graduate student of Chair of Theoretical and Experimental Physics
магистрант кафедры теоретической и экспериментальной физики
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, professor of Chair of Theoretical and Experimental Physics, Honored master of sciences
ассистент кафедры теоретической и экспериментальной физики
PhD (Physics and Mathematics), senior lecturer of Chair of Theoretical and Experimental Physics
кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры теоретической и экспериментальной физики
PhD (Physics and Mathematics), Associate Professor, assistant professor of Chair of Pedagogy and Educational Technologies
кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры педагогики и образовательных технологий
From the moment of their creation, the amorphous metallic alloys draw special attention because of their perfect physicochemical properties such as high strength, low Young’s modulus, and the corrosion resistance. Nowadays, there are several ways for producing bulk metallic glasses but the specimens’ size is limited. Thus, for industrial application as the construction elements, it is necessary to have the technologies of the creation of quality weld joints, using laser beam welding in particular. Moreover, the surface laser treatment is the advanced technology to improve the mechanical properties of amorphous metallic alloys. Herewith, in both cases, the physics of the processes taking place does not vary and their understanding is necessary for the improvement of laser processing, which is a crucial task.
In this paper, the authors studied the influence of laser irradiation on the surface of Zr46(Cu4/5Agy5)46Al8 alloy. The specimen was exposed to the impact of a single laser millisecond impulse (3 ms) with the energy of 3J. The investigation was carried out by the methods of field emission microscopy, X-ray diffraction analysis and the numerical modeling of temperature fields induced by laser irradiation was performed by the COMSOL Multiphysics 5.2 software package.
In the center of a crater, the nanocrystals built into amorphous matrix were detected. By the numerical data, it was established that the cooling rate observed in the experiment should not lead to the crystallization. This may be caused by atomic oxygen founded in the surface layer. The authors detected as well that the oxygen radial distribution is inversely related with the radial interface velocity. The assumption was made that the control over cooling conditions and the atmosphere allows receiving the preliminary determined crystalline structures on the amorphous metallic alloys surface that will improve their (amorphous metallic alloys) mechanical properties.
С момента своего создания аморфные сплавы привлекают огромное внимание благодаря своим превосходным физико-химическим свойствам, к которым относится высокая прочность, низкий модуль упругости и устойчивость к коррозии. На данный момент существует несколько способов получения металлических стекол, однако размер полученных заготовок лимитирован. Поэтому для промышленного применения в качестве элементов конструкций необходимы технологии получения качественных сварных соединений, в частности с помощью лазерной сварки. Кроме того, лазерная обработка поверхности является перспективной технологией для повышения механических свойств аморфных сплавов. При этом в обоих случаях физика протекающих процессов не отличается, а их понимание необходимо для совершенствования технологий лазерной обработки, что, безусловно, является актуальной задачей.
В работе было исследовано влияние лазерного излучения на поверхность аморфного сплава Zr46(Cu4/5Ag1/5)46Al8. Образец подвергался воздействию единичного лазерного импульса миллисекундной длительности (3 мс) и энергией 3 Дж. Исследование выполнялось методами автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, а также было проведено численное моделирования температурных полей, вызванных лазерным излучением, в пакете COMSOL Multiphysics 5.2.
В центре кратера обнаружены нанокристаллы, встроенные в аморфную матрицу. Численным моделированием установлено, что скорость охлаждения, наблюдаемая в эксперименте, не должна приводить к кристаллизации. Причиной этому может быть атомарный кислород, обнаруженный в поверхностном слое. Также выявлено, что распределение кислорода вдоль радиуса кратера находится в обратной зависимости от скорости фронта кристаллизации вдоль того же направления. В работе сделано предположение, что контроль над условиями охлаждения и атмосферой позволяет получить заранее определенные кристаллические структуры на поверхности аморфных сплавов, что повысит их механические свойства.