Preview

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МИЛЛИСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ НА МОРФОЛОГИЮ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ ЗОНЫ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ АМОРФНОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Zr-Cu-Ag-Al

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2018-1-90-97

Полный текст:

Аннотация

С момента своего создания аморфные сплавы привлекают огромное внимание благодаря своим превосходным физико-химическим свойствам, к которым относится высокая прочность, низкий модуль упругости и устойчивость к коррозии. На данный момент существует несколько способов получения металлических стекол, однако размер полученных заготовок лимитирован. Поэтому для промышленного применения в качестве элементов конструкций необходимы технологии получения качественных сварных соединений, в частности с помощью лазерной сварки. Кроме того, лазерная обработка поверхности является перспективной технологией для повышения механических свойств аморфных сплавов. При этом в обоих случаях физика протекающих процессов не отличается, а их понимание необходимо для совершенствования технологий лазерной обработки, что, безусловно, является актуальной задачей.

В работе было исследовано влияние лазерного излучения на поверхность аморфного сплава Zr46(Cu4/5Ag1/5)46Al8. Образец подвергался воздействию единичного лазерного импульса миллисекундной длительности (3 мс) и энергией 3 Дж. Исследование выполнялось методами автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, а также было проведено численное моделирования температурных полей, вызванных лазерным излучением, в пакете COMSOL Multiphysics 5.2.

В центре кратера обнаружены нанокристаллы, встроенные в аморфную матрицу. Численным моделированием установлено, что скорость охлаждения, наблюдаемая в эксперименте, не должна приводить к кристаллизации. Причиной этому может быть атомарный кислород, обнаруженный в поверхностном слое. Также выявлено, что распределение кислорода вдоль радиуса кратера находится в обратной зависимости от скорости фронта кристаллизации вдоль того же направления. В работе сделано предположение, что контроль над условиями охлаждения и атмосферой позволяет получить заранее определенные кристаллические структуры на поверхности аморфных сплавов, что повысит их механические свойства.

Об авторах

А. А. Шлыкова
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
Россия

Шлыкова Александра Александровна - магистрант кафедры теоретической и экспериментальной физики.
392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33. Тел.: (4752)72-34-34



В. А. Федоров
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
Россия

Федотов Дмитрий Юрьевич - ассистент кафедры теоретической и экспериментальной физики.
392000,  Тамбов, ул. Интернациональная, 33. Тел.: (4752)72-34-34



М. Ф. Гасанов
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
Россия

Гасанов Михаил Фахраддинович - кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры теоретической и экспериментальной физики.

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33.  Тел.: (4752) 72-34-34



А. В. Яковлев
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
Россия

Яковлев Алексей Владимирович - кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры педагогики  и образовательных технологий.

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33. Тел.: (4752)72-34-34



Список литературы

1. Klement W., Willens R.H., Duwez P.O.L. Noncrystalline structure in solidified gold-silicon alloys // Nature. 1960. Vol. 187. № 4740. P. 869-870.

2. Chen H.S., Turnbull D. Formation, stability and structure of palladium-silicon based alloy glasses // Acta Metallurgica. 1969. Vol. 17. № 8. P. 1021-1031.

3. Inoue A. Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys // Acta materialia. 2000. Vol. 48. № 1. P. 279-306.

4. Hays C.C., Kim C.P., Johnson W.L. Large supercooled liquid region and phase separation in the Zr-Ti-Ni-Cu-Be bulk metallic glasses // Applied Physics Letters. 1999. Vol. 75. № 8. P. 1089-1091.

5. Williams E., Lavery N. Laser processing of bulk metallic glass: A review // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 247. P. 73-91.

6. Chen B., Pang S., Han P., Li Y., Yavari A.R., Vaughan G., Zhang T. Improvement in mechanical properties of a Zr-based bulk metallic glass by laser surface treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 504. № Suppl. 1. P. S45-S47.

7. Wu G., Li R., Liu Z., Chen B., Li Y., Cai Y., Zhang T. Induced multiple heterogeneities and related plastic improvement by laser surface treatment in CuZr-based bulk metallic glass // Intermetallics. 2012. Vol. 24. P. 50-55.

