Структурно-фазовое состояние приповерхностных слоев титанового сплава ВТ6 после фемтосекундной лазерной обработки

М.В. Жидков, Н.А. Смирнов, Ц. Чэнь ORCID logo , С.И. Кудряшов, М.Н. Япрынцев показать трудоустройства и электронную почту
Получена 21 февраля 2020; Принята 01 апреля 2020;
Цитирование: М.В. Жидков, Н.А. Смирнов, Ц. Чэнь, С.И. Кудряшов, М.Н. Япрынцев. Структурно-фазовое состояние приповерхностных слоев титанового сплава ВТ6 после фемтосекундной лазерной обработки. Письма о материалах. 2020. Т.10. №3. С.243-248
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-3-243-248

Аннотация

Периодические поверхностные структуры, сформированные на поверхности титанового сплава ВТ6 после обработки фемтсекундными лазерными импульсами (320 фс, 1030 нм)Проведена поверхностная обработка образцов титанового сплава ВТ6 лазерными импульсами фемтосекундной длительности (τ = 320 фс, λ =1030 нм). Обработка образцов проводилась на воздухе и в воде. Методами растровой электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа исследовано влияние параметров обработки на топографию поверхности, элементный состав и структурно-фазовое состояние приповерхностных модифицированных слоев. Показано, что обработка с плотностью энергии одиночного импульса 1.2 Дж / см2 приводит к формированию на поверхности титанового сплава ВТ6 периодических поверхностных структур. Период структур зависит от числа импульсов и среды обработки: от ~1010 нм для 1 импульса на воздухе до ~580 нм для 100 импульсов в воде. Показано, что многоимпульсная обработка на воздухе позволяет придавать поверхности сплава ВТ6 супергидрофобные свойства (Θ ~150°). Выявлено, что многоимпульсная обработка как на воздухе, так и в воде, приводит к окислению поверхности с формированием оксида титана TiO и увеличению доли β-Ti в приповерхностных слоях. Методами рентгеноструктурного анализа проведена количественная оценка величины остаточных напряжений 1 рода (макронапряжений) в приповерхностных слоях образцов титанового сплава ВТ6 после фемтосекундного лазерного облучения. Использовалась стандартная съемка по методу sin2ψ и анализ в скользящем рентгеновском пучке (grazing incidence X-ray diffraction или GIXD-метод). Показано, что после обработки с плотностью энергии 1.2 Дж / см2 в приповерхностных слоях (~3 мкм) образцов формируются растягивающие остаточные напряжения. Максимальная величина растягивающих напряжений составляет ~400 МПа.

Ссылки (23)

1. A. A. Ionin, S. I. Kudryashov, S. V. Makarov, A. A. Rudenko, L. V. Seleznev, D. V. Sinitsyn, E. V. Golosov, Yu. R. Kolobov, A. E. Ligachev. Appl. Surf. Sci. 284, 634 (2013). Crossref
2. Y. F. Ivanov, N. N. Koval, S. V. Gorbunov, S. V. Vorobyov, S. V. Konovalov, V. E. Gromov. Russ. Phys. J. 54, 5 (2011). Crossref
3. Yu. F. Ivanov, V. Е. Gromov, S. V. Konovalov, D. V. Zagulyaev, Е. А. Petrikova, А. P. Semin. Prog. Phys. Met. 19, 2 (2018). Crossref
4. M. V. Zhidkov, A. E. Ligachev, Yu. R. Kolobov, G. V. Potemkin, G. E. Remnev. Russ. J. Non-ferrous Metals. 60, 590 (2019). Crossref
5. C. S. R. Nathala, A. Ajami, A. A. Ionin, S. I. Kudryashov, S. V. Makarov, T. Ganz, A. Assion, W. Husinsky. Opt. Express. 23, 5915 (2015). Crossref
6. J. Bonse, S. Höhm, A. Rosenfeld, J. Krüger. Appl. Phys. A. 110, 3 (2013). Crossref
7. C. Albu, A. Dinescu, M. Filipescu, M. Ulmeanu, M. Zamfirescu. Appl. Surf. Sci. 278, 347 (2013). Crossref
8. A. Y. Vorobyev, C. Guo. J. Appl. Phys. 117, 033103 (2015). Crossref
9. Yu. R. Kolobov, M. Yu. Smolyakova, A. Yu. Kolobova, A. A. Ionin, S. I. Kudryashov, S. V. Makarov, P. N. Saltuganov, D. A. Zayarny, A. E. Ligachev. Laser Phys. Lett. 11, 125602 (2014). Crossref
10. A. Y. Vorobyev, V. S. Makin, C. Guo. Phys. Rev. Lett. 102, 234301 (2009). Crossref
11. J. Bonse, R. Koter, M. Hartelt, D. Spaltmann, S. Pentzien, S. Höhm, J. Krüger. Appl. Phys. A. 117, 103 (2014). Crossref
12. A. Jaggessar, H. Shahali, A. Mathew, P. K. D. V. Yarlagadda. J. Nanobiotechnol. 15, 64 (2017). Crossref
13. N. Epperlein, F. Menzel, K. Schwibbert, R. Koter, J. Bonse, J. Sameith, J. Kruger, J. Toepel. Appl Surf Sci. 418, 420 (2017). Crossref
14. A. A. Nastulyavichus, S. I. Kudryashov, I. N. Saraeva, N. A. Smirnov, A. A. Rudenko, E. R. Tolordava, A. A. Ionin. Laser Phys. Lett. 17, 016003 (2019). Crossref
15. E. Fadeeva, V. K. Truong, M. Stiesch, B. N. Chichkov, R. J. Crawford, J. Wang, E. P. Ivanova. Langmuir. 27, 3012 (2011). Crossref
16. V. K. Truong, H. K. Webb, E. Fadeeva, B. N. Chichkov, A. H. F. Wu, R. Lamb, J. Y. Wang, R. J. Crawford, E. P. Ivanova. Biofouling. 28, 539 (2012). Crossref
17. A. Cunha, A.-M. Elie, L. Plawinski, A. P. Serro, A. M. Botelho Do Rego, A. Almeida, M. C. Urdaci, M.-C. Durrieu, R. Vilar. Appl Surf Sci. 360, 485 (2016). Crossref
18. S. Shaikh, S. Kedia, D. Singh, M. Subramanian, S. Sinha. J. Laser Appl. 31, 022011 (2019). Crossref
19. Y. R. Kolobov, E. V. Golosov, T. N. Vershinina, M. V. Zhidkov, A. A. Ionin, S. I. Kudryashov, S. V. Makarov, L. V. Seleznev, D. V. Sinitsyn, A. E. Ligachev. Appl. Phys. A. 119, 241 (2015). Crossref
20. S. J. Skrzypek, A. Baczmanski, W. Ratuszek, E. Kusoir. J. App. Cryst. 34, 427 (2001). Crossref
21. L. B. Boinovich, A. M. Emelyanenko. Russ. Chem. Rev. 77, 7 (2008). Crossref
22. U. Welzel, J. Ligot, P. Lamparter, A. C. Vermeulen, E. J. Mittemeijer. J. Appl. Cryst. 38, 1 (2005). Crossref
23. T. Gnäupel-Herold. J. Appl. Cryst. 45, 573 (2012). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Российский научный фонд - 19-79-00257