Лазерный мир

Абхаирова С. В., Аметов И. Э. // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия, 2020

В статье рассмотрены проблемы защиты сварных соединений от коррозии с использованием возможностей лазерной абляции. Дана оценка коррозионной стойкости модифицированных поверхностей гравиметрическим методом. Проведен анализ микроструктуры поверхности, свидетельствующий о питтинговой коррозии. Обнаружено, что текстурированные лазером поверхности улучшили антикоррозионные свойства и обладают различной степенью защиты от коррозии в зависимости от типа нанорельефа. Показано, что процесс лазерной обработки позволяет целенаправленно изменять морфологию поверхности и физико-химические свойства стали с образованием супергидрофобных поверхностных и подповерхностных микро- и наноструктур.

Под абляцией подразумевают совокупность сложных физико-химических процессов удаления вещества с поверхности или из объема твердого тела. Более узко термин «абляция» обозначает процесс удаления вещества под действием света, обусловленный разрывом химических связей. Однако большинство исследователей рассматривают лазерную абляцию как метод разрущения твердого вещества лазерным импульсом, осложненный наличием в продуктах разрушения конденсированной фазы. Глубина действия лазерного импульса и объем удаляемого вещества зависят от материала, его оптических свойств, а также мощности лазера. При низкой мощности лазера вещество испаряется или сублимируется в виде свободных молекул, атомов и ионов [1]. Современные технологии лазерной обработки позволяют контролировать мощность и длительность воздействия лазерного луча в диапазоне от нано- до фемтосекунд [4].

Большинство исследований направлено модификацию поверхностного слоя металлов и сплавов с целью их упрочнения [5], использованию ингибиторов коррозии [6], при этом практически отсутствуют работы по исследованию возможностей лазерной абляции для увеличения стойкости к коррозии сварных соединений.

Целью настоящей работы состоит в установлении закономерностей влияния лазерной аббляции на коррозионную стойкость сварных соединений из углеродистых сталей.

В работе исследовано воздействие лазерного излучения длиной волны 1,064 мкм на сталь Ст3 при длительности импульса 10 нс и с максимальной энергией в импульсе — 1 мДж. Модифицирование поверхности сварного шва методом лазерной абляции было проведено на экспериментальной установке МиниМаркер 2-20А4 c волоконным иттербиевым лазером, IPG Photonics. Поверхности образцов были отполированы тонкой бумагой карбида кремния для удаления естественного слоя окисления и загрязнения. Воздействие происходило в воздушной среде, максимальная мощность излучения составляла 20 Вт, частота повторения импульса — 200 кГц. Образец, помещенный под линзу объектива, перемещался с помощью точного компьютерного управления X-Y-Z при шаге разрешения 50 нм и максимальной скорости 1000 мм/с. Режимы лазерной абляции образцов в воздухе для проведения экспериментальных исследований представлены в таблице 2.

Было обнаружено, что текстурированная лазером поверхность улучшила антикоррозионные свойства, значения массового и глубинного показателей коррозии оказались значительно ниже, чем для необработанной поверхности. При этом коррозионная стойкость первого образца по сравнению с контрольным необработанным образцом увеличилась на 25,1 %, второй и третий образцы оказались менее чувствительными к агрессивной среде, эффективность действия лазерной абляции составила 29,1 % и 33,3 % соответственно. Лучший результат был получен для образца с перекрестным покрытием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате гравиметрических испытаний установлено, что текстурированная лазером поверхность обладает лучшими антикоррозионными свойствами в сравнении с необработанной поверхностью.

2. Обнаружено, что степень защиты от коррозии зависит от типа нанорельефа и достигается за счет уменьшения площади контакта воды с супергидрофобной поверхностью. Максимальная эффективность предотвращения коррозии (33,3%) наблюдается для поверхностей с перекрестным покрытием.

Полное содержание статьи: https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-korrozionnoy-stoykosti-svarnyh-soedineniy-iz-uglerodistyh-staley/viewer