Ударное воздействие наносекундных лазерных импульсов на поверхность бескислородной меди в воде

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Проведена модификация поверхности бескислородной меди излучением сфокусированного пучка наносекундного твердотельного лазера под слоем воды при плотности энергии Wp = 20–32 Дж/см2. Воздействие производилось на образец при наличии поглощающего покрытия и без него. Выявлено, что при плотности энергии излучения 32 Дж/см2 без покрытия возникала впадина глубиной около 2.75 мкм, тогда как при наличии покрытия это значение возрастало до 5 мкм. Получена зависимость глубины впадины от плотности энергии лазерного импульса. Проведена оценка ударного воздействия мощного наносекундного лазерного импульса на бескислородную медь.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Ю. Железнов

Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 18

Т. В. Малинский

Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 18

С. И. Миколуцкий

Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 18

В. Е. Рогалин

Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 18

Ю. В. Хомич

Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 18

В. А. Ямщиков

Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 18

А. А. Сергеев

Балтийский государственный технический университет “ВОЕНМЕХ” им. Д.Ф. Устинова

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 190005 Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, 1

С. В. Ивакин

Балтийский государственный технический университет “ВОЕНМЕХ” им. Д.Ф. Устинова

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 190005 Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, 1

И. А. Каплунов

Тверской государственный университет

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 170100 Тверь, ул. Желябова, 33

