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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Василий Дмитриевич Кошевар

Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси

Автор, ответственный за переписку.
Email: koshevar@bas-net.by
ORCID iD: 0000-0002-6224-9915

д.х.н., проф.

Белоруссия, 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.

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

Список литературы

  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/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изображения поверхностей образцов стали (а–в) и сплава алюминия (г–е), контрольных образцов (а, г), при облучении в режиме № 1 стали (б) и сплава алюминия (д) и в режиме № 2 — стали (в), сплава алюминия (г).

Скачать (791KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображения, полученные с применением электронной микроскопии с различным увеличением, поверхности стали после облучения фемтосекундным лазером в режиме № 2 (энергия в импульсе 3 мкДж, пиковая плотность энергии в импульсе 0.25 Дж•см–2, число импульсов в точке N 1440 шт., плотность мощности в импульсе 1.6•1012 Вт•см–2).

Скачать (676KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профилограммы образцов сплавов после обработки поверхности фемтосекундным лазером.

Скачать (103KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотографии капель воды на поверхности стали (а, б) и сплава алюминия (в, г).

Скачать (144KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Статический контактный угол смачивания водой в состоянии Венцеля (а, в) и Касси–Бакстера (б, г), соответственно, гомогенного и гетерогенного режимов смачивания.

Скачать (69KB)
Метаданные
7. Рис. 6. 3ависимость краевого угла смачивания от содержания функционализированного аэросила в растворе фторированного лака и количества нанесенных слоев покрытия на подложках сплава алюминия АД1Н (а) и стали Ст08кп (б), подвергнутых облучению фемтосекундным лазером в режиме № 1 (энергия в импульсе 2 мкДж, пиковая плотность энергии в импульсе 0.25 Дж•см–2, число импульсов в точке N 1440 шт., плотность мощности в импульсе 0.45•1012 Вт•см–2).

Скачать (106KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024