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超快激光辐照诱导金属钛的变化

杨成娟 田延岭 崔良玉 张大卫

杨成娟, 田延岭, 崔良玉, 张大卫. 超快激光辐照诱导金属钛的变化[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2002-2007.
引用本文: 杨成娟, 田延岭, 崔良玉, 张大卫. 超快激光辐照诱导金属钛的变化[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2002-2007.
Yang Chengjuan, Tian Yanling, Cui Liangyu, Zhang Dawei. Ultrafast laser-induced changes in titanium[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(7): 2002-2007.
Citation: Yang Chengjuan, Tian Yanling, Cui Liangyu, Zhang Dawei. Ultrafast laser-induced changes in titanium[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(7): 2002-2007.

超快激光辐照诱导金属钛的变化

基金项目: 

国家自然科学基金(51175372, 51275337)

详细信息
    作者简介:

    杨成娟(1983-),女,博士后,主要从事超快激光微/纳加工技术及分子动力学仿真方面的研究。Email:cjytju@tju.edu.cn

  • 中图分类号: TN249;TN305.2

Ultrafast laser-induced changes in titanium

  • 摘要: 为实现对超快激光诱导金属钛改变趋势的定性控制及材料改变范围的定量控制, 开展了飞秒和皮秒脉冲激光分别与金属钛烧蚀的对比实验研究。随后使用激光扫描共聚焦显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜分别就激光脉冲时间宽度变化对被烧蚀金属钛的表面形貌与烧蚀深度、化学成分、微结构状态的影响规律进行了分析。研究发现: 随着激光脉冲时间宽度从飞秒增加到皮秒量级, 被烧蚀金属钛的表面形貌质量逐渐变差, 最终烧蚀产物的化学成分愈加复杂, 微结构状态的无定形化程度也随之增加。最终认为伴随激光脉冲时间宽度增加, 金属钛中热累积效应的增强而造成被烧蚀材料内部更为严重的热与机械损伤是导致上述实验现象产生的主要原因。
  • [1] Kulka M, Makuch N, Dziarski P, et al. Microstructure and properties of laser-borided composite layers formed on commercially pure titanium[J]. Optics and Laser Technology, 2014, 56: 409-424.
    [2]
    [3]
    [4] Wang Weifu, Hu Xiaole. Micro/nano-scale TiN reinforcing composite coatings fabricated by pre-nitriding+cladding treatments[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(2): 600-604. (in Chinese)
    [5] Yang Guang, Wang Xiangming, Wang Wei, et al. Microstructure and property of laser cladding TiC reinforced composition coating[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(3): 795-799. (in Chinese)
    [6]
    [7]
    [8] Zhang E L, Li F B, Wang H Y, et al. A new antibacterial titanium-copper sintered alloy: Preparation and antibacterial property[J]. Materials Science Engineering C-Materials for Biological Applications, 2013, 33(7): 4280-4287.
    [9]
    [10] Montealegre M A, Castro G, Rey P, et al. Surface treatments by laser technology[J]. Contemporary Materials, 2010, I (1): 19-30.
    [11] Yun H G, Bae B S, Kang M G. A simple and highly efficient method for surface treatment of Ti substrates for use in Dye-sensitized solar cells[J]. Advanced Energy Materials, 2011, 1(3): 337-342.
    [12]
    [13] Schucker D. Handbook of the EuroLaser Academy[M]. 1st ed. London: Chapman-Hall, 1998.
    [14]
    [15]
    [16] Steen W M, Watkins K. Laser Material Processing[M]. 3rd ed. New York: Springer, 2003.
    [17] Tian Y S, Chen C Z, Li S T, et al. Research progress on laser surface modification of titanium alloys[J]. Applied Surface Science, 2005, 242(1-2): 177-184.
    [18]
    [19] Noh J H, Park J H, Han H S, et al. Synthesis of hierarchically organized nanostructured TiO2 by pulsed laser deposition and its application to dye sensitized solar cells[C]//2010 IEEE 3rd International Nanoelectronics Conference(INEC 2010), 3-8, 2010: 1056.
