用電化學(xué)方法消除4J32鏡頭組件的雜散光

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驗。利用正交實驗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、時間等因素對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

3、結(jié)果和分析

3.1反射率

在可見光范圍內(nèi),光反射率p≤1.5%。國外常用的消光涂料如AvianBlack-S發(fā)黑涂料反射率<3.5%,但涂裝后不僅影響零件尺寸精度,而且由于消光漆中含有可凝揮發(fā)物,易影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。

3.2附著力

經(jīng)檢測膜層未出現(xiàn)任何剝落現(xiàn)象,證明消光膜層與基體結(jié)合牢固。

3.3消光膜層厚度檢測

氧化前后檢測試塊厚度變化<0.8μm,對物鏡框、鏡筒等鏡頭組件尺寸精度影響幾乎可以忽略。

3.4溶液成分的作用

3.4.1重鉻酸鉀和硫酸錳

溶液中的氧化劑為重鉻酸鉀、發(fā)黑劑為硫酸錳,在反應(yīng)過程主要起對鐵和鎳的氧化作用。反應(yīng)過程中Cr3+濃度達(dá)到鉻的尖晶型氧化物時,形成含錳、亞錳酸等系列化合物,從而得到黑色膜層。重鉻酸鉀含量較低時,反應(yīng)速度慢,含量較高時膜層耐蝕性降低約10%(由240s降至215s),鏡面反射率>3%。

3.4.2添加劑、硫酸銨

作為絡(luò)合劑、緩蝕劑存在。添加劑主要為Ce鹽及貴金屬鹽混合物。在含重鉻酸鉀:20g/L;硫酸錳:20g/L;硫酸銨:20g/L的溶液中加入15g/L添加劑后膜層鏡面反射率由3.1%降至1.5%、耐蝕性由200s提高至240s。含量增加時零件表面有腐蝕溶解現(xiàn)象,含量低于12g/L時膜層耐蝕性、反射率改善不明顯。硫酸銨的存在可保證溶液的穩(wěn)定。溶液中無添加劑時硫酸銨在一定程度上可控制反應(yīng)速度。含量低時溶液易惡化、成膜緩慢,含量過高時膜層無明顯改善。但在實驗中發(fā)現(xiàn),加入添加劑(含量在15～25g/L范圍內(nèi))后,添加硫酸銨進(jìn)行處理,所得膜層性能未根據(jù)硫酸銨濃度的變化而發(fā)生明顯變化,其產(chǎn)生原因有待于進(jìn)一步研究。

3.5溫度的影響

本實驗曾取試塊在燒杯中按前述工藝進(jìn)行了多次實驗,實驗前后溶液的溫度未變。實驗結(jié)果表明,反應(yīng)過程中反應(yīng)放熱很小。采用添加劑后在20、25、30、35、40℃時進(jìn)行處理,消光膜層質(zhì)量在各方面性能無明顯區(qū)別。說明溫度對氧化膜的質(zhì)量沒有明顯的影響。綜合生產(chǎn)成本及效率等因素考慮,溫度范圍可為25～35℃。

3.6處理時間的影響

時間取決于溶液濃度、溫度、升壓速度以及電流密度等因素,一般在20～30min較好。氧化時間過短(<10min),所得氧化膜疏松;氧化時間過長(超過30min)所得消光膜層粗糙,同等條件下附著力下降8.9%左右(由7.9N降至7.2N)。

3.7升壓方式的影響

采用不同升壓速度時的實驗結(jié)果如表4所示。

從表4中可以看出升壓方式的作用類似于氧化時間的影響。升壓過快將導(dǎo)致氧化膜耐蝕性下降,膜層反射率上升,消光效果下降明顯,附著力下降約20%。按3V/min速度升壓或恒流升壓至30V進(jìn)行氧化可得到性能優(yōu)異的氧化膜。

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4、結(jié)論

本文根據(jù)精密光學(xué)系統(tǒng)中鏡頭組件精度高,反射率低的要求,研究了利用電化學(xué)方法對4J32材料進(jìn)行了消光處理的方法。檢測了處理后消光膜層的鏡面反射率、耐蝕性、附著力,分析測試了處理過程中溶液成分、溫度、時間、電壓等因素對消光膜層的影響。實驗結(jié)果證明:4J32材料在重鉻酸鉀:20g/L、硫酸錳:20g/L、硫酸銨:20g/L、添加劑15g/L,溫度:25～35℃等條件下以3V/min升壓速率處理20～30min,其鏡面反射率為1.5%、耐蝕性達(dá)到240s、膜層附著力7.9N、尺寸變化<0.8μm,能夠滿足精密光學(xué)系統(tǒng)對零件尺寸及表面消光膜層的質(zhì)量要求。