CN114369790A - 一种铝超半球制造工艺 - Google Patents

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杨欣
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Abstract

本发明涉及一种铝超半球制造工艺,其包括下列步骤:S1、加工铝超半球的工件毛坯;S2、对铝超半球的工作面进行精加工;S3、对铝超半球的工作面进行化学抛光;S4、对铝超半球进行湿法清洗;S5、对铝超半球进行真空排气;S6、对铝超半球进行等离子体氧化;该制造工艺制程的铝超半球表面形成有致密且均匀的氧化铝保护膜,有效延长铝超半球的使用寿命。

Description

一种铝超半球制造工艺
技术领域
本发明涉及铝超半球制造技术领域,具体涉及一种铝超半球制造工艺。
背景技术
铝超半球在强激光系统、He-Ne放电管、X射线管、光刻机等方面有着重要而广泛的应用。目前,制造这种铝超半球的方法主要有化学抛光法、电镀法、古典式抛光法等。其中,以化学抛光法所获得的铝超半球具有较高的性价比,因而,在工业化生产中获得了广泛的应用。
但化学抛光的不足之处在于:为了尽可能的去除铝超半球表面的瑕疵,化学抛光需要对表面进行较深的化学腐蚀和钝化。而长时间的化学腐蚀会放大化学腐蚀的不均匀效果,铝超半球不同区域的腐蚀深度会有显著差异。另外,表面腐蚀层中残留的气体分子、氮化物、氧化物等污染物难以清洗干净,也难以实现无损检测。去除这些污染物成为铝超半球研究和制造过程中的技术难题之一。
研究表明,对于成品铝超半球来讲,铝超半球表面任何形状上的畸异点都将成为放电电流集中的区域,畸异点的工作寿命直接决定了铝超半球的使用寿命。因此,如何降低铝超半球的表面粗糙度,降低表面缺陷是保证铝超半球使用寿命的重要研究课题。
发明内容
基于上述表述,本发明提供了一种铝超半球制造工艺,其对加工完成的铝超半球,使用等离子体放电的方法,在表面生产一层致密的氧化膜,有效延长铝超半球的使用寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种铝超半球制造工艺,其包括下列步骤:
S1、加工铝超半球的工件毛坯;
S2、对铝超半球的工作面进行精加工;
S3、对铝超半球的工作面进行化学抛光;
S4、对铝超半球进行湿法清洗;
S5、对铝超半球进行真空排气;
S6、对铝超半球进行等离子体氧化。
与现有技术相比,本申请的技术方案具有以下有益技术效果:
该制造工艺通过精加工步骤使铝超半球的工作面粗糙度达到一定标准,然后进行化学抛光步骤,化学抛光完成后工件进行湿法清洗,可以有效去除工件表面腐蚀层中残留的切削液、油脂、灰尘等污染物,确保铝超半球与空气隔离,不再发生自然氧化;真空排气步骤可以进一步去除铝超半球表面残留的气体分子、氮化物、氧化物,等离子体氧化过程使用高能氧离子轰击铝超半球表面,形成致密且均匀的氧化铝保护膜,进而有效延长铝超半球的使用寿命。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
优选的,所述对铝超半球进行等离子体氧化包括在高压氧气氛围的放电腔室中,以铝超半球为正极,以铝超半球对面预设好的铝金属材料为负极,加载电流大小范围为5mA-20mA的恒流源进行等离子体氧化,氧化过程中,正负极两端电压不小于400V。
更进一步的,所述对铝超半球进行等离子体氧化包括多级氧化过程,且后一级氧化过程加载的恒流源的电流大小大于前一级氧化过程加载的恒流源的电流大小。
其中,所述对铝超半球进行等离子体氧化还包括在氧化过程完成后,向放电腔室中充入1个大气压氮气。
优选的,所述对铝超半球的工作面进行精加工包括采用单点金刚石车床对铝超半球工作面精加工,其中,要求精加工完成后铝超半球的工作面粗糙度优于2nm。
