Способ изготовления заготовки светоотражающего элемента для оптических систем
Владельцы патента RU 2541319:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к способу изготовления заготовки светоотражающего элемента для оптических систем, включающему предварительную химико-механическую обработку поверхности сложнопрофильных деталей, формирование металлизированного отражающего слоя. При этом формирование металлизированного светоотражающего слоя на основе иридия производят после снятия реплики, после нанесения последовательно подслоя химического цинка, нанесения никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм, который подвергают термообработке в диапазоне температур 110-400°C и высокоинтенсивной полировке до 6-8 Å с получением дублируемой поверхности матрицы, с последующим формированием несущего слоя гальванического никеля из сульфаминового электролита следующего состава (г/л): никель сульфаминовый 300-400; никель двухлористый 12-15; кислота борная 25-40; натрий лаурилсульфат 0,01-0,1; сахарин 0,008 при плотности тока 2,5 А/дм2, температуре 55-60°C в течение 8 часов, после чего полученную металлизированную реплику снимают с матрицы методом термоудара, а собственно светоотражающий слой иридия наносят методом высокоточного катодного напыления на внутреннюю поверхность никелевой реплики с образованием тонкостенного светоотражающего элемента для последующей установки его в оптическую систему. Использование настоящего способа позволяет обеспечить повышение оптических и геометрических показателей, показателей адгезии никель-фосфорного покрытия к матрице и его механической прочности. 1 пр., 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области технологии изготовления светоотражающих элементов сложной формы (сферической или конусовидной) для оптических систем и может быть использовано для получения высокоточных светоотражающих оптических элементов астрономических зеркал.
Известен из предшествующего уровня техники способ изготовления светоотражающих элементов оптических систем (патент РФ №02156487, МПК G02B 26/02, публ. 20.09.2000 г.), согласно которому предварительно подготовленную отполированную подложку (матрицу) покрывают металлодиэлектрическим покрытием и слоем высокоотражающего металла (серебром или золотом) толщиной 0,03-0,06 мкм, что обеспечивает высокие светоотражающие свойства готового зеркала.
Известен способ получения отражающих элементов оптических систем на основе покрытия, содержащего серебро, благородные металлы, иридий и другие металлы при суммарном их содержании не более 20 ат.%, которое в течение длительного времени сохраняет высокий коэффициент отражения (патент WO №2006132417, МПК8 C22C 5/06, публ. 14.12.2006 г.).
Известен в качестве прототипа заявляемого способа способ получения светоотражающих элементов для оптических систем термическим газофазным разложением соединений благородных металлов (золота и платины) (патент РФ №01840420, МПК C23C 14/00, публ. 20.03.2007 г.), которое проводят в смешанном газовом потоке, осаждение металла ведут при температуре подложки 190÷250°C с одновременным отводом из зоны реакции органических продуктов разложения, что обеспечивает повышение коэффициента отражения покрытия готового изделия, адгезии, чистоты и стойкости к механическим воздействиям.
К недостаткам аналогов относится проблематичность изготовления деталей (снимаемых реплик) с высокой степенью точности воспроизводимого в реплике сложной формы профиля матрицы и соблюдение требований по чистоте обработки поверхности и минимизации массы готовых изделий.
Задачей авторов изобретения является разработка способа изготовления тонкостенного светоотражающего элемента сложного профиля для оптических систем, обеспечивающего высокие оптические (коэффициент светоотражения) и геометрические показатели (толщина стенки реплики и точность воспроизведение профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), заданные показатели адгезии покрытия к матрице и механической прочности, достаточные для реализации этапов высокоинтенсивной механической обработки матрицы и последующего снятия реплики.
Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении повышения оптических (коэффициента светоотражения) и геометрических показателей (равнотолщинность реплики и точность дублирования профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), показателей адгезии никель-фосфорного покрытия к матрице и его механической прочности, достаточных для проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы с покрытием и возможности последующего снятия формируемой реплики.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе изготовления заготовки светоотражающего элемента для оптических систем, включающем предварительную химико-механическую обработку поверхности сложнопрофильных деталей, формирование металлизированного отражающего слоя, согласно изобретению формирование металлизированного светоотражающего слоя на основе иридия производят после снятия реплики, после нанесения последовательно подслоя химического цинка, нанесения никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм, который подвергают термообработке в диапазоне температур 110-400°C и высокоинтенсивной полировке до 6-8 Å с получением дублируемой поверхности матрицы, с последующим формированием несущего слоя гальванического никеля из сульфаминового электролита следующего состава (г/л):
| никель сульфаминовый | 300-400 |
| никель двухлористый | 12-15 |
| кислота борная | 25-40 |
| натрий лаурилсульфат | 0,01-0,1 |
| сахарин | 0,008 |
при плотности тока 2,5 А/дм2, температуре 55-60°C в течение 8 часов, после чего полученную металлизированную реплику снимают с матрицы методом термоудара, а собственно светоотражающий слой иридия наносят методом высокоточного катодного напыления на внутреннюю поверхность никелевой реплики с образованием тонкотонкостенного светоотражающего элемента для последующей установки его в оптическую систему.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.
