用电化学方法消除4J32镜头组件的杂散光（1）

摘要:研究了采用电化学方法消除精密光学系统4J32合金镜头组件中杂散光的实验。利用正交实验法在重铬酸盐体系中确定了主盐浓度,并研究了电压、电解液温度、时间等因素对镜头组件的消杂散光性能和消光膜层质量的影响,确定了最佳工艺为重铬酸钾:20g/L、硫酸锰:20g/L、硫酸铵:20g/L、添加剂15g/L,温度:25～35℃,3V/min升压速率处理20～30min。经最佳工艺处理后,4J32合金呈黑色,反射率<1.5%、耐蚀性为240s、膜层附着力为7.9N、尺寸变化<0.8μm。结果表明,所得到的消光膜能够满足精密光学系统对零件尺寸精度及表面消光膜层的质量要求。

关键词:4J32合金;精密光学系统;电化学方法;杂散光

1、引言

杂散光,也称为杂光或杂散辐射,是指光学系统中除了成像光线外,扩散于探测器表面的其他非成像光线辐射能,以及通过非正常光路到达探测器的成像光线辐射能。在成像光学系统中除形成的实像外,还有非成像光线在像面上扩散,这些非成像光线(即杂散光)非常有害,其中很大一部分来自镜头组件。因为当不同波长的光线经过光学仪器的透镜系统时,会在光学镜头组件表面上发生反射、散射形成所谓的二次和高次杂散光,镜头组件越多、越复杂、表面积越大,杂散光量也越大,致使像质变差。如果杂散光严重,将使光学仪器的辨别率下降,以致不能有效观察,从而降低仪器使用性能。为减轻杂散光的负面影响,耿安兵、原育凯、句红兵等均研究过采用改进光学系统的结构或是涂覆功能性涂料等方式消除杂散光。但这些方式或是技术难度较高或是由于涂料中存在可凝挥发物而不适于空间环境使用。

长春光机所部分项目中物镜框、镜筒等部件采用的是4J32合金,系统要求其光反射率低以消除杂散光对系统的影响。4J32合金具有低线膨胀系数、硬度高、加工性能好等特点,往往是加工到较高精度后直接用于光学玻璃的固定组件。为了消除杂散光,保证光学镜头的精密程度,采用电化学方法对其进行处理是一种行之有效的方法。在4J32合金零件上进行电化学处理不仅可以将杂散光由反射变成漫反射,降低杂散光的强度,还能在一定程度上提高其防腐蚀性能。由于4J32合金中镍含量较高,用一般方法难以进行电化学或化学处理。本文就如何通过电化学方法消除4J32镜头组件中的杂散光进行了研究。采用对镜头组件进行电化学处理工艺,通过正交实验调整工艺参数改变表面状态,得出了重现性良好的消光工艺。同时,经消光处理后提高了镜头组件的耐腐蚀能力。

2、实验

2.1镜头组件材料

选用牌号为4J32的合金作为镜头材料,试块规格为Φ50mm×5mm,表面粗糙度Ra为0.4。材料成分见表1。

2.2试样检测方法

(1)反射率检测方法本实验采用Lanmda29分光光度计在波长500～900nm进行检测。

(2)耐蚀性检测按GB/T1551922002检测,由点滴开始至析出第一个气泡为耐蚀时间。

(3)附着力检测按GB/T279221998规定方法进行检测。

2.3电化学处理过程

2.3.1化学除油

NaOH 20～40g/L,Na2CO320～30g/L,Na3PO4·12H2O50～70g/L;使用条件:除油温度为40～50℃;除尽为止。

2.3.2浸蚀处理

浸蚀液的基本成分组成为HCl 35g/L,在室温下浸渍0.5～1min。

2.3.3电化学处理

本研究采用在酸性介质中进行处理的方法,将电解液进行配方成分筛选实验,确定溶液的基本成分组成,再对所选配方按表2进行L9(34)正交方案实验,找出最佳成分组合。

表3为L9(34)正交方案对溶液成分含量进行优化实验的结果。由表3可知,本实验条件下的最佳组为第6组,即A2、B3、C1,各组分含量为:重铬酸钾:20g/L;硫酸锰:20g/L;硫酸铵:20g/L;添加剂15g/L。

2.3.4封闭处理

90～100℃去离子水中浸渍10～20min。