ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Print ISSN: 1727-2769    Online ISSN: 2658-3747
English | Русский

Последний выпуск
№1-2(46-47) Январь-Июнь 2020

Смачивание поверхностей алюминиево-магниевого сплава после обработки лазерным излучением

Выпуск № 3 (44) июль-сентябрь 2019
Авторы:

Феоктистов Дмитрий Владимирович,
Орлова Евгения Георгиевна
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1727-2769-2019-3-18-33
Аннотация

На поверхностях алюминиево-магниевого сплава наносекундным лазерным излучением в условиях фиксированной плотности энергии, варьируя скорость линейного перемещения луча и количество линий его прохода, получены упорядоченные текстуры, состоящие из элементов в форме кратеров. Определены трехмерные параметры шероховатости, их зависимости от параметров лазерной обработки алюминиево-магниевого сплава. Свойства смачиваемости поверхностей оценивались по величине статического контактного угла, измеренного с использованием оборудования теневой оптической методики. Установлено, что непосредственно после текстурирования поверхности алюминиево-магниевого сплава свойства смачиваемости улучшаются, со временем они ухудшаются (зарегистрирован рост контактного угла). Сформулирована гипотеза о том, что неравномерное содержание кислорода по поверхности после ее лазерного текстурирования связано не только с термохимическим механизмом преобразований в металле приповерхностного слоя, но и с длительностью периода релаксации теплового поля, а также с механизмом формообразования элемента текстуры (кратера). Обнаружено, что на поверхностях с меньшим содержанием кислорода в приповерхностном слое контактный угол стабилизируется быстрее.


Ключевые слова: смачивание, статический контактный угол, текстура, лазерное излучение, алюминиево-магниевый сплав, содержание кислорода