进一步的,所述对铝超半球的工作面进行化学抛光包括采用三酸抛光的工艺对铝超半球的工作面进行化学抛光,化学抛光完成后,使用去离子水冲洗去除工件表面残留的酸液,采用三酸抛光可以去除铝阴极表面疏松的自然氧化层和机械加工留下的破碎的晶粒层,露出金属基体中粗大均匀的晶粒层。
进一步的,所述对铝超半球进行湿法清洗包括将铝超半球分别依次放入不同的清洗液中,在超声波清洗机中超声清洗预定时间,清洗完成后,将铝超半球浸泡在超纯水中保存。
优选的,所述清洗液为四氯化碳、汽油、酒精和丙酮中的任一种。
进一步的,所述对铝超半球进行真空排气包括将表面湿润的铝超半球放入放电腔室中,抽真空后采用氮气吹扫铝超半球表面直至完全干燥,进一步抽真空后对铝超半球进行烘烤。
进一步的,所述对铝超半球进行烘烤具体为在预设升温速率下升高至不小于200℃并保温,保温时间不小于20h,然后在预设降温速率下降至室温。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将对本申请进行更全面的描述。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
实施例一
本实施例提供了一种铝超半球制造工艺,其包括下列步骤:
S1、加工铝超半球的工件毛坯;
采用数控机床完成铝超半球毛坯加工。
S2、对铝超半球的工作面进行精加工;
采用单点金刚石车床完成铝超半球工作面精加工,精加工参数设为F1.0,转速3000r/min,进给量为0.1μ,精加工完成后铝超半球的工作面粗糙度优于2nm。
S3、对铝超半球的工作面进行化学抛光;
采用三酸化抛工艺对铝超半球工作面进行化学抛光,具体实施工艺为:
三酸成分:H3PO4(85%):H2SO4(98%):HNO3(68%)=70:20:10,化抛温度90℃,化抛时间10秒。
化学抛光完成后,使用大量去离子水冲洗,去除工件表面残留的酸液。
S4、对铝超半球进行湿法清洗;
将铝超半球工件放进四氯化碳中,在超声波(20KHz)清洗机中超声清洗10分钟;
然后将铝超半球工件放进汽油中,在超声波(20KHz)清洗机中超声清洗10分钟;
然后将铝超半球工件放进酒精中,在兆声波(850KHz)清洗机中超声清洗10分钟;
然后将铝超半球工件放进丙酮中,在兆声波(850KHz)清洗机中超声清洗10分钟。
完成清洗后,铝超半球浸泡在超纯水(电阻率不小于14MΩ*cm)中保存。
S5、对铝超半球进行真空排气;
将铝超半球从纯水中捞出,工作面保持湿润状态,放入专用的放电腔室中。使用干泵将腔室真空度抽至10Pa左右,然后通入20sccm流量氮气吹扫铝超半球表面,直至铝超半球表面完全干燥,关闭氮气。
使用分子泵将腔室抽高真空,至真空度优于5×10-4Pa。
开启烘烤,升温速率为60℃/h,升至200℃,保温20小时,降温速率为60℃/h,降至室温。
S6、对铝超半球进行等离子体氧化;
在放电腔室中,充入200Pa高纯氧气。以铝超半球为正极,铝超半球对面预设好的铝丝为负极,加载一个10mA恒流源进行等离子体氧化。氧化过程中,正负极两端电压为600~800V,氧化时间为1小时。
完成氧化后,向放电腔室中充入1个大气压氮气,铝超半球制造工艺全部完成。
实施例二
本实施提供的一种铝超半球制造工艺与实施例一基本一致,其不同之处在于,步骤S6包括多级氧化过程,具体为:
S6、对铝超半球进行等离子体氧化;
第一级氧化:在放电腔室中,充入200Pa高纯氧气。以铝超半球为正极,铝超半球对面预设好的铝丝为负极,加载一个5mA恒流源进行等离子体氧化。氧化过程中,正负极两端电压为600~800V,氧化时间为0.5小时。
第二级氧化:在放电腔室中,充入200Pa高纯氧气。以铝超半球为正极,铝超半球对面预设好的铝丝为负极,加载一个10mA恒流源进行等离子体氧化。氧化过程中,正负极两端电压为500~700V,氧化时间为1小时。
第三级氧化:在放电腔室中,充入200Pa高纯氧气。以铝超半球为正极,铝超半球对面预设好的铝丝为负极,加载一个20mA恒流源进行等离子体氧化。氧化过程中,正负极两端电压为400~600V,氧化时间为2小时。
