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Superficies de baja reflexión: LTBC y otras opciones

Las superficies reflectantes pueden causar fallos de funcionamiento en ciertas aplicaciones e incluso influir en los resultados, p. ej., en el control de calidad o para mediciones ópticamente compatibles. Esto debe tenerse en cuenta al seleccionar una superficie. Pero, ¿cómo se pueden minimizar los reflejos? En este artículo se presentan varias opciones para el tratamiento de superficies y el recubrimiento de superficies. En particular, se explica el proceso de chapado cromado negro a baja temperatura, LTBC o también cromado negro.

Términos - Reflexión en general y en física

La reflexión se deriva de la palabra latina «reflexio», que significa «volver atrás». En general, la reflexión se refiere a la acción por la que las ondas, la luz o el sonido, por ejemplo, impactan en una superficie y son repelidos por ella. En la física, la reflexión se refiere algo más específicamente al cambio en la dirección de propagación de una onda. La Ley de Reflexión se aplica en este caso (del Latín «reflectere»: retroceder). La Ley de Reflexión establece que la incidencia y los haces reflejados, así como el eje de incidencia, forman un plano común o se encuentran en un plano común. Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales.

\alpha =\alpha’

La propagación de la luz puede mostrarse de manera simplificada en forma de onda:

t - Unidad de tiempo
x - Intervalos por tiempo = frecuencia
a - Pico de amplitud. Cuanto mayor sea el pico de amplitud máxima, más intensa, es decir, más brillante, aparecerá la luz.
Cuanto mayor sea el pico de amplitud y más cortos sean los intervalos, mayor será la energía transportada.

La trayectoria de la luz también es reversible, es decir, cuando la luz incide desde la dirección del haz reflejado, se refleja en la dirección del haz incidente.

En lugar de reflejarse, la luz, las ondas y otros rayos también se pueden absorber y transmitir. La absorción se produce cuando el material afectado por un haz absorbe completamente este último y lo convierte en una forma diferente de energía, como el calor. La transmisión se produce cuando el haz pasa completamente a través del medio sin ser reflejado o absorbido.

Uso intencionado en ingeniería

Los ingenieros pueden hacer un uso intencionado de la reflexión, la transmisión y la absorción. Por ejemplo, las siguientes tecnologías aprovechan la reflexión:

Dispositivos ópticos: La luz reflejada por un espejo, por ejemplo, en una cámara, se puede controlar de manera intencionada.
Tecnología de comunicación: Los espejos parabólicos, por ejemplo, reflejan ondas electromagnéticas. Esto permite enviar y recibir señales.
Tecnología solar: Aquí también se utilizan espejos que concentran específicamente la luz solar, generando así más calor.

La transmisión, por ejemplo, se produce con ultrasonidos. Las ondas ultrasónicas penetran en materiales sólidos y proporcionan imágenes de la estructura interna.

La absorción se utiliza en óptica: La luz difusa puede absorberse y, por lo tanto, minimizarse absorbiendo superficies, como superficies negras.

¿La luz reflejada como factor de ruido? La importancia de las superficies de baja reflexión

Los reflejos no siempre son deseables donde se producen. En ciertas aplicaciones, los reflejos pueden incluso tener una influencia negativa. Por ejemplo, los reflejos pueden distorsionar las imágenes utilizadas para el control de calidad. Un ejemplo es la medición y la alineación de componentes. Ambas aplicaciones utilizan láseres. Si el haz láser se refleja o se distorsiona, los haces láser reflejados interferirán en la precisión de la medición. En sistemas ópticos como microscopios, los reflejos también pueden influir negativamente en la calidad de la imagen y dificultar la evaluación de las imágenes.

Por lo tanto, las superficies de baja reflexión son un componente importante en muchos sistemas.

Influencia de varias superficies en la reflexión

El grado de reflexión varía en función del color del material, el acabado de la superficie y el tratamiento superficial previo. La luz se refleja, dispersa y absorbe en grados variables.

* La ilustración que se muestra aquí es muy simplificada y no aborda todos los fenómenos que entran en juego.

Las superficies oscuras generalmente absorben más luz que las superficies brillantes y reflejan mucha menos luz visible al ojo. Cuanta menos luz se refleja, más oscura aparece una superficie.

