本發(fā)明屬于光學(xué)元件的超精密加工，涉及一種nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法。

背景技術(shù)：

1、在光學(xué)反射鏡中，反射鏡的表面粗糙度會導(dǎo)致隨入射光能量變化的表面散射，為了有效地反射入射光，反射鏡的表面必須足夠光滑。光學(xué)反射鏡的質(zhì)量對光學(xué)系統(tǒng)的性能起著十分關(guān)鍵的作用，光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用光譜波段越短，對系統(tǒng)中反射鏡的表面質(zhì)量要求就越高。因此，為了使反射鏡能夠應(yīng)用到短波長波段的應(yīng)用場合，對反射鏡的表面質(zhì)量提出了更高的要求。

2、現(xiàn)有以鋁、鈹?shù)容p金屬材料加工的反射鏡中，通過在反射鏡表面鍍覆nip改性層，可以避免加工時產(chǎn)生劃痕、凹坑等缺陷，同時通過對nip改性層進行超精密車削加工即可將nip改性層制成光學(xué)鏡面；進一步的，通過對nip改性反射鏡進行磁流變拋光修形加工，可以進一步改善鏡面質(zhì)量，但是由此獲得的反射鏡也僅能適用于可見光波段的應(yīng)用場合，無法適用于更短波長波段的應(yīng)用場合。因此，為了滿足更高的使用要求，還需要對反射鏡鏡面進行深加工，以獲得更高質(zhì)量的反射鏡。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，有研究人員提出了一種采用磁流變修形和手動保形光順拋光加工掠入射亞納米級芯軸的方法，該芯軸表面鍍鎳磷合金，存在的缺陷有：（1.1）表面粗糙度僅能達到rms?0.6nm，不能滿足短波長波段的使用要求；（1.2）以氧化鋁作為拋光磨料，鍍層表面的劃痕損傷難以控制，不利于獲得高質(zhì)量的加工表面；（1.3）手動保形光順拋光，對人工經(jīng)驗依賴性較高，工藝可重復(fù)性較差，不利于工業(yè)化應(yīng)用。針對上述缺陷，在本技術(shù)的發(fā)明人的前期研究中提出了一種nip改性層化學(xué)機械拋光液及利用該拋光液獲取高質(zhì)量nip改性層的加工方法，雖然該加工方法能夠?qū)崿F(xiàn)對nip改性層的超精密加工，在有效提升nip改性層的面形精度和表面質(zhì)量的同時也能顯著提升工藝可重復(fù)性，但是仍然在以下幾個方面存在改良之處：（2.1）采用磁流變修形和自動保形光順的拋光加工方式，在加工過程中受到的不利影響因素較多，難以提高加工效率；（2.2）采用的磁流變拋光液與nip改性層的適配性較差，導(dǎo)致其加工時間長達45min，也不利于提高加工效率；（2.3）采用的拋光液與nip改性層的適配性較差，導(dǎo)致拋光過程中機械去除作用與化學(xué)作用難以平衡，容易在nip改性層表面產(chǎn)生了劃痕和凹坑等加工缺陷，難以提升nip改性反射鏡的表面質(zhì)量，結(jié)果是最終獲得的nip改性反射鏡的表面粗糙度仍然偏高，難以廣泛應(yīng)用于短波長波段的應(yīng)用場合。

4、因此，獲得一種加工效率高、加工質(zhì)量好、工藝可重復(fù)性好的nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法，對于獲得更高質(zhì)量的nip改性反射鏡具有重要的意義。

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，提供一種加工效率高、加工質(zhì)量好、工藝可重復(fù)性好的nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法。

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改性反射鏡的超光滑拋光加工方法，包括以下步驟：

4、步驟s1、在反射鏡基體表面制備nip改性層，得到nip改性反射鏡毛坯工件；

5、步驟s2、對nip改性反射鏡毛坯工件進行超精密車削加工，得到nip改性反射鏡；

6、步驟s3、對nip改性反射鏡進行波面干涉檢測，獲取nip改性反射鏡鏡面的初始面形；

7、步驟s4、根據(jù)nip改性反射鏡鏡面的初始面形，利用超光滑拋光液對nip改性反射鏡進行超光滑拋光加工；

8、步驟s5、對經(jīng)超光滑拋光加工后的nip改性反射鏡進行波面干涉檢測和白光干涉檢測，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改性反射鏡的加工處理。

9、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s4中，所述超光滑拋光液按照質(zhì)量百分含量計包含以下原料組分：

10、拋光磨料10%～15%，

11、氧化劑1%～3%，

12、絡(luò)合劑1%～2%，

13、表面活性劑1%～2%，

14、金屬表面缺陷改善劑1%～2%，

15、ph調(diào)節(jié)劑0.5%～2%，其余為水。

16、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，所述金屬表面缺陷改善劑為乙二醇、1,4-丁二醇、甘油中的至少一種。

