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【摘 要】 鉴于光学零件冷加工的过程中，由于受各种环境因素的影响，光学玻璃抛光表面的腐蚀极大的困扰着光学冷加工行业的生产，尤其是近几年来，光学玻璃零件中使用ZK、ZF、LaK、ZBaF这些化学稳定性差的系列产品越来越多，零件表面被腐蚀的现象更加严重，因此探讨光学零件冷加工中的防腐蚀方法、提高光学玻璃抛光表面的抗腐蚀能力就显得极其重要。本文根据多年来在实际加工过程中摸索出的一些防腐经验并结合有关资料，对光学零件冷加工中防腐蚀方法作简要分析。
【关键词】 光学零件冷加工；防腐蚀；方法
简单地说光学零件冷加工也就是对已经熔炼好的光学材料进行切割、铣磨、精磨、抛光、清洗等，在这些过程中，由于受到各工序所用辅料和环境温、湿度的影响，光学玻璃抛光表面的腐蚀现象极其普遍，被腐蚀的比例低则10%以上，高则达到100%，极大地影响光学玻璃的生产和利用。研究表明，采用临时涂层保护法对易腐蚀的ZF、ZK、ZBaF等玻璃具有比较好的效果。
一、防腐蚀方法的难点
因为每种玻璃熔炼时都必须要保证它的光学性能及物理化学性能，因此很难做到用改变玻璃的化学组成来提高玻璃的化学稳定性。
1.以R2O—PbO—SiO2成份为基础的ZF系列稳定性差。我们知道，硅酸盐玻璃的耐潮性首先决定于二氧化硅的含量，硅氧四面体（SiO4）相互连接程度愈大则稳定性愈好。若玻璃中碱土金属氧化物（RO）的含量增大，玻璃中硅氧结构网络断裂愈多会使玻璃的稳定性下降。同样，若玻璃中碱金属氧化物（如R2O）的含量增大则稳定性也会下降。各种氧化物对玻璃的影响一般可归结为：①SiO2含量增大，玻璃的稳定性强；②R2O含量增加，玻璃的稳定性下降；③RO含量增加，玻璃的稳定性下降。因此，对以R2O—PbO—SiO2成份为基础的ZF系玻璃来说，其PbO含量可达65～70%，稳定性很差。
2.对以BaO—ZnO—B2O3—SiO2成份为基础的ZK系列稳定性差。ZK系列对玻璃来说，其Ba含量可45～50%，稳定性很差。例如，ZK11玻璃的Ba含量为48.9%，其耐潮性和耐酸性均为三级。实践证明，ZK5、6、7、9、10、11系列，ZBaF3、5、12、14系列以及LaK、ZF、LaF系列等玻璃的耐潮性和耐酸性都比较差。
研究认为，对重冕玻璃引入适量的ZnO可改善玻璃的光学性能和化学稳定性。试验表明，对ZK1玻璃增加1.5%AL2O3和1.5%ZnO，其结果抗酸性和抗潮性仍为三级并无改善。由此可以推出：通过改变玻璃的化学组成来提高化学稳定性是相当困难的，过量改变化学组成将引起玻璃本身光学性能的改变。
二、光学零件冷加工中防腐蚀方法
1.酸—石蜡保护法。其工艺一般是先将零件清洗后，浸入0.5～l%的乙酸溶液中（零件经酸处理的时间和温度根据被处理的玻璃牌号而定），然后将零件浸入无水酒精溶液中约20min左右，此时硅酸膜层脱水而生成透明的二氧化硅，最后把零件放入石蜡中加热至220～230℃左右，经30min左右后取出零件，并用汽油和乙醚清洗。该方法的优点在于对耐酸玻璃有一定的防腐蚀效果，缺点在于对不耐酸玻璃或对表面粗糙度要求较细的零件不宜采用。
2.有机硅及其化合物保护膜。该方法是依据氛硅烷的水解作用以液体或汽相镀在光学零件上形成疏水膜的原理来保护玻璃抛光表面的。若氯硅烷单体为R2SiCL2，先把它水解成有机硅膜，然后经脱水牢固地结合在玻璃表面。①用有机硅及其化合物处理玻璃表面用得较多的品种有：二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷等。一般处理工艺是将已清洗好的零件放入浓度为5～10%的溶液中约30min后取出，然后在温度为100℃的烘箱内加热或在温度为200℃下加热15min待冷却后用混合液擦拭。②用十二烷基三甲氧基硅烷对冷加工中零件的抛光表面进行防腐蚀处理，在其中配入0.5～10%的无水乙醚溶液，先用浸泡法或擦拭法处理零件，然后在120℃温度下烘2h使其固化后再涂上中性保护漆。该处理方法对ZF6等玻璃取得了较好的防腐蚀效果，但当浓度过大时，对不耐酸的玻璃有明显的腐蚀作用，所以也有一定的局限性。③用有机硅氟材料对冷加工中的零件进行防腐蚀处理时，将1g有机硅氟材料溶解在约20mL异丙醇中，然后再将溶液加入到中性脱水防护漆中，其比例为在每100mL的中性脱水防护漆中加入约为5mL的溶液，零件经清擦后先在250℃红外灯下烘烤，然后再涂上此保护漆。该处理方法对ZK5、ZK11、F6等玻璃取得了较好防腐蚀效果。
