Ударное плавление и кристаллизация в титане, облученном ультракоротким лазерным импульсом

by Василий Викторович Жаховский (ФГУП "ВНИИА", ОИВТ РАН)

Thursday 1 Feb 2024, 11:00 → 13:00 Europe/Moscow

Воздействие плавящей ударной волны (УВ) на микроструктуру титана, облученного фемтосекундным лазерным импульсом, исследуется экспериментально и анализируется с помощью гидродинамического и атомистического моделирования. Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии (с анализом микродифракции) описываются микроструктуры приповерхностных слоев образцов технически чистого титана в исходном состоянии и после лазерного воздействия. 
Было обнаружено, что два приповерхностных слоя модифицированного титана образуются по глубине мишени. Быстрая кристаллизации слоя расплава, образованного в УВ скачке, формирует верхний поликристаллический слой из наноразмерных зерен. В более глубоком слое, где плавление стало невозможным из-за ослабления УВ, происходит пластическое деформирование титана с последующей рекристаллизацией, ведущей к формированию более мелких зерен, чем в исходном образце. 
Гидродинамические расчеты с использованием дислокационной модели также указывают на измельчение зерен до глубины, на которой УВ становится упругой. 
Молекулярно-динамическое моделирование монокристаллического образца титана показало, что УВ скачок даже после его ослабления ниже кривой плавления Tm(P) продолжает плавить. Огромное сдвиговое напряжение в узком УВ скачке приводит к аморфизации кристаллической решетки и образованию переохлажденного метастабильного расплава. Этот расплав кристаллизуется в разгрузочном хвосте УВ до тех пор, пока его температура не станет выше Tm(P) из-за быстрого падения давления. Позже кристаллизация приповерхностного слоя продолжится после ухода тепла вглубь образца. 
После ослабления сдвигового напряжения в ударном скачке ниже критического напряжения Френкеля (~12 GPa) холодное механическое плавление прекращается, и начинается пластическое деформирование решетки, ведущее к образованию зерен. Модификация титана по глубине ограничена ослаблением УВ до упругого предела, и может достигать нескольких микрометров. Полученные результаты раскрывают базовые физические механизмы упрочнения поверхности металлов ультракороткими лазерными импульсами. 


Семинар будет проходить в режиме удаленного доступа на базе сервера ZOOM, ссылка на подключение: 

https://us06web.zoom.us/j/3853805150?pwd=VERsRXkzcW5IVEgyU2ZpVWlra0hwdz09&omn=84307426832

Идентификатор конференции: 385 380 5150
Код доступа: BibermanLM