Физический механизм селективного лазерного воздействия короткоимпульсного лазерного излучения на микропоры в непрозрачном материале

   Цель. Исследование физического механизма селективного воздействия лазерного излучения на систему микропор в поверхностном слое непрозрачного материала с высокой теплопроводностью.

   Процедура и методы. Теоретическое исследование специфики прогрева поверхности материала с системой микропор, с использованием нелинейного дифференциального уравнения теплопроводности методом конечных элементов.

   Результаты. Предложен физический механизм селективного воздействия короткоимпульсного лазерного излучения на микропоры в непрозрачном материале. Установлено, что в условиях импульсного прогрева материала специфика распространения изотерм существенно зависит от конфигурации системы микропор. Для верхней микропоры реализуется ускоренный прогрев материала над микропорой и запаздывание прогрева под микропорой. Специфическая картина прогрева материала, дополненная воздействием ударной волны, будет стимулировать движение материала в направлении микропоры и её частичное/полное залечивание.

   Теоретическая и/или практическая значимость. Полученные результаты расширяют представления о физике селективного лазерного залечивания микропор.

1. Gorbunov A. V. Dendritic melting in modulated laser beam // Europhysics Letters. 1993. Vol. 24. No. 9. P. 773–778. DOI: 10.1209/0295-5075/24/9/013.

2. Симонов Ю. В., Ушаков И. В. Механические свойства поверхностных структур титанового сплава ВТ9 после многократной локальной обработки наносекундными лазерными импульсами // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-Математика. 2020. № 2. С. 19–35. DOI: 10.18384/2310-7251-2020-2-19-35.

3. Мирзоев Ф. Х., Панченко В. Я., Шелепин Л. А. Лазерное управление процессами в твердом теле // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. № 1. С. 3–23. DOI: 10.3367/ufnr.0166.199601a.0003.

4. Лазерная сварка новых аустенитных криогенных коррозионностойких сталей, легированных азотом / Капуткина Л. М., Смарыгина И. В., Киндоп В. Э., Капуткин Д. Е. // Чёрные металлы. 2021. № 7. С. 56–62. DOI: 10.17580/chm.2021.07.05.

5. Шинкин В. Н. Предварительная правка стальной полосы // Чёрные металлы. 2018. № 5. С. 34–40.

6. Ushakov I. V., Safronov I. S. Directed changing properties of amorphous and nanostructured metal al-loys with help of nanosecond laser impulses // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 22. P. 77–81. DOI: 10.17580/cisisr.2021.02.14

7. Safronov I. S., Ushakov A. I. Targeted alternation in properties of solid amorphous-nanocrystalline material in exposing to nanosecond laser radiation // Defect and Diffusion Forum. 2021. Vol. 410. P. 469–474. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.410.469.

8. Идентификация и счет эритроцитов нативной донорской крови человека методом цифровой оптической микроскопии с использованием спектрально фильтрованного освещения / Дубровский В. А., Забенков И. В., Карпочева Е. П., Торбин С. О. // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 3. С. 327–341. DOI: 10.21883/OS.2021.03.50660.208-20.

9. Spectroscopy in the gas phase with GaAs/AlGaAs quantum-cascade lasers / Hvozdara L., Gianordoli S., Strasser G., Schrenk W., Unterrainer K., Gornik E., Murthy C. S. S., Kraft M., Pustogow V., Mizaikoff B., Inberg A., Croitoru N. // Applied Optics. 2000. Vol. 39. Iss. 36. Р. 6926–6930. DOI: 10.1364/AO.39.006926.

10. Selective Laser Melting of Aluminum and Its Alloys / Wang Z., Ummethala R., Singh N., Tang S., Suryanarayana C., Eckert J., Prashanth K. G. // Materials. 2020. Vol. 13. Iss. 20. P. 4564. DOI: 10.3390/ma13204564.

11. Densification, Microstructure, and Mechanical Properties of Additively Manufactured 2124 Al-Cu Alloy by Selective Laser Melting / Deng J., Chen C., Zhang W., Li Y., Li R., Zhou K. // Materials. 2020. Vol. 13. Iss. 19. P. 4423. DOI: 10.3390/ma13194423.

12. Kaputkin D. E., Duradji V. N., Kaputkina N. A. Plasma electrolytic processing of bimetals at the anodic process // Letters on Materials. 2021. Vol. 11. P. 433–437. DOI: 10.22226/2410-3535-2021-4-433-437.

13. Laser powder-bed fusion additive manufacturing: Physics of complex melt flow and formation mechanisms of pores, spatter, and denudation zones / Khairallah S. A., Anderson A. T., Rubenchik A., King W. E. // Acta Materialia. 2016. Vol. 108 (16). P. 36–45. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.02.014.

14. Prashanth K. G., Scudino S. Quasicrystallyne composites by additive manufacturing // Key Engineering Materials. 2019. Vol. 818. P. 72–76. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.818.72.

15. Шинкин В. Н. Механика сплошных сред для металлургов. М.: МИСиС, 2014. 628 с.

16. Лазерная абляция: физические представления и приложения (обзор) / Иногамов Н. А., Петров Ю. В., Хохлов В. А., Жаховский В. В. // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. № 4. С. 689–706. DOI: 10.31857/S0040364420040043.

17. Генерация ударных волн и образование кратеров в твердом веществе при кратковременном воздействии лазерного импульса / Гуськов С.Ю., Бородзюк С., Калал М., Касперчик А., Краликова Б., Кроуски Е., Лимпоух И., Машек К., Писарчик Т., Писарчикe П., Пфейфер М., Рохлена К., Скала Й., Уллшмид Й. // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 11. С. 989–1003. DOI: 10.1070/QE2004v034n11ABEH002695.

18. Simulation of Deformation Behavior and Microstructure Evolution during Hot Forging of TC11 Titanium Alloy / Alimov A., Zabelyan D., Burlakov I., Korotkov I., Gladkov Y. // Defect and Diffusion Forum. 2018. Vol. 385. P. 449–454. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.385.449.

19. Ильин А.А. Колачёв Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС – МАТИ, 2009. 520 с.