NL7812062A

NL7812062A - Werkwijze voor de vervaardiging van voorwerpen met een superglad aluminium oppervlak.

Info

Publication number: NL7812062A
Application number: NL7812062A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-12-12
Filing date: 1978-12-12
Publication date: 1980-06-16
Also published as: FR2444090A1; FR2444090B1; GB2038362A; GB2038362B; JPS6240439B2; JPS5582792A; DE2949104C2; US4257854A; DE2949104A1

Description

* . ‘ ' k PHN 9309

N.V. PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKEN te EINDHOVEN

"¥erkwijze voor de vervaardiging van voorwerpen met een superglad aluminium oppervlak.”

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van voorwerpen met een superglad spiegelend, aluminium oppervlak, dat wil zeggen met een oppervlakteruwheid van ten hoogste 0,02 yum. Derge-3 lijke voorwerpen met een oppervlak van zeer hoge kwali teit komen in aanmerking voor optische toepassingen, zoals in de vorm van spiegels voor infrarood-kijkers of voor de optiek van videoregistratie- en afspeelapparatuur. Ook voor infrarood-apparatuür wil men gaarne 10 de steeds schaarser verkrijgbare germanium lenzen ver vangen door aluminium spiegels.

Door verspanende bewerking van het materiaal is het niet mogelijk een dergelijke oppervlaktekvali.téit te verkrijgen, uitgaande van gewalst, geperst, door spuit-15 gieten of door opdampen verkregen materiaal.

In een artikel van A.G. Buschow c.s. in Plating 35, 931-935 (1968) is een werkwijze beschreven voor de vervaardiging van een dergelijk voorwerp en wel een aluminium reflector. Volgens deze werkwijze wordt een gepo-20 lijste glazen vorm allereerst door middel van een stroom loze metalliseringsoplossing elektrisch geleidend gemaakt en hierop wordt vervolgens uit een oplossing van een watervrij aluminiumzout en een hydride in een aprotisch oplosmiddel galvanoplastisch een aluminiumlaag neergesla-25 gen. De gevormde reflectorschaal wordt vervolgens van • de vorm gepeld. Deze werkwijze is erg tijdrovend. De aanwezigheid van een dunne laag metaal, dat voor het geleidend maken is gebruikt en dat in de praktijk meestal zilver is, kan nadelig zijn. Zilver wordt, bijvoorbeeld 78 1 20 6 2 «

V

2 ft 4 PHN . 93O.9 in een atmosfeer die slechts sporen zwavelwaterstof bevat, gemakkelijk aangetast.

Doel van de uitvinding is een werkwijze, die aanmerkelijk eenvoudiger is.

5 Volgens de uitvinding is de werkwijze, waarbij het voorwerp in een laatste bewerkingsstap aan een mechanische verspanende precisiebewerking wordt onderworpen, daardoor gekenmerkt dat dit voorwerp is verkregen door op een tenminste aan het oppervlak metalliek voorwerp 10 langs galvanische weg een tenminste 10 ^um dikke laag aluminium aan te brengen.

Verrassenderwijze bleek, dat in tegenstelling tot aluminium dat op andere wijze is verkregen, galvanisch aluminium zelfs in een laagdikte van slechts 15 10 ^um tot een optische onberispelijke oppervlakte ver spanend bewerkt kan worden. Uiteraard moeten hiervoor wel de bewerkingen in een hogere precisiegraad worden uitgevoerd, te weten, het zogenaamde superfijn frezen en draaien met behulp van gereedschap met uit diamant 20 bestaande snijvlakken. Echter, in tegenstelling tot op andere wijze verkregen aluminium, dat zelfs bij superfijn bewerken talrijke putjes vertoont, waardoor het oppervlak ervan voor optische toepassingen onbruikbaar is, levert het volgens de uitvinding verkregen oppervlak 25 een onberispelijke optische kwaliteit. Aan de oppervlakte- gesteldheid van de onderlaag behoeven geen strenge eisen gesteld te worden; de uiteindelijke vorm moet zo goed mogelijk benaderd worden.