А. И. Иванова

Тверской государственный университет

Email: mikolserg@mail.ru
Russian Federation, 170100 Тверь, ул. Желябова, 33

References

  1. Zheleznov V. Yu., Malinskiy T. V., Mikolutskiy S. I., Khomich Yu. V. Improving the Properties of Metal-Ceramic Joints by Means of Laser Pretreatment // J. Commun. Technol. Electron. 2023. V. 68. № 9. P. 1061–1066. https://doi.org/10.1134/S1064226923090292
  2. Железнов В.Ю., Малинский Т.В., Рогалин В.Е., Хасая Р.Р., Хомич Ю.В., Исаков В.В., Козлов А.Л., Новиков И.А., Ножницкий Ю.А., Шибаев С.А. Лазерные технологии, сопутствующие лазерной ударной обработке деталей: очистка, полировка, наплавка // УПФ. 2023. Т. 11. № 4. С. 340–355. https://doi.org/10.51368/2307-4469-2023-11-4-340-355
  3. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Образование наноструктур на поверхности твердых тел при лазерном плавлении // ДАН. 2011. Т. 438. № 4. С. 460–464.
  4. Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Формирование наноструктур при лазерном плавлении поверхности твердых тел // ДАН. 2008. Т. 419. № 6. С. 754–758.
  5. Миколуцкий С.И., Хомич В.Ю., Ямщиков В.А., Токарев В.Н., Шмаков В.А. Исследование процессов формирования наноструктур на поверхности материалов под действием излучения ArF-лазера // УПФ. 2013. Т. 1. № 5. С. 548–552.
  6. Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Основы создания систем электроразрядного возбуждения мощных CO2-, N2- и F2- лазеров. М.: Физматлит, 2014. 164 с.
  7. Аскарьян Г.А., Прохоров А.М., Чантурия Г.Ф., Шипуло Г.П. Луч ОКГ в жидкости // ЖЭТФ. 1963. Т. 44. № 6. С. 2180–2182.
  8. Peyre P., Fabbro R., Merrien P., Lieurade H.P. Laser Shock Processing of Aluminium Alloys. Application to High Cycle Fatigue Behavior // Mater. Sci. Eng. A. 1996. V. 210. P. 102–113. https://doi.org/10.1016/0921-5093(95)10084-9
  9. Мухаметрахимов М.Х. Твердофазная свариваемость листов титанового сплава ВТ6 при пониженной температуре // Письма о материалах. 2015. № 2 (5). C. 194–197. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2015-2-194-197
  10. Лутфуллин Р.Я., Мухаметрахимов М.Х., Валитов В.А., Мухтаров Ш.Х., Классман П.А. Наноструктурирование и твердофазная сварка труднообрабатываемых сплавов // Перспективные материалы. 2011. № 12. C. 295–300.
  11. Вашуков Ю.А., Еленев В.Д., Железнов Ю.А., Малинский Т.В., Миколуцкий С.И., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Влияние лазерной перфорации элементов диффузионно-сварного соединения “керамика-медь-керамика” на его механические свойства // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 2. С. 214–219. https://doi.org/10.31857/S0002337X21020147
  12. Khomich Yu.V., Mikolutskiy S.I., Rogalin V.E., Kaplunov I.A., Ivanova A.I. Heat Treatment of the Surface of the ChS57 Alloy with Powerful Nanosecond Ultraviolet Laser Pulses // Key Eng. Mater. 2021. V. 887. P. 345–350. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.887.345
  13. Mikolutskiy S.I., Khomich Yu.V. Effect of Nanosecond Ultraviolet Laser Radiation on the Structure and Adhesion Properties of Metals and Alloys // Phys. Met. Metallogr. 2021. V. 122. № 2. P. 148–153. https://doi.org/10.1134/S0031918X21020083
  14. Munther M., Martin T., Tajyar A., Hackel L., Beheshti A., Davami K. Laser Shock Peening and Its Effects on Microstructure and Properties of Additively Manufactured Metal Alloys: A Review // Eng. Res. Express. 2020. V. 2. P. 022001. https://doi.org/10.1088/2631-8695/ab9b16
  15. Новиков И.А., Ножницкий Ю.А., Шибаев С.А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор) // Авиационные двигатели. 2022. Т. 2. № 15. С. 59–81. https://doi.org/10.54349/26586061_2022_1_59
  16. Рогалин В.Е. Оптическая стойкость медных зеркал для мощных импульсных ТЕА CО2-лазеров // Материаловедение. 2013. № 9. С. 34–42.
  17. Николаев А.К., Костин С.А. Медь и жаропрочные медные сплавы. М.: ДПК Пресс, 2012. 715 с.
  18. Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. М.: Машиностроение, 2004. 337 с.
  19. Малинский Т.В., Рогалин В.Е., Ямщиков В.А. Пластическая деформация меди и ее сплавов при воздействии наносекундным ультрафиолетовым лазерным импульсом // ФММ. 2022. Т. 123. № 2. С. 192–199. https://doi.org/10.31857/S0015323022020073
  20. Khomich Yu.V., Malinskiy T.V., Rogalin V.E., Yamshchikov V.A., Kaplunov I.A. Modification of the Surface of Copper and Its Alloys due to Impact to Nanosecond Ultraviolet Laser Pulses // Acta Astronautica. 2022. V. 194. P. 434–441. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.11.033
  21. Окатов М.А., Антонов Э.А., Байгожин А. и др. Справочник технолога–оптика. СПб.: Политехника, 2004. 679 с.
  22. ГОСТ 16214–86. Лента поливинилхлоридная электроизоляционная с липким слоем. Технические условия.
  23. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970. 272 с.
  24. Davis J. R. Copper and Copper Alloys. Almere: ASM international, 2001. 652 p.
  25. Joseph G., Kundig K.J.A. Copper: Its Trade, Manufacture, Use, and Environmental Status. Almere: ASM international, 1998. 451 p.
  26. Sasaki K., Takda N. Liquid-Phase Laser Ablation // Pure Appl. Chem. 2010. V. 82. № 6. P. 1317–1327. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-09-10-23
  27. Yang Z., Liu X., Tian Y. Novel Metal–Organic Super–Hydrophobic Surface Fabricated by Nanosecond Laser Irradiation in Solution // Colloids Surf., A. 2020. V. 587. P. 124343. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.124343
  28. Bonse J. Quo Vadis LIPSS?—Recent and Future Trends on Laser-Induced Periodic Surface Structures // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 10. P. 1950. https://doi.org/10.3390/nano10101950
  29. Достовалов А.В., Корольков В.П., Терентьев В.С., Окотруб К.А., Дульцев Ф.Н., Бабин С.А. Исследование формирования термохимических лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур на пленках Cr, Ti, Ni и NiCr фемтосекундным излучением // Квантовая электроника. 2017. Т. 47. № 7. С. 631–637.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup for laser radiation treatment in a cuvette with water: 1 - solid-state Nd:YAG-laser; 2 - set generator; 3 - spatial filter; 4 - Faraday insulator; 5 - amplifier; 6, 8 - mirrors; 7 - lens; 9 - sample fixing device (cuvette); 10 - water; 11 - treated sample; 12 - two-coordinate displacement system; 13 - pulse energy meter.

Download (15KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Surface of oxygen-free copper after laser treatment in water with energy density of 30 J/cm2 ((a), (c), (e) - without coating; (b), (d), (e) - with coating): (a) and (b) - two-dimensional profilometry data; (c) and (d) - center profiles; (e) and (f) - microphotographs.

Download (63KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the depression depth on the radiation energy density for the case with coating (1), without coating (2).

Download (2KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM images of the surface of uncoated oxygen-free copper after laser treatment in water with an energy density of 32 J/cm2.

Download (61KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Surface of uncoated oxygen-free copper after laser treatment in water with energy density of 25 J/cm2: (a) - profilogram, (b) - surface profile along the marked line.

Download (26KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences