【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及拋光方法，具體涉及一種復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法。
技術(shù)介紹
1、化學(xué)鍍鎳磷合金具有均勻、致密、可切削性好、可拋光性好、硬度高、耐腐蝕性好、耐磨性好等良好的性能，是優(yōu)秀的反射鏡改性材。目前通常在鋁合金反射鏡上鍍鎳磷合金改性層，能改善表面缺陷，并通過(guò)拋光可達(dá)到很低的表面粗糙度，已被廣泛應(yīng)用于光學(xué)、軍工、航空航天等領(lǐng)域，具備有極高的應(yīng)用價(jià)值。
2、基于鎳磷合金鍍層良好的可切削性，可使用單點(diǎn)金剛石車(chē)削工藝加工各種光學(xué)微結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足各種不同的光學(xué)使用需求，如光柵微結(jié)構(gòu)。光柵是重要的光學(xué)微結(jié)構(gòu)，可有效篩選不同波長(zhǎng)的光，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)反射鏡中。經(jīng)過(guò)車(chē)削后的鎳磷合金表面能夠滿(mǎn)足一般紅外系統(tǒng)的成像要求，但受限于車(chē)削加工的成形機(jī)理，加工后會(huì)使鎳磷合金表面殘留螺旋狀切削刀痕，這些刀痕會(huì)導(dǎo)致衍射效應(yīng)與雜散光增多，增加光通量損失，降低反射率和圖像質(zhì)量，無(wú)法滿(mǎn)足短波長(zhǎng)、更高成像質(zhì)量要求的光學(xué)系統(tǒng)，需拋光去除。為了滿(mǎn)足更高的使用需求，對(duì)單點(diǎn)金剛石車(chē)削后的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行光學(xué)拋光，在提高表面質(zhì)量、去除殘留刀痕的同時(shí)，還需兼顧光柵微結(jié)構(gòu)的形狀，其必要條件為中頻粗糙度(msfr，空間周期1mm～1μm)rms＜1nm。因此，在鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行保形拋光仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。
3、目前，已有多種拋光技術(shù)用于去除鎳磷合金車(chē)削后的殘留刀痕，如磁流變拋光，離子束拋光和化學(xué)機(jī)械拋光等。磁流變拋光是在特定的磁場(chǎng)條件下，由拋光輪帶動(dòng)可控磁流體去除光學(xué)表面材料的拋光方法。離子束拋光是采用高能離子，在真空狀態(tài)下轟擊
4、磁流變拋光具有穩(wěn)定的去除函數(shù)和高拋光效率，然而，磁流變拋光后對(duì)微結(jié)構(gòu)形狀破壞較大，保形能力較差，且容易入拋光的周期性痕跡，改善表面質(zhì)量的能力不足，平滑能力有限。離子束拋光能夠在不引入任何外部污染的情況下在原子水平上實(shí)現(xiàn)材料的精確去除，保形能力優(yōu)秀。但離子束拋光機(jī)價(jià)格昂貴，需要在真空環(huán)境中進(jìn)行，拋光率低，且真空腔體對(duì)工件的拋光尺寸有一定的限制。化學(xué)機(jī)械拋光是一種結(jié)合化學(xué)改性和磨料去除的表面拋光方法，保形能力較好，可實(shí)現(xiàn)全局平坦化，成本低，拋光效率適中，因此被廣泛應(yīng)用于行業(yè)當(dāng)中，是鎳磷反射鏡工業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)的重要拋光技術(shù)。
5、對(duì)于化學(xué)機(jī)械拋光，隨著行業(yè)對(duì)拋光效率和表面質(zhì)量的要求不斷提高，在許多情況下，使用單一磨料來(lái)滿(mǎn)足這些要求變得越來(lái)越困難。解決上述問(wèn)題的路徑之一是磨料的復(fù)合，即磨料同時(shí)具有兩種或兩種以上的成分。由于復(fù)合磨料中不同類(lèi)型的磨料具有不同的物理化學(xué)性能，可以充分發(fā)揮每種磨料的優(yōu)點(diǎn)，從而提高拋光效率與拋光效果。同時(shí)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，目前對(duì)于鎳磷合金微結(jié)構(gòu)的保形拋光的研究很少，因此急需開(kāi)展系統(tǒng)的保形拋光研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于克服上述存在的問(wèn)題，提供一種復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，該保形拋光方法通過(guò)不同硬度的磨料結(jié)合不同硬度的拋光墊，在去除殘留刀痕、降低表面粗糙度的同時(shí)，兼顧微結(jié)構(gòu)的形狀，實(shí)現(xiàn)保形拋光。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，包括以下步驟：