Первоначально подготавливают поверхность заготовки (матрицы заданного геометрического профиля) для сложнопрофильных деталей традиционными методами химико-механической обработки, обезжиривания в водном растворе, состоящем из смеси тринатрийфосфата 45-55 г/л с кальцинированной содой 45-55 г/л при температуре 50-60°C в течение необходимого операционного времени. После промывки в воде заготовки и нанесения последовательно удаляемого подслоя химического цинка методом химического осаждения из многосоставного цинксодержащего раствора наносят неудаляемый слой цинка и формируют никель-фосфорный слой толщиной до 200 мкм. Затем изделия подвергают высокоинтенсивной полировке до 6-8 Å с получением высокоточной дублируемой поверхности матрицы.
Формирование удаляемого слоя цинка необходимо для активирования поверхности покрываемых сложнопрофильных деталей (матрицы) и повышения адгезии к ним наносимого впоследствии никель-фосфорного покрытия.
Никель-фосфорный слой толщиной до 200 мкм наносят методом химического восстановления, термообрабатывают в диапазоне температур 110-400°C, что способствует повышению адгезионно-механических показателей прочности получаемых покрытий и обеспечивает возможность проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы до чистоты 6-8 Å. Такая высокая степень чистоты обработки поверхности необходима для обеспечения высоких оптических показателей и точного последующего дублирования геометрии матрицы в создаваемой впоследствии снимаемой реплике.
Полученная указанным образом матрица изготовлена с поверхностью, соответствующей профилю готового изделия, и состоит из алюминиевой подложки, металлизированного подслоя цинка и полученного методом химического восстановления никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм.
Заготовку тонкостенного светоотражающего элемента толщиной 280-300 мкм получают методом последующего нанесения на матрицу несущего слоя никеля гальваническим методом из сульфаминового электролита следующего состава (г/л):
| никель сульфаминовый | 300-400 |
| никель двухлористый | 12-15 |
| кислота борная | 25-40 |
| натрий лаурилсульфат | 0,01-0,1 |
| сахарин | 0,008 |
при плотности тока 2,5 А/дм2, температуре 55-60°C в течение 8 часов.
После очередной промывки водой, сушки заготовки осуществляют снятие тонкостенной никелевой реплики методом термоудара. Полученные заготовки тонкостенного светоотражающего элемента подвергают контрольным испытаниям по механическим показателям для дальнейшего формирования отражающего слоя иридия на внутреннюю поверхность никелевой реплики методом высокоточного катодного напыления для последующей установки его в оптическую систему.
Таким образом, при использовании предлагаемого способа изготовления заготовки светоотражающего элемента для оптических систем обеспечивается достижение нового технического результата, состоящего в обеспечении повышения оптических (коэффициента светоотражения) и геометрических показателей (равнотолщинность реплики, точность дублирования профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), показателей адгезии никель-фосфорного покрытия к матрице и его механической прочности, достаточных для проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы с покрытием и возможности последующего облегченного снятия формируемой реплики.
Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующим примером.
Пример 1. Предлагаемый способ был реализован в лабораторных условиях на заготовках из алюминиевого сплава АмГ6, покрытых никель-фосфорным покрытием и отполированных до 6-8 Å.
Способ включал в себя следующие операции:
- обезжиривание в растворе состава (г/л):
| тринатрий фосфат | 45-55 |
| кальцинированная сода | 45-55 |
при температуре 50-60°C в течение 10 минут;
- промывка в горячей воде;
- промывка в холодной воде;
- никелирование в сульфаминовом электролите состава (г/л):
| никель сульфаминовый | 300-400 |
| никель двухлористый | 12-15 |
| кислота борная | 25-40 |
| натрий лаурилсульфат | 0,01-0,1 |
| сахарин | 0,008 |
при плотности тока 2,5 А/дм2, температуре 55-60°C в течение 8 часов;
- промывка в горячей воде;
- промывка в холодной воде;
- снятие реплики;
- нанесение слоя иридия высокоточным катодным напылением;
- проведение контрольных испытаний полученных образцов.
На фиг.1 представлен вид никелевых реплик перед нанесением слоя иридия методом высокоточного катодного напыления.
Как показал пример выполнения предлагаемого способа, при его реализации достигаются высокие значения оптических (коэффициента светоотражения) и геометрических показателей (равнотолщинность реплики и точность дублирования профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), показателей адгезии никель-фосфорного покрытия к матрице и его механической прочности, достаточных для проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы с покрытием и возможности последующего снятия формируемой реплики.
Способ изготовления заготовки светоотражающего элемента для оптических систем, включающий предварительную химико-механическую обработку поверхности сложнопрофильных деталей, формирование металлизированного отражающего слоя, отличающийся тем, что формирование металлизированного светоотражающего слоя на основе иридия производят после снятия реплики, после нанесения последовательно подслоя химического цинка, нанесения никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм, который подвергают термообработке в диапазоне температур 110-400°C и высокоинтенсивной полировке до 6-8 Å с получением дублируемой поверхности матрицы, с последующим формированием несущего слоя гальванического никеля из сульфаминового электролита следующего состава (г/л):
| никель сульфаминовый | 300-400 |
| никель двухлористый | 12-15 |
| кислота борная | 25-40 |
| натрий лаурилсульфат | 0,01-0,1 |
| сахарин | 0,008 |
при плотности тока 2,5 А/дм2, температуре 55-60°C в течение 8 часов, после чего полученную металлизированную реплику снимают с матрицы методом термоудара, а собственно светоотражающий слой иридия наносят методом высокоточного катодного напыления на внутреннюю поверхность никелевой реплики с образованием тонкостенного светоотражающего элемента для последующей установки его в оптическую систему.