17、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，所述拋光磨料為氧化硅。

18、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，所述氧化劑為過氧化氫。

19、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，所述絡(luò)合劑為蘋果酸、乙酸、檸檬酸、水楊酸、乳酸、甘氨酸、丙氨酸中的至少一種。

20、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，所述表面活性劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。

21、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，所述ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉、醋酸鈉、碳酸鈉、硼酸鈉中的至少一種。

22、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s4中，所述超光滑拋光加工的工藝參數(shù)為：采用的拋光盤為瀝青拋光盤或阻尼布拋光盤，所述拋光盤的大小為所述nip改性反射鏡尺寸的四分之一至十六分之一，所述拋光盤的形狀與所述nip改性反射鏡相適配，使所述拋光盤與所述nip改性反射鏡貼合，采用的加工路徑為光柵或螺旋掃描路徑，采用的拋光頭的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80?rpm～120?rpm，拋光氣壓為0.01?mpa～0.5?mpa。

23、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s1中，在反射鏡基體表面制備nip改性層，包括以下步驟：

24、步驟s1-1、在反射鏡基體表面制備nip改性層；

25、步驟s1-2、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s1-1，直至nip改性層的質(zhì)量滿足指標要求。

26、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s1-1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；所述nip改性層中磷的含量為9?wt?%～14?wt?%。

27、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，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。

28、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s1-2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；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。

29、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s1-2完成后，還包括以下處理：根據(jù)相關(guān)標準、反射鏡基體的種類選擇熱處理方式，對質(zhì)量滿足指標要求的nip改性層進行熱處理，減少氫脆并提高結(jié)合力。

30、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s2中，對nip改性層進行超精密車削加工時，使用金剛石車刀；所述金剛石車刀的前角為0°。

31、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s2中，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。

32、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s2中，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～1600?rpm，進給量為1?μm/r～10?μm/r，切削深度為1μm～5?μm。

33、上述的超光滑拋光加工方法，進一步改進的，步驟s3中，還包括：檢測nip改性反射鏡表面是否滿足超精密車削指標要求，如果不滿足指標要求則跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟s2，否者跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行步驟s4。

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

35、（1）針對現(xiàn)有nip改性反射鏡的拋光方法中存在的加工缺陷多、加工效率低等不足以及由此導(dǎo)致的加工精度和表面質(zhì)量難以滿足短波長光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用需求等缺陷，本發(fā)明創(chuàng)造性的提出了一種nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法，先在反射鏡基體表面制備nip改性層，獲取nip改性反射鏡毛坯工件，然后對nip改性反射鏡毛坯工件進行超精密車削加工，使nip改性反射鏡毛坯工件表面成為光學(xué)反射鏡面，能夠進行干涉測量，進而通過檢測獲取nip改性反射鏡鏡面的初始面形，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)nip改性反射鏡鏡面的初始面形，對nip改性反射鏡進行超光滑拋光加工，通過超光滑拋光加工對nip改性反射鏡進行面形誤差確定性修形，控制加工時的機械作用與化學(xué)作用，并使兩種作用達到平衡，從而可以有效抑制反射鏡表面的中高頻誤差，并顯著提升nip改性反射鏡的面形精度與表面質(zhì)量，由此實現(xiàn)對nip改性反射鏡的超精密加工，從而使得nip改性反射鏡能夠滿足短波長光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。本發(fā)明nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法中，利用超精密車削和超光滑拋光對nip改性反射鏡毛坯工件進行加工，不僅可有效消除nip改性反射鏡毛坯工件加工過程中產(chǎn)生的表面缺陷，有利于提高加工效率，同時能有效抑制反射鏡表面的中高頻誤差，進而可以顯著提升加工的面形精度和表面質(zhì)量，能夠?qū)ip改性反射鏡毛坯工件加工成更高質(zhì)量的nip改性反射鏡，具有加工缺陷少、加工質(zhì)量高、加工效率高、可重復(fù)性好等優(yōu)勢，對于促進nip改性反射鏡在短波長光學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

