Interakcija nanosekundnog i pikosekundnog impulsnog laserskog zračenja sa površinom legure Ti6A14V

Abstract

Istraživanja sprovedena u okviru ove disertacije prvenstveno doprinose razumevanju osnovnh procesa koji se odvijaju prilikom interakcije legure Ti6Al4V i laserske svetlosti. Postojala je mogućnost za ispitivanje parametara laserskog zračenja u širem dijapazonu talasnih dužina, od infracrvenih do ultraljubičastih, pa je ispitivan uticaj talasne dužine na ovu interakciju. Takođe je bilo moguće ispitati uticaj dužine trajanja laserskog impulsa na karakteristike morfoloških promena. Cilj je bio istražiti kako se impulsima laserskog zračenja reda 10-9 i 10-12 sekunde površina može precizno modifikovati, ali uz pažljivo zadate gustine energije i broj impulsa koji padaju na metu. Analitičke metode kojima su okarakterisane promene na uzorcima su bile optička i elektronska mikroskopija, kao i kontaktna i beskontaktna profilometrija. Određen je prag oštećenja Ti6Al4V legure za lasersko zračenje talasnih dužina 222, 266, 308, 532 i 1064 nm. Utvrđeno je da se fine promene na ovom materijalu mogu formirati pri gustinama energija sa vrednostima bliskim pragu oštećenja. Od posebnog je interesa bilo ispitivanje formiranja paralelnih periodičnih struktura na površini, mikrometarskih i nanometarskih dimenzija. Istraživanja ovih interakcija doprinela su boljem razumevanju odgovora legure Ti6Al4V izlaganju jednoimpulsnom i višeimpulsnom ozračivanju laserskim zračenjem.

Research conducted in this dissertation mainly contributs to better comprehension of the overall picture of the interaction of the Ti6Al4V and laser light. The effects of lasers that operated in a wide range of wavelengths, from infrared to ultraviolet, were explored and the influence of the wavelength on this interaction also. It was also possible to examine the influence of the length of the laser pulse characteristics of the morphological changes. The aim was to investigate how the alloy surface can be precisely modified by the laser pulses with of 10-9 and 10-12 seconds pulse duration, with careful choice of irradiation conditions, such as energy density and number of applied pulses. Effects of the laser action on the samples were mainly characterized by means of optical and electron microscopy, as well as contact and non - contact profilometry. The damage threshold of Ti6Al4V for laser radiation at wavelengths 222, 266, 308, 532 and 1064 nm was determined. It was found that the fine changes in the alloy can be formed when the energy density of the incident radiation is of values close to the threshold damage. Of particular interest was to examine the formation of periodic parallel structures, microscale and nanoscale dimensions, on the surface morphology. Investigations of these interactions contributed to a better understanding of the response of Ti6Al4V alloy to single – pulse and multi – pulse exposure to laser radiation.