完成氧化后,向放电腔室中充入1个大气压氮气,铝超半球制造工艺全部完成。
实施例三
本实施提供的一种铝超半球制造工艺与实施例二基本一致,其不同之处在于,步骤S3中所采用的抛光药剂不同,具体为:
S3、对铝超半球的工作面进行化学抛光;
采用环保型三酸化抛工艺对铝超半球工作面进行化学抛光,具体实施工艺为:
环保型三酸成分为:
HNO3(85%):Cr2O3:Cu(NO3)2:NH4FHF:甘油:H3PO4=2.25%:0.6%:0.05%:0.05%:0.6%:余量,其中化抛温度100℃,化抛时间100秒。
化学抛光完成后,使用大量去离子水冲洗,去除工件表面残留的酸液。
采用本发明制造工艺后的铝超半球(作为阴极使用)工作寿命较原制备工艺有很大增加,具体对比数据表如下:
Figure BDA0003383424010000061
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝超半球制造工艺,其包括下列步骤:
S1、加工铝超半球的工件毛坯;
S2、对铝超半球的工作面进行精加工;
S3、对铝超半球的工作面进行化学抛光;
S4、对铝超半球进行湿法清洗;
S5、对铝超半球进行真空排气;
S6、对铝超半球进行等离子体氧化。
2.根据权利要求1所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球进行等离子体氧化包括在高压氧气氛围的放电腔室中,以铝超半球为正极,以铝超半球对面预设好的铝金属材料为负极,加载电流大小范围为5mA-20mA的恒流源进行等离子体氧化,氧化过程中,正负极两端电压不小于400V。
3.根据权利要求2所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球进行等离子体氧化包括多级氧化过程,且后一级氧化过程加载的恒流源的电流大小大于前一级氧化过程加载的恒流源的电流大小。
4.根据权利要求2所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球进行等离子体氧化还包括在氧化过程完成后,向放电腔室中充入1个大气压氮气。
5.根据权利要求1所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球的工作面进行精加工包括采用单点金刚石车床对铝超半球工作面精加工,其中,要求精加工完成后铝超半球的工作面粗糙度优于2nm。
6.根据权利要求1所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球的工作面进行化学抛光包括采用三酸抛光的工艺对铝超半球的工作面进行化学抛光,化学抛光完成后,使用去离子水冲洗去除工件表面残留的酸液。
7.根据权利要求1所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球进行湿法清洗包括将铝超半球分别依次放入不同的清洗液中,在超声波清洗机中超声清洗预定时间,清洗完成后,将铝超半球浸泡在超纯水中保存。
8.根据权利要求7所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述清洗液为四氯化碳、汽油、酒精和丙酮中的任一种。
9.根据权利要求7所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球进行真空排气包括将表面湿润的铝超半球放入放电腔室中,抽真空后采用氮气吹扫铝超半球表面直至完全干燥,进一步抽真空后对铝超半球进行烘烤。
10.根据权利要求9所述的铝超半球制造工艺,其特征在于,所述对铝超半球进行烘烤具体为在预设升温速率下升高至不小于200℃并保温,保温时间不小于20h,然后在预设降温速率下降至室温。
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