emot signaler.
• Solteknik: Speglar används också här som specifikt koncentrerar solljus, vilket genererar mer värme.

Överföring sker till exempel med ultraljud. Ultraljudsvågor penetrerar fasta material och ger bilder av den inre strukturen.

Absorption används i optik: Diffust ljus kan absorberas och därmed minimeras genom att absorbera ytor, såsom svarta ytor.

Reflekterat ljus som bullerfaktor? Betydelsen av ytor med låg reflektion

Reflektioner är inte önskvärda överallt där de förekommer. I vissa tillämpningar kan reflektioner till och med ha en negativ inverkan. Reflektioner kan till exempel förvränga bilder som används för kvalitetskontroll. Ett exempel är mätning och justering av komponenter. Båda applikationerna använder laser. Om laserstrålen reflekteras eller förvrängs kommer de reflekterade laserstrålarna att störa mätnoggrannheten. I optiska system som mikroskop kan reflektioner också påverka bildkvaliteten negativt och göra det svårt att utvärdera bilderna.

Lågreflekterande ytor är därför en viktig komponent i många system.

Inverkan av olika ytor på reflektion

Graden av reflektion varierar beroende på materialets färg, ytfinish och tidigare ytbehandling. Ljuset reflekteras, sprids och absorberas i varierande grad.

Illustrationen som visas här är mycket förenklad och tar inte upp alla fenomen som spelar in.

Mörka ytor absorberar i allmänhet mer ljus än ljusa ytor och reflekterar mycket mindre synligt ljus för ögat. Ju mindre ljus reflekteras, desto mörkare framträder en yta.

Till exempel reflekterar ett glänsande, ljust material (1a) ljuset direkt. Eftersom ljusa material inte absorberar ljus särskilt starkt är den infallande mängden ljus nästan lika stor som den reflekterade mängden; det finns lite spridning. Detta är lite annorlunda för en glänsande mörk yta (1b): Ljuset reflekteras också direkt, men en del av ljuset absorberas redan av den mörka ytan. Detta innebär att energitätheten hos det reflekterade ljuset också minskas. Incidensvinkeln är lika med reflektionsvinkeln.

En kombination av direkt och diffus reflektion sker för ljusa och mörka halvglansiga ytor (2a och 2b): I båda fallen är energitätheten för den spridda retroreflekterande strålningen lägre. Den mörka ytan dämpar dock kraftigt den retroreflerade strålningen på grund av den ökade absorptionen. Även här är incidensvinkeln lika med reflektionsvinkeln.

För matta ytor (3a och 3b) kan det reflekterade ljusets riktning inte längre bestämmas tydligt; incidensvinkeln och reflektionsvinkeln varierar. Utan målmedveten inriktning kan ljuset återigen påverka komponentytan och kan även absorberas igen där. Särskilt på mörka matta ytor (3b) dämpas ljuset, som delvis reflekteras flera gånger, kraftigt genom absorption, och en stor del av ljuset absorberas som ett resultat.

Hur kan reflektioner minimeras?

Reflektioner kan bäst minimeras med hjälp av olika typer av ytbehandling. Ytan kan modifieras, till exempel genom att öka grovheten. Infallande ljus sprids och reflekteras diffust av ökad grovhet. Metoderna inkluderar till exempel: Etsning och slipning.

Ett annat alternativ är att belägga en yta. Dessa ytbehandlingar är differentierade i avsättningslager eller konverteringslager. Det finns olika metoder för detta, som presenteras i detalj nedan.

LTBC-metoden

LTBC-beläggningar används huvudsakligen för att förbättra korrosionsskydd och minska nötning. Men de erbjuder ytterligare en fördel: På grund av sin svarta färg har LTBC-belagda komponenter också minimerat reflektionsbeteendet. LTBC-plätering innebär att ett ca 5 μm tjockt lager av anodiserad fluorpolymer diffunderar vid temperaturer under 0 °C, vilket skapar en permanent bindning till materialet. Detta bildar en legerad svart yta som - på grund av dess materialstyrka - inte påverkar basmaterialets ursprungliga egenskaper. Det ger dock långvarigt korrosionsskydd och är också lågt reflekterande på grund av den svarta färgen. I många beläggningar orsakar mekaniskt slitage små delamineringar över tid. Exakt detta problem undviks med låg temperatur svart kromplätering (LTBC).

Andra metoder för att minska reflektion

Följande är en översikt över andra ytbehandlingar av metall som kan påverka förmågan att reflektera:

• Svart förkromad: Svarta krombeläggningar består av kromavlagringar i olika oxidationssteg. Den amorfa skiktstrukturen gör att ytan ser djup svart ut och absorberar därmed mycket ljus.
• Svart kromaterande: Metallytan omvandlas till ett kromat skikt, vilket skapar en enhetligt svart yta. Det förbättrar absorptionsbeteendet och korrosionsskyddet.
• Nickelplätering: Nickelplätering kan deponeras antingen galvaniskt eller kemiskt. Galvanic nickelplätering används främst för optik och korrosionsskydd av metall. I båda varianterna deponeras nickel på materialet som ett extra lager. För det första kan en jämn, ljus yta genereras som resulterar i en kontrollerad reflektion, men omvänt kan en matt beläggning också uppnås i kombination med en ruggad yta som diffust reflekterar ljuset.
• Emaljer: Reflektioner kan minimeras kraftigt, till exempel genom att måla metallen. Denna metod kan enkelt implementeras och förbättrar dessutom komponentens optik.
• Etsningsmetod: Materialytan ruggas upp genom användning av kemikalier. Ljuset sprids därför i olika riktningar, reflektionen reduceras.
• Strukturering: Målet med texturering är också att ytterligare sprida ljuset och därmed minska reflektionen. I det här fallet appliceras en textur på ytan.
• Ytbeläggning: I likhet med texturering kan olika lager också deponeras på metallytan, t.ex. antireflekterande lager, nanolager eller specialiserade absorptionslager.
• Satinering: Ett järnoxidskikt deponeras på stålytan. Den är ogenomtränglig, svart och permanent bunden. Ytan doppas dessutom i olja för att uppnå en ljus yta. Även om detta är visuellt tilltalande, ökar det reflektioner och har begränsad skyddande effekt. I kombination med andra metoder, såsom texturering, kan en signifikant minskning av reflektioner uppnås genom bränning (svartfärgning).
• Svart anodisering: Aluminiumytan oxideras av elektrolys. Denna metod deponerar svarta färgpigment som hämmar nästan alla ljusreflektioner.

MISUMI erbjuder en mängd olika alternativ för ytbehandling, se följande tabell:

Olika beläggningar kan också användas på en komponent, se illustration:

Olika ytbehandlingar på ett precisionspositioneringsbord

• Basstomme, vänster: kemisk nickelbeläggning
• Basstomme, höger: LTBC-plätering
• Justeringsskruvar: genomskinlig anodiserad

De metoder som nämns här representerar endast en del av de metoder och bearbetningsalternativ som är möjliga för att uppnå en lågreflekterande yta. Vilken metod som kan användas beror inte bara på vilket material som används, utan också på avsedd användning, aktuella driftsförhållanden och typ av applikation. Komponenter med reducerad reflektion, såsom baser, fästen för konstruktionsprofiler eller klämringar för axlar finns tillgängliga för en mängd olika tillämpningar.