有学者研究指出当玻璃处于加工状态时，玻璃表面表现出急剧的疏水性能，但在大多数情况下，不能把硅树脂薄膜当作光学零件的保护膜，其原因在于疏水过程中将会受到氯硅烷的水解产物—盐酸的强烈破坏，以至于最后在玻璃表面产生斑痕。总的说来，用有机硅及其化合物处理光学零件抛光表面，对耐酸的玻璃有一定防腐蚀效果，而对不耐酸的玻璃則又有一定的腐蚀作用。
3.离子交换法。由于在玻璃中碱金属氧化物R2O和碱土金属氧化物RO含量过高，在这些氧化物中含有K、Na、Pb、Ba等活泼元素，这些活泼元素易和外界的水、酸、碱、盐等介质作用生成它们的盐类，因此就会逐步在玻璃的表面上形成腐蚀斑痕。那么，若改变上述的一些活泼元素，这将会影响玻璃的光学特性，所以是否可以设想在不改变玻璃的化学组成而改变其表面的结构，使那些活泼元素的离子被一些重金属离子置换，从而使被破裂的硅—氧四面体（SiO4）的键重新连接起来，形成表面坚固的化学稳定性好的键，以此来提高玻璃的化学稳定性，这就是所谓的离子交换法。第一种方法是在抛光结束前的几分钟内，在玻璃表面加入浓度为10～20%左右的数滴氯化物如NiCL2、CuCL2等，在抛光过程中使金属镍、铜、锌等离子和玻璃中碱金属离子进行交换，使玻璃表面生成不溶于水的硅酸盐，然后用湿纱布消除碱金属盐。第二种方法是在抛光结束后，在玻璃的抛光表面涂擦氯化盐溶液，让其反应约3min左右后，然后消除碱金属盐。 上述離子交换法对ZK、ZF、ZBaF系列中的玻璃均有一定效果，但此法浓度大小和反应时间不易控制，浓度过大或反应时间过长都会使玻璃表面容易出现划痕，另外对不同的玻璃牌号所采用的浓度亦不相同，故在具体操作时不易掌握。
4.临时涂层保护法。就是把已抛光好的表面用涂层和外界屏蔽起来，免受周围介质的侵蚀，待加工完后，可随时清洗掉涂层。这些涂层是由一些清漆、酚醛树脂、丙烯酸清漆等按一定比例配制而成，如：①2123酚醛树脂80g，配160ml无水乙醇；②607环氧树脂10g，配40ml无水乙醇；③7304防雾剂10g，配无水乙醇40g；④α—弧烯树脂30g，配香蕉水100g。其腐蚀率能从约50%下降到5～2%。且这些临时涂层法具有快速、工艺简单、成本低、适用于大批量生产等特点，但值得指出的是，在采用这些方法时应严格按照工艺进行细心操作，才能取得较好的效果。
5.零件冷加工后的存放方法。
光学零件冷加工后，如不能及时进行后续的加工，则会因为存放的环境不适宜如温湿度较大等，零件表面仍然会产生腐蚀。因此存放过程中如果保护不当，将会前功尽弃。那么怎样做才能防患于未然呢？
首先要保证存放环境适宜。温度22℃±5℃，湿度≤60%；
其次要对零件清洗干净的表面均匀涂一层保护漆（清漆+乙酸乙酯=3：1），并进行干燥；
最后进行包装、妥放放置。
另外，必要的话可以在零件涂好保护、包装后连同包装盒一起进行抽真空处理，降低空气与零件接触的机会则更好。
三、结语
光学玻璃尤其是化学稳定性差、易被腐蚀的玻璃牌号（高折射率、高透过率）被广泛应用于教育、安防、医药、科研等众多领域，因此研究光学玻璃防腐蚀方法的意义越来越重要。光学零件冷加工中防腐蚀方法多种多样、各有千秋，其中采用临时保护涂层法较为有效（腐蚀率可下降至5～2%以下），辅以零件冷加工后科学有效的存贮方法将对ZK、ZF、ZBaF等系列材料零件的防腐蚀具有重要的借鉴意义。随着科技的发展和不断深入的研究，光学零件冷加工中的防腐蚀工艺方法必然会更加完善。
参考文献：
[1]丁驰竹，赵鑫，郑丹光学零件CAD与加工工艺[M].北京：化学工业出版社，2013.
