CN102407624A

CN102407624A - 一种耐激光辐照的漫反射金属面板及其加工方法

Info

Publication number: CN102407624A
Application number: CN2011102331382A
Authority: CN
Inventors: 杨鹏翎; 冯国斌; 吴勇; 王振宝; 邵碧波; 张检民; 叶锡生
Original assignee: Northwest Institute of Nuclear Technology
Current assignee: Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2031-08-15
Also published as: CN102407624B

Abstract

一种耐激光辐照的漫反射金属面板及其加工方法，将金属基板喷砂成漫反射表面后依次镀有锌膜、镍膜和金膜，可以有效地提高金属面板的抗激光损伤阈值，同时避免了镜面反射容易造成的光路上元器件的损伤。

Description

一种耐激光辐照的漫反射金属面板及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种耐激光辐照的金属面板及其加工方法，尤其是一种具有漫反射特性的耐激光辐照的金属面板及其加工方法。

背景技术

在高能激光参数测量中，由于入射激光能量较高，能量转化为热量在测量装置的激光接收表面沉积，进而引起测量装置的损伤，因此在实际应用中需要对测量装置进行有效的防护，确保测量设备自身的安全和稳定工作。目前采用的防护面板主要有镜面反射表面处理和漫反射表面处理两种。镜面反射表面处理采用在金属面板上镀高反射膜的方法，对激光的反射率可达97％以上，可以满足激光测量装置的防护要求，但是需要对反射光进行防护，尤其是当反射光沿入射光方向原路返回时会给激光元器件造成严重损伤，故限制了其应用；漫反射表面是处理将金属面板表面喷砂或打磨处理为漫反射面，对激光的反射大约在80％左右，其反射光沿多个方向漫反射，避免了对光路上元器件的破坏并降低了防护要求，但是其存在表面反射率较低，抗激光辐照破坏能力较弱的问题，通常情况下只用于较低功率的激光防护。

发明内容

本发明目的是提供一种耐激光辐照的漫反射金属面板及其加工方法，对激光的反射为多个方向漫反射，避免了反射光对光路中光学元件造成损伤破坏，同时面板表面反射率较高，可耐受高功率激光的辐照。

本发明的技术解决方案是：

一种耐激光辐照的漫反射金属面板，包括表面喷砂处理为漫反射面的金属基板，其特殊之处是：所述金属基板的漫反射面上由内到外依次镀有锌膜、镍膜和金膜，所述锌膜的厚度为7～10μm，所述镍膜的厚度为20～40μm，所述金膜的厚度为1～5μm；所述金属面板的材料为铝或铜。

一种耐激光辐照的漫反射金属面板的加工方法，包括以下步骤：

[1]金属面板高温热处理去除内部应力；

[2]金属面板表面喷砂处理，形成漫反射面，使漫反射面的反射率大于80％；

[3]金属面板表面强碱氧化处理；

[4]金属面板表面除光处理；

[5]金属面板表面依次浸锌、镀镍和镀金，使漫反射面的反射率大于90％。

上述喷砂处理过程包括喷粗砂和喷细砂两步，所述粗砂的颗粒直径为2mm，所述细砂的颗粒直径为1mm。

上述强碱氧化处理是将金属面板放置在重量比为10％～30％的氢氧化钠溶液中，时间小于10分钟；

上述表面除光处理是将面板放置在体积比为40％～60％的硝酸溶液中，时间为3～5秒。

上述浸锌处理过程为两次，使用NaOH∶Zn的质量比为10∶1～14∶1的碱性锌酸盐镀液，每次浸锌时间大于30分钟。

本发明的有益效果：

1、本发明提供一种抗激光辐照的金属面板及其加工方法，可以有效的提高金属面板的抗激光损伤阈值，应用于功率密度数千瓦/平方厘米、激光持续时间数秒钟的高能激光辐照试验中；

2、本发明对面板喷砂处理后进行镀膜，使得面板在抗激光辐照的同时表面为漫反射，避免了镜面反射容易造成的光路上元器件的损伤；

3、本发明对金属喷砂表面清洁处理后浸锌处理，提高了对后续镀层的附着力；

4、本发明在浸锌处理表面进行镀镍处理，增加后续金膜的附着力；

5、本发明具有抗激光损伤阈值高、工艺简单、成本较低等优点，并且在使用过程中维护清洗十分方便，适合在外场环境的应用，具有广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明抗激光辐照的金属面板的结构示意图；

其中：1-金属基板；2-浸锌层；3-镀镍层；4-镀金层。

具体实施方式

经过对高能激光参数测量技术中提高材料表面抗激光损伤阈值的广泛深入研究，提出了提高金属材料抗激光破坏阈值的表面处理工艺，并且通过大量实验摸索，实现了具体的加工制作方法。

