К. А. БОРОДАКО1, Д. В. ШЕЙФЕР1, А. В. ШЕЛЯКОВ1, Н. Н. СИТНИКОВ1,2, А. А. КОРНЕЕВ1
1Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
2ГНЦ «Исследовательский центр им. », Москва
ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ
В СПЛАВЕ TiNiCu С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
Работа посвящена исследованию влияния лазерного излучения на поверхностные свойства быстрозакаленных лент на основе сплава TiNiCu с эффектом памяти формы, полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава. Исследовано влияние выбора режима работы лазера на структурные и термодеформационные свойства сплавов. Разработан способ получения обратимого эффекта памяти формы в сплаве и показана возможность создания на его основе микроманипулятора, который может быть использован для управления оптическим излучением.
В последнее время показана эффективность использования сплавов, обладающих эффектом памяти формы (ЭПФ) [1], для создания устройств в различных областях техники, в частности, в приборостроении, медицине, энергетике, космических технологиях, робототехнике. С целью миниатюризации устройств, создания микро-, а возможно, и наноустройств особый интерес представляют исследования тонкомерных материалов на основе ЭПФ как с точки зрения особенностей проявления данного эффекта, так и с точки зрения создания быстродействующих устройств на их основе. При этом в практических применениях сплавов с ЭПФ обычно требуется обратимое изменение формы в цикле нагрев-охлаждение. Для формирования обратимого ЭПФ, как правило, требуется специальная термомеханическая тренировка образцов, что существенно затрудняет процесс создания микроустройств. Поэтому актуальна разработка новых композитных материалов, которые способны проявлять обратимый ЭПФ без дополнительной термомеханической обработки.
Быстрозакаленные сплавы системы TiNi-TiCu, полученные методами спиннингования расплава или планарного литья, зарекомендовали себя весьма перспективным материалом с ЭПФ для создания различного рода термочувствительных [2] и микромеханических [3-4] устройств. Особенностью таких сплавов с большим содержанием меди является то, что при скоростях охлаждения около 106°С·с–1 данные сплавы могут быть получены в аморфном состоянии в виде ленты толщиной 30-60 мкм. Стандартная изотермическая термообработка сплавов приводит к формированию микрокристаллической структуры и проявлению ярко-выраженного ЭПФ. С помощью модификации поверхности в узком слое возможно получение обратимого ЭПФ.
Целью данной работы было исследование влияния режимов воздействия эксимерного лазера KrF на структурообразование в модифицируемом поверхностном слое сплава с ЭПФ. В качестве объекта исследования была выбрана кристаллическая лента из сплава Ti50Ni25Cu25 толщиной 33 мкм и шириной 2 мм. Лента изготавливалась методом быстрой закалки из расплава с последующим отжигом в печи при температуре 500°С в течение 5 минут.
Кристаллизованные в изогнутой форме ленты закреплялась на столике в прямолинейном состоянии, и облучались эксимерным лазером KrF с длиной волны 248 нм. Длительность импульса составляла 20 нс. В процессе эксперимента варьировались такие параметры как плотность энергии, частота и количество импульсов. Исследования поверхности образцов были выполнены с помощью методов оптической и растровой электронной микроскопии.
На рис. 1 показано характерная модификация поверхности при облучении кристаллизованной ленты лазерным излучением с плотностью энергии 22 мДж/см2, частотой импульсов 20 Гц и количеством импульсов 100. После обработки образцы приобрели ярко-выраженный обратимый ЭПФ благодаря модификации ленты в поверхностном слое. Образцы микромеханических устройств были изготовлены из обработанных лент. На примере разработанного макета микроманипулятора с подвижной частью размером 0,5х1,5 мм, способного совершать контролируемые обратимые угловые перемещения, продемонстрирована возможность использования сплавов TiNiCu с ЭПФ для создания миниатюрных устройств, в том числе для управления оптическим излучением.
Список литературы
1. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы. Москва. 1990.
2. Shelyakov A. V., Larin S. G., Ivanov V. P., et. al. J. Phys. IV France. 2001. V.11. Pr8-547.
3. Fu, Y. Q., Luo J. K., Flewitt A. J., et. al. Microactuators of free-standing TiNiCu films. Smart Materials and Structures. 2007. V.16. Р..
4. Shelyakov A. V., Sitnikov N. N., Koledov V. V., et. al. International Journal of Smart and Nano Materials. 2011. V.2. N2. P.68-77.