8. Huang H., Jun N., Jiang M., Ryoko M., Yan J. Nanosecond pulsed laser irradiation induced hierarchical mi-cro/nanostructures on Zr-based metallic glass substrate // Materials and Design. 2016. Vol. 109. P. 153-161.

9. Lewandowski J.J., Greer A.L. Temperature rise at shear bands in metallic glasses // Nature materials. 2006. Vol. 5. № 1. P. 15.

10. Inoue A., Kimura H. High-strength aluminum alloys containing nanoquasicrystalline particles // Materials Science and Engineering A. 2000. Vol. 286. № 1. P. 1-10.

11. Gao M., Dong J., Huan Y., Wang Y.T., Wang W.-H. Macroscopic tensile plasticity by scalarizating stress distribution in bulk metallic glass // Scientific reports. 2016. Vol. 6. P. 21929.

12. Wang H.-S., Chiou M.-S., Chen H.-G., Jang J.S.-C. The effects of initial welding temperature and welding parameters on the crystallization behaviors of laser spot welded Zr-based bulk metallic glass // Materials Chemistry and Physics. 2011. Vol. 129. № 1-2. P. 547-552.

13. Zhang M., Yao D., Cao Z., Li P., Zhou P., Wang X. Influence of oxidation on the performance of Zr55Cu30Al10Ni5 BMG // Intermetallics. 2016. Vol. 79. P. 20-27.

14. Jiang Q.K., Wang X.D., Nie X.P., Zhang G.Q., Ma H., Fecht H.-J., Bendnarcik J., Franz H., Liu Y.G., Cao Q.P., Jiang J.Z. Zr-(Cu,Ag)-Al bulk metallic glasses // Acta Materialia. 2008. Vol. 56. № 8. P. 1785-1796.

15. Kurz W., Fisher D.J. Fundamentals of Solidification. 3rd ed. Aedermannsdorf: Trans Tech Publication, 1992. 305 p.

16. Inoue A. Recent progress of Zr-based bulk amorphous alloys // Science reports of the Research Institutes Tohoku University Series A-Physics. 1996. Vol. 42. № 1. P. 1-11.

17. Стеценко В.Ю. Влияние сорбции и десорбции водорода и кислорода на процессы модифицирования и кристаллизации сплавов // Литьё и металлургия. 2010. № 3. С. 91-96.

18. Zhang L.C., Xu J., Ma E. Mechanically alloyed amorphous Ti50 (Cu045Ni055)44-xAlx Si4B2 alloys with supercooled liquid region // Journal of materials research. 2002. Vol. 17. № 7. P. 1743-1749.

19. Черняева Т.П., Стукалов А.И., Грицина В.М. Поведение кислорода в цирконии // Вопросы атомной науки и техники. 2000. № 2. С. 71-85.

20. Zhang L.C. Crystallization Behavior and Control of Amorphous Alloys // Advances in Crystallization Processes. Croatia: InTech, 2012. P. 185-216.

21. Inoue A., Zhang T., Saida J., Matsushita M., Chen M.W., Sakurai T. Formation of icosahedral quasicrystalline phase in Zr-Al-Ni-Cu-M (M=Ag, Pd, Au or Pt) systems // Materials Transactions, JIM. 1999. Vol. 40. № 10. P. 1181-1184.


Для цитирования:


Шлыкова А.А., Федоров В.А., Гасанов М.Ф., Яковлев А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МИЛЛИСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ НА МОРФОЛОГИЮ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ ЗОНЫ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ АМОРФНОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Zr-Cu-Ag-Al. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2018;(1):90-97. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2018-1-90-97

For citation:


Shlykova A.A., Fedorov V.A., Gasanov M.F., Yakovlev A.V. THE STUDY OF INFLUENCE OF MILLISECOND LASER IRRADIATION ON THE MORPHOLOGY AND CRYSTALLIZATION OF A THERMO-ACTIVATION ZONE FOR Zr-Cu-Ag-Al BULK AMORPHOUS ALLOY. Science Vector of Togliatti State University. 2018;(1):90-97. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2018-1-90-97

Просмотров: 7


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)