如图1所示，金属基板1表面喷砂处理为漫反射面后依次加工有锌膜、镍膜和金膜，金属面板的材料为铝或铜，具体加工步骤如下：

(1)将所选择的金属面板进行高温热处理，去除材料内部的残余应力，避免材料在加工及耐受激光辐照过程中出现变形情况；

(2)对热处理后的金属面板进行清洗及喷砂处理。为达到更好的漫反射效果，喷砂过程包括两步，喷粗砂和喷细砂。首先选用颗粒2mm左右的砂粒进行喷砂处理，然后选用1mm左右的细砂进行喷砂处理。喷砂完成后需要对其表面反射率和喷砂均匀度参数进行测试，如果表面反射率达到80％以上，且喷砂比较均匀，则进入下一步工序，否则需要再次喷砂处理。

(3)对喷砂后的金属面板进行清洗、除油处理，去除喷砂过程中在材料表面残留的杂质。除油后的零件应在80℃左右的且流动的热水中清洗，可洗去碱液、皂液、乳浊液及硅酸盐；

(4)将面板在浓度为10％-30％(重量比)的氢氧化钠溶液中进行强碱氧化，此过程的时间控制应在10min之内，时间过长会腐蚀掉喷砂表面，时间过短会导致氧化不充分，喷砂表面氧化不均匀；

(5)将面板在浓度为40％-60％(体积比)的硝酸溶液中进行除光处理，此过程的时间控制应在3～5s，目的是去除反光面，增加面板表面的粗糙度和后续附着力。

(6)将面板放置在NaOH∶Zn为10∶1～14∶1(质量比)的碱性锌酸盐镀液，每次浸锌时间大于30分钟；浸锌处理的目的是增加后续其它镀层的附着力，浸锌工艺一般采用两次浸锌，最终获得7～11μm厚度的均匀细致、结合力强的锌层；

(7)采用电镀的方法对浸锌后的金属面板进行镀镍处理，形成镀镍层3。镀镍处理的目的是增加后续镀金层的附着力，厚度为20～40μm，该工序的最终结果是在金属表面附着一层均匀镍层；

(8)采用电镀的方法对镀镍后的金属面板进行镀金，使其表面附着一层均匀金层4，金膜的厚度为1～5μm，最终形成一种既具有漫反射特性，表面反射率又较高的反射层。

(9)利用80℃左右热清水对镀金后的加工件进行充分清洗；采用压缩空气或氮气迅速将氧化后的加工件，使其迅速风干，避免表面留有水渍。

(10)表面反射率测量，所述镀金后漫反射表面的反射率应大于90％。

经过上述工艺处理后的金属面板，已经成功应用于高能激光参数测量系统中。实验表明此种处理工艺可以有效的提高金属材料的抗激光损伤阈值，并且可以应用于激光持续时间数秒钟、功率密度数千瓦/平方厘米的高能激光辐照试验中。综合起来，此种提高金属材料抗激光损伤阈值的表面处理工艺具有工艺简单、抗激光损伤阈值高等优点，同时解决了反射光对光路中光学元件造成潜在威胁的问题。

Claims

1.一种耐激光辐照的漫反射金属面板，包括表面喷砂处理为漫反射面的金属基板，其特征在于：所述金属基板的漫反射面上由内到外依次加工有锌膜、镍膜和金膜，所述锌膜的厚度为7～10μm，所述镍膜的厚度为20～40μm，所述金膜的厚度为1～5μm；所述金属面板的材料为铝或铜。

2.一种耐激光辐照的漫反射金属面板的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

[1]金属面板高温热处理去除内部应力；

[3]金属面板表面强碱氧化处理；

[4]金属面板表面除光处理；

3.根据权利要求2所述的耐激光辐照的漫反射金属面板的加工方法，其特征在于：所述喷砂处理过程包括喷粗砂和喷细砂两步，所述粗砂的颗粒直径为2mm，所述细砂的颗粒直径为1mm。

4.根据权利要求2所述的耐激光辐照的漫反射金属面板的加工方法，其特征在于：所述强碱氧化处理是将金属面板放置在重量比为10％～30％的氢氧化钠溶液中，时间小于10分钟；

5.根据权利要求2所述的耐激光辐照的漫反射金属面板的加工方法，其特征在于：所述表面除光处理是将面板放置在体积比为40％～60％的硝酸溶液中，时间为3～5秒。

6.根据权利要求2所述的耐激光辐照的漫反射金属面板的加工方法，其特征在于：所述浸锌处理过程为两次，使用NaOH∶Zn的质量比为10∶1～14∶1的碱性锌酸盐镀液，每次浸锌时间大于30分钟。