Processus de polissage de l'aluminium nu pour obtenir une qualité optique élevée

Centre de vol spatial Goddard, ceinture de verdure, Maryland

Un procédé permettant de réaliser des surfaces de miroir courbes ou plates précises et de haute qualité sur des substrats en aluminium nu a été mis au point. Le processus consiste en (1) un tournage au diamant pour établir la forme de surface souhaitée, suivi par (2) un sous-processus de polissage qui est pour la plupart conventionnel, à l'exception de la composition du composé de polissage. Ce processus peut maintenir une figure de surface précise avec une erreur crête à vallée d'aussi peu que 1/8 de longueur d'onde (à une longueur d'onde de 6 328 Å) et peut produire une finition caractérisée par une rugosité quadratique moyenne de

En raison de la relative douceur de l'aluminium, il n'existait jusqu'à présent aucun moyen de polir l'aluminium nu jusqu'à une qualité optique adéquate pour une instrumentation scientifique précise. Dans des conditions optimales, le tournage au diamant peut être utilisé pour obtenir une figure de surface avec une erreur d'au moins environ 0,5 longueur d'onde et une rugosité de surface d'au moins environ 50 Å sur un substrat en aluminium. Pour obtenir une qualité de surface optique supérieure, il a été nécessaire de déposer une fine couche de nickel autocatalytique sur un substrat en aluminium tourné au diamant, puis de polir de manière classique la couche de nickel. Les inconvénients de cette approche sont que le placage de nickel sur l'aluminium est difficile et coûteux, que les contraintes thermiques bimétalliques peuvent déformer la surface optique du miroir et qu'il existe un risque de polissage à travers la couche de nickel en un ou plusieurs endroits. Dans ce dernier cas, il faut décaper toute la couche, redéposer une nouvelle couche de nickel et recommencer le polissage.

Dans la pratique conventionnelle comme dans le présent procédé, le polissage implique l'utilisation d'une nappe qui est recouverte d'un composé de polissage et d'un support liquide et qui est déplacée de manière semi-aléatoire et répétée sur la surface du substrat. Classiquement, le support liquide est souvent de l'eau. La principale caractéristique distinctive du présent sous-procédé de polissage est que l'encre de Chine (soit seule, soit diluée avec de l'eau) est utilisée à la fois comme composé de polissage et comme support liquide. (L'encre de Chine a été utilisée dans le passé de cette manière pour polir les métaux, mais pas, jusqu'à présent, comme ingrédient dans un processus intégré de tournage/polissage au diamant pour la finition de l'aluminium afin d'obtenir une surface précise et une qualité optique élevée.)

Le présent sous-processus de polissage comprend deux étapes. Dans un premier temps, la surface tournée au diamant est polie avec un mélange de poudre de diamant de 0,25 µm, d'eau distillée et d'encre de Chine. Dans la deuxième étape, le polissage commence avec de l'encre de Chine pure, puis l'encre est lentement diluée avec de l'eau. Le polissage se poursuit jusqu'à ce que la spécification souhaitée soit atteinte.

Le succès de ce procédé a été attribué en partie aux particules de carbone présentes dans l'encre de Chine. Ces particules sont suffisamment petites et dures pour assurer une action correcte entre le substrat et le recouvrement afin de ne pas provoquer de graves rayures ou un écoulement à froid du substrat. De plus, la partie liquide de l'encre comprend une base huileuse qui agit comme un excellent lubrifiant lors du polissage. Après des années d'expérimentation avec des matériaux de polissage conventionnels connus et des combinaisons de ceux-ci, l'encre de Chine est jusqu'à présent le seul matériau connu pour être efficace pour polir l'aluminium nu.

Ce travail a été réalisé par James J. Lyons et John J. Zaniewski du Goddard Space Flight Center. Pour plus d'informations, accédez gratuitement au package de support technique (TSP) en ligne sur www.nasatech.com/tsp dans la catégorie Fabrication et prototypage.

Cette invention appartient à la NASA et une demande de brevet a été déposée. Les demandes concernant une licence non exclusive ou exclusive pour son développement commercial doivent être adressées à

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Cet article a été publié pour la première fois dans le numéro de février 2001 du magazine NASA Tech Briefs.

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