Способ полировки поверхности металлических деталей

 

(72) Авторы изобретения

Ю.В. Григорьев и Т.B. Григорьева

Московский институт электронного машиностроения, (7(1 Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛИРОВКИ ПОВЕРХНОСТИ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ лие f1). уме (2g.

Изобретение QTHocHTcR к металлообработке и может быть применено для, повышения класса чистоты обработки металлических поверхностей большой площади произвольной формы, например медных зеркал для оптических резонаторов мощных лазеров.

Одним из главных факторов, ограни. чивающих максимальную мощность лазеров, является стойкость зеркал резонатора под воздействием светового излучения.. Даже небольшое увеличение козфициента отражения поверхности зеркала позволяет уменьшить его тепловую нагрузку и, тем самым, значительно увеличить мощность лазера. ,Напротив, даже единичные дефекты на поверхности зеркал - царапины, неоднородность материала, включения, - изэа возможности местного перегрева еркал резко снижают максимальную мощность, генерируемую лазером.

Известен механический способ полирования, заключающийся в том, что

2 обрабатываемую поверхность подвергают воздействию абразивного материала, входящего в состав наносимых на вращающиеся притиры-круги паст и порошков, либо в состав рабочей жидкости, струя которой направляется на издеНедостатком известного способа является то, что при его использова нии происходит эаглаживание отдельных дефектов поверхности и микронеровностей, например тонких длинных выступов, которые при нагреве во время работы опять поднимаются, отрываются и т.д. Кроме того, полируемая поверхность неизбежно загрязняется внедряющимися в нее частицами абразивного материала.

Известен также способ полировки поверхности металлических деталей, заключающийся в облучении поверхности детали электронным потоком в ваку4 ности, находящейся в вакууме, образуется по меньшей .мере мономолекулярный слой сорбированных остаточных газов, в том числе и кислорода, с поверхностной плотностью молекул порядка

10 1/м на один монослой. Окисная

19 пленка образуется снова, причем наиболее энергетично окисляются группы атомов металла, слабосвязанные с основной поверхностью, т.е. выступы.

Для ускорения повторного образования окисной пленки деталь подогревается, причем нагрев может производится электронным потоком, используемым для полировки, Далее образовавшийся слой разлагается следующим импульсом электронного потока и при многократном повторении описанного процесса, отличающегося избирательным действием по отношению к выступающим микронеровностями, поверхность детали выравнивается.

Вследствие молекулярного режима движения частиц в вакууме, молекулы металла, образующиеся при диссоциации окислов и покидающие поверхность детали, двигаясь прямолинейно, удаляются от детали и оседают на окружающих ее частях установки.

Интервал времени между импульсами t, определяющий частоту их следования, должен удовлетворять соотношение Т = (1-10), где — время, необходимое для образования мономоле. кулярного слоя на поверхности детали. Величина ь приближенно вычисляется по известной формуле

=3,8.à где М вЂ” молекулярный вес газа, кг/к моль;.

Т вЂ” температура газа, К;

Р - давление газа, Па.

Процесс не критичен к длительности импульса, плотности тока и энергии электронов, но наибольшая скорость полировки достигается при энергии электронов 10-100 кэВ и выполнении условия j > = (1-3) 1 Кл/м 1, где плотность тока электронного потока, Аlм ; tu - длительность импульса, с. 2

При повышении температуры детали скорость образования монослоя молекул кислорода уменьшается, а скорость окисления поверхности детали увеличивается, Экспериментально установлено, что оптимальной является гсмператуЭ 961002

Недостатки известного способа состоят в том, что он требует подогрева полируемой детали до температуры., близкой к температуре плавления, что сопряжено с усложнением установки, энергетическими затратами и приводит к короблению деталей большого размера сложной формы, а также в появлении волн на поверхности расплава в опасности расплавления целиком дета- i0 лей из материалов с высокой теплопроводностью (медь, серебро) и в увеличении размеров зерна обрабатываемого материала. Кроме того, способ неприменим для полировки деталей слож-д, йой формы.

Целью изобретения является повышение качества полировки поверхности обрабатываемых деталей сложной формы и больших размеров.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу полировки поверхности металлических деталей, заклю1 чающемуся в облучении поверхности детали электронным потоком в вакууме, облучение осуществляют в частотно-импульсном режиме при парциальном давлении кислорода над обрабатываемой . поврехностью 1,3 10"; 1,3 ° 10 ", Па, причем промежуток времени между им30 пульсами Т выбирают из соотношения

Т = (1-10)7, где à — время образования монослоя молекул кислорода над поверхностью детали.

