大尺寸反射镜高精度光学镜面Ni-P过渡层的制备方法

　　由于铍的热膨胀系数低、导热率高、比刚度大，有良好的动态性能;铝合金的加工性能好、尺寸和形状稳定性好，铍和铝合金常用于空间相机及各类光学系统[1-3].为了满足对提高观测分辨力、提高成像质量、减少能量损失等方面的要求，某些反射式光学系统中的核心部件——铍基或铝基主反射镜应达到面形精度均方根值(RMS)<λ/20(面形检测波长λ=0.632 8 μm)，表面疵病等级应达到Ⅳ级.目前光学加工行业对得到超光滑光学表面的各种加工方法进行了广泛的研究[4-5]，但由于技术难度高、加工尺寸有限等原因而无法普遍应用.因此，研究适用于大口径铍、铝反射镜光学加工的过渡层对光学仪器的设计和应用具有重要意义.而自催化镍-磷合金镀层具有硬度高、厚度均匀、抗腐蚀能力强和耐磨性好等特点，已应用于不同的领域[6].在铍、铝反射镜表面采用镀覆自催化镍-磷合金镀层，然后在镀层上进行抛光以达到光学要求的面形是一种行之有效的方法.笔者研究了一次性得到质量优异、厚度超过 80 μm 的自催化镍-磷合金过渡层、然后经光学抛光达到高精度光学镜面要求的加工方法，解决了铍、铝反射镜的光学加工问题. 该方法已先后应用于卫星、太阳模拟装置、高精度跟踪捕获系统等项目中铍、铝基主反射镜的加工制造.

　　1 试 验

　　1.1 反射镜高精度光学镜面加工过程

　　铍反射镜尺寸为边长为 100 mm 的六角形镜体，铝合金主反射镜的基体材料为 2A12，其尺寸为Φ 810mm×60 mm.反射镜镀前表面粗糙度 Ra=1.6.反射镜高精度光学镜面加工过程为：化学除油→清洗→浸蚀→清洗→浸锌→清洗→50%硝酸退膜→清洗→二次浸锌→清洗→自催化镍-磷合金→清洗→时效→古典法抛光反射镜镜面.

　　由于铍和铝的电极电位为负，在空气中，表面会迅速形成氧化膜，在镀液中生成浸镀层，将影响镀层与基体的结合力.而锌层是自催化镀层的良好过渡层[7]，采用浸锌处理以保证结合力是一种有效的方法.铍或铝反射镜浸入相应浸锌溶液后，表面氧化膜发生溶解，然后发生置换反应——锌原子取代镜体表层的铍或铝原子，置换出的锌原子能够均匀地覆盖于镜体表面并使镜体表面的相对电位变得较正，改善了镜体与镀层的结合力.第 1 次浸锌时通过浸蚀除去反射镜表面氧化层，得到较粗大的晶粒. 采用硝酸溶液溶解部分浸锌层后进行二次浸锌，二次浸锌所得锌层晶粒更细小[8-9]，可使反射镜表面充分活化，进一步提高镀层与反射镜的结合力.

　　由于古典法抛光过程中对设备投入要求较少，易满足不同口径反射镜的研制和生产需求，因此，为达到高精度光学镜面，镀后对过渡层采用古典法抛光反射镜镜面.采用古典法抛光时，为保证抛光质量，层应具有如下特点：镀层与镜体的结合力强，抛光过程中在抛光磨削力的作用下不脱落;镀层耐蚀性、耐磨性和研磨相对硬度高，耐抛光液中弱酸和弱碱的蚀，能适应古典法抛光时间较长的特点.即实际生产中镀液应能在反射镜上沉积出满足抛光要求的镀层.具体方法为使用环形抛光机抛光反射镜镜面;用校正盘控制环形抛光模的面形;用工件夹持器减少反射镜边缘的面形误差.先用粗磨料 Cr2O3粗抛光，再用细磨料抛光达到要求的面形精度.