本發(fā)明屬于光學(xué)元件的超精密加工，具體涉及一種nip改性反射鏡的超精密車削加工方法。

背景技術(shù)：

1、在航空航天應(yīng)用中的光學(xué)系統(tǒng)，對系統(tǒng)重量、體積和性能等指標有著諸多嚴苛限制，光學(xué)系統(tǒng)中的反射鏡對光學(xué)系統(tǒng)的性能起著十分關(guān)鍵的作用，需要滿足輕量化率高、高精度與高表面質(zhì)量等要求。使用單晶硅、玻璃等材料加工反射鏡輕量化困難，在光學(xué)系統(tǒng)中還需要增加多個固定結(jié)構(gòu)進行裝調(diào)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。而以鋁、鈹為代表的輕金屬具有輕量化率高、易實現(xiàn)復(fù)雜面形制造、可進行無熱化光機一體同質(zhì)設(shè)計等優(yōu)點，因此金屬反射鏡在航空航天裝備中的應(yīng)用越來越廣泛。但鋁材料由多種元素組成、質(zhì)地柔軟，加工時極易出現(xiàn)劃痕和坑點等缺陷，鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在表面易形成氧化層；鈹材料對加工損傷敏感，加工時易發(fā)生開裂、破碎、掉渣等問題，由鋁、鈹?shù)炔牧现苯蛹庸さ慕饘俜瓷溏R質(zhì)量難以滿足可見光等更短波長的應(yīng)用需求。為解決這一問題，通常以鋁、鈹金屬作為基底，在基底上覆蓋加工性能更優(yōu)異的nip改性層，然后通過加工改性層來獲得更高質(zhì)量的光學(xué)反射鏡。

2、nip改性反射鏡具有眾多優(yōu)點，nip改性層通過化學(xué)鍍鎳鍍覆到基底表面，其沉積方式是等厚沉積，在復(fù)雜面形的工件表面都可以獲得厚度均勻的改性層，還可以通過控制化學(xué)鍍的速率和時間，獲得不同磷含量和厚度的nip改性層；nip改性反射鏡通過拋光獲得的表面粗糙度遠優(yōu)于拋光鋁、鈹?shù)炔牧纤苓_到的表面粗糙度。因此，對于可見光等更短波長光譜的應(yīng)用場合，通常以鋁、鈹?shù)冉饘俨牧献鳛榛祝ㄟ^化學(xué)鍍鎳在基底鍍覆nip改性層，再對nip改性層進行超精密加工獲得高質(zhì)量反射鏡，從而滿足短波光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

3、相比于傳統(tǒng)的加工方法，超精密車削能夠?qū)崿F(xiàn)對各種復(fù)雜曲面的加工，加工效率高，加工精度與重復(fù)加工精度也較好，一次加工就可以獲得納米級的光滑反射鏡面。同時，超精密車削生產(chǎn)效率高、適合批量生產(chǎn)、加工成本低，加工金屬反射鏡時使整個系統(tǒng)的制造周期與制造成本大大降低，加工的光學(xué)元件與安裝支架的裝配精度足夠高、裝調(diào)簡單、校準方便。通過超精密車削加工，nip改性反射鏡毛坯可以直接獲得光學(xué)反射鏡面，加工質(zhì)量能夠滿足紅外波段的應(yīng)用需求。nip改性反射鏡在超精密車削后，還能夠與其它拋光加工技術(shù)相結(jié)合形成組合工藝，獲取更高面形精度和表面質(zhì)量的nip改性反射鏡。然而，nip改性反射鏡在超精密車削加工時，若nip改性層的材料性能不佳或超精密車削加工工藝參數(shù)選擇不當時，加工的反射鏡表面則容易出現(xiàn)裂紋、空洞、劃痕、凹坑、起皮等缺陷，影響加工質(zhì)量，同時上述缺點的存在，也不利于通過拋光的工藝獲得更高質(zhì)量的nip改性反射鏡，而且會加大后續(xù)拋光工藝的難度，使得拋光工藝的加工效率非常低。因此，獲得一種高質(zhì)量nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，對加工生產(chǎn)先進光學(xué)反射鏡有著極其重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，在有效提升nip改性反射鏡的加工效率和加工質(zhì)量的同時，也能提升工藝可重復(fù)性。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，包括以下步驟：

4、步驟s1、在反射鏡基體表面制備nip改性層；所述nip改性層中磷的含量為9?wt?%～14?wt?%；

5、步驟s2、對nip改性層進行檢測，若nip改性層存在質(zhì)量缺陷，則清除反射鏡基體表面的nip改性層，并跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟s1，直至nip改性層的質(zhì)量滿足指標要求，執(zhí)行下一個步驟；

6、步驟s3、對nip改性層進行熱處理；

7、步驟s4、使用金剛石車刀對nip改性層進行超精密車削加工，使反射鏡基體表面的nip改性層的反射效果達到鏡面反射要求，得到nip改性反射鏡；所述金剛石車刀的前角為0°；所述金剛石車刀的刀尖圓弧半徑為0.5?mm～2?mm；所述金剛石車刀的切削刃鈍圓半徑為20?nm～50?nm；所述超精密車削加工的工藝參數(shù)為：機床主軸轉(zhuǎn)速為1200?rpm～1600rpm，進給量為1?μm/r～2?μm/r，切削深度為1?μm～2?μm；

