Study of surface hydrophilicity of metallic materials modified by ultraviolet laser radiation

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 222 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ увеличении времени лазерного воздействия контактный угол смачивания TiNi изменяется быстрее и эффективнее по сравнению со сталью. Во-вторых, минимальные значения контактного угла также различаются. При одинаковой продолжительности ультрафиолетового лазерного воздействия контактный угол смачивания образцов TiNi в 1,5…2 раза ниже, чем у стальных образцов. Таким образом, ультрафиолетовая лазерная обработка поверхности образцов никелида титана и стали эффективно меняет их гидрофильность, причем при одинаковых параметрах лазерной обработки сплав TiNi становится более гидрофильным, чем сталь. Поскольку смачиваемость материалов регулируется тонким поверхностным слоем (первыми атомными слоями поверхности), то любое изменение физико-химических свойств поверхности может на нее влиять [31]. На сегодняшний день у исследователей нет единого мнения о механизмах изменения гидрофильности при различных методах модификации поверхности. Существует множество гипотез о причинах изменения степени гидрофильности материалов, и они часто противоречивы. На смачиваемость поверхности большое влияние оказывают фазовый и химический состав поверхности, фактор микрогеометрии поверхности, ее текстура, шероховатость, структура, а также полярность поверхности, которая является одной из важных характеристик, Рис. 3. Зависимость контактного угла смачивания от продолжительности УФ-лазерного воздействия Fig. 3. The dependence of contact wetting angle on the duration of UV laser treatment влияющей на сродство к воде [21, 22, 27, 32]. По одной из гипотез уменьшение контактного угла смачивания, т. е. увеличение степени гидрофильности, может происходить в результате очистки поверхности материалов от органических загрязнений [4, 33–35]. С одной стороны, известно, что контаминация поверхности металлов органическими соединениями с преобладанием углеводородных групп в молекуле приводит к гидрофобизации поверхности, поэтому удаление с поверхности материалов органических загрязнителей может приводить к умеренному увеличению гидрофильности поверхности [35]. В то же время в ряде работ сообщается об отсутствии влияния очистки поверхности от органических загрязнений на ее гидрофильность [36, 37]. С другой стороны, оксиды металлов обладают повышенной гидрофильностью и могут химически изменять смачиваемость поверхности из-за их сильного сродства к гидроксилированию [27, 38]. Повышение степени гидрофильности может также происходить за счет процесса фотоокисления при обработке поверхности материалов [35]. В частности, диоксид титана при воздействии УФ-излучения становится супергидрофильным за счет своей фотокаталитической активности [39]. В работах [26, 40] сообщается о лазерном оксидировании металлических поверхностей при облучении как в воде, так и на воздухе, что связано с возможными процессами возбуждения, ионизации и диссоциации атмосферного кислорода. Известно, что лазерная обработка, вызывая окисление поверхности и повышая содержание кислорода на обработанных поверхностях, может способствовать увеличению их гидрофильности [27]. При этом тонкая окисная пленка, существующая на поверхности металлов, не защищает материал от дальнейшего взаимодействия с кислородом [15, 41–43]. Таким образом, в нашем случае изменение степени гидрофильности металлических материалов может быть также связано с насыщением поверхности атмосферным кислородом и ее окислением. Данные по изменению количества кислорода на поверхности никелида титана и стали после лазерного облучения, полученные с помощью ЭДС при РЭМ-исследовании структуры, и данные рентгенофазового анализа (РФА), представленные на рис. 4–7, свидетельствуют о насы-

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1