Por ejemplo, un material brillante (1a) reflejará la luz directamente. Dado que los materiales brillantes no absorben la luz con especial intensidad, la cantidad incidente de luz es casi tan grande como la cantidad reflejada; hay poca dispersión. Esto es un poco diferente para una superficie oscura brillante (1b): La luz también se refleja directamente, pero una parte de la luz ya es absorbida por la superficie oscura. Esto significa que la densidad de energía de la luz reflejada también se reduce. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Se produce una combinación de reflexión directa y difusa para superficies semibrillantes claras y oscuras (2a y 2b): En ambos casos, la densidad de energía de la radiación retrorreflectante dispersa es menor. Sin embargo, la superficie oscura atenúa en gran medida la radiación retrorreflectada debido al aumento de la absorción. Aquí también, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Para superficies mate (3a y 3b), la dirección de la luz reflejada ya no puede determinarse claramente; el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión varían. Sin una alineación intencionada, la luz puede impactar de nuevo en la superficie del componente y también puede reabsorberse allí. Especialmente en superficies oscuras mate (3b), la luz, que se refleja parcialmente varias veces, se atenúa en gran medida por absorción, y, como resultado, una gran parte de la luz se absorbe.

¿Cómo se pueden minimizar los reflejos?

Los reflejos se pueden minimizarse mejor utilizando varios tipos de tratamiento de la superficie. La superficie puede modificarse, por ejemplo, aumentando la rugosidad. La luz incidente se dispersa y se refleja difusamente con el aumento de la rugosidad. Los métodos, por ejemplo, incluyen: Grabado y rectificado.

Otra opción es recubrir una superficie. Estos recubrimientos se diferencian en capas de deposición o capas de conversión. Hay varios métodos para ello, que se presentan en detalle a continuación.

El método LTBC

Los recubrimientos LTBC se utilizan principalmente para mejorar la protección contra la corrosión y reducir la abrasión. Sin embargo, ofrecen una ventaja adicional: Debido a su color negro, los componentes recubiertos de LTBC también han minimizado el comportamiento de reflexión. El chapado LTBC implica la difusión de una capa de fluoropolímero anodizado de aproximadamente 5 μm de grosor a temperaturas inferiores a 0 °C, lo que crea una unión permanente al material. Esto forma una superficie negra aleada que, debido a su resistencia al material, no afecta a las propiedades originales del material base. Sin embargo, proporciona una protección duradera contra la corrosión y también es poco reflectante gracias a su color negro. En muchos recubrimientos, el desgaste mecánico causa delaminación mínima con el tiempo. Precisamente, este problema se evita con el revestimiento de cromo negro (LTBC) a baja temperatura.

Otros métodos para reducir la reflexión

A continuación se ofrece una descripción general de otros tratamientos de superficies metálicas que pueden influir en la capacidad de reflejar:

Revestimiento multicapa de cromo negro: Los revestimientos de cromo negro consisten en deposiciones capas de cromo en diferentes etapas de oxidación. La estructura amorfa de la capa hace que la superficie tenga un aspecto negro profundo y, por lo tanto, absorbe mucha luz.
Cromado negro: La superficie metálica se convierte en una capa de cromación, que crea una superficie uniformemente negra. Mejora el comportamiento de absorción y la protección contra la corrosión.
Revestimiento de níquel: El revestimiento de níquel puede depositarse galvánica o químicamente. El revestimiento galvánico de níquel se utiliza principalmente para la óptica y la protección contra la corrosión del metal. En ambas variantes, el níquel se deposita sobre el material como una capa adicional. En primer lugar, se puede generar una superficie lisa y brillante que dé como resultado una reflexión controlada, pero a la inversa, también se puede lograr un revestimiento mate en combinación con una superficie rugosa que refleja difusamente la luz.
Esmaltes: Los reflejos pueden minimizarse en gran medida, por ejemplo, pintando el metal. Este método puede implementarse fácilmente y mejora adicionalmente la óptica del componente.
Método de grabado: La superficie del material se desbasta mediante el uso de productos químicos. En consecuencia, la luz se dispersa en diferentes direcciones y se reduce el reflejo.
Textura: El objetivo de la texturización es también dispersar aún más la luz y reducir así la reflexión. En este caso, se aplica una textura a la superficie.
Recubrimiento de la superficie: De manera similar a la texturización, también pueden depositarse diferentes capas sobre la superficie metálica, por ejemplo, capas antirreflectantes, nanocapas o capas de absorción especializadas.
Bruñido: Se deposita una capa de óxido de hierro sobre la superficie de acero. Es impermeable, negra y se adhiere permanentemente. La superficie se sumerge adicionalmente en aceite para lograr una superficie brillante. Aunque esto es visualmente atractivo, aumenta los reflejos y tiene un efecto protector limitado. En combinación con otros métodos, como la texturización, se puede lograr una reducción significativa de los reflejos mediante el bruñido (coloración negra).
Anodizado negro: La superficie de aluminio se oxida mediante electrólisis. Este método deposita pigmentos de color negro que inhiben casi todos los reflejos de luz.