4、(1)配置復(fù)合磨料拋光液；
5、(2)清潔工件表面，并將工件固定在拋光平臺(tái)上；
6、(3)設(shè)置螺旋加工路徑、拋光負(fù)載以及拋光時(shí)間；
7、(4)準(zhǔn)備兩種不同硬度的拋光墊，先使用硬度較高的拋光墊搭配所述復(fù)合磨料拋光液對(duì)工件進(jìn)行拋光，再使用硬度較低的拋光墊搭配所述復(fù)合磨料拋光液對(duì)工件進(jìn)行拋光；
8、所述復(fù)合磨料拋光液對(duì)鎳磷合金工件的表面產(chǎn)生輕微氧化腐蝕，形成結(jié)合力小的化學(xué)改性層；所述復(fù)合磨料拋光液包括兩種不同硬度的磨料，通過(guò)拋光墊帶動(dòng)硬度較高的磨料以速度v與負(fù)載f進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，利用硬度較高的尖銳部分去除起伏較大的殘留刀痕，即為消除中頻誤差；在去除中頻誤差后，引入起伏小且密集的損傷，形成高頻誤差；通過(guò)拋光墊帶動(dòng)硬度較低的磨料消除高頻誤差，實(shí)現(xiàn)中高頻誤差同時(shí)去除，并兼顧光柵形狀，得到光滑表面；
9、在宏觀拋光過(guò)程中，通過(guò)對(duì)拋光墊施加壓力f，利用拋光墊發(fā)生壓縮變形并同時(shí)與光柵微結(jié)構(gòu)頂部、底部接觸；拋光墊以轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)并以速度v向前移動(dòng)，帶動(dòng)復(fù)合磨料去除化學(xué)改性層，實(shí)現(xiàn)保形拋光。
10、本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，硬度較高的磨料的莫氏硬度在8.5～9.5之間，用于去除起伏較大的殘留刀痕，即中頻誤差；硬度較低的磨料的莫氏硬度在6.5～7.5之間，用于去除起伏小、密集的損傷，即高頻誤差。
11、本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選方案，在步驟(1)中，所述復(fù)合磨料拋光液的配置方法為：
12、按順序和比例加入兩種不同硬度的磨料、分散劑丙三醇、氧化劑、純水，并進(jìn)行攪拌和震動(dòng)，使各成分完全分散溶解，再通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑將ph值調(diào)節(jié)至設(shè)定數(shù)值。
13、進(jìn)一步，所述硬度較高的磨料為al2o3，其中值粒徑為100nm～1μm。
14、進(jìn)一步，所述al2o3的百分占比為0.15wt％～0.3wt％。
15、進(jìn)一步，所述硬度較低的磨料為sio2，其中值粒徑為50nm。
16、進(jìn)一步，所述sio2的百分占比為1-2wt％。
17、進(jìn)一步，通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑將ph值調(diào)節(jié)至小于或等于3。
18、進(jìn)一步，所述氧化劑為h2o2，其質(zhì)量百分比濃度為30％，其含量為0.8wt％～1.2wt％。
19、本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選方案，在步驟(4)中，硬度較高的拋光墊的硬度為70～90shorea，硬度較低的拋光墊的硬度為40～60shorea。
20、本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選方案，在步驟(4)中，所述光柵微結(jié)構(gòu)頂部轉(zhuǎn)角為應(yīng)力集中區(qū)，拋光后尖銳的轉(zhuǎn)角成為圓角；受限于拋光墊的材料變形極限，拋光墊帶動(dòng)堆積的磨料對(duì)光柵底部轉(zhuǎn)角與側(cè)壁實(shí)現(xiàn)少量的材料去除，因此拋光后光柵底部轉(zhuǎn)角與側(cè)壁會(huì)殘留化學(xué)改性層，最終光柵微結(jié)構(gòu)底部轉(zhuǎn)角成為圓角；
