vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-3-351-357vestift-395Research ArticleРАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕRADIOELECTRONICS AND INSTRUMENT-MAKINGСовершенствование технологии изготовления и контроля качества зеркал-отражателей из алюминиевого сплаваImprovement of technology of manufacturing and control of quality of mirrors-reflectors from aluminium alloyШароновГ. В.SharonovG. V.

Шаронов Геннадий Викторович – кандидат физико- математических наук, заведующий лабораторией.

Ул. Курча то ва, 7, 220045, Минск

Genadii V. Sharonov – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory.

sharonov@hotmail.ruГусаковГ. А.GusakovG. A.

Гусаков Григорий Анатольевич – кандидат физико- математических наук, ведущий научный сотрудник.

Grigorii A. Gusakov – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher.

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

gga68@rambler.ruЖаринА. Л.ZharinA. L.

Жарин Анатолий Лаврентьевич – доктор технических наук, профессор.

Anatolii L. Zharin – D. Sc. (Engineering), Professor.

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

anatoly.zharin@gmail.comТявловскийА. К.TyavlovskiiA. K.

Тявловский Андрей Константинович – кандидат технических наук, заместитель декана приборостроительного  факультета.

Andrei K. Tyavlovskii – Ph. D. (Engineering), Deputy Dean of the Instrumentation Engineering Faculty.

65, Ne zavisimosti Ave., 220013, Minsk

andrey_psf@tut.byМухуровН. И.MukhurovN. I.

Мухуров Николай Иванович – доктор технических на ук, заведующий лабораторией.

Логойский тракт 22, 220090, Минск

 

Nikolai I. Mukhurov – Dr. Sc. (Engineering), Head of the Laboratory.

22, Logoiskii trakt, 220090, Minsk

n.mukhurov@dragon.bas-net.byИнститут прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко, Белорусский государственный университетA.N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems, Belarusian State UniversityБелорусский национальный технический университетBelarussian National Technical UniversityГосударственное научно-производственное объединение «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника»State Scientific and Production Association “Optics, Optoelectronics and Laser Technology”201801112018633351357Copyright © Шаронов Г.В., Гусаков Г.А., Жарин А.Л., Тявловский А.К., Мухуров Н.И., 20182018Шаронов Г.В., Гусаков Г.А., Жарин А.Л., Тявловский А.К., Мухуров Н.И.Sharonov G.V., Gusakov G.A., Zharin A.L., Tyavlovskii A.K., Mukhurov N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/395

В настоящее время технология алмазного лезвийного точения с наноразмерной шероховатостью широко используется при изготовлении металлооптических изделий, прежде всего зеркал-отражателей для «транcпортировки» мощных лазерных энергетических потоков. Оптимальным материалом для зеркал-отражателей представляется алюминиевый сплав АМг2, на чистоту поверхности которого при суперфинишной обработке алмазным точением влияет качество предварительной механо-термической обработки. Целью работы являлось улучшение оптических характеристик зеркал-отражателей с высокой лучевой прочностью путем совершенствования технологии изготовления и контроля качества.

Предварительная механическая обработка поверхности твердосплавным резцом и финишная обработка алмазным резцом (с радиусом закругления лезвия менее 0,05 мкм) проводились на прецизионном токарном станке модели МК 6501 с вертикальным расположением шпинделя на воздушном подшипнике. Термическая обработка осуществлялась в лабораторной электропечи марки SNOL 58/350. Были апробированы различные режимы предварительной термической обработки, обработки твердосплавным резцом и финишной обработки алмазным резцом подложек (20×20×7 мм3). Анализ состояния поверхности проводился с использованием микротвердомера ПМТ-3, атомно-силового микроскопа (АСМ) SolverPro P47 и экспериментальной установки зондовой электрометрии. Контроль электрофизических параметров поверхности осуществлялся путем регистрации распределения работы выхода электрона (РВЭ) по контактной разности потенциалов с обработкой микропроцессорным измерительным преобразователем электростатических потенциалов. Регистрируемые изменения РВЭ характеризуют физико-химические и механические параметры поверхности зеркал и указывают на наличие различного типа и природы дефектов.

Модифицированная предварительная механо-термическая обработка позволила улучшить чистоту обработки поверхности подложек. Финишная наноразмерная алмазная лезвийная обработка, включающая полное удаление нарушенного предыдущими операциями поверхностного слоя материала, приводила к максимально возможному повышению качества поверхности по параметру однородности распределения ее электрофизических свойств. В результате по значениям РВЭ и их изменениям контролировалось достижение заданных эксплуатационных характеристик поверхности изделий для оптимизации технологических режимов обработки в соответствии с функциональными назначениями формируемых приборов и устройств.

Разработаны методики повышения эффективности наноразмерной алмазной лезвийной обработки и проведения исследований электрофизических свойств поверхности по контролю дефектов при изготовлении металлических зеркал-отражателей с высокой отражательной способностью и лучевой прочностью для работы в экстремальных условиях.

At present, the technology of diamond blade whetting with nano-sized roughness is widely used at the manufaсturing of metal-optical products, first of all, mirror-reflectors for “transportation” of powerful laser energy flows. Optimum material for mirror-reflectors is an aluminum alloy AMg2, which surface purity, is affected by the quality of preliminary mechanical heat treatment during superfinishing treatment by diamond whetting.

