Синтез нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии с применением фокусаторов излучения
Мурзин С.П.

Аннотация:
Разработан метод синтеза нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии. В результате проведённых исследований структуры сплава методом растровой электронной микроскопии установлено следующее. При различных режимах в зависимости от интенсивности импульсно-периодической лазерной обработки с термоциклированием медно-цинкового сплава Л62 в приповерхностном слое материала формируются микрополости различных форм: от глобулярной размером до 10 мкм с выступами и впадинами до вытянутой каплевидной и клинообразной шириной до 10 мкм и длиной более 50 мкм. В исследуемом диапазоне режимов воздействия  в латуни Л62 образуются субмикропоры с характерным размером, не превышающим 1 мкм, а на более интенсивных режимах – шириной менее 1 мкм и длиной более 20 мкм. При исследовании тонкой структуры медно-цинкового сплава Л62 после импульсно-периодической лазерной обработки с термоциклированием установлено, что микрополости вытянутой каплевидной и клинообразной форм и субмикрополости сужаются у своих краёв с образованием протяжённых наноразмерных каналов шириной не более 100 нм и длиной более 10 мкм.

Ключевые слова :
воздействие лазерное, материал металлический, наноструктура, деформирование циклическое упруго-пластическое, фокусатор излучения.

Литература:

  1. Chakravarty, R. Role of nanoporous materials in radiochemical separations for biomedical applications / R. Chakravarty, A. Dash // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2013. – Vol. 13 (4). – P. 2431-2450.
  2. Lu, S. Nanoporous and nanostructured materials for catalysis, sensor, and gas separation applications / S. Lu // Journal of Nanomaterials. – 2006. – Vol. 2006 – Article ID 48548, 2 p.
  3. Dong, C. Fabrication and functionalization of tunable nanoporous copper structures by hybrid laser deposition and chemical dealloying / C. Dong, M. Zhong, L. Li, T. Huang, M. Ma // Science of Advanced Materials. – 2012. – Vol. 4 (2). – P. 204-213.
  4. Jia, F.L. Nanoporous metal (Cu, Ag, Au) films with high surface area: General fabrication and preliminary electrochemical performance / F.L. Jia, C.F. Yu, K.J. Deng, L.Z. Zhang // Journal of Physical Chemistry C. – 2007. – Vol. 111 (24). – P. 8424-8431.
  5. Shin, H.C. Nanoporous structures prepared by an electrochemical deposition process / H.C. Shin, J. Dong, M. Liu // Advanced Materials. – 2003. – Vol. 15 (19). – P. 1610-1614.
  6. Viswanath, B. Nanoporous Pt with high surface area by reaction-limited aggregation of nanoparticles / B. Viswanath, S. Patra, N. Munichandraiah, N. Ravishankar // Langmuir. – 2009. – Vol. 25 (5). – P. 3115-3121.
  7. Erlebacher, J. Geometric characterization of nanoporous metals / J. Erlebacher, I. McCue // Acta Materialia. – 2012. – Vol. 60 (17). – P. 6164-6174.
  8. Erlebacher, J. Dealloyed Nanoporous Metals for PEM Fuel Cell Catalysis / J. Erlebacher, J. Snyder // ECS Transactions. – 2009. – Vol. 25 (1). – P. 603-612.
  9. Hinze, B. Production of nanoporous superalloy membranes by load-free coarsening of γ′-precipitates / B. Hinze, J. Rösler, F. Schmitz // Acta Materialia. – 2011. – Vol. 59 (8). – P. 3049-3060.
  10. Necker, M. Development of Ni-Fe-Al-based alloys precipitating cubic γ′ for fabrication of nanoporous membranes / M. Necker, J. Rösler, F. Stahl // Journal of Materials Science. – 2013. – Vol. 48(11). – P. 4008-4015.
  11. Petrenec, M. Effect of cyclic heat treatment on cast structure of TiAl alloy / M. Petrenec, E. Vraspírová, K. Nemec, M. Heczko // Key Engineering Materials. – 2014. – Vol. 586. – P. 222-225.
  12. Lv, Z.Q. Effect of cyclic heat treatments on spheroidizing behavior of cementite in high carbon steel / Z.Q. Lv, B. Wang, Z.H. Wang, S.H. Sun, W.T. Fu // Materials Science and Engineering A. – 2013. – Vol. 574. – P. 143-148.
  13. Мурзин, С.П. Исследование механизмов формирования нанопористой структуры в многокомпонентной латуни при термоциклировании лазерным воздействием / С.П. Мурзин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 4-1. – С. 270-274. – ISSN 1990-5378.
  14. Мурзин, С.П. Термоциклирование импульсно-периодическим лазерным воздействием для формирования нанопористой структуры в металлическом материале / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, Е.В. Шокова, Н.В. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 1. – С. 99-104. – ISSN 0134-2452.
  15. Мурзин, С.П. Применение фокусаторов излучения для создания металлических нанопористых материалов с высокой удельной площадью поверхности лазерным воздействием / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.А. Мельников, Н.В. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 2. – С. 226-232. – ISSN 0134-2452.
  16. Мурзин, С.П. Разработка способов интенсификации формирования нанопористых структур металлических  материалов селективной лазерной сублимацией компонентов сплавов / С.П. Мурзин // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 2. – С. 175-179. – ISSN 0134-2452.
  17. Мурзин, С.П. Формирование нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго пластическим деформированием при лазерном воздействии / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, Е.Л. Осетров, А.М. Никифоров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2010. – Т. 12, № 4.– С. 182-185. – ISSN 1990-5378.
  18. Volkov, A.V. A method for the diffractive microrelief forming using the layered photoresist growth / A.V. Volkov, N.L. Kazanskiy, O.Ju. Moiseev, V.A. Soifer // Optics and Lasers in Engineering. – 1998. – Vol. 29, N 4-5. – P. 281-288.
  19. Pavelyev, V.S. Formation of diffractive microrelief on diamond film surface / V.S. Pavelyev, S.A. Borodin, N.L. Kazanskiy, G.F. Kostyuk, A.V. Volkov // Optics & Laser Technology. – 2007. – Vol. 39, N 6. – P. 1234-1238.
  20. Bezus, E.A. Evanescent-wave interferometric nanoscale photolithography using guided-mode resonant gratings / E.A. Bezus, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy // Microelectronic Engineering. – 2011. – Vol. 88, N 2. – P. 170-174.
  21. Казанский, Н.Л. Исследовательско-технологический центр дифракционной оптики // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13, № 4-1. – С. 54-62.
  22. Казанский, Н.Л. Исследовательский комплекс для решения задач компьютерной оптики / Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. – 2006.– № 29. – С. 58-77. – ISSN 0134-2452.
  23. Doskolovich, L.L. Focusators for laser-branding / L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, S.I. Kharitonov, G.V. Usplenjev // Optics and Lasers in Engineering. – 1991. – Vol. 15, № 5. – P. 311-322.
  24. Kazanskiy, N.L. Computer-aided design of diffractive optical elements / N.L. Kazanskiy, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer // Optical Engineering. – 1994. – Vol. 33, № 10. – P. 3156-3166.
  25. Doskolovich, L.L. A method of designing diffractive optical elements focusing into plane areas / L.L. Doskolovich, N.L. Kazansky, S.I. Kharitonov, V.A. Soifer // Journal of Modern Optics. – 1996. – Vol. 43, № 7. – P. 1423-1433.
  26. Golovashkin, D.L. Solving Diffractive Optics Problem using Graphics Processing Units / D.L. Golovashkin, N.L. Kazanskiy // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2011. – Vol. 20, № 2. – P. 85–89.
  27. Khonina, S.N. Vortex phase transmission function as a factor to reduce the focal spot of high-aperture focusing system / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, S.G. Volotovsky // Journal of Modern Optics. – 2011. – Vol. 58, № 9. – P. 748–760.
  28. Досколович, Л.Л. Исследование оптических систем управления передачей высоких энергий / Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский, В.И. Мордасов, С.П. Мурзин, С.И. Харитонов // Компьютерная оптика. – 2002. – № 23. – С. 40-43. – ISSN 0134-2452.
  29. Мурзин, С.П. Исследования температурных полей в конструкционной стали при воздействии лазерных потоков, сформированных фокусаторами излучения / С.П. Мурзин, Е.Л. Осетров // Компьютерная оптика. – 2007. – Т. 31. № 3. – С. 59-62. – ISSN 0134-2452.
  30. Murzin, S.P. Increasing the efficiency of laser treatment of materials using elements of computer optics / S.P. Murzin // Journal of Advanced Materials. – 2003. – Vol. 10, N 2. – P. 181-185. – ISSN 0969-6849.
  31. Kazanskiy, N.L. Synthesis of nanoporous structures in metallic materials under laser action / N.L. Kazanskiy, S.P. Murzin, Ye.L. Osetrov, V.I. Tregub // Optics and Lasers in Engineering. – 2011. – Vol. 49, N 11. – P. 1264-1267.
  32. Murzin, S.P. Exposure to laser radiation for creation of metal materials nanoporous structures / S.P. Murzin // Optics & Laser Technology. – 2013. – Vol. 48. – P. 509-512.
  33. Казанский, Н.Л. Применение фокусаторов излучения при формировании нанопористых структур твердокристаллических материалов / Н.Л. Казанский, С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.В. Меженин // Компьютерная оптика. – 2007. – Т. 31, № 2. – С. 48-51.
  34. Казанский, Н.Л. Формирование лазерного излучения для создания наноразмерных пористых структур материалов / Н.Л. Казанский, С.П. Мурзин, А.В. Меженин, Е.Л. Осетров // Компьютерная оптика. – 2008. – Т. 32, № 3. – С. 246-248.
  35. Казанский, Н.Л. Оптическая система для проведения селективной лазерной сублимации компонентов металлических сплавов / Н.Л. Казанский, С.П. Мурзин, В.И. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 4. – С. 481-486.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20