21、光柵微結(jié)構(gòu)頂部先與拋光墊接觸，光柵頂部材料去除大于光柵底部，拋光前的光柵高度h1大于拋光后的光柵高度h2，即拋光后光柵的高度會(huì)下降。
22、本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
23、1、本專(zhuān)利技術(shù)的保形拋光方法通過(guò)不同硬度的磨料結(jié)合不同硬度的拋光墊，在去除殘留刀痕、降低表面粗糙度的同時(shí)，兼顧微結(jié)構(gòu)的形狀，實(shí)現(xiàn)保形拋光。
24、2、本專(zhuān)利技術(shù)適用于平面、非球面、自由曲面等各種面型與尺寸的鎳磷合金工件，可實(shí)現(xiàn)大尺寸鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光。同時(shí)，除光柵微結(jié)構(gòu)外，本專(zhuān)利技術(shù)也適用于其他光學(xué)微結(jié)構(gòu)的保形拋光，如菲涅爾微結(jié)構(gòu)等。
25、3、本專(zhuān)利技術(shù)拋光時(shí)不需要真空或磁場(chǎng)等特定條件，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，硬度較高的磨料的莫氏硬度在8.5～9.5之間，用于去除殘留刀痕，即中頻誤差；硬度較低的磨料的莫氏硬度在6.5～7.5之間，用于去除引入的損傷，即高頻誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述復(fù)合磨料拋光液的配置方法為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述硬度較高的磨料為Al2O3，其中值粒徑為100nm～1μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述Al2O3的百分占比為0.15wt％～0.3wt％。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述硬度較低的磨料為SiO2，其中值粒徑為50nm；所述SiO2的百分占比為1-2wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述氧化劑為H2O2，其質(zhì)量百分比濃度為30％，其含量為0.8wt％～1.2wt％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，在步驟(4)中，硬度較高的拋光墊的硬度為70～90shoreA，硬度較低的拋光墊的硬度為40～60shoreA。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述光柵微結(jié)構(gòu)頂部轉(zhuǎn)角為應(yīng)力集中區(qū)，拋光后尖銳的轉(zhuǎn)角成為圓角；受限于拋光墊的材料變形極限，拋光墊帶動(dòng)堆積的磨料對(duì)光柵底部轉(zhuǎn)角與側(cè)壁實(shí)現(xiàn)少量的材料去除，因此拋光后光柵底部轉(zhuǎn)角與側(cè)壁會(huì)殘留化學(xué)改性層，最終光柵微結(jié)構(gòu)底部轉(zhuǎn)角成為圓角；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，硬度較高的磨料的莫氏硬度在8.5～9.5之間，用于去除殘留刀痕，即中頻誤差；硬度較低的磨料的莫氏硬度在6.5～7.5之間，用于去除引入的損傷，即高頻誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述復(fù)合磨料拋光液的配置方法為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述硬度較高的磨料為al2o3，其中值粒徑為100nm～1μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述al2o3的百分占比為0.15wt％～0.3wt％。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合磨料的鎳磷光柵微結(jié)構(gòu)保形拋光方法，其特征在于，所述硬度較低的磨料為sio2，其中值粒徑為50...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧輝，何楚洪，何銓鵬，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南方科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。