Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Повышение качества поверхности металлических зеркал-отражателей при наноразмерной алмазной лезвийной обработке

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-139-145

Полный текст:

Аннотация

Совершенствование технологии алмазного точения алюминиевых сплавов имеет важное значение для расширения областей применения металлооптических изделий на основе алюминия в авиационно-космической технике. Целью настоящей работы являлось исследование влияния неоднородностей структуры поверхности исходных подложек из алюминиевого сплава на их оптические и механические характеристики и определение путей повышения качества алюминиевых зеркал-отражателей, изготавливаемых с использованием наноразмерной алмазной лезвийной обработки.

Исследованные зеркала-отражатели изготавливались из алюминиевого сплава АМг2. Оптическая обработка поверхности производилась на прецизионном токарном станке со шпинделем на воздушном подшипнике с использованием специального алмазного резца с радиусом закругления лезвия менее 0,05 мкм. Анализ структуры поверхности подложек из сплава АМг2 проводился методами растровой электронной микроскопии/электронного микрозонда. Контроль качества обработки поверхности изготовленных зеркал-отражателей осуществлялся методом атомно-силовой микроскопии. Исследовались также отражательная способность и лучевая прочность данных образцов.

Показано, что важной проблемой при изготовлении оптических элементов из алюминиевых сплавов является неоднородность структуры исходного материала, связанная с наличием интерметаллидных включений. Термообработка подложек из сплава АМг2 при Т ≥ 380 °С позволяет улучшить качество обработки поверхности и лучевую прочность алюминиевых зеркал как за счёт снятия механических напряжений, так и за счёт частичной гомогенизации исходного материала. Оптимальной является термообработка при максимально допустимой для сплава АМг2 температуре Т = 540 ºС, в результате которой происходит полное исчезновение интерметаллидных включений с повышенным содержанием магния. Применение высокотемпературной термообработки подложек позволяет, по сравнению с неотожжёнными образцами, снизить шероховатость поверхности с 1,5 до 0,55 нм, повысить отражательную способность зеркал на длине волны 1064 нм с 0,89 до 0,92 и повысить лучевую прочность с 3,5 до 5 Дж/см2.

Об авторах

Г. А. Гусаков
Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Беларусь

ул. Курчатова, 7, г. Минск 220045



Г. В. Шаронов
Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Беларусь

Адрес для переписки: Шаронов Г.В. – Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета, ул. Курчатова, 7, г. Минск 220045, Беларусь

 e-mail: sharonov@hotmail.ru



Список литературы

1. Gorokhov V., Zakharevich E., Skvortsova M. Povyshenie tochnosti detaley metallooptiki pri almaznom tochenii na ul'trapretsizionnom oborudovanii [Accurancy improvement of metal-optical parts during diamond turning on ultra-precision equipment]. Fotonika [Photonics], 2014, no. 1, pp. 118‒123 (in Russian).

2. Davim J.P., Jackson J.M. Nano and Micromachining. London: ISTE,Wiley, 2009, 312 р.

3. Kumar K., Zindani D., Kumari N., Davim J.P. Microand Nano-Machining of Engineering Materials: Recent Developments. Springer, 2018, 150 p.

4. Guregian J.J., Pepi J.W., Schwalm M., Azad F. Material trades for reflective optics from a systems engineering perspective. Proc. SPIE, 2003, vol. 5179, pp. 85‒96. DOI: 10.1117/12.511537

5. Vukobratovich D., Schaefer J.P. Large stable aluminum optics for aerospace applications. Proc. SPIE, 2011, vol. 8125, p. 81250T. DOI: 10.1117/12.892039

6. Zhang J., Zhang X., Tan S., Xie X. Design and Manufacture of an Off-axis Aluminum Mirror for Visible-light Imaging. Current Optics and Photonics, 2017, vol. 1, no. 4, pp. 364‒371. DOI: 10.3807/COPP.2017.1.4.364

7. Schaefer J.P. Advanced metal mirror processing for tactical ISR systems. Proc. of SPIE, 2013, vol. 8713, pp. 871306-1-871306-10. DOI: 10.1117/12.2015496

8. Li L.H., Yu N.H., Chan C.Y., Lee W.B. Al6061 surface roughness and optical reflectance when machined by single point diamond turning at a low feed rate. PLoS ONE, 2018, vol. 13, no. 4, p. e0195083. DOI: 10.1371/journal.pone.0195083

9. Otieno T., Abou-El-Hossein K. Molecular dynamics analysis of nanomachining of rapidly solidified aluminium. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, vol. 94, pp. 121–131. DOI: 10.1007/s00170-017-0853-5

10. Steinkopf R., Gebhardt A., Scheiding S., Rohde M., Stenzel O., Gliech S., Giggel V., Löscher H., Ullrich G., Rucks P., Duparre A., Risse S., Eberhardt R., Tünnermann A. Metal mirrors with excellent figure and roughness. Proc. SPIE, 2008, vol. 7102, p. 71020C. DOI: 10.1117/12.797702

11. Tillack M.S., Pulsifer J.E. Development of Damage-Resistant Metal Mirrors for Laser-IFE. IEEE 22nd Symposium on Fusion Engineering, 2007. DOI: 10.1109/fusion.2007.4337952

12. Revela P., Khanfira H., Fillit R.-Y. Surface characterization of aluminum alloys after diamond turning. J. of Materials Processing Technology, 2006, vol. 178, pp. 154–161. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2006.03.169

13. Liu W., Sun M., Guo Y., Jiao Z., Wu R., Pan X. Ablation characteristics of aluminium alloy and stainless steel induced by picoseconds laser pulses. Proc. SPIE, 2019, vol. 11063, p. 110631B. DOI: 10.1117/12.2539907

14. Zaghloul M., Tillack M., Mau T.K. Laser-induced damage of metal mirrors under long-term exposure at shallow angle of incidence. IEEE 19th Symposium on Fusion Engineering, 2002, pp. 272‒275. DOI: 10.1109/FUSION.2002.1027693


Для цитирования:


Гусаков Г.А., Шаронов Г.В. Повышение качества поверхности металлических зеркал-отражателей при наноразмерной алмазной лезвийной обработке. Приборы и методы измерений. 2021;12(2):139-145. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-139-145

For citation:


Gusakov G.A., Sharonov G.V. Improving of Surface Quality of Metal Reflector Mirrors Machined by Single Point Diamond Turning. Devices and Methods of Measurements. 2021;12(2):139-145. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-139-145

Просмотров: 59


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)