Способ полировки поверхностей металлических деталей осуществляется следующим образом.

Под воздействием электронного потока пленка окислов, имеющаяся на поверхности металла диссоцирует на атомарный кислород и металл. При этом, диссоциация в первую очередь

I происходит на наиболее нагретых участках, т.е. на остриях и выступах микронеровностей. Кроме того, выступы бом45 бардируются вторичными электронами, что также стимулирет разложение окисной пленки. Атомы металла, образующиеся при диссоциации окислов, слабо связаны с кристаллической решеткой основного массива. Значительная часть их покидает поверхность металла и, сдвигаясь в вакууме по прямолинейным траекториям, атомы удаляются от нее и оседают на окружающих деталь частях установки.

И

По окончании импульса потока на поверхности полируемой детали, как и

d на любой, не слишком нагретой поверх- /ра 150-300 С.

5 96100

Наибольшей производительности процесса соответствует область высоких .температур и высоких параллельных давлений кислорода. .Так как толщина окисной пленки S на поврехности еще не прошедшей обработку детали существенно превышает толщину слоя, удаляемого за один импульс, лучший эффект достигается когда обработка начинается при минималь- 10 ном содержании кислорода в остаточных газах. Лишь после того, как начальная пленка окислов удалена, парциальное давление кислорода увеличивают. К концу обработки, для получе- 1S ния поврехности свободной от окислов, парциальное давление кислорода снова снижают до минимально возможного.

При увеличении давления остаточных газов, включая кислород, до 20 (0,1-!) Па (большие давления для меньших размеров микронеровностей), молекулярный характер движения газа и атомов металла переходит в вязкостный, полного удаления продуктов диссоциа- 2S ции окисной пленки не происходит, и процесс замедляется. Пример. Образец в виде диска ф 30 мм из меди МБ 00 после механической обработки и полировки имел з0 размер микронеровностей в пределах

0,1-0,2 мкм. После нагрева образца D до 400 С и выдержки в бумасляном вакууме в ;ечение 4 ч при давлении (1-2) 10 мм рт.ст. на поверхности диска появигнсь микровыступы длиной

1-6 мкм, расположенные под различными углами. Затем образец облучается в течение 3 ч. при 280ОС электронным

2 потоком с плотностью тока 0,1 А/см энергией электронов 80 кэВ, длительностью и частотой следования импуль-. сов 1 мс и 20 Гц. Парциальное давлеwe кислорода в конце обработки составляет 8-10 ТоР . После обработки 4 микровыступы исчезают, а размер микронеровностей уменьшается до 0,010,06 мкм. г 6

Использование предлагаемого способа обеспечивает удаление микронеровностей и повышение частоты поверхности обрабатываемых деталей тримерно на один класс. При сравнении с известными способами электроннолучевой полировки оплавлением предлагаемый способ не требует нагрева обрабатываемой детали до температуры близкой к температуре плавления, не вызывает рекристаллизации обрабатываемого материала и пригоден для полировки деталей больших размеров со сложной конфигурацией поверхности.

:Предлагаемый способ пригоден для полировки всех металлов, образующих при взаимодействии с кислородом поверхностную пленку окислов меди, железа, алюминия, цикрония. формула изобретения

Способ полировки поверхности металлических деталей, заключающийся в об-. лучении поверхности детали электронным потоком в вакууме, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества полировки поверхности деталей сложной формы и больших размеров, облучение осуществляют в частотно-импульсном режиме при нормальном давлении кислорода над обраба-Д тываемой поверхностью от 1,3 ° 10 до

1,3-10 Па, причем промежуток времени между импульсами Т выбирают из соотношения т = (1-10)L, где !.- время образования монослоя молекул кислорода на поверхности детали .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Масловский В.В., Дудко П.Д.

Полирование металлов и сплавов. М., "Высшая школа", 1974, с. 52-60.

2. Золотых В.Н. и др. Электроннолучевая полировка ниобия. Труды МИЭМ, вып 35 !974, с 156-160 (прототип) .

Составитель 3. Александров

Редактор Г. Ус Техред Т.фанта Корректор Л. Бокшан

Заказ 7302/68 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-3 Раушская наб, д. 4/g филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 .