ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 218 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением Татьяна Саблина а, *, Марина Панченко b , Илья Зятиков c, Алексей Пучикин d, Иван Коновалов e, Юрий Панченко f Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, пр. Академический, 2/3, г. Томск, 634055, Россия а https://orcid.org/0000-0002-5941-5732, sabltat@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0003-0236-2227, panchenko.marina4@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0003-3219-9299, zyatikov@lgl.hcei.tsc.ru; d https://orcid.org/0000-0001-6931-9800, puchikin@lgl.hcei.tsc.ru; e https://orcid.org/0000-0002-1166-1416, ivan@lgl.hcei.tsc.ru; f https://orcid.org/0000-0001-8017-7268, yu.n.panchenko@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 218–233 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-218-233 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Основными способами изменения свойств поверхности металлических материалов, используемых как в технике, так и в медицине, являются различные методы нанесения покрытий и различные виды поверхностной обработИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 544.032.65 История статьи: Поступила: 24 сентября 2024 Рецензирование: 05 октября 2024 Принята к печати: 14 октября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Ультрафиолетовое лазерное излучение Поверхность Лазерная обработка Гидрофильность Никелид титана Нержавеющая сталь Краевой угол смачивания Финансирование Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования (проект № 07515-2021-1348). АННОТАЦИЯ Введение. Поверхностная модификация с использованием лазерного излучения является перспективным направлением в области создания новых технологий обработки металлических материалов, в том числе медицинского назначения. Способность лазеров изменять поверхностные характеристики материала и, следовательно, его взаимодействие с окружающей средой вызвала большой интерес среди исследователей. Несмотря на многочисленные рекомендации по использованию лазерной обработки поверхности, до сих пор не хватает систематических и детальных исследований по изучению влияния параметров, в особенности ультрафиолетового лазерного воздействия, на структурно-фазовое состояние и свойства модифицированной поверхности. Целью настоящей работы является исследование гидрофильности поверхности никелида титана и стали после УФ-лазерной обработки. Методы исследования. Экспериментальные образцы из сплава на основе никелида титана TiNi (ТН-10) и нержавеющей стали 12Х18Н9Т подвергали локальному (диаметр пучка 0,5 см) воздействию твердотельного Nd:YAG-лазера на длине волны 266 нм с длительностью импульса ~5 нс и частотой повторения импульса 10 Гц. Воздействие на материал осуществляли при постоянной плотности энергии излучения, равной 0,1 Дж/см2, с изменением продолжительности воздействия от 10 до 600 с. До и после УФ-лазерной обработки определяли смачиваемость поверхности материалов и свободную поверхностную энергию. Структуру, элементный и фазовый состав, а также топографию поверхности никелида титана и стали исследовали с помощью растровой электронной микроскопии с определением элементного состава методом энергодисперсионной спектроскопии, рентгенофазового анализа и профилометрии. Результаты и обсуждение. Ультрафиолетовая лазерная обработка поверхности образцов никелида титана и стали приводит к повышению их гидрофильности. В исходном состоянии краевой угол смачивания составляет ≈75° для обоих материалов, а после ультрафиолетовой лазерной обработки он снижается до 11…13° для TiNi и до ≈22° для стали. Фазовый состав стали в процессе лазерной обработки не изменяется, а на поверхности никелида титана после 420 с обработки регистрируются фазы, принадлежащие оксидам. Ультрафиолетовая лазерная обработка никелида титана и стали приводит к увеличению свободной поверхностной энергии, изменению соотношения ее составляющих (уменьшению дисперсной составляющей и значительному росту полярной составляющей) и увеличению содержания кислорода на поверхности обоих материалов. При длительных временах лазерного воздействия (более 420 с) на поверхности обрабатываемого материала происходят изменения морфологии и топографии, приводящие к увеличению шероховатости. Изменение топографии поверхности (шероховатости) никелида титана не оказывает заметного влияния на смачиваемость поверхности металлических материалов, а для стальных образцов наблюдается незначительная тенденция к снижению краевого угла смачивания с увеличением шероховатости. Степень гидрофильности металлических материалов, характеризующаяся краевым углом смачивания, с увеличением продолжительности лазерного воздействия повышается за счет насыщения поверхности свободным кислородом и увеличения свободной поверхностной энергии (ее полярной составляющей). На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что ультрафиолетовая лазерная обработка является эффективным способом изменения смачиваемости металлических материалов. Для цитирования: Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением / Т.Ю. Саблина, М.Ю. Панченко, И.А. Зятиков, А.В. Пучикин, И.Н. Коновалов, Ю.Н. Панченко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 218–233. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-218-233. ______ *Адрес для переписки Саблина Татьяна Юрьевна, к.т.н., инженер Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, г. Томск, Россия Тел.: +7 913 843-21-78, e-mail: sabltat@mail.ru
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1