Определение возможности улучшения трибологических свойств керамики из карбида кремния импульсно-периодической лазерной обработкой
Мурзин С.П., Балякин В.Б., Мельников А.А., Васильев Н.Н., Лихтнер П.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)

 

DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-1-64-69

Аннотация:
Лазерное микроструктурирование поверхности находит применение при улучшении трибологических свойств материалов. Для повышения потенциала практического использования перспективным является расширение функциональных возможностей лазерного микроструктурирования путём применения более распространённых лазерных установок с длительностью импульса в миллисекундном диапазоне. Впервые определена возможность улучшения трибологических свойств поверхности керамики из карбида кремния импульсно-периодической лазерной обработкой с длительностью импульса в миллисекундном диапазоне. Оценивались изменения морфологии обработанной поверхности после импульсно-периодического лазерного воздействия. Установлено, что импульсно-периодическая лазерная обработка с энергией в импульсе 1,1 Дж и длительностью импульса 0,5 мс приводит к сглаживанию углублений на полированной поверхности керамики из карбида кремния. Более интенсивные режимы лазерной обработки приводят к образованию трещин на поверхности материала. Исследования трибологических свойств полученных структур показали, что среднее значение коэффициента трения поверхности после лазерной обработки снизилось на 15 %.

Ключевые слова :
обработка лазерная, микроструктурирование, материал керамический, карбид кремния, поверхность, коэффициент трения.

Литература:

  1. Blatter, A. Lubricated friction of laser micro-patterned sapphire flats // A. Blatter, M. Maillat, S.M. Pimenov, G.A. Sha­feev, A.V. Simakin // Tribology Letters. – 1998. – Vol. 4, Issue 3-4. – P. 237-241.
  2. Etsion, I. State of the art in laser surface texturing / I. Etsion // Journal of Tribology. – 2005. – Vol. 127, Issue 1. – P. 248-253.
  3. Andersson, P. Microlubrication effect by laser-textured steel surfaces / P. Andersson, J. Koskinen, S. Varjus, Y. Gerbig, H. Haefke, S. Georgiou, B. Zhmud, W. Buss // Wear. – 2007. – Vol. 262, Issue 3-4. – P. 369-379.
  4. Seifert, G. Self-organized structure formation on the bottom of femtosecond laser ablation craters in glass / G. Seifert, M. Kaempfe, F. Syrowatka, C. Harnagea, D. Hesse, H. Gra­ener // Applied Physics A: Materials Science and Processing. – 2005. – Vol. 81, Issue 4. – P. 799-803.
  5. Groenendijk, M. Microstructuring using femtosecond pulsed laser ablation / M. Groenendijk, J. Meijer // Journal of Laser Applications. – 2006. – Vol. 18, Issue 3. – P. 227-235.
  6. Radek, N. The average friction coefficient of laser textured surfaces of silicon carbide identified by RSM methodology / N. Radek, J. Pietraszek, B. Antoszewski // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 11, Issue 9. – P. 337-343. – ISSN 1022-6680.
  7. Фалалеев, С.В. Торцовые газодинамические уплотнения / С.В. Фалалеев, Д.К. Новиков, В.Б. Балякин, В.В. Се­дов. – Самара: СНЦ РАН, 2013. – 300 с.
  8. Фалалеев, С.В. Динамика «сухих» уплотнений / С.В. Фа­лалеев, В.Б. Балякин, Д.К. Новиков, Н.И. Россеев, С.Д. Медведев // Газовая промышленность. – 2001. – № 10. – С. 66-68. – ISSN 0016-5581.
  9. Falaleev, S.V. Hydrodynamic characteristics of the face seal taking into account lubricant film breakdown, inertial forces and complex clearance form / S.V. Falaleev // Life Science Journal. – 2014. – Vol. 11, Issue 9. – P. 337-343. – ISSN 1097-8135.
  10. Yu, X.Q. Frictional characteristics of mechanical seals with a laser-textured seal surface / X.Q. Yu, S. He, R.L. Cai // Journal of Materials Processing Technology. – 2002. – Vol. 129, Issue 1-3. – P. 463-466.
  11. 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, Issue 11. – P. 1264-1267.
  12. 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.
  13. Мурзин, С.П. Метод синтеза композиционных наноматериалов металл/оксид импульсно-периодическим лазерным воздействием// Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 3. – С. 469-475. – ISSN 0134-2452.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Мурзин, С.П. Синтез нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии с применением фокусаторов излучения / С.П. Мурзин // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 2. – С. 249-255.
  17. Kazanskiy, N.L. Computer-aided design of diffractive optical elements / N.L. Kazanskiy, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer // Optical Engineering. – 1994. – Vol. 33, Issue 10. – P. 3156-3166.
  18. Doskolovich, L.L. Analysis of quasiperiodic and geometric optical solutions of the problem of focusing into an axial segment / L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer, A.Ye. Tzare­gorodtzev // Optik – International Journal for Light and Electron Optics. – 1995. – Vol. 101, Issue 2. – P. 37-41.
  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, Issue 6. – P. 1234-1238.
  20. Golovashkin, D.L. Solving Diffractive Optics Problems using Graphics Processing Units / D.L. Golovashkin, N.L. Ka­sanskiy // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2011. – Vol. 20, Issue 2. – P. 85-89.
  21. 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, Issue 9. – P. 748-760.
  22. Казанский, Н.Л. Исследовательско-технологический центр дифракционной оптики / Н.Л. Казанский // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13, № 4-1. – С. 54-62.
  23. Kazanskiy, N. Binary beam splitter / N. Kazanskiy, R. Ski­danov // Applied Optics. – 2012. – Vol. 51, Issue 14. – P. 2672-2677.

© 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