    [20]
    [21]
    [22] Bonis De A, Galasso A, Ibris N, et al. Rutile microtubes assembly from nanostructures obtained by ultra-short laser ablation of titanium in liquid[J]. Applied Surface Science, 2013, 268: 571-578.
    [23] Medina-Valtierra J, Frausto-Reyes C, Ortiz-Morales M. Phase transformation in semi-transparent TiO2 films irradiated with CO2 laser[J]. Materials Letters, 2012, 66(1): 172-175.
    [24]
    [25] Gyrgy E, Prez del Pino A, Serra P, et al. Growth of surface structures on titanium through pulsed Nd:YAG laser irradiation in vacuum[J]. Applied Surface Science, 2002, 197-198: 851-855.
    [26]
    [27]
    [28] Gyrgy E, Prez del Pino A, Serra P, et al. Depth profiling characterisation of the surface layer obtained by pulsed Nd: YAG laser irradiation of titanium in nitrogen[J]. Surface Coatings Technology, 2003, 173(2-3): 265-270.
    [29]
    [30] Chen S Y, Shen P. Laser ablation condensation and transformation of baddeleyite-type related TiO2[J]. Japanese Journal of Applied Physics, 2004, 43(4A): 1519-1524.
    [31]
    [32] Hamedi M, Torkamany M, Sabbaghzadeh J. Effect of pulsed laser parameters on in-situ TiC synthesis in laser surface treatment[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2011, 49 (4): 557-563.
    [33] Barreca F, Acacia N, Barletta E, et al. Titanium oxide nanoparticles prepared by laser ablation in water[J]. Radiation Effects and Defects in Solids: Incorporating Plasma Science and Plasma Technology, 2010, 165 (6-10): 573-578.
    [34]
    [35]
    [36] Palmieri F L, Watson K A, Morales G, et al. Laser ablative surface treatment for enhanced bonding of Ti-6Al-4V alloy[J]. ACS Applied Materials Interfaces, 2013, 5(4): 1254-1261.
    [37]
    [38] Dubravka S Milovanovi?, Suzana M Petrovi?, Mikhail A Shulepov, et al. Titanium alloy surface modification by excimer laser irradiation[J]. Optics and Laser Technology, 2013, 54: 419-427.
    [39] Prez del Pino A, Serra P, Morenza J. Coloring of titanium by pulsed laser processing in air[J]. Thin Solid Films, 2002, 415 (1): 201-205.
    [40]
    [41]
    [42] Krishnan R, Amirthapandian S, Mangamma G, et al. Implantation induced hardening of nanocrystalline titanium thin films[J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2009, 9(9): 5461-5466.
    [43] Medina-Valtierra J, Frausto-Reyes C, Ortiz-Morales M. Phase transformation in semi-transparent TiO2 films irradiated with CO2 laser[J]. Materials Letters, 2012, 66(1): 172-175.
  • [1] 赵树森, 何宏智, 韩世飞, 姜璐, 杜家宝, 于海娟, 林学春, 张谷令.  透明硬脆材料激光剥离关键问题研究(特邀) . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230487-1-20230487-14. doi: 10.3788/IRLA20230487
    [2] 王蔚, 王孝宇, 刘伟军, 邢飞, 王静.  光斑搭接率对GH3030合金表面积碳及氧化物清洗质量的影响 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220164-1-20220164-10. doi: 10.3788/IRLA20220164
    [3] 王谦豪, 杨小君, 温文龙, 赵华龙, 李益.  飞秒激光微加工中诱导空气等离子体的超快观测研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230158-1-20230158-11. doi: 10.3788/IRLA20230158
    [4] 毕帅, 张晓兵, 张伟, 李元成, 马宁, 蔡敏, 毛忠.  超快激光加工小孔穿透成形时间的影响因素试验研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(12): 20230347-1-20230347-10. doi: 10.3788/IRLA20230347
