Površinska modifikacija i karakterizacija legura Ti6Al4V i Nimonik 263 laserskim zračenjem u kontrolisanim atmosferama

Abstract

Predmet proučavanja ove doktorske disertacije je interakcija laserskog zračenja sa legurom Ti6Al4V i superlegurom Nimonik 263. Odabrane legure imaju veliku primenu u savremenim tehnologijama. U doktorskoj disertaciji su ispitivani efekti delovanja impulsnog nano-, piko- i femtosekundnog laserskog zračenja, kao i uticaj različitih energija impulsa i broja primenjenih impulsa na osobine površinskih promena ispitivanih legura. Dodatno, ispitivana je i interakcija laserskog zračenja sa legurama u atmosferama azota i argona i uticaj ovih gasova na modifikaciju i potencijalnu promenu hemijskog sastava površine legura pre i nakon laserskog ozračivanja, a u cilju potencijalnog poboljšanja fizičkohemijskih i mehaničkih osobina. Takođe, s obzirom na formiranje plazme u toku ozračivanja legura laserima, proučavana je i emisija plazme primenom tehnike spektroskopije laserski indukovanog zračenja. Za ispitivane legure, određivane su vrednosti parametara površinske hrapavosti gde je utvrđeno da se vrednost parametra menja u odnosu na hrapavost nemodifikovanih površina legura, a u zavisnosti od primenjene kontrolisane atmosfere. Određivani su i parametri kao što su prag oštećenja legura, zone toplotnog dejstva, brzina ablacije i inkubacioni faktori za različite eksperimentalne uslove. Dodatnim ispitivanjem formiranih struktura (laserski indukovane periodične površinske strukture) nakon laserskog ozračivanja je pokazano da su one najuniformnije i najviše izražene prilikom femtosekundnog laserskog ozračivanja. Ispitivanja interakcije legure Ti6Al4V i superlegure Nimonik 263 sa laserskim zračenjem je dovela do boljeg razumevanja procesa koji se dešavaju tokom interakcije kao i do potencijalne mogućnosti poboljšanja određenih karakteristika ovih legura pod odgovarajućim eksperimentalnim uslovima.

The subject of research of this doctoral dissertation is the interaction of laser irradiation with the alloy Ti6Al4V and superalloy Nimonic 263. The selected alloys have great utilization in modern technologies. This dissertation examines the effects of pulsed nano-, pico-, and femtosecond laser irradiation, as well as impact of different pulse number and energies on the properties of surface changes of the tested alloys. Additionally, the interaction of laser irradiation with alloys in nitrogen and argon atmospheres, and the impact of these gases on modification and potential change in the chemical composition of the surface of alloys before and after laser irradiation was investigated, in order to potentially improve physicochemical and mechanical features. Also, given the formation of plasma during the laser irradiation of alloys, plasma emission was also studied using laser-induced breakdown spectroscopy technique. The values of surface roughness parameters, for the alloys tested, were determined and found out that this value changes in relation to the roughness of the alloy’s unmodified surfaces, depending on the controlled atmosphere applied. Parameters such as the threshold fluence, heat affected zone and the incubation factor have been also determined for different experimental conditions. Additional examination of the formed structures (laser induced periodic surface structures) after the laser irradiation showed that these structures were most uniform and pronounced after the femtosecond laser irradiation. The study of the interaction between alloys and laser irradiation have led to a better understanding of the processes that occur during the interaction as well as the potential improvement of certain features of these alloys under given conditions.