用电化学方法消除4J32镜头组件的杂散光

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

3、结果和分析

3.1反射率

在可见光范围内,光反射率p≤1.5%。国外常用的消光涂料如AvianBlack-S发黑涂料反射率<3.5%,但涂装后不仅影响零件尺寸精度,而且由于消光漆中含有可凝挥发物,易影响光学系统的成像质量。

3.2附着力

经检测膜层未出现任何剥落现象,证明消光膜层与基体结合牢固。

3.3消光膜层厚度检测

氧化前后检测试块厚度变化<0.8μm,对物镜框、镜筒等镜头组件尺寸精度影响几乎可以忽略。

3.4溶液成分的作用

3.4.1重铬酸钾和硫酸锰

溶液中的氧化剂为重铬酸钾、发黑剂为硫酸锰,在反应过程主要起对铁和镍的氧化作用。反应过程中Cr3+浓度达到铬的尖晶型氧化物时,形成含锰、亚锰酸等系列化合物,从而得到黑色膜层。重铬酸钾含量较低时,反应速度慢,含量较高时膜层耐蚀性降低约10%(由240s降至215s),镜面反射率>3%。

3.4.2添加剂、硫酸铵

作为络合剂、缓蚀剂存在。添加剂主要为Ce盐及贵金属盐混合物。在含重铬酸钾:20g/L;硫酸锰:20g/L;硫酸铵:20g/L的溶液中加入15g/L添加剂后膜层镜面反射率由3.1%降至1.5%、耐蚀性由200s提高至240s。含量增加时零件表面有腐蚀溶解现象,含量低于12g/L时膜层耐蚀性、反射率改善不明显。硫酸铵的存在可保证溶液的稳定。溶液中无添加剂时硫酸铵在一定程度上可控制反应速度。含量低时溶液易恶化、成膜缓慢,含量过高时膜层无明显改善。但在实验中发现,加入添加剂(含量在15～25g/L范围内)后,添加硫酸铵进行处理,所得膜层性能未根据硫酸铵浓度的变化而发生明显变化,其产生原因有待于进一步研究。

3.5温度的影响

本实验曾取试块在烧杯中按前述工艺进行了多次实验,实验前后溶液的温度未变。实验结果表明,反应过程中反应放热很小。采用添加剂后在20、25、30、35、40℃时进行处理,消光膜层质量在各方面性能无明显区别。说明温度对氧化膜的质量没有明显的影响。综合生产成本及效率等因素考虑,温度范围可为25～35℃。

3.6处理时间的影响

时间取决于溶液浓度、温度、升压速度以及电流密度等因素,一般在20～30min较好。氧化时间过短(<10min),所得氧化膜疏松;氧化时间过长(超过30min)所得消光膜层粗糙,同等条件下附着力下降8.9%左右(由7.9N降至7.2N)。

3.7升压方式的影响

采用不同升压速度时的实验结果如表4所示。

从表4中可以看出升压方式的作用类似于氧化时间的影响。升压过快将导致氧化膜耐蚀性下降,膜层反射率上升,消光效果下降明显,附着力下降约20%。按3V/min速度升压或恒流升压至30V进行氧化可得到性能优异的氧化膜。

4、结论

本文根据精密光学系统中镜头组件精度高,反射率低的要求,研究了利用电化学方法对4J32材料进行了消光处理的方法。检测了处理后消光膜层的镜面反射率、耐蚀性、附着力,分析测试了处理过程中溶液成分、温度、时间、电压等因素对消光膜层的影响。实验结果证明:4J32材料在重铬酸钾:20g/L、硫酸锰:20g/L、硫酸铵:20g/L、添加剂15g/L,温度:25～35℃等条件下以3V/min升压速率处理20～30min,其镜面反射率为1.5%、耐蚀性达到240s、膜层附着力7.9N、尺寸变化<0.8μm,能够满足精密光学系统对零件尺寸及表面消光膜层的质量要求。