8、步驟s5、對nip改性反射鏡進行白光干涉檢測，若不滿足指標要求則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s4，否則加工結(jié)束，完成對nip改性反射鏡的超精密車削加工。

9、上述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，進一步改進的，步驟s2中，采用顯微鏡對nip改性層進行檢測，所述檢測的項目包括：所述nip改性層的表面是否有雜質(zhì)、是否平坦、是否均勻致密、是否有孔洞、是否有空隙、是否有裂紋。

10、上述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，進一步改進的，步驟s3中，所述nip改性層的質(zhì)量滿足指標要求，包括滿足以下指標：所述nip改性層的表面無雜質(zhì)、平坦光滑、均勻致密、沒有孔洞、沒有空隙和沒有裂紋。

11、上述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，進一步改進的，步驟s1中，采用化學(xué)鍍鎳的方式在反射鏡基體表面制備nip改性層；所述nip改性層的厚度為80?μm～120?μm。

12、上述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，進一步改進的，步驟s1中，所述反射鏡基體的材料為輕金屬；所述輕金屬包括鋁合金、鈹、鋁鈹合金中的至少一種。

13、上述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，進一步改進的，步驟s3中，根據(jù)相關(guān)標準、反射鏡基體的種類選擇熱處理方式，對nip改性層進行熱處理，減少氫脆并提高結(jié)合力。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

15、本發(fā)明中，針對nip改性反射鏡的超精密車削加工機理與工藝進行了研究和探索，提出了一種nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，先在反射鏡基體表面制備滿足加工要求的高磷含量nip改性層，這是一種表面平坦光滑、均勻致密、無雜質(zhì)沉積、無孔洞、無空隙、無裂紋且與基體結(jié)合力強的nip改性層，在此基礎(chǔ)上，對nip改性層進行超精密車削加工，可實現(xiàn)nip改性層的鏡面加工，使反射鏡基體表面的nip改性層的反射效果達到鏡面反射要求，由此能夠獲得低缺陷、高質(zhì)量的nip改性反射鏡，該nip改性反射鏡，不僅能夠滿足紅外波段的應(yīng)用需求，而且還能夠與其它拋光加工技術(shù)相結(jié)合形成組合工藝，以獲取更高面形精度和表面質(zhì)量的nip改性反射鏡，有利于實現(xiàn)nip改性反射鏡在高質(zhì)量光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用需求。本發(fā)明nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，在有效提升nip改性反射鏡的加工效率和加工質(zhì)量的同時也能提升工藝可重復(fù)性，同時能夠彌補輕金屬材料加工成反射鏡時在提升表面質(zhì)量等方面的不足，可實現(xiàn)對反射鏡表面nip改性層的高質(zhì)量、低缺陷加工，并獲得高質(zhì)量的反射鏡表面，具有重要的工程實際應(yīng)用價值，對促進nip改性反射鏡在光學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，其特征在于，步驟s2中，采用顯微鏡對nip改性層進行檢測，所述檢測的項目包括：所述nip改性層的表面是否有雜質(zhì)、是否平坦、是否均勻致密、是否有孔洞、是否有空隙、是否有裂紋。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，其特征在于，步驟s3中，所述nip改性層的質(zhì)量滿足指標要求，包括滿足以下指標：所述nip改性層的表面無雜質(zhì)、平坦光滑、均勻致密、沒有孔洞、沒有空隙和沒有裂紋。

4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，其特征在于，步驟s1中，采用化學(xué)鍍鎳的方式在反射鏡基體表面制備nip改性層；所述nip改性層的厚度為80?μm～120?μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，其特征在于，步驟s1中，所述反射鏡基體的材料為輕金屬；所述輕金屬包括鋁合金、鈹、鋁鈹合金中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的nip改性反射鏡的超精密車削加工方法，其特征在于，步驟s3中，根據(jù)相關(guān)標準、反射鏡基體的種類選擇熱處理方式，對nip改性層進行熱處理，減少氫脆并提高結(jié)合力。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種NiP改性反射鏡的超精密車削加工方法，包括：在反射鏡基體表面制備NiP改性層，對NiP改性層進行檢測，直至其質(zhì)量滿足指標要求，對NiP改性層進行超精密車削加工，得到NiP改性反射鏡，對NiP改性反射鏡進行白光干涉檢測，直至滿足指標要求。本發(fā)明方法，通過提升NiP改性層的材料性能以及優(yōu)化工藝參數(shù)，可以有效提升NiP改性反射鏡的加工效率、加工質(zhì)量和工藝可重復(fù)性，能夠彌補輕金屬材料加工成反射鏡時在提升質(zhì)量方面的不足，可實現(xiàn)對反射鏡表面NiP改性層的高質(zhì)量、低缺陷加工，可獲得高質(zhì)量的反射鏡表面，具有重要的工程實際應(yīng)用價值，對促進NiP改性反射鏡在光學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：賴濤,徐超,彭小強,劉俊峰,胡皓,關(guān)朝亮
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2