EVOLYuTsIYa MIKROSTRUKTURY PRIPOVERKhNOSTNOGO SLOYa MEDI PRI TERMOTsIKLIROVANII LAZERNYMI IMPUL'SAMI NANOSEKUNDNOY DLITEL'NOSTI

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Исследованы механизмы формирования поверхностного рельефа на объемных образцах меди при воздействии лазерных импульсов (длительность 10 нс, длина волны 355 нм) в доабляционном режиме. Экспериментально установлено, что в процессе облучения при плотностях энергии 0.60–1.05 Дж/см2 на поверхности образцов в локальных областях вблизи границ зерен формируется характерная система выступов/впадин, высота/глубина которых достигает 500 нм. Методами оптической профилометрии, конфокальной сканирующей лазерной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии установлена деформационная природа формирующегося рельефа. При этом в тонком приповерхностном слое вблизи границ зерен обнаруживаются следы развития пластической деформации: наноразмерные двойниковые пластины, дислокации и малоугловые дислокационные границы. Молекулярно-динамическое моделирование показало, что основной физической причиной развития рассматриваемого рельефа является анизотропия теплового расширения различно ориентированных зерен (кристаллитов) при циклическом нагреве до предплавильных температур. Установлено, что термомеханические напряжения, возникающие в приповерхностном слое, превышают предел текучести материала, что приводит к необратимой пластической деформации. Показано накопление структурных изменений с ростом как плотности энергии, так и числа импульсов. Полученные результаты важны для понимания механизмов деградации структуры металлов при циклическом импульсном термомеханическом нагружении и могут быть использованы, в частности, для разработки методов повышения эксплуатационной стойкости металлооптики.

