Фам Д.К., Чан В.Д., Буй Т.Х., Фыонг Т.Т.Д

Донской государственный технический университет, Россия.

Наноструктурирование поверхности твердых тел лазерным излучением: Состояние и перспектива

В технике, наряду с созданием новых материалов, обладающих высокой технологичностью, улучшение свойств исходных материалов стало одним из важнейших научных задач. Среди многих методов для достижения этого цели, появился новый и эффективный метод - наноструктурирование поверхности твердых тел лазерным излучением. Наноструктурирование поверхности твердых тел лазерным излучением исследуют уже более 10 лет. Создание структур нанометрового масштаба на поверхности твердых тел приводит к улучшению физичеческих и механических свойств материалов. В некоторых случаях, наноструктурирование позволяет повышать стойкость материала до 10 раз.

Образование наноструктуры на поверхности материалов выполняется двумя методами: прямым поверхностным наноструктурированием, т.е. в случае, когда наноструктурирование идет под действием лазерного пучка, непосредственно направленного на поверхность материала; образованием наноструктурных покрытий, которое происходит при осаждении продуктов абляции на поверхности подложки, удаленной на некотором расстоянии от мишени. При теоретическом моделировании процесса наноструктурирования поверхности тел после действия лазерного излучения, установлена зависимость размеров наноструктуры от параметров лазерного источника и тепловых свойств исходного материала [2,3].

Установленные закономерности формирования наноструктуры поверхности металлов после оплавления подтверждаются экспериментом. В частности, экспериментальное изучение проведено на различных материалах: Ti, Au, Al, Cu, Cr, Ni, сплавы алюминия с углеродом, фосфором и кремнием при разных длительностях и разных количествах лазерного импульса, в диапазоне плотности энергии 0,6- 4,0 [1,2]. С помощью атомной силовой микроскопии наблюдали на поверхности материала наноструктуру размера 20-500нм. В зависимости от плотности энергии лазера, на поверхности может быть еще появляться микроструктура или аморфная структура.

Рис.1. Фотографии типа 2D и 3D рельефа на поверхности титана после облучения наносекундным ArF - лазером с длиной 193нм[2].

На основе нашего изучения о состоянии и перспективе лазерного наноструктурирования поверхности материалов, поставлена задача определить оптимальный режим лазерного излучения для каждого материала, особенно для инструментальных материалов, так как повышение твердости этих материалов дает большую значимость в развитии технологии машиностроения.

1. И.Н. Завестовская, Лазерное наноструктурирование поверхности материалов, Квантовая Электроника, 2010, Том 40, № 11, с. 942-954

2. С.И. Миколуцкий, В.Ю. Хомич, В.А. Шмаков, В.А. Ямщиков, Зарождение и рост наноструктур на поверхности твердого тела, оплавленного лазерным импульсом, Российские нанотехнологии, 2011-Т.6, № 11-12 – С. 65-69.

3. В.Н.Токарев, В.Ю.Хомич, В.А. Шмаков, Формирование наноструктур при лазерном плавлении поверхности твердых тел, Доклады академии наук, 2008, Том 419, № 6, с. 754–758.