Als elektrolyt kunnen alle bekende aluminium-30 baden worden toegepast, met voorkeur echter baden, die een watervrije aluminiumverbinding tezamen met een alkali-aluminiumhydride of een aardalkali-aluminiumhydride in een aprotisch oplosmiddel bevatten, zoals het uit het US-PS 3.929·611 bekende bad, bestaande uit watervrij 35 aluminiumchloride en lithiumaluminiumhydride in diethylether, ethyl-n-butylether, of het uit de ΝΌΑ'7702018 bekende bad, bestaande uit 78 1 2 0 62 * · <· 3 PHN 9309 soortgelijke verbindingen in een inert aprotisch oplosmiddel met etherstructuur met een vlampunt boven 4o°C met de formule RO-fCH,..) -0(CHo) -0R' (m en n tussen 1 en 6) of tenslotte het in de nog niet gepubliceerde 5 NOA 7805^90 beschreven bad, bestaande uit een alkali- aluminiumhydride of aardalkali-aluminiumhydride en een nluminiumhydride dat coördinatief is gebonden aan een tertiair amine, een arylfosfine of een tertiair diamine, opgelost in een aprotisch oplosmiddel, 10 Het neergeslagen aluminium behoeft niet super- zuiver te zijn: het mag tot ongeveer 1 gew.$ metallische verontreinigingen bevatten. Essentieel is dat het geen • seggregaties bevat, waardoor bij de verspaning putten kunnen ontstaan. De hardheid moet uniform zijn en boven 15 ©en waarde van 40 Vickers liggen.

Het superfijn draaien en -frezen zijn bekende technieken, die bijvoorbeeld beschreven worden in een artikel van P. Silver! in de "Industrial Diamond Review1,1 april 1978 p. 119-121 getiteld "Producing mirror finishes 20 is an important technology."

Uiteraard moet het aluminium wel goed hechtend op de onderlaag zitten. Zonodig wordt, alvorens het aluminium neer tè slaan, het te bedekken oppervlak aan een activerende voorbehandeling of een beitsbehandeling onder- 25 worpen.

Bij wijze van voorbeeld volgt thans de beschrijving van een aantal specifieke uitvoëringsvormen, 1. Een cylinder met een diameter van 30 mm en een hoogte van 15 mm, bestaande uit een aluminiumlegering 30 met de volgende specificatie 1 gew.%:

Mg 0,50 - 2,00 Si 0,50-1,50 Mn 0,20-1,50 Fe ^ 0,40 35 Cu ^ 0,05 andere verontreinigingen tezamen ^0,10 Al rest 78 1 20 6 2 \ fig • 4 'j . PHN 9309 wordt gedurende enkele seconden in een 5 N NaOH-oplos-sing gebeitst, daarna gespoeld in respectievelijk geconcentreerd HNO^ gedurende 15 seconden en 1 minuut in HNO^ 1:1 en gedurende 15 seconden in een HF-oplossing 5 (1:4) gehouden. Daarna wordt het voorwerp gespoeld in aethanol en vervolgens in ether.

Op het voorwerp wordt een laag aluminium ter dikte van 35 jum neergeslagen uit een oplossing van 1,2 mol. AlCl^ en 10 0,4 mol. LiAlH^ in tetrahydrofuraan.

De elektrolyse wordt gedurende 2-j uur uitgevoerd met een stroomsterkte van 350 mA. De hardheid van de laag bedraagt 50 Vickers.

Het aldus met een galvanisch aluminiumlaag 15 bedekte voorwerp wordt met behulp van een diamantbeitel (radius 0,5-1>0 mm) op een precisiedraaibank met een voeding van 10 yum afgedraaid. Er wordt een goed hechtend, spiegelend oppervlak gekregen met een oppervlakteruwheid van ongeveer 0,01 ^um.

20 Soortgelijke resultaten bereikt men, wanneer men het aluminium galvanisch neerslaat uit een oplossing van de volgende samenstelling: .0,5 mol. LiAlH^ 34 g A1H3.N(C2H5)3 per 1 liter 25 diethyleenglycolmethylether met een stroomsterkte van ongeveer 100 mA of met een bad, dat verkregen wordt door 158,3 g van de verbinding AlCl^.20^ΗβΟ in 213,6 g diethyleenglycoldimethylether op te lossen en vervolgens 3,15 g LiAlH^ toe te voegen. De bedoelde verbinding, 30 waarin C^HgO tetrahydrofuraan voorstelt, wordt bereid door 200 g AlCl^ op te lossen in een mengsel van 80 g droge diethylether en 170 g droge tetrahydrofuraan en het gevormde neerslag af te filtreren.

2. Een uit de aluminiumlegering van voorbeeld 35 1 bestaande Uitgangsvorm voor een holle spiegel met een diameter van 52 mm wordt gedurende 3 minuten in geconcentreerd H^SO^ (d=1,84) ontvet, gedurende 15 seconden in 781 20 6 2 .

5 1* PHN 9309 HF-oplossing -(1:4) gedompeld gehouden, gespoeld in HNÖ^ (1s1) en in gedeioniseerd water.

Het voorwerp wordt dan gedurende 30 seconden in een waterige oplossing die 1-4 g/l KOH en 25-4-0 g/l 5 SnClg bevat, gehouden, en vervolgens gedurende 2 minuten aan electrolyse onderworpen in een waterige oplossing van de samenstelling:

CuCl2 15 el1 KCN 18 g/l 10 KOH ' 2 g/l

SnClp 25-40 g/l ^ 2 bij een stroomdichtheid van 5 A/dm met een bronzen anode, waardoor op het oppervlak van het voorwerp een Cu-Sn-laag ter dikte van circa 5 ^um wordt gevormd.

15 Daarna wordt het voorwerp achtereenvolgens ge spoeld in water, zwavelzuur, water, ethanol en diethyl-ether. Tenslotte wordt galvanisch aluminium aangebracht op dezelfde wijze als in voorbeeld 1 en de spiegelzijde op een precisiedraaibank met een diamantbeitel afgedraaid 20 met een oppervlakteruwheid van ongeveer 0,01 yum.

3. Een koperen cylinder met een diameter van 30 mm en een hoogte van 15 mm wordt ontvet in trichloorethy-leen. Het voorwerp wordt 20 seconden in geconcentreerd HNO^ gehouden en gespoeld in HNO^ {1s1) en in gedeioni-25 seerd water. Vervolgens wordt het voorwerp 20 seconden in een HF-oplossing (1:4) gedompeld en in gedeioniseerd water gespoeld. Een Cu-Sn-laag wordt op dezelfde wijze als in voorbeeld 2 aangebracht, waarbij de elektrolyse 2 gedurende 2 minuten bij 3 A/dm wordt uitgevoerd. Na 30 spoelen en een dompelbehandeling in 10$ H^O^-oplossing wordt het voorwerp gespoeld in gedeioniseerd water, ethanol en tetrahydrofuraan. Een aluminiumlaag wordt ge-durende 120 minuten bij 1 A/dm aangebracht uit een oplossing van 1,2 mol. AlCl^ en 0,4 mol. LiAlH^ in tetra-35 hydrofuraan en vervolgens gespoeld in water en ethanol.

De spiegelzijde van het voorwerp wadt dan op een precisiedraaibank met een diamantbeitel afgedraaid zoals aangege- 781 20 62 6 PHN 9309 ven is in voorbeeld 1.

k. Op een cylinder bestaande uit "Macor” met een diameter van 27 nun wordt een Ni-laag stroomloos aangebracht en vervolgens galvanisch een aluminiumlaag op 5 dezelfde wijze als volgens voorbeeld 1. De cylinder wordt na grondige ontvetting enkele uren in gedeioniseerd water, gedurende 1 minuut in een HF/HCl-oplossing en vervolgens gedurende 1 minuut in gedeioniseerd water gespoeld. Op het oppervlak van de cylinder wordt een 10 kiemlaag aangebracht, door deze gedurende 1 minuut gedompeld te houden in een oplossing van 0,1 g tin (il) chloride en 0,1 mLgeconcentreerd zoutzuur in 1 1 gedeioniseerd water.

Daarna wordt gedurende 15 1 minuut gespoeld in gedeioniseerd water, gedurende 1 minuut in een oplossing van 1 g zilvernitraat in 1 1 gedeioniseerd water gehouden, gedurende 1 minuut gespoeld in gedeioniseerd water, gedurende 1 minuut in een oplossing van 0,1 mg palladiumchloride 20 en 3»5 ml geconcentreerd zoutzuur in 1 1 gedeioni seerd water gehouden en tenslotte gedurende 1 minuut gespoeld in gedeioniseerd water.

Het met palladium geactiveerde oppervlak wordt gedurende 20 seconden versterkt bij een temperatuur van 95°C 25 in een oplossing met pH 3»8 bestaande uit 30 g NiClg. 6H20 30 g amino-azijnzuur 10 g NaH2P02.H20 (Na-hypofosfiet) in 1 1 gedeioniseerd water.

30 Na spoelen in gedeioniseerd water wordt het voorwerp gedurende 5 minuten in een droogstoof bij 220°C geplaatst. Vervolgens wordt de nikkellaag versterkt in dezelfde , oplossing als hierboven maar nu gedurende 10 minuten. Gedurende 2 minuten wordt dan bij 3 A/dm een Cu-Sn-laag 35 aangebracht met de alkalische SnClg-oplossing, die in voorbeeld 2 is beschreven. Na spoelen in gedeioniseerd water, een onderdompeling in 10$ HgSO^-oplossing, spoelen in 7812062 ; 7 , r PHN 9309 gedeioniseerd water, ethanol' en tetrahydrofuraan wordt galvanisch en aluminiumlaag aangebracht. Dit gebeurt in een oplossing van 1,2 mol. AlCl^ en 0,4 mol. LiAlH^ in tetrahydrofuraan gedurende 2 uur bij een stroomdicht-5 heid van 1 A/dm^. Het voorwerp wordt gespoeld in gedeio niseerd water en in ethanol en vervolgens gedroogd.

De hardheid van de laag is evenals die in de vorige voorbeelden ingeveer 50 Vickers. Tenslotte wordt het voorwerp op een precisiedraaibank met een diamantbeitel 10 afgedraaid zoals aangegeven in voorbeeld 1. Het in dit voorbeeld gebruikte "Macor" ‘is een goed verspaanbaar glaskeramisch materiaal, dat door Corning Glass Works in de handel wordt gebracht. Het wordt verkregen door thermische ontglazing van een glassamenstelling met de 15 volgende nominale samenstelling (l), waardoor eën glas- keramiek ontstaat, bestaande uit een kristallijne fase (2), gedispergeerd in een glasachtige matrix met de samenstelling (3) in een verhouding in gew.°/> van ongeveer 55ί45$.

20 Samenstelling in gew.$ (1) (2) (3)

Si02 47,2 42,8 50,7 25 A1203 16,7 13,7 ' 19,4

MgO 14,5 27,3 4,5 K20 9,5 10,7 8,5 F 6,3 8,1 4,4 b2o3 8,5 0,8 14,4 30--- 102,7 103,4 101,9 correctie F-Ö -2,7 -3,4 -1,9 78 1 20 6 2

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van voorwerpen met een aluminium oppervlak met een oppervlakteruwheid RT van ten hoogste 0,02 jura. waarbij het voorwerp in een 5 laatste bewerkingsstap aan een mechanische verspanende precisiebewerking wordt onderworpen, met het kenmerk, dat dit voorwerp wordt verkregen door op een tenminste aan een oppervlak metalliek voorwerp, zonodig na een op zichzelf bekende voorbehandeling ter verbetering van de 10 hechting, langs galvanische weg een tenminste 10 yum dikke laag aluminium aan te brengen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aluminiumlaag wordt aangebracht uit een bad dat een watervrije aluminiumverbinding tezamen met een 15 alkali-aluminiumhydride of een aardalkali-aluminiumhydride in een aprotisch oplosmiddel bevat.

3· Voorwerpen verkregen door de werkwijze volgens 'conclusie 1 of 2. 20 781 20 6 2