Определение условий образования нанопористых структур металлических материалов лазерным воздействием

С. П. Мурзин

Аннотация


Исследовалось воздействие лазерного излучения для создания нанопористой структуры в Cu-Zn сплаве. Лазерная обработка с применением импульсно-периодического излучения при температуре, не превышающей температуру плавления, позволяет формировать устойчивое напряжённое состояние на поверхности образцов. Выяснялись условия образования нанопор преимущественно канального типа при глубине области образования нанопористой структуры не менее 40…45 мкм. Исследования структуры приповерхностного слоя медно-цинкового сплава Л62 после проведения лазерного воздействия показали, что в поперечном сечении поры ориентированы от поверхности вглубь металла, концентрация пор уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. Лазерная обработка создаёт в приповерхностном слое нанопористую структуру. Определены температурно-скоростные режимы обработки, при которых происходит преимущественное образование нанопор канального типа шириной 100 нм, которые формируют нанопористую сеть. Проведено измерение виброскорости образцов. Вне зависимости от частоты внешнего лазерного воздействия максимальные значения виброскоростей имеют место при практически одинаковых частотах, соответствующих частотам собственных колебаний. При таких условиях происходит образование нанопористых структур. Применение демфирующего устройства приводит к снижению значений виброскоростей на порядок, а образования нанопор в металлическом материале не происходит.


Ключ. слова


Обработка лазерная; материал металлический; структура нанопористая; образование; виброскорость

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Chakravarty R., Dash A. Role of nanoporous materials in radiochemical separations for biomedical applications // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2013. V. 13, no. 4. P. 2431-2450.

2. Lu S. Nanoporous and nanostructured materials for catalysis, sensor, and gas separation applications // Journal of Nanomaterials. 2006. V. 2006. Article namber 48548.

3. Dong C., Zhong M., Li L., Huang T., Ma M. Fabrication and functionalization of tunable nanoporous copper structures by hybrid laser deposition and chemical dealloying // Science of Advanced Materials. 2012. V. 4, no. 2. P. 204-213.

4. Jia. F.L., Yu C.F., Deng K.J., Zhang L.Z. Nanoporous metal (Cu, Ag, Au) films with high surface area: General fabrication and preliminary electro-chemical performance // Journal of Physical Chemistry C. 2007. V. 111, no. 24. P. 8424-8431.

5. Shin H.C., Dong J., Liu M. Nanoporous structures prepared by an electro-chemical deposition process // Advanced Materials. 2003. V. 15, no. 19. P. 1610-1614.

6. Murzin S.P. Increasing the efficiency of laser treatment of materials using elements of computer optics // Journal of Advanced Materials. 2003. V. 10, no. 2. P. 181-185.

7. Мурзин С.П., Трегуб В.И., Осетров Е.Л., Никифоров А.М. Формирование нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго пластическим деформированием при лазерном воздействии // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12, № 4(1). С. 182-185.

8. Мурзин С.П. Разработка способов интенсификации формирования нанопористых структур металлических материалов селективной лазерной сублимацией компонентов сплавов // Компьютерная оптика. 2011. Т. 35, № 2. С. 175-179.

9. Мурзин С.П., Осетров Е.Л., Никифоров А.М. Сварка жаропрочных и жаростойких сплавов на никелевой основе импульсным лазерным излучением // Известия Самарского научного центра РАН. 2008. Т. 10, № 3. С. 884-886.

10. Meshkov Yu.Ya., Gertsriken D.S., Mazanko V.F. Mechanism of accelerated mass transfer in metals under pulse loading // Metal Physics and Advanced Technologies. 1997. V. 16, № 4. P. 431-433.

11. Gertsriken D.S., Ignatenko A.I., Mazanko V.F., Mironova O.A., Fal'Chenko Yu.V., Kharchenko G.K. Determining the duration of mass transfer and the temperature of metal subjected to pulsed deformation // Physics of Metals and Metallography. 2005. V. 99, no. 2. P. 187-193.

12. Pogorelov A.E., Ryaboshapka K.P., Zhuravlyov A.F. Mass transfer mechanism in real crystals by pulsed laser irradiation // Journal of Applied Physics. 2002. V. 92, no. 10. P. 5766-5771.

13. Kazanskiy N.L., Murzin S.P., Osetrov Y.L., Tregub V.I. Synthesis of nanoporous structures in metallic materials under laser action // Optics and Lasers in Engineering. 2011. V. 49, no. 11. P. 1264-1267.

14. Murzin S.P. Exposure to laser radiation for creation of metal materials nanoporous structures // Optics and Laser Technology. V. 48. P. 509-512.

15. Мурзин С.П., Меженин А.В., Осетров Е.Л. Расчёт температурных полей в конструкционных материалах в программном комплексе STAR-CD // Известия Самарского научного центра РАН. 2008. Т. 10, № 3. С. 767-771.

16. Казанский Н.Л., Мурзин С.П., Клочков С.Ю. Формирование требуемого энергетического воздействия при лазерной обработке материалов с применением фокусаторов излучения // Компьютерная оптика. 2005. № 28. С. 89-93.

17. Murzin S.P., Kazanskiy N.L. Laseraided formation of nanoporous structures in metal materials with the application of DOE-based optical systems // International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (LAT 2013). 2013. Moscow, Russia. Paper no. LFI3.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/1998-6629-2014-0-5-2(47)-67-74

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533