36、（2）針對現(xiàn)有光順拋光液與nip改性層之間不適配等缺陷以及由此導(dǎo)致的加工質(zhì)量差、加工效率低等不足，本發(fā)明nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法中，提供了一種超光滑拋光液，按照質(zhì)量百分含量計，包含以下原料組分：10?wt%～15?wt%的拋光磨料、1?wt%～3?wt%的氧化劑、1?wt%～2?wt%的絡(luò)合劑、1?wt%～2?wt%的表面活性劑、1?wt%～2?wt%的金屬表面缺陷改善劑，0.5?wt%～2?wt%的ph調(diào)節(jié)劑，其余為去離子水。本發(fā)明中，在氧化劑和ph調(diào)節(jié)劑的共同作用下，可以實現(xiàn)拋光液與工件材料的化學(xué)反應(yīng)，并在工件表面生成易于去除的氧化層，然后在拋光磨料的作用下對氧化層進行機械去除；通過添加絡(luò)合劑，便于實現(xiàn)酸堿平衡，可以穩(wěn)定氧化劑對工件材料的化學(xué)反應(yīng)，以及所形成的絡(luò)合物中各成分之間的分子結(jié)合力比nip改性層中各成分之間的分子結(jié)合力小很多，因而可以促進拋光磨料對工件表面材料的去除；通過添加表面活性劑，可以有效改善拋光磨料的分散性，避免其發(fā)生團聚，利于實現(xiàn)拋光磨料對氧化層的快速去除，以及在金屬表面缺陷改善劑的保護下，減少改性層表面的加工缺陷，進而有效提升超光滑拋光加工nip改性反射鏡的表面質(zhì)量，實現(xiàn)對nip改性層的超精密加工。特別的，當超光滑拋光液中氧化劑用量較少時，拋光磨料對工件的機械去除速率大于拋光液與改性層間的化學(xué)反應(yīng)速率，出現(xiàn)了機械過加工的情況，因而易出現(xiàn)劃痕，而當氧化劑的用量過多時，拋光磨料對工件的機械去除速率小于拋光液與nip改性層間的化學(xué)反應(yīng)速率，工件表面的凹點處聚集大量的磨粒和拋光液，導(dǎo)致凹點不斷變大，形成腐蝕坑點，另外，當拋光磨料的用量過少時，工件表面材料去除效果不佳，加工效率低，而拋光磨料的用量過多時，會出現(xiàn)過加工情況，破壞化學(xué)機械作用平衡，惡化加工質(zhì)量，此外，ph調(diào)節(jié)劑的用量過多或過少，均會改變拋光液的酸堿度，且絡(luò)合劑的用量過多或過少時，也會破壞拋光液的酸堿平衡，一般而言，拋光液的酸堿度（ph值）與工件材料之間的化學(xué)反應(yīng)速率和加工表面質(zhì)量都有關(guān)系，不合適的酸堿程度會導(dǎo)致拋光液中的氧化劑分解失去氧化能力，或增強氧化劑的氧化能力，對工件表面過度腐蝕；金屬表面缺陷改善劑的用量過少時，對表面缺陷的改善效果不明顯，而金屬表面缺陷改善劑的用量過多時，會影響拋光液的穩(wěn)定性等性質(zhì)。本發(fā)明超光滑拋光液，與nip改性層之間的適應(yīng)性好，通過各個有效成分的有效配合，可以明顯增強超光滑拋光液對nip改性層的化學(xué)腐蝕作用和機械打磨作用，用于超光滑拋光加工時，不僅可以提高超光滑拋光的加工效率，而且可以有效提升超光滑拋光加工nip改性反射鏡的加工質(zhì)量，實現(xiàn)對nip改性層的超精密加工，與此同時，通過優(yōu)化各個有效成分的用量，可以進一步提升超光滑拋光液的性能，使得超光滑拋光液對nip改性層的化學(xué)腐蝕作用和機械打磨作用相對平衡，在提高加工質(zhì)量和加工效率的同時也能進一步抑制加工缺陷的產(chǎn)生，有利于獲得更高質(zhì)量的表面質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于對nip改性層的超光滑拋光加工，對于實現(xiàn)nip改性反射鏡在更短波長波段等應(yīng)用場合中的廣泛應(yīng)用具有促進作用，使用價值高，應(yīng)用前景好?？梢?，本發(fā)明中，通過優(yōu)化超光滑拋光液的原料組分及各組分的用量，使得超光滑拋光液與nip改性層之間的適應(yīng)性好，有利于提高超光滑拋光的加工質(zhì)量和加工效率；同時，通過優(yōu)化超光滑拋光加工的工藝參數(shù)，可以進一步提升加工的面形精度和表面質(zhì)量，使得加工表面的缺陷更少，進而能夠獲得更高質(zhì)量的nip改性反射鏡。

37、（3）本發(fā)明nip改性反射鏡的超光滑拋光加工方法中，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，通過在反射鏡基體表面制備滿足加工要求的高磷含量非晶nip改性層，并優(yōu)化超精密車削加工的工藝參數(shù)，可利用超精密車削加工實現(xiàn)對nip改性層的高質(zhì)量、低缺陷加工，有利于提升nip改性反射鏡的加工效率和加工質(zhì)量，以及提升工藝可重復(fù)性，并能確保經(jīng)超光滑拋光加工后即可獲得更高質(zhì)量的反射鏡表面。