СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ДЕТАЛЯХ УЗЛОВ ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2025 года по МПК C23C18/32 C23C22/05 

Изобретение относится к области космического приборостроения, а именно к технологии формирования покрытий на деталях конструкционных узлов устройств, содержащих оптический тракт, типа бленд, объективов и т.п. и может быть использовано при изготовлении оптоэлектронной аппаратуры, в том числе, аэрокосмического назначения, телескопов.

Известен способ химического электропроводного оксидирования конструкционных деталей на основе алюминия и его сплавов (https://www.technology-nn.ru/index.php?page=himicheskoe-oksidirovanie- elektroprovodnoe-himoks-e). Окисное покрытие, будучи электропроводным с высокими адгезионными свойствами и защитными свойствами, идеально подходит для мелких деталей, анодирование которых затруднительно или вообще невозможно, является грунтом под покраску, обеспечивает свойства электромагнитного экрана, обеспечивает одновременно защитные функции и сохраняющее электропроводность, но при этом имеет низкие светопоглощающие характеристики.

Известен также способ формирования светопоглощающего покрытия на конструкционные детали оптических устройств (патент RU 2566905 с приоритетом от 27.10.2015). Способ заключается в использовании процесса гальванического осаждения никель-фосфорной пленки на металлические конструкционные детали оптических устройств для подавления рассеянного излучения в оптическом тракте, включает предварительную химическую обработку исходной поверхности детали, гальваническое осаждение никель-фосфорной пленки и последующее ее травление в кислотных растворах. Способ позволяет получить однородное светопоглощающее покрытие с коэффициентом отражения не более 0,5% в спектральном диапазоне длин волн 250-2000 нм и не превышающим 0,8% в диапазоне 2000-2500 нм. В развитие этого способа предлагается предварительное нанесение электропроводящего покрытия, в совокупности с которым будут обеспечены высокие защитные и адгезионные свойства для нанесения светопоглощающего покрытия.

Наиболее близким по технической сущности для способа создания электропроводящего покрытия является способ нанесения электропроводящего покрытия светозащитной бленды (патент RU 2527458 с приоритетом от 13.12.2012). Способ включает нанесение светопоглощающего покрытия на внутренние поверхности бленды, которые впоследствии защищают герметическими заглушками, а затем методом вакуумного испарения наносят металлическое покрытие на наружную поверхность бленды, вращая ее в процессе нанесения. Степень покрытия бленды зависит от времени испарения и положения той или иной части поверхности бленды относительно испарителя. Существенным недостатком этого способа является технологическая сложность нанесения электропроводящего покрытия с равномерными (одинаковыми) электрическими свойствами, особенно при развитой 3D-конфигурации детали (например, бленды).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа последовательного нанесения двух покрытий на конструктивные детали оптических устройств, содержащих оптические тракты, который синергетически обеспечивает технический результат, гарантирующий высокую электропроводность и высокую степень поглощения света светопоглощающим покрытием, при этом одно покрытие, являясь электропроводным, одновременно выполняет защитную функцию и при этом имеет одинаковые электрические свойства по толщине покрытия, что позволяет преодолеть недостатки известных технических решений, является адгезионным слоем для последующего нанесения NiP светопоглощающего покрытия со сверхнизким коэффициентом отражения (в отличие от приведенного аналога), что обеспечивает высокие технические и эксплуатационные характеристики оптического тракта, формируемого блендой и объективом, оптоэлектронной аппаратуры, в том числе аэрокосмического назначения.

Поставленная задача решается тем, что сначала на всю поверхность конструкционной детали оптического устройства, выполненной из алюминиевого сплава, наносится защитное электропроводящее покрытие Хим.Окс.э., затем поверхности детали, не входящие в оптический тракт устройства, защищаются химически стойкой пленкой, а на рабочие поверхности детали, являющиеся конструктивными элементами оптического тракта, гальваническим или автокаталитическим способом наносится светопоглощающее никель-фосфорное покрытие.

Покрытие Хим.Окс.э является электропроводным, поэтому не накапливает статический электрический заряд на внешней поверхности деталей оптического устройства, что критически важно для изделий, работающих в условиях космического пространства. Защитное покрытие Хим.Окс.э., являясь достаточно декоративным (имеет золотистый цвет, что избавляет от дополнительной окраски/защиты внешней поверхности деталей оптического устройства) и, обладая высокими адгезионными свойствами и высокой электропроводностью, служит подслоем для светопоглощающего покрытия на основе твердого раствора NiP, наносимого с использованием гальванической или автокаталитической технологии.

Никель-фосфорное покрытие характеризуется сверхпоглощающими свойствами с коэффициентом отражения (0,3-0,8)% в диапазоне электромагнитных волн от ультрафиолетового до ближнего ИК (0,25-2,5 мкм). Этот уровень отражения более чем на порядок ниже, чем у существующих глубокоматовых черных эмалей, используемых для решения аналогичных задач.

Таким образом, данное изобретение позволяет создавать конструкционные узлы оптических устройств (типа бленд, объективов и т.п.) с высокими эксплуатационными и техническими характеристиками - высокая электропроводность и сверхпоглощающие свойства рабочей поверхности.

