Особенности повреждаемости ниобия импульсным лазерным излучением в сравнении с пучково-плазменным воздействием

Перспективные материалы. 2022. № 5. С. 17–30.

Пименов В. Н., Боровицкая И. В., Демин А. С., Епифанов Н. А., Казилин Е. Е., Латышев С. В., Масляев С. А., Морозов Е. В., Сасиновская И. П., Бондаренко Г. Г., Гайдар А. И.

Исследованы особенности повреждаемости ниобия импульсными потоками лазерного излучения (ЛИ) в режимах свободной генерации (СГ,  плотность мощности  qСГ  = 105 - 106   Вт/см2  с  длительностью импульсов tСГ = 700 мкс) и  модулированной добротности (МД, q = 108–109 Вт/см2, tМД = 80 нс) в сравнении с импульсными воздействиями потоков ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) в установке Плазменный фокус (ПФ) при плотности мощности потоков соответственно qi ~108 Вт/см2 и qp ~ 107 Вт/см2  и  длительности импульсов τi ≈ 30 – 50 нс и τp ≈ 100 нс. Воздействие на Nb потоков ЛИ осуществлялось на воздухе; рабочим газом в камере ПФ был гелий. Показано, что в отличие от воздействия на ниобий потоков ИГ и ГП в установке ПФ, способствующих эрозии материала, его облучение на воздухе импульсными потоками ЛИ в реализованных условиях облучения не вызывает заметной эрозии поверхности. При воздействии на Nb импульсным ЛИ в режиме СГ наблюдается взаимодействие расплава с воздушной средой и образование на облучаемой поверхности участков тонкой пленки из элементов жидкой и газовой фаз.Обнаружен близкий характер повреждаемости Nb в условиях лазерной и пучково-плазменной обработки: волнообразный рельеф облученной поверхности с наличием на ней каплеобразных фрагментов, протяженных гребней волн и микротрещин. Облучение Nb импульсными потоками ЛИ в режиме СГ приводит к образованию в поверхностном слое (ПС) участков с блочной и ячеистой структурами, которые также образуются после экспериментов в камере ПФ.Установлено, что в ПС ниобия после лазерной обработки в режимах СГ и МД не образуются пузыри (блистеры), которые всегда присутствуют на облученной поверхности при воздействии импульсных потоков ИГ и ГП в камере ПФ за счет имплантации в Nb ионов гелия. Отмечено, что в лазерных экспериментах отсутствует возможность имплантации ионов рабочего газа в материал, характерная для пучково-плазменных воздействий в установках ПФ, которая влияет на параметры повреждаемости и модифицирования структуры облученного ПС.

 

Ключевые слова: niobium, ниобий, импульсное лазерное излучение, pulse laser radiation, beam-plasma impact, пучково-плазменное воздействие