References

  1. В. Е. Рогалин, К. М. Крымский, Радиотехн. и электрон. 68, 1236 (2023).
  2. В. Я. Панченко, Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок, Физматлит, Москва (2009).
  3. А. Г. Григорьянц, А. И. Мисюров, Технологические процессы лазерной обработки, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва (2006).
  4. В. Ю. Хомич, В. А. Шмаков, УФН 185, 489 (2015).
  5. И. А. Новиков, Ю. А. Ножницкий, С. А. Шибаев, Авиационные двигатели 2, 59 (2022).
  6. Kaichang Yu, Haichuan Shi, Peilei Zhang, Zhishui Yu, Hua Yan, and Qinghua Lu, J. Mater. Sci. 59, 1819 (2024).
  7. Н. А. Иногамов, Ю. В. Петров, В. А. Хохлов, В. В. Жаховский, ТВТ 58, 689 (2020).
  8. С. И. Анисимов, Я. А. Имас, Г. С. Романов, Ю. В. Ходыко, Действие излучения большой мощности на металлы, Наука, Москва (1970).
  9. Ф. Мирзоев, ЖТФ 72, 53 (2002).
  10. С. В. Васильев, А. Ю. Иванов, В. А. Лиопо, ИФЖ 80, 12 (2007).
  11. K. Vegel and P. J. Beckland, Appl. Phys. 36, 3697 (1965).
  12. Л. Н. Лариков, В. Ф. Мазанко, В. М. Фальченко, Физика и химия обработки материалов 6, 144 (1983).
  13. Р. Е. Ровинский, В. Е. Рогалин, В. М. Розенберг, М. Д. Теплицкий, Физика и химия обработки материалов 3, 7 (1980).
  14. G. Liedl, R. Pospichal, and S. P. Murzin, Comput. Opt. 41, 504 (2017).
  15. Т. В. Малинский, С. И. Миколуцкий, В. Е. Рогалин и др., Письма в ЖТФ 46, 51 (2020).
  16. Yu. V. Khomich, T. V. Malinskiy, V. E. Rogalin, V. A. Yamshchikov, and I. A. Kaplunov, Acta Astronaut. 194, 434 (2022).
  17. Т. В. Малинский, В. Е. Рогалин, Ж ТФ92, 268 (2022).
  18. Т. В. Малинский, В. Е. Рогалин, В. А. Ямщиков, ФММ 123, 192 (2022).
  19. Т. В. Малинский, В. Е. Рогалин, В. Я. Шур, Д. К. Кузнецов, ФММ 124, 653 (2023).
  20. В. И. Спицын, О. А. Троицкий, Электропластическая деформация металлов, Наука, Москва (1985).
  21. В. И. Карась, В. И. Соколенко, ФММ 188, 1156 (2018).
  22. И. М. Неклюдов, Я. Д. Стародубов, В. И. Соколенко, УФЖ 50, 113 (2005).
  23. Х. А. Тяпунина, E. K. Наими, Г. М. Зиненкова, Действие ультразвука на кристаллы с дефектами, Изд-во МГУ, Москва (1999).
  24. Г. В. Островская, А. Н. Зайдель, УФН 111, 579 (1973).
  25. И. А. Каплунов, В. Е. Рогалин, Изв. Сочинского гос. ун-та 2-4, 120 (2013).
  26. Ю. Р. Колобов, С. С. Манохин, В. И. Бетехтин, А. Г. Кадомцев, М. В. Нарыкова, Г. В. Одинцова, Г. В. Храмов, Письма в ЖТФ 48, 15 (2022).
  27. M. M. Budzevich, V. V. Zhakhovsky, C. T. White, and I. I. Oleynik, Phys. Rev. Lett. 109, 125505 (2012).
  28. В. А. Хохлов, В. В. Жаховский, Н. А. Иногамов и др., Письма в ЖЭТФ 115, 523 (2022).
  29. V. Zhakhovsky, Y. Kolobov, S. Ashitkov et al., Phys. Fluids 35, 096104 (2023).
  30. I. V. Nelasov, A. I. Kartamyshev, A. O. Boev, A. G. Lipnitskii, Yu. R. Kolobov, and Truong Khang Nguyen, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 29, 065007 (2021).
  31. В. А. Алексеев, С. А. Батанов, И. В. Митричев, А. А. Караханов, А. И. Моксяков, Г. А. Рябикова, С. А. Филин, Метод подготовки оптической поверхности металлических заготовок для глубокой штамповки, Патент РФ 2042456, 27.08.1995.
  32. З. И. Ашурлы, М. К. Ильин, Н. И. Конюшкина, А. Г. Отсeчкин, С. А. Филин, В. И. Ямпольский, Метод высокоскоростной абразивной обработки детали из материала, Патент РФ 2000915, 15.10.1993.
  33. Eduardo Montoya, Sara Bals, Marta D. Rossell, Dominique Schryvers, and Gustaaf Van Tendeloo, Microsc. Res. Tech. 70, 1060 (2007).
  34. R. J. Clifton, Appl. Mech. Rev. 43(5S), S9 (1990).
  35. M. A. Meyers, D. J. Benson, O. V¨ohringer, B. K. Kad, Q. Xue, and H.-H. Fu, Mater. Sci. Eng. A 322, 194 (2002).
  36. E. B. Zaretsky and G. I. Kanel, J. Appl. Phys. 114, 083511 (2013).
  37. Y. Mishin, M. J. Mehl, D. A. Papaconstantopoulos, A. F. Voter, and J. D. Kress, Phys. Rev. B 63, 224106 (2001).
  38. P. Hirel, Comput. Phys. Comm. 197, 212 (2015).
  39. A. P. Thompson, H. M. Aktulga, R. Berger et al., Comp. Phys. Comm. 271, 108171 (2022).
  40. A. Stukowski, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2009).
  41. R. Perriot, V. Zhakhovsky, N. Inogamov, and I. Oleynik, J. Phys.: Conf. Ser. 500, 172008 (2014). EAM potential for Cu is available via https://doi.org/10.13140/RG.2.2.30152.02562
  42. V. V. Zhakhovskii, N. A. Inogamov, Yu. V. Petrov, S. I. Ashitkov, and K. Nishihara, Appl. Surf. Sci. 255, 9592 (2009).
  43. D. I. Zhukhovitskii and V. V. Zhakhovsky, J. Chem. Phys. 152, 224705 (2020).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences