Термоциклирование импульсно-периодическим лазерным воздействием для формирования нанопористой структуры в металлическом материале
Мурзин С.П., Трегуб В.И., Шокова Е.В., Трегуб Н.В.

Аннотация:
Экспериментально определены режимы импульсно-периодического лазерного воздействия с термоциклированием для формирования в двухкомпонентном сплаве системы Cu-Zn латуни Л62 нанопористой структуры, состоящей из наноразмерных пор преимущественно канального типа. Преобразование лазерного излучения в световое пятно с равномерным распределением плотности мощности осуществлялось с помощью оптической системы, содержащей элемент дифракционной компьютерной оптики – фокусатор излучения. При реализации выбранных режимов обеспечивается локальность по глубине и площади физических процессов, протекающих в зоне термического влияния, при сохранении исходных свойств материала и отсутствии значительных деформаций в остальном объёме. Под влиянием термических напряжений в двухкомпонентной латуни происходит увеличение количества дефектов структуры – вакансий, дислокаций и их скоплений. В материале толщиной 0,05 мм формируются субмикрополости клинообразной формы, которые сужаются у своих краёв с образованием протяжённых наноразмерных каналов шириной не более 100 нм.

Ключевые слова :
термоциклирование, воздействие лазерное, структура нанопористая, материал металлический.

Литература:

  1. Nanoscale technology applied to biological systems / edited by R.S. Greco, R.L. Smith and F.B. Prinz. – Boca Raton, US: CRC Press, 2004. – 512 p.
  2. Advances in nanoporous materials. Vol. 1 / edited by S. Ernst. – London, UK: Elsevier Science, 2009. – 336 p.
  3. Heo, K. Characterisation of pore structures in nanoporous materials for advanced bionanotechnology / K. Heo, J. Yoon, K.S. Jin, S. Jin, M. Ree // IEE Proceedings – Nanobiotechnology. – 2006. – Vol. 153, N 4. – P. 121-128.
  4. Snyder, J. Stabilized nanoporous metals by dealloying ternary alloy precursors / J. Snyder, P. Asanithi, A. Dalton, J. Erlebacher // Advanced Materials. – 2008. – Vol. 20, N 24. – P. 4883-4886.
  5. Weissmüller, J. Nanoporous metals by alloy corrosion: formation and mechanical properties / J. Weissmüller, R.C. Newman, H.-J. Jin, A.M. Hodge, J.W. Kysa // MRS Bulletin. – 2009. – Vol. 34, N 8. – P. 577-586.
  6. Ordered porous solids: recent advances and prospects / edited by V. Valtchev, S. Mintova and M. Tsapatsis. – London, UK: Elsevier Science, 2009. – 800 p.
  7. Hinze, B. Characterization of open-pored metals using image processing / B. Hinze, J. Rösler. In the book “Characterization of Minerals, Metals and Materials” edited by J.-Y. Hwang, S.N. Monteiro, C.-G. Bai, J. Carpenter, M. Cai, D. Firrao and B.-G. Kim. – John Wiley & Sons, Inc., 2012. – P. 185-192.
  8. Казанский, Н.Л. Применение фокусаторов излучения при формировании нанопористых структур твёрдокристаллических материалов / Н.Л. Казанский, С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.В. Меженин // Компьютерная оптика. – 2007. – Т. 31, № 2. – С. 48-51.
  9. 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.
  10. Мурзин, С.П. Создание нанопористых металлических материалов с применением лазерного воздействия / С.П. Мурзин, Е.Л. Осетров, Н.В. Трегуб, А.М. Никифоров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2009. – Т. 11, № 5. – С. 102-105.
  11. Мурзин, С.П. Лазерное наноструктурирование металлических материалов с применением подвижных фокусаторов излучения / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.В. Ме­женин, Е.Л. Осетров // Компьютерная оптика. – 2008. – Т. 32, № 4. – С. 353-356.
  12. Мурзин, С.П. Повышение равномерности глубины зоны образования нанопористых структур при формировании лазерного воздействия фокусатором излучения / С.П. Мурзин, Е.Л. Осетров, Н.В. Трегуб, С.А. Малов // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 2. – С. 219-224.
  13. 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.
  14. Gertsriken, D.S. Determining the duration of mass transfer and the temperature of metal subjected to pulsed deformation / D.S. Gertsriken, A.I. Ignatenko, V.F. Mazan­ko, O.A. Mironova, Yu.V. Fal'chenko, G.K. Kharchenko // The Physics of Metals and Metallography. – 2005. – Vol. 99, N 2. – P. 187-193.
  15. Pogorelov, A.E. Mass transfer mechanism in real crystals by pulsed laser irradiation / A.E. Pogorelov, K.P. Ryabo­shapka, A.F. Zhuravlyov // Journal of Applied Physics. – 2002. – Vol. 92, N 10. – P. 5766-5771.
  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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. Казанский, Н.Л. Исследовательский комплекс для решения задач компьютерной оптики / Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. – 2006.– № 29. – С. 58-77.
  20. 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.
  21. 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.
  22. Kazanskiy, N.L. Research & education center of diffractive optics / N.L. Kazanskiy // Proceedings of SPIE. – 2012. – Vol. 8410. – Art. No. 84100R.
  23. 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.
  24. 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. – С. 270-274.
  25. Пат. 2379229 РФ. Способ наноструктурирования двухфазных и многофазных сплавов / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.В. Меженин, Е.Л. Осетров, А.М. Никифоров, Н.В. Трегуб. Опубл. 20.01.2010, Бюл. № 2.

© 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