摘要:研究了采用電化學(xué)方法消除精密光學(xué)系統(tǒng)4J32合金鏡頭組件中雜散光的實(shí)驗(yàn)。利用正交實(shí)驗(yàn)法在重鉻酸鹽體系中確定了主鹽濃度,并研究了電壓、電解液溫度、時(shí)間等因素對(duì)鏡頭組件的消雜散光性能和消光膜層質(zhì)量的影響,確定了最佳工藝為重鉻酸鉀:20g/L、硫酸錳:20g/L、硫酸銨:20g/L、添加劑15g/L,溫度:25～35℃,3V/min升壓速率處理20～30min。經(jīng)最佳工藝處理后,4J32合金呈黑色,反射率<1.5%、耐蝕性為240s、膜層附著力為7.9N、尺寸變化<0.8μm。結(jié)果表明,所得到的消光膜能夠滿足精密光學(xué)系統(tǒng)對(duì)零件尺寸精度及表面消光膜層的質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞:4J32合金;精密光學(xué)系統(tǒng);電化學(xué)方法;雜散光

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1、引言

雜散光,也稱為雜光或雜散輻射,是指光學(xué)系統(tǒng)中除了成像光線外,擴(kuò)散于探測(cè)器表面的其他非成像光線輻射能,以及通過(guò)非正常光路到達(dá)探測(cè)器的成像光線輻射能。在成像光學(xué)系統(tǒng)中除形成的實(shí)像外,還有非成像光線在像面上擴(kuò)散,這些非成像光線(即雜散光)非常有害,其中很大一部分來(lái)自鏡頭組件。因?yàn)楫?dāng)不同波長(zhǎng)的光線經(jīng)過(guò)光學(xué)儀器的透鏡系統(tǒng)時(shí),會(huì)在光學(xué)鏡頭組件表面上發(fā)生反射、散射形成所謂的二次和高次雜散光,鏡頭組件越多、越復(fù)雜、表面積越大,雜散光量也越大,致使像質(zhì)變差。如果雜散光嚴(yán)重,將使光學(xué)儀器的辨別率下降,以致不能有效觀察,從而降低儀器使用性能。為減輕雜散光的負(fù)面影響,耿安兵、原育凱、句紅兵等均研究過(guò)采用改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或是涂覆功能性涂料等方式消除雜散光。但這些方式或是技術(shù)難度較高或是由于涂料中存在可凝揮發(fā)物而不適于空間環(huán)境使用。

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長(zhǎng)春光機(jī)所部分項(xiàng)目中物鏡框、鏡筒等部件采用的是4J32合金,系統(tǒng)要求其光反射率低以消除雜散光對(duì)系統(tǒng)的影響。4J32合金具有低線膨脹系數(shù)、硬度高、加工性能好等特點(diǎn),往往是加工到較高精度后直接用于光學(xué)玻璃的固定組件。為了消除雜散光,保證光學(xué)鏡頭的精密程度,采用電化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行處理是一種行之有效的方法。在4J32合金零件上進(jìn)行電化學(xué)處理不僅可以將雜散光由反射變成漫反射,降低雜散光的強(qiáng)度,還能在一定程度上提高其防腐蝕性能。由于4J32合金中鎳含量較高,用一般方法難以進(jìn)行電化學(xué)或化學(xué)處理。本文就如何通過(guò)電化學(xué)方法消除4J32鏡頭組件中的雜散光進(jìn)行了研究。采用對(duì)鏡頭組件進(jìn)行電化學(xué)處理工藝,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)調(diào)整工藝參數(shù)改變表面狀態(tài),得出了重現(xiàn)性良好的消光工藝。同時(shí),經(jīng)消光處理后提高了鏡頭組件的耐腐蝕能力。

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2、實(shí)驗(yàn)

2.1鏡頭組件材料

選用牌號(hào)為4J32的合金作為鏡頭材料,試塊規(guī)格為Φ50mm×5mm,表面粗糙度Ra為0.4。材料成分見(jiàn)表1。

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2.2試樣檢測(cè)方法

(1)反射率檢測(cè)方法本實(shí)驗(yàn)采用Lanmda29分光光度計(jì)在波長(zhǎng)500～900nm進(jìn)行檢測(cè)。

(2)耐蝕性檢測(cè)按GB/T1551922002檢測(cè),由點(diǎn)滴開(kāi)始至析出第一個(gè)氣泡為耐蝕時(shí)間。

(3)附著力檢測(cè)按GB/T279221998規(guī)定方法進(jìn)行檢測(cè)。

2.3電化學(xué)處理過(guò)程

2.3.1化學(xué)除油

NaOH?20～40g/L,Na2CO320～30g/L,Na3PO4·12H2O50～70g/L;使用條件:除油溫度為40～50℃;除盡為止。

2.3.2浸蝕處理

浸蝕液的基本成分組成為HCl?35g/L,在室溫下浸漬0.5～1min。

2.3.3電化學(xué)處理

本研究采用在酸性介質(zhì)中進(jìn)行處理的方法,將電解液進(jìn)行配方成分篩選實(shí)驗(yàn),確定溶液的基本成分組成,再對(duì)所選配方按表2進(jìn)行L9(34)正交方案實(shí)驗(yàn),找出最佳成分組合。

表3為L(zhǎng)9(34)正交方案對(duì)溶液成分含量進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。由表3可知,本實(shí)驗(yàn)條件下的最佳組為第6組,即A2、B3、C1,各組分含量為:重鉻酸鉀:20g/L;硫酸錳:20g/L;硫酸銨:20g/L;添加劑15g/L。

2.3.4封閉處理

90～100℃去離子水中浸漬10～20min。

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