Список литературы
  1. Fabrication of nano-structured super-hydrophobic film on aluminum by controllable immersing method / R. Wu, S. Liang, A. Pan, Z. Yuan, Y. Tang, X. Tan, D. Guan, Y. Yu // Applied Surface Science. – 2012. – Vol. 258. – P. 5933–5937. – DOI: 10.1016/j.apsusc. 2011.10.029.
  2. Laser textured superhydrophobic surfaces and their applications for homogeneous spot deposition / V.D. Ta, A. Dunn, T. Wasley, J. Li, R.W. Kay, J. Stringer, P. J. Smith, E. Esenturk, C. Connaughton, J.D. Shepharda // Applied Surface Science. – 2016. – Vol. 365. – P. 153–159. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.01.019.
  3. Anti-biofouling superhydrophobic surface fabricated by picosecond laser texturing of stainless steel / K. Sun, H. Yanga, W. Xue, A. He, D. Zhu, W. Liu, K. Adeyemi, Y. Cao // Applied Surface Science. – 2018. – Vol. 436. – P. 263–267. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.12.012.
  4. Investigation on bacterial adhesion and colonisation resistance over laser-machined micro patterned surfaces / A. Chebolu, B. Laha, M. Ghosh, Nagahanumaiah // Micro and Nano Letters. – 2013. – Vol. 8. – P. 280–283. – DOI: 10.1049/mnl.2013.0109.
  5. Min T. Design and fabrication of super-hydrophobic surfaces by laser micro/nano-processing: Ph.D. Thesis. – Singapore: National University of Singapore, 2012. – 142 p.
  6. Nanosecond laser micro- and nanotexturing for the design of a superhydrophobic coating robust against long-term contact with water, cavitation, and abrasion / A.M. Emelyanenko, F.M. Shagieva, A.G. Domantovsky, L.B. Boinovich // Applied Surface Science. – 2015. – Vol. 332. – P. 513–517. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.01.202.
  7. Not simply repel water: the diversified nature of corrosion protection by superhydrophobic coatings / L.B. Boinovich, A.M. Emelyanenko, A.D. Modestov, A.G. Domantovsky, K.A. Emelyanenko // Mendeleev Communications. – 2017. – Vol. 27. – P. 254–256. – DOI: 10.1016/j.mencom.2017.05.012.
  8. Vorobyev A.Y., Guo C. Multifunctional surfaces produced by femtosecond laser pulses // Journal of Applied Physics. – 2015. – Vol. 117. – P. 033103-1–033103-5. – DOI: 10.1063/ 1.4905616.
  9. Gamaly E.G. Femtosecond laser-matter interaction: theory, experiments and applications. – Singapore: Pan Stanford Publishing, 2011. – 350 p.
  10. Synergistic effect of superhydrophobicity and oxidized layers on corrosion resistance of aluminum alloy surface textured by nanosecond laser treatment / L.B. Boinovich, A.M. Emelyanenko, A.D. Modestov, A.G. Domantovsky, K.A. Emelyanenko // ACS Applied Materials and Interfaces. – 2015. – Vol. 7. – P. 19500–19508. – DOI: 10.1021/ acsami.5b06217.
  11. Superhydrophobic surfaces fabricated by femtosecond laser with tunable water adhesion: from lotus leaf to rose petal / J. Long, P. Fan, D. Gong, D. Jiang, H. Zhang, L. Li, M. Zhong // ACS Applied Materials and Interfaces. – 2015. – Vol. 7. – P. 9858–9865. – DOI: 10.1021/ acsami.5b01870.
  12. Surface texturing of aluminium alloy AA2024-T3 by picosecond laser: effect on wettability and corrosion properties / J.I. Ahuir-Torres, M.A. Arenas, W. Perrie, G. Dearden, J. de Damborenea // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 321. – P. 279–291. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.04.056.
  13. Combined surface hardening and laser patterning approach for functionalising stainless steel surfaces / A. Garcia-Giron, J.-M. Romano, Y. Liang, B. Dashtbozorg, H. Dong, P. Pencheva, S.S. Dimov // Applied Surface Science. – 2018. – Vol. 439. – P. 516–524. – DOI: 10.1016/j. apsusc.2018.01.012.
  14. Triangular laser-induced submicron textures for functionalising stainless steel surfaces / J.-M. Romano, A. Garcia-Giron, P. Penchev, S. Dimov // Applied Surface Science. – 2018. – Vol. 440. – P. 162–169. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.01.086.
  15. Kietzig A.-M., Hatzikiriakos S.G., Englezos P. Patterned superhydrophobic metallic surfaces // Langmuir. – 2009. – Vol. 25. – P. 4821–4827. – DOI: 10.1021/la8037582.
  16. Controlling wettability and photochromism in a dual-responsive tungsten oxide film / S. Wang, X. Feng, J. Yao, L. Jiang // Angewandte Chemie International Edition. – 2006. – Vol. 45. – P. 1264–1267. – DOI: 10.1002/anie.200502061.