Preliminary machining of the surface with a carbide cutter and finishing with a diamond cutter (with a radius of curvature of the blade less than 0.05 μm) were performed on a precision lathe of the MK 6501 model with a vertical spindle position on an air bearing. Thermal treatment was carried out in the laboratory electric furnace SNOL 58/350. Various modes of preliminary heat treatment, machining with a carbide cutter and finishing with a diamond cutter of substrates (20×20×7 mm3) were tested. The surface state analysis was carried out using the PMT-3 microhardness tester, the SolverPro P47 atomic-force microscope (AFM), and the experimental probe-electrometry device. The control of the electrophysical parameters of the surface was carried out by recording the distribution of the electron work function (RWF) by the contact potential difference with the processing by the microprocessor measuring transducer of electrostatic potentials. The recorded changes in the RWF characterize the physic-chemical and mechanical parameters of the surface of mirrors and indicate the presence of a different type and nature of defects.

Modified preliminary mechanical-thermal treatment allowed to improve the cleanliness of surface treatment of substrates. Finishing nanoscale diamond blade processing, including the complete removal of the surface layer that was disturbed by previous operations, bring to the greatest possible improvement in the quality of the surface in terms of the uniformity of the distribution of its electrophysical properties. As a result, according to the values and changes of the RWF, achievement of the specified performance characteristics of the product surface was monitored in order to optimize the technological processing modes in accordance with the functional designations of the devices.

The methods for increasing the efficiency of nanoscale diamond blade processing and performing researches of the electrophysical properties of the surface to control defects in the manufacture of metal reflector mirrors with high reflectivity and radiation strength for operation under extreme conditions.

зеркала-отражателиоптические характеристикитехнология изготовленияконтроль качестваmirror-reflectorsoptical characteristicsmanufacturing technologyquality controlReferencesZharin, A. L. Contact Potential Difference Techniques as Probing Tools in Tribology and Surface Mapping / A. L. Zha rin // Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology. – Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. – P. 687‒720. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03535-7_19.Zharin A. L. Contact Potential Difference Techniques as Probing Tools in Tribology and Surface Mapping. Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010, vol. 14, pp. 687‒720. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03535-7_19.Колачев, Б. А. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов / Б. А. Колачев, Р. М. Габидуллин, Ю. В. Пигузов. – М.: Металлургия, 1980. – 280 с.Kolachev B. A., Gabidullin R. M., Pigusov Y. V. Technology of heat treatment of non-ferrous metals and alloys. Moskow, Metallurgiya Publ., 1980. 280 p. (in Russian).Тявловский, А. К. Методы зондовой электрометрии для разработки и исследования свойств перспективных материалов / А. К. Тявловский, К. В. Пантелеев, А. Л. Жарин // Перспективные материалы и технологии: в 2 т. / под ред. В. В. Клубовича. – Витебск: Изд-во УО «ВГТУ», 2015. – Т. 1. – С. 381‒394.Tyavlovskii A. K., Panteleev K. V., Zharin A. L. Methods of probe electrometry for the development and investigation of properties of promising materials. Klubovych V. V. (ed.). Promising materials and technologies. Vol. 1. Vitebsk, Vitebsk State Technological University Publ., 2015, pp. 381‒394 (in Russian).Неразрушающий контроль изделий с прецизионными поверхностностями на основе методов зондовой электрометрии / Р. И. Воробей [и др.] // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2016. – № 1. – С. 4‒17.Vorobei R. I., Gusev O. K., Dubanevich A. V. Non-destructive testing of products with precision surfaces based on probe electrometry methods. Nerazrushayushchii kontrol’ i diagnostika [Non-destructive Testing and Diagnostics], 2016, no. 1, pp. 4‒17 (in Russian).Влияние режимов и условий электроконтактной обработки поверхности образцов металлических имплантатов на работу выхода электрона / М. Г. Киселев [и др.] // Метрология и приборостроение. – 2014. ‒ № 1 (64). – С. 28–32.Kiselev M. G., Drozdov A. V., Tyavlovskii A. K., Monich S. G. Influence of modes and conditions of electrocontact treatment of the surface of samples of metal implants on the work function of an electron. Metrologiya i priborostroenie [Metrology and Instrument Making], 2014, no. 1 (64), pp. 28–32 (in Russian).Контроль дефектов структуры кремний-диэлектрик на основе анализа пространственного распределения потенциала по поверхности полупроводниковых пластин / Р. И. Воробей [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2013. – № 2. – С. 67–72.Vorobei R. I., Zharin A. L., Gusev O. K., Petlitskii A. N., Pilipenko V. A., Turtsevich A. S., Tyavlovskii A. K. Control of defects in the silicon-insulator structure on the basis of an analysis of the potential dimensional allocation over the surface of semiconductor plates. Pribory i metody izmerenii = Devices and Methods of Measurements, 2013, no. 2, pp. 67–72 (in Russian).Работа выхода электрона и физико-механические свойства хромсодержащих ионно-легированных сталей / А. В. Белый [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2016. ‒ № 1. – С. 21–27.Belyi A. V., Zharin A. L., Karpovich A. N., Tyavlovskii A. K. Electron work function and the physical and mechanical properties of chromium-containing ion-alloyed steels. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2016, no. 1, pp. 21–27 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.