    [5] 王涛, 李灿, 刘洋, 任博, 唐振强, 常洪祥, 谢戈辉, 郭琨, 吴坚, 许将明, 冷进勇, 马鹏飞, 粟荣涛, 李文雪, 周朴.  基于光纤拉伸器锁相实现两路超快激光相干偏振合成 . 红外与激光工程, 2023, 52(6): 20220869-1-20220869-8. doi: 10.3788/IRLA20220869
    [6] 李倩靓, 张润华, 何宗泰, 张骆, 杨奇彪, 夏建英, 刘顿.  脉冲和连续模式下玻璃纤维复合材料激光脱漆技术研究(特邀) . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220836-1-20220836-12. doi: 10.3788/IRLA20220836
    [7] 郭婕, 闫东钰, 毕根毓, 丰傲然, 刘博文, 储玉喜, 宋有建, 胡明列.  色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化 . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220226-1-20220226-7. doi: 10.3788/IRLA20220226
    [8] 刘雨晴, 孙洪波.  非线性激光制造的进展与应用(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20220005-1-20220005-15. doi: 10.3788/IRLA20220005
    [9] 陆健, 谢知健, 张宏超.  连续激光辐照硅太阳电池损伤特性的光束诱导电流表征 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20220022-1-20220022-8. doi: 10.3788/IRLA20220022
    [10] 李泉, 刘姗姗, 路光达, 王爽.  利用石墨烯-金属复合结构实现太赫兹电磁诱导透明超表面主动调控 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20210246-1-20210246-6. doi: 10.3788/IRLA20210246
    [11] 常浩, 陈一夫, 周伟静, 郭威.  纳秒激光脉冲辐照太阳能电池损伤特性及对光电转化的影响 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20210296-1-20210296-8. doi: 10.3788/IRLA20210296
    [12] 毕倩, 陈智利, 刘雨昭, 唐黎, 惠迎雪, 刘卫国.  蓝宝石表面纳米结构随杂质靶距离的演化 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200302-1-20200302-8. doi: 10.3788/IRLA20200302
    [13] 林子杰, 徐剑, 程亚.  激光辅助三维金属微打印(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201079-1-20201079-17. doi: 10.3788/IRLA20201079
    [14] 赵力杰, 周艳宗, 夏海云, 武腾飞, 韩继博.  飞秒激光频率梳测距综述 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1006008-1006008(16). doi: 10.3788/IRLA201847.1006008
    [15] 杨成娟, 梅雪松, 王文君, 田延岭, 张大卫, 崔良玉.  皮秒激光功率变化对激光诱导晶体硅变化的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106006-0106006(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0106006
    [16] 范培迅, 钟敏霖.  超快激光制备金属表面微纳米抗反射结构进展 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 621001-0621001(12). doi: 10.3788/IRLA201645.0621001
    [17] 杨晶, 赵佳宇, 郭兰军, 刘伟伟.  超快激光成丝产生太赫兹波的研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 996-1007.
    [18] 樊玉杰, 周建忠, 陈寒松, 殷开婷.  微尺度下激光冲击对纯铜表面形貌的影响 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3941-3945.
    [19] 崔承云, 崔熙贵, 石贵峰.  激光雕刻非金属固体材料的表面形貌 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3932-3936.
    [20] 陈智利, 刘卫国.  不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2490-2495.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-05
  • 修回日期:  2014-12-10
  • 刊出日期:  2015-07-25

超快激光辐照诱导金属钛的变化

    作者简介:

    杨成娟(1983-),女,博士后,主要从事超快激光微/纳加工技术及分子动力学仿真方面的研究。Email:cjytju@tju.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金(51175372, 51275337)

  • 中图分类号: TN249;TN305.2

摘要: 为实现对超快激光诱导金属钛改变趋势的定性控制及材料改变范围的定量控制, 开展了飞秒和皮秒脉冲激光分别与金属钛烧蚀的对比实验研究。随后使用激光扫描共聚焦显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜分别就激光脉冲时间宽度变化对被烧蚀金属钛的表面形貌与烧蚀深度、化学成分、微结构状态的影响规律进行了分析。研究发现: 随着激光脉冲时间宽度从飞秒增加到皮秒量级, 被烧蚀金属钛的表面形貌质量逐渐变差, 最终烧蚀产物的化学成分愈加复杂, 微结构状态的无定形化程度也随之增加。最终认为伴随激光脉冲时间宽度增加, 金属钛中热累积效应的增强而造成被烧蚀材料内部更为严重的热与机械损伤是导致上述实验现象产生的主要原因。

English Abstract

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