  17. Comment on «Nanosecond laser textured superhydrophobic metallicsurfaces and their chemical sensing applications» by Duong V. Ta, Andrew Dunn, Thomas J. Wasley, Robert W. Kay, Jonathan Stringer, Patrick J. Smith, Colm Connaughton, Jonathan D. Shephard (Appl. Surf. Sci. 357 (2015) 248–254) / L.B. Boinovich, A.M. Emelyanenko, K.A. Emelyanenko, A.G. Domantovsky, A.A. Shiryaev // Applied Surface Science. – 2016. – Vol. 379. – P. 111–113. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.04.056.
  18. Wang G., Zhang T.-Y. Oxygen adsorption induced superhydrophilic-to-superhydrophobic transition on hierarchical nanostructured CuO surface // Journal of Colloid and Interface Science. – 2012. – Vol. 377. – P. 438–441. – DOI: 10.1016/j.jcis.2012.03.035.
  19. Superhydrophilicity to superhydrophobicity transition of picosecond laser microstructured aluminum in ambient air / J. Long, M. Zhong, H. Zhang, P. Fan // Journal of Colloid and Interface Science. – 2015. – Vol. 441. – P. 1–9. – DOI: 10.1016/j.jcis.2014.11.015.
  20. Time dependency of the hydrophilicity and hydrophobicity of metallic alloys subjected to femtosecond laser irradiations / P. Bizi-bandoki, S. Valette, E. Audourard, S. Benayoun // Applied Surface Science. – 2013. – Vol. 273. – P. 399–407. – DOI: 10.1016/j.apsusc. 2013.02.054.
  21. Hoorfar M., Neumann A.W. Recent progress in axisymmetric drop shape analysis (ADSA) // Advances in Colloid and Interface Science. – 2006. – Vol. 121. – P. 25–49. – DOI: 10.1016/ j.cis.2006.06.001.
  22. Spreading of a distilled water droplet over polished and laser-treated aluminum surfaces / E.G. Orlova, D.V. Feoktistov, G.V. Kuznetsov, K.O. Ponomarev // European Journal of Mechanics B/Fluids. – 2018. – Vol. 68. – P. 118–127. – DOI: 10.1016/j.euromechflu. 2017.12.002.
  23. Генерация ударных волн при взаимодействии мощного лазерного излучения с поликристаллическими мишенями / И.Н. Бурдонский, А.Ю. Гольцов, А.Г. Леонов, К.Н. Ма­каров, И.С. Тимофеев, В.Н. Юфа // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. – 2013. – Т. 36. – С. 8–18.
  24. Thomas T.R. Rough surfaces. – 2nd ed. – London: Imperial College Press, 1999. – 279 p.
  25. Sarbada S., Shin Y.C. Superhydrophobic contoured surfaces created on metal and polymer using a femtosecond laser // Applied Surface Science. – 2017. – Vol. 405. – P. 465–475. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.02.019.
  26. Wenzel R.N. Resistance of solid surfaces to wetting by water // Industrial and Engineering Chemistry. – 1936. – Vol. 28. – P. 988–994. – DOI: 10.1021/ie50320a024.
  27. Influence of laser parameters in surface texturing of Ti6Al4V and AA2024-T3 alloys / J.I. Ahuir-Torres, M.A. Arenas, W. Perrie, J. de Damborenea // Optics and Lasers in Engineering. – 2018. – Vol. 103. – P. 100–109. – DOI: 10.1016/j.optlaseng.2017.12.004.
  28. Chemical composition of dome-shaped structures grown on titanium by multi-pulse Nd: YAG laser irradiation / E. Gyorgy, A. Perez del Pino, P. Serra, J.L. Morenza // Applied Surface Science. – 2004. – Vol. 222. – P. 415–422. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2003.09.010.
  29. Либенсон М.Н. Поверхностные электромагнитные волны в оптике // Соросовский образовательный журнал. – 1996. – № 11. – С. 103–110.
  30. Голубев В.С., Лебедев Ф.В. Физические основы технологических лазеров. – М.: Высшая школа, 1987. – 191 с. – (Лазерная техника и технология; кн. 1).
  31. Oxidation of nano-sized aluminum powders / A.B. Vorozhtsov, M. Lerner, N. Rodkevich, H. Nie, A. Abraham, M. Schoenitzc, E.L. Dreizin // Thermochimica Acta. – 2016. – Vol. 636. – P. 48–56. – DOI: 10.1016/j.tca.2016.05.003.
Благодарности. Финансирование

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, грант № 18-38-00315 мол_а

Для цитирования:

Феоктистов Д.В., Орлова Е.Г. Смачивание поверхностей алюминиево-магниевого сплава после обработки лазерным излучением // Доклады АН ВШ РФ. – 2019. – № 3 (44). – C. 18–33 – doi: 10.17212/1727-2769-2019-3-18-33

For citation:

Feoktistov D.V., Orlova E.G. Smachivanie poverkhnostei alyuminievo-magnievogo splava posle obrabotki lazernym izlucheniem [Wetting of aluminum-magnesium alloy surfaces after laser processing]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii Proceedings of the Russian Higher School Academy of Sciences, 2019, no. 3 (44), pp. 18–33. DOI: 10.17212/1727-2769-2019-3-18-33.

Просмотров: 328