[2]祝贞凤，张跃武.光学零件制造工艺及质量控制方法研究[J].质量与可靠性.2013，（6）.
【关键词】 光学零件冷加工；防腐蚀；方法
简单地说光学零件冷加工也就是对已经熔炼好的光学材料进行切割、铣磨、精磨、抛光、清洗等，在这些过程中，由于受到各工序所用辅料和环境温、湿度的影响，光学玻璃抛光表面的腐蚀现象极其普遍，被腐蚀的比例低则10%以上，高则达到100%，极大地影响光学玻璃的生产和利用。研究表明，采用临时涂层保护法对易腐蚀的ZF、ZK、ZBaF等玻璃具有比较好的效果。
一、防腐蚀方法的难点
因为每种玻璃熔炼时都必须要保证它的光学性能及物理化学性能，因此很难做到用改变玻璃的化学组成来提高玻璃的化学稳定性。
1.以R2O—PbO—SiO2成份为基础的ZF系列稳定性差。我们知道，硅酸盐玻璃的耐潮性首先决定于二氧化硅的含量，硅氧四面体（SiO4）相互连接程度愈大则稳定性愈好。若玻璃中碱土金属氧化物（RO）的含量增大，玻璃中硅氧结构网络断裂愈多会使玻璃的稳定性下降。同样，若玻璃中碱金属氧化物（如R2O）的含量增大则稳定性也会下降。各种氧化物对玻璃的影响一般可归结为：①SiO2含量增大，玻璃的稳定性强；②R2O含量增加，玻璃的稳定性下降；③RO含量增加，玻璃的稳定性下降。因此，对以R2O—PbO—SiO2成份为基础的ZF系玻璃来说，其PbO含量可达65～70%，稳定性很差。
2.对以BaO—ZnO—B2O3—SiO2成份为基础的ZK系列稳定性差。ZK系列对玻璃来说，其Ba含量可45～50%，稳定性很差。例如，ZK11玻璃的Ba含量为48.9%，其耐潮性和耐酸性均为三级。实践证明，ZK5、6、7、9、10、11系列，ZBaF3、5、12、14系列以及LaK、ZF、LaF系列等玻璃的耐潮性和耐酸性都比较差。
研究认为，对重冕玻璃引入适量的ZnO可改善玻璃的光学性能和化学稳定性。试验表明，对ZK1玻璃增加1.5%AL2O3和1.5%ZnO，其结果抗酸性和抗潮性仍为三级并无改善。由此可以推出：通过改变玻璃的化学组成来提高化学稳定性是相当困难的，过量改变化学组成将引起玻璃本身光学性能的改变。
二、光学零件冷加工中防腐蚀方法
1.酸—石蜡保护法。其工艺一般是先将零件清洗后，浸入0.5～l%的乙酸溶液中（零件经酸处理的时间和温度根据被处理的玻璃牌号而定），然后将零件浸入无水酒精溶液中约20min左右，此时硅酸膜层脱水而生成透明的二氧化硅，最后把零件放入石蜡中加热至220～230℃左右，经30min左右后取出零件，并用汽油和乙醚清洗。该方法的优点在于对耐酸玻璃有一定的防腐蚀效果，缺点在于对不耐酸玻璃或对表面粗糙度要求较细的零件不宜采用。
2.有机硅及其化合物保护膜。该方法是依据氛硅烷的水解作用以液体或汽相镀在光学零件上形成疏水膜的原理来保护玻璃抛光表面的。若氯硅烷单体为R2SiCL2，先把它水解成有机硅膜，然后经脱水牢固地结合在玻璃表面。①用有机硅及其化合物处理玻璃表面用得较多的品种有：二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷等。一般处理工艺是将已清洗好的零件放入浓度为5～10%的溶液中约30min后取出，然后在温度为100℃的烘箱内加热或在温度为200℃下加热15min待冷却后用混合液擦拭。②用十二烷基三甲氧基硅烷对冷加工中零件的抛光表面进行防腐蚀处理，在其中配入0.5～10%的无水乙醚溶液，先用浸泡法或擦拭法处理零件，然后在120℃温度下烘2h使其固化后再涂上中性保护漆。该处理方法对ZF6等玻璃取得了较好的防腐蚀效果，但当浓度过大时，对不耐酸的玻璃有明显的腐蚀作用，所以也有一定的局限性。③用有机硅氟材料对冷加工中的零件进行防腐蚀处理时，将1g有机硅氟材料溶解在约20mL异丙醇中，然后再将溶液加入到中性脱水防护漆中，其比例为在每100mL的中性脱水防护漆中加入约为5mL的溶液，零件经清擦后先在250℃红外灯下烘烤，然后再涂上此保护漆。该处理方法对ZK5、ZK11、F6等玻璃取得了较好防腐蚀效果。
