Влияние фемтосекундного лазерного облучения на структурно-фазовое состояние поверхности металлических сплавов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

С применением методов оптической, сканирующей электронной микроскопии, гонеометрии и профилометрии исследовано влияние фемтосекундного лазерного излучения с различной поверхностной плотностью энергии и числом падающих импульсов на изменение морфологии поверхности широко используемых для сооружения строительных конструкций стали Ст.08кп и сплава алюминия марки АД1Н. Показано, что в зависимости от режимов облучения возможно формирование различного типа поверхностных микро- и наноструктур, в том числе многоуровневого рельефа, и возникновение полимодальной шероховатости, что обусловило реализацию гетерогенного режима смачивания и появление супергидрофобных свойств поверхностей сплавов как непосредственно после облучения лазером, так при необходимости и в процессе последующей гидрофобизации с применением химического воздействия.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Василий Дмитриевич Кошевар

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

Author for correspondence.
Email: koshevar@bas-net.by
ORCID iD: 0000-0002-6224-9915

д.х.н., проф.

Belarus, 220072, г. Минск, ул. Сурганова, д. 9, корп. 1

Ирина Ивановна Кажуро

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

Email: koshevar@bas-net.by
ORCID iD: 0009-0009-6293-3037

к.х.н.

Belarus, 220072, г. Минск, ул. Сурганова, д. 9, корп. 1

Александра Сергеевна Письменская

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

Email: koshevar@bas-net.by
ORCID iD: 0009-0004-1563-4337
Belarus, 220072, г. Минск, ул. Сурганова, д. 9, корп. 1

Валентина Георгиевна Шкадрецова

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

Email: koshevar@bas-net.by
ORCID iD: 0000-0002-2331-2336
Belarus, 220072, г. Минск, ул. Сурганова, д. 9, корп. 1

References

  1. Ликшат П., Шилле Дж., Мюллер М., Вайсмантель С., Райсс Г. Сравнительное исследование микроструктурирования стали с использованием пико- и фемтосекундных лазерных импульсов // Материалы 31-го Междунар. конгресса по применению лазеров и электрооптики (ICALEO). Анахайм, 2012. С. 1261–1266.
  2. Рупасов А. Е., Данилов П. А., Ионин А. А., Смирнов Н. А., Кудряшов С. И., Хмельницкий Р. А., Шелыгина С. Н., Левченко А. О., Ширяев В. С. Взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения с халькогенидными стеклами различного состава // Опт. и спектр. 2022. Т. 130. № 4. C. 550–554.
  3. Малинский Т. В.,Рогалин В. Е., Ямщиков В. А. Пластическая деформация меди и ее сплавов при воздействии наносекундным ультрафиолетовым лазерным импульсом // Физика металлов и металловедение. 2022. T. 123. № 2. С. 192–199. https://doi.org/10.31857/s0015323022020073
  4. Ашитков С. И., Комаров П. С., Овчинников А. В., Струлёва Е. В., Жаховский В. В., Иногамов Н. А., Агранат М. Б. Абляция металлов и образование наноструктур под действием фемтосекундных лазерных импульсов // Квант. электроника. 2014. Т. 44. № 6. С. 535–539 [Ashitkov S. I., Komarov P. S., Ovchinnikov A. V., Struleva E. V., Zhakhovskii V. V., Inogamov N. A., Agranat M. B. Ablation and nanostructuring of metals by femtosecond laser pulses // Quantum Electronics. 2014. V. 44. N 6. P. 535–539. https://doi.org/10.1070/QE2014v044n06ABEH015448 ].
  5. Nayk B. K., Mool C. G. Ultrafast laser-induced self-organized conical micro/nano surface structures and their origen // Optics and Laser in Engineering. 2010. V. 48. N 10. P. 966–973. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2010.05.009
  6. Кочуев Д. А., Чкалов Р. В., Прокошев В. Г., Хорьков К. С. Воздействие лазерного излучения на поверхность твердого тела и формирование микро- и наноструктур // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. T. 84. № 3. С. 443–446. https://doi.org/10.31857/S0367676520030151
  7. Костюшко Б. Б., Светохин В. В., Явтушенко И. О. Исследование влияния различных факторов на структурирование металлов фемтосекундными лазерными импульсами // Изв. вузов. Поволжский регион. 2019. Т. 49. № 1. С. 2105–114. https://doi.org/10.21685/2072-3040-2019-1-9
  8. Явтушенко И. О., Кадочкин А. Е., Новиков С. Г., Беринцев А. В. Столяров Д. А. Экспериментальное исследование процесса структурирования поверхности металла фемтосекундными лазерными импульсами высокой мощности // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2013. Т. 15. № 4 (5). С.1033–1037.
  9. Vorobyev A. Y., Guo C. Femtosecond laser structuring of titanium implants // Appl. Surface Sci. 2007. N 253. P. 7272–7280. https://doi.org/10.1016//j.apsus.2007.03.06
  10. Струлева И. Е., Комаров П. С., Ромашевский С. А., Евлашин С. А., Ашитков С. И. Фемтосекундная лазерная обляция // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59. № 5. С. 663–667. https://doi.org/10.31857/S0040364421050197/

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Images of the surfaces of samples of steel (а–в) and aluminum alloy (г–е), control samples (а, г), during irradiation in mode No. 1 of steel (б) and aluminum alloy (д) and in mode No. 2 of steel (в) and aluminum alloy (г).

Download (791KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Images obtained using electron microscopy with different magnifications of steel surfaces after irradiation with a femtosecond laser in mode No. 2 (energy per pulse 3 μJ, peak energy density per pulse 0.25 J•cm–2, number of pulses at point N 1440 pcs., power density per pulse 1.6•1012 W•cm–2).

Download (676KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Profilograms of alloy samples after surface treatment with a femtosecond laser.

Download (103KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Photographs of water drops on the surface of steel (а, б) and aluminum alloy (в, г).

Download (144KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Static contact angle of water wetting in the Wenzel (а, в) and Cassie–Baxter (б, г) states, respectively, homogeneous and heterogeneous wetting modes.

Download (69KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the contact angle of wetting on the content of functionalized aerosil in a solution of fluorinated varnish and the number of applied coating layers on substrates of aluminum alloy AD1N (а) and steel St08kp (б), irradiated with a femtosecond laser in mode No. 1 (energy per pulse 2 μJ, peak energy density per pulse 0.25 J cm–2, number pulses at point N 1440 pcs., power density per pulse 0.45•1012 W•cm–2).

Download (106KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences