Изучены процессы наноструктурирования поверхности карбида титана под воздействием излучения Nd:YAG-лазера с длиной волны 1,06 мкм. Длительность лазерных импульсов — 40 нс, скорость перемещения луча — 10 мм/с. Плотность энергии излучения на поверхности карбида титана при частоте генерации 2000 Гц — 2,06÷6,36 Дж/см2. Представлены результаты ab initio изучения атомной, электронной структуры и упругих характеристик карбида титана TiC и TiC1-хOх (x = 0,25; 0,5; 0,75). Зонная структура TiC, рассчитанная с ис-пользованием теории функционала плотности, соответствует металлическому типу. Показано, что рассчи-танные упругие характеристики карбида титана хорошо согласуются с известными теоретическими и экспе-риментальными оценками. Изучение топографии микроструктур на поверхности карбида титана с использо-ванием метода атомной силовой микроскопии показало, что в зоне прямого лазерного воздействия шерохо-ватость составила 0,254 мкм. Механические характеристики в зонах прямого воздействия лазерного луча и областей температурного влияния исследовались методом наноиндентирования. Установлен эффект нано-структурирования: после лазерного воздействия твердость поверхности карбида титана возрастает до 47,2 ГПа.
The processes of surface nanostructuring of titanium carbide by Nd radiation: YAG-laser with the wavelength of 1.06 microns is investigated. The laser pulse length is 40 ns, the travel rate is 10 mm / s. The radiation energy density on the surface of titanium carbide at the oscillation frequency of 2000 Hz is 2.06 ÷ 6.36 J / cm2. The re-sults of ab initio study of the atomic, electronic structure, and the elastic characteristics of TiC and TiC1-хOх (x = 0,25; 0,5; 0,75) are presented. The band structure of TiC calculated with the use of the density functional theory corresponds to a metal type. It is shown that the calculated elastic properties of titanium carbide are in good agreement with the known theoretical and experimental estimates. The study of the microstructures topog-raphy on the of titanium carbide surface using the atomic force microscopy (AFM) shows that in the area of the direct laser action, the roughness is 0.254 µm. Mechanical properties in the direct laser impingement spots, and in the temperature exposure regions are investigated by the nanoindentation. The effect of nanostructuring is determined: the titanium carbide surface hardness goes up to 47.2 hPa after the laser action
Введение. Улучшение свойств материалов — одна из важнейших научных задач. Новый эффективный метод, позволяющий добиться этой цели, — наноструктурирование поверхности материалов лазерным излучением. В работах О. Н. Крохина и Ю. В. Афанасьева [1, 2] заложены основы наноструктурирования поверхности твердых тел наносекундными лазерными импульсами. Технологии лазерного нано/микроструктурирования поверхности материалов базируются на физических процессах образования структурных объектов микро- и нанометровых размеров при воздействии лазерных импульсов различной интенсивности и длительности [3]. Нано/микроструктуры на поверхности материалов образуются в процессе прямого поверхностного наноструктурирования на основе наносекундных лазеров [4–6]. Другой способ — осаждение продуктов абляции на поверхности подложки, удаленной от мишени [3, 5].