有学者研究指出当玻璃处于加工状态时，玻璃表面表现出急剧的疏水性能，但在大多数情况下，不能把硅树脂薄膜当作光学零件的保护膜，其原因在于疏水过程中将会受到氯硅烷的水解产物—盐酸的强烈破坏，以至于最后在玻璃表面产生斑痕。总的说来，用有机硅及其化合物处理光学零件抛光表面，对耐酸的玻璃有一定防腐蚀效果，而对不耐酸的玻璃則又有一定的腐蚀作用。
3.离子交换法。由于在玻璃中碱金属氧化物R2O和碱土金属氧化物RO含量过高，在这些氧化物中含有K、Na、Pb、Ba等活泼元素，这些活泼元素易和外界的水、酸、碱、盐等介质作用生成它们的盐类，因此就会逐步在玻璃的表面上形成腐蚀斑痕。那么，若改变上述的一些活泼元素，这将会影响玻璃的光学特性，所以是否可以设想在不改变玻璃的化学组成而改变其表面的结构，使那些活泼元素的离子被一些重金属离子置换，从而使被破裂的硅—氧四面体（SiO4）的键重新连接起来，形成表面坚固的化学稳定性好的键，以此来提高玻璃的化学稳定性，这就是所谓的离子交换法。第一种方法是在抛光结束前的几分钟内，在玻璃表面加入浓度为10～20%左右的数滴氯化物如NiCL2、CuCL2等，在抛光过程中使金属镍、铜、锌等离子和玻璃中碱金属离子进行交换，使玻璃表面生成不溶于水的硅酸盐，然后用湿纱布消除碱金属盐。第二种方法是在抛光结束后，在玻璃的抛光表面涂擦氯化盐溶液，让其反应约3min左右后，然后消除碱金属盐。 上述離子交换法对ZK、ZF、ZBaF系列中的玻璃均有一定效果，但此法浓度大小和反应时间不易控制，浓度过大或反应时间过长都会使玻璃表面容易出现划痕，另外对不同的玻璃牌号所采用的浓度亦不相同，故在具体操作时不易掌握。
4.临时涂层保护法。就是把已抛光好的表面用涂层和外界屏蔽起来，免受周围介质的侵蚀，待加工完后，可随时清洗掉涂层。这些涂层是由一些清漆、酚醛树脂、丙烯酸清漆等按一定比例配制而成，如：①2123酚醛树脂80g，配160ml无水乙醇；②607环氧树脂10g，配40ml无水乙醇；③7304防雾剂10g，配无水乙醇40g；④α—弧烯树脂30g，配香蕉水100g。其腐蚀率能从约50%下降到5～2%。且这些临时涂层法具有快速、工艺简单、成本低、适用于大批量生产等特点，但值得指出的是，在采用这些方法时应严格按照工艺进行细心操作，才能取得较好的效果。
5.零件冷加工后的存放方法。
光学零件冷加工后，如不能及时进行后续的加工，则会因为存放的环境不适宜如温湿度较大等，零件表面仍然会产生腐蚀。因此存放过程中如果保护不当，将会前功尽弃。那么怎样做才能防患于未然呢？
首先要保证存放环境适宜。温度22℃±5℃，湿度≤60%；
其次要对零件清洗干净的表面均匀涂一层保护漆（清漆+乙酸乙酯=3：1），并进行干燥；
最后进行包装、妥放放置。
另外，必要的话可以在零件涂好保护、包装后连同包装盒一起进行抽真空处理，降低空气与零件接触的机会则更好。
三、结语
光学玻璃尤其是化学稳定性差、易被腐蚀的玻璃牌号（高折射率、高透过率）被广泛应用于教育、安防、医药、科研等众多领域，因此研究光学玻璃防腐蚀方法的意义越来越重要。光学零件冷加工中防腐蚀方法多种多样、各有千秋，其中采用临时保护涂层法较为有效（腐蚀率可下降至5～2%以下），辅以零件冷加工后科学有效的存贮方法将对ZK、ZF、ZBaF等系列材料零件的防腐蚀具有重要的借鉴意义。随着科技的发展和不断深入的研究，光学零件冷加工中的防腐蚀工艺方法必然会更加完善。
参考文献：
[1]丁驰竹，赵鑫，郑丹光学零件CAD与加工工艺[M].北京：化学工业出版社，2013.
[2]祝贞凤，张跃武.光学零件制造工艺及质量控制方法研究[J].质量与可靠性.2013，（6）.