Рассмотрим осуществление способа на примере формирования покрытий на конструкционные детали такого узла как бленда. Способ может быть осуществлен, например, в следующей последовательности стандартных процедур осуществления технологических процессов создания защитно-декоративного электропроводного покрытия из Хим.Окс.э. всего узла (пп.1-3) и выращивания никель-фосфорного светопоглощающего покрытия на поверхности оптического тракта с последующим травлением (пп.5-6), для которого покрытие из Хим.Окс.э. является адгезионным:

1. Химическая подготовка исходной поверхности конструкционных деталей бленды, изготовленных в данном случае из сплава АМГ-6:

- обезжиривание в органических растворителях;

- химическое травление в водных растворах фтористоводородной кислоты или гидроокиси калия.

2. Нанесение химическим способом покрытия Хим.Окс.э. в течение 1-3 мин при температуре 25°С на всю поверхность конструкционных деталей бленды из водного раствора:

Аммоний фтористый кислый 2 г/л;

Ангидрид хромовый 6 г/л;

Калий железосинеродистый 1 г/л.

3. Термическая сушка конструкционных деталей бленды с покрытием Хим.Окс.э при 55±5°С в течение от 2 до 4 ч.

4. Изоляция внешней поверхности корпуса бленды химически стойкими лентами: фум-лентой ТУ 6-05-1388-86 или гальванической лентой SC-1.

5. Нанесение гальваническим способом на внутреннюю поверхность корпуса бленды покрытия NiP из электролита:

Борная кислота 20 г/л;

Сернокислый никель 200 г/л;

Гипофосфит натрия 10 г/л.

Электролит готовится на основе деионизованной воды марки А ОСТ11 029.003-80.

Режимы нанесения:

- плотность тока 0,04 А/см²;

- время процесса 60 мин;

- температура процесса 80°С.

Толщина пленки при этом составляла 45±5 мкм.

6. Химическое травление покрытия NiP в течение 0,5 мин в растворе NaNO₃ (98 г/моль) + H₂SO₄ (100 г/моль) при температуре 75°С.

7. Снятие изоляционных химически стойких лент с внешней поверхности детали бленды.

Технологии выращивания покрытия NiP гальваническим или автокаталитическим способом практически мало отличаются друг от друга, поэтому может быть использована любая. Состав электролита в обоих случаях одинаков. Отличие в том, что при гальваническом методе рост пленки осуществляется при пропускании тока через электролит, а это позволяет снижать температуру процесса на 10-20°С, при этом скорость роста повышается. Но при автокаталитическом методе покрытие является более равномерным при осаждении на сложные 3D-поверхности.

Таким образом, на поверхности узла оптического устройства типа бленды, объектива создается электропроводящая защитная пленка, которая в области оптического тракта служит подслоем для светопоглощающего никель фосфорного покрытия со сверхнизким коэффициентом отражения для работы, в том числе в условиях космоса.

Изобретение относится к технологии формирования покрытий на деталях конструкционных узлов устройств, содержащих оптический тракт, и может быть использовано при изготовлении оптоэлектронной аппаратуры, в том числе аэрокосмического назначения, телескопов. Способ формирования покрытий на деталях узлов оптических устройств, содержащих оптический тракт, выполненных из алюминиевого сплава, заключается в том, что на всю поверхность детали сначала наносится химическим способом электропроводящее адгезионное покрытие Хим.Окс.э., затем поверхности детали, не входящие в оптический тракт, защищаются химически стойкой пленкой, а на рабочие поверхности детали, являющиеся конструктивными элементами оптического тракта, гальваническим или автокаталитическим способом наносится светопоглощающее никель-фосфорное покрытие, после чего химически стойкая пленка удаляется, при этом в качестве химически стойкой пленки используют фум-ленту или гальваническую ленту, а типичным узлом оптического устройства может быть бленда или объектив. Изобретение обеспечивает создание конструкционных узлов оптических устройств типа бленд, объективов, обладающих высокой электропроводностью и сверхпоглощающими свойствами рабочей поверхности. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ формирования покрытий на деталях узлов оптических устройств, содержащих оптический тракт, выполненных из алюминиевого сплава, отличающийся тем, что на всю поверхность детали сначала наносится химическим способом электропроводящее адгезионное покрытие Хим.Окс.э., затем поверхности детали, не входящие в оптический тракт, защищаются химически стойкой пленкой, а на рабочие поверхности детали, являющиеся конструктивными элементами оптического тракта, гальваническим или автокаталитическим способом наносится светопоглощающее никель-фосфорное покрытие, после чего химически стойкая пленка удаляется.

2. Способ формирования покрытий на деталях узлов оптического устройства по п.1, отличающийся тем, что в качестве химически стойкой пленки используют фум-ленту или гальваническую ленту.

3. Способ формирования покрытий на деталях узлов оптического устройства по п.1, отличающийся тем, что в качестве узла оптического устройства используют бленду или объектив.