MISUMI ofrece una variedad de opciones para el tratamiento de superficies; consulte la siguiente tabla:

Ilustraciones de muestra: varios tratamientos superficiales en MISUMI
Tratamiento de la superficie	Materiales	Características
Revestimiento de níquel sin electrodos	todas las materias primas metálicas, p. ej., acero, acero inoxidable, cobre, aluminio, latón, etc.	- alta resistencia a la corrosión - buena resistencia a la abrasión, pero sensible a los arañazos - espesor de capa uniforme en todo el contorno de la pieza de trabajo (fidelidad de forma) - acabado disponible en un rango de mate a ligeramente brillante - color de acabado: blanco plateado con posible decoloración - el acabado ligeramente brillante a mate provoca una reflexión parcialmente difusa
Níquel negro sin electrodos	todas las materias primas metálicas, p. ej., acero, acero inoxidable, cobre, aluminio, latón, etc.	- casi ninguna protección contra la corrosión sin tratamiento previo - el niquelado químico previo mejora significativamente la protección contra la corrosión - recubrimiento quebradizo con un espesor de capa máximo de hasta aprox. 2 µm - sensible a los arañazos - acabado disponible en una gama de negro mate a ligeramente brillante - el acabado oscuro ligeramente brillante a mate provoca una alta absorción con una reflexión parcialmente difusa
Óxido negro	Acero	- revestimiento fino de óxido de hierro - espesor de capa uniforme, el acabado de óxido negro provoca una acumulación insignificante de espesor de capa - la protección contra la oxidación solo se proporciona en combinación con aceite - color de acabado: de antracita a negro - las texturas suaves se vuelven algo mate, se crea un efecto mate satinado con buena adhesión al aceite - el efecto mate satinado en combinación con el acabado oscuro provoca una mayor absorción - reflexión difusa a reflexión directa con parte difusa, dependiendo del acabado
Cromado (grado III), incoloro	Metales base como acero, aleaciones de aluminio, magnesio, etc.	- buena resistencia a la corrosión - acabado visualmente atractivo con apariencia mate - espesor de capa uniforme en todo el contorno de la pieza de trabajo (fidelidad de forma) - el carácter metálico del acabado se conserva en gran medida - el acabado mate provoca una reflexión difusa con una baja porción de reflexión directa
Negro cromado (grado III)	Metales base como acero, aleaciones de aluminio, magnesio, etc.	- como cromado (grado III), incoloro - acabado negro - el acabado mate en combinación con la coloración oscura provoca una mayor absorción
Anodizado (incoloro)	Aleaciones de aluminio (también posibles con magnesio o titanio, por ejemplo)	- buena resistencia a la corrosión - buena resistencia a la abrasión con el grosor de capa correspondiente - color de aluminio - reflexión reducida debido a la superficie mate y finamente texturizada
Anodizado (negro)	Aleaciones de aluminio (también posibles con magnesio o titanio, por ejemplo)	- buena resistencia a la corrosión - buena resistencia a la abrasión con el grosor de capa correspondiente - acabado negro - reflejo más reducido debido a una superficie mate y finalmente texturizada con - el acabado oscuro provoca una mayor absorción
Chapado en cromo negro	Acero, cobre, acero inoxidable, etc.	- alta resistencia a la corrosión - alta resistencia a la abrasión con el espesor de capa correspondiente, pero con posible astillamiento - se pueden conseguir espesores de capa extremadamente finos, para piezas con requisitos de alta precisión - color de acabado: de antracita a negro intenso - posibilidades de brillante a mate - la apariencia y el comportamiento de reflexión de la capa de cromo están fuertemente influenciados por la textura del material base y por cualquier capa intermedia

También se pueden utilizar diferentes recubrimientos en un componente, consulte la figura:

Diferentes tratamientos de superficie en una mesa de posicionamiento de precisión

Cuerpo de la base, izquierda: revestimiento químico de níquel
Cuerpo de la base, derecha: Revestimiento de LTBC
Tornillos de ajuste: anodizado transparente

Los métodos mencionados aquí representan solo una parte de los métodos y opciones de procesamiento posibles para lograr una superficie de baja reflexión. El método que se puede emplearse depende no solo del material utilizado, sino también del uso previsto, las condiciones de funcionamiento actuales y el tipo de aplicación. Hay disponibles componentes con reflexión reducida, como bases, soportes para perfiles de construcción o anillos de sujeción para una amplia gama de aplicaciones.