Peculiarities of the Behavior of Point Defects under the Optoplastic Effect in Copper

T. V. Malinskii; Малинский Т. В.; V. E. Rogalin; Рогалин В. Е.; V. Ya. Shur; Шур В. Я.; D. K. Kuznetsov; Кузнецов Д. К.

doi:10.31857/S0015323022600721

Peculiarities of the Behavior of Point Defects under the Optoplastic Effect in Copper

Authors: Malinskii T.V.¹, Rogalin V.E.¹, Shur V.Y.², Kuznetsov D.K.²
Affiliations:
1. Institute of Problems of Electrophysics, Russian Academy of Sciences
2. Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University
Issue: Vol 124, No 7 (2023)
Pages: 653-659
Section: ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ
URL: https://rjmseer.com/0015-3230/article/view/663003
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022600721
EDN: https://elibrary.ru/DQOGAJ
ID: 663003

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The authors previously discovered a new optoplastic effect and observed it under the action of a nanosecond UV laser pulse irradiation of subcritical intensity. In this paper it is shown that under this effect no microporesarise in the subsurface layer of metal. This proves the statement that swelling of metal under laser impactof moderate (subcritical) intensity occurs due to interstitial atoms migrating to the surface and not due to melting with formation of bubbles. At a abrupt cooling (for ~20 μs) interstitial atoms migrate to the surfaceby the Schottky mechanism due to abnormal mass transfer and the less mobile vacancies have no time to
coagulate with formation of micropores in the time of the process.

Keywords

optoplastic effect, optical durability, polished surface, metal swelling, plastic deformation, point defects, Schottky mechanism, scanning electron microscopy

References

Чумаков А.Н., Лычковский В.В., Никончук И.С., Мацукович А.С. Абляция кремния в воздухе моно- и бихроматическими импульсами лазерного излучения с длинами волн 355 и 532 nm // Журн. технической физики. 2022. Т. 92. № 1. С. 36–44. https://doi.org/10.21883/JTF.2022.01.51849.202-21
Малинский Т.В., Миколуцкий С.И., Рогалин В.Е., Хомич В.Ю., Ямщиков В.А., Каплунов И.А., Иванова А.И. Пластическая деформация меди в результате воздействия мощного ультрафиолетового наносекундного лазерного импульса // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 16. С. 51–54. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.16.49856.18157
Murzin S.P., Balyakin V.B., Gachot C., Fomchenkov A.S., Blokhin V.M., Kazanskiy N.L. Ultraviolet Nanosecond Laser Treatment to Reduce the Friction Coefficient of Silicon Carbide Ceramics // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 11 906. https://doi.org/10.3390/app112411906
Nek M., Shaikh B., Rashid S., Hafeez S., Mahmood M., Baig M.A. Diagnostics of cadmium plasma produced by laser ablation // Journal of Applied Physics. 2006. V. 100. P. 073102. https://doi.org/10.1063/1.2357864
Малинский Т.В., Рогалин В.Е., Ямщиков В.А. Пластическая деформация меди и ее сплавов при воздействии наносекундным ультрафиолетовым лазерным импульсом // ФММ. 2022. Т. 123. № 2. С. 192–199. https://doi.org/10.31857/S0015323022020073
Khomich Yu.V., Malinskiy T.V., Rogalin V.E., Yamshchikov V.A., Kaplunov I.A. Modification of the surface of copper and its alloys due to impact to nanosecond ultraviolet laser pulses // Acta Astronautica. 2022. V. 194. P. 434–441. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.11.033
Khomich Yu., Malinskiy T., Rogalin V., I Kaplunov I., Ivanova A. Features of microrelief formation during laser treatment of Cu-Cr-Zr alloy surface for diffusion welding // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 939. P. 012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/939/1/012035
Khomich Yu.V., Malinskiy T.V., Mikolutskiy S.I., Rogalin V.E., Yamshchikov V.A., Kaplunov I.A., Ivanova A.I. Powerful ultraviolet laser pulse impact on polished metals and semiconductors // J. Phys.: Conf. Series 2020. V. 1697. P. 012254. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1697/1/012254
Khomich Yu.V., Malinskiy T.V., Mikolutskiy S.I., Rogalin V.E., Kaplunov I.A. Modification of the Cu–Zr bronze surface by exposure to powerful UV laser pulses // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 1925. P. 012003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1925/1/012003
Kaplunov I., Malinskiy T., Mikolutskiy S., Rogalin V., Khomich Yu., Zheleznov V., Ivanova A. Features of Brass Processing with Powerful Ultraviolet Lasers of Nanosecond Duration // Mater. Sci. Forum. 2022. V. 1049. P. 11–17. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1049.11
Воеводин В.Н., Неклюдов И.М. Эволюция структурно-фазового состоянияи радиационная стойкость конструкционных материалов. Киев: Наукова думка, 2006. 378 с.
Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Черняева Т.П. Радиационные дефекты и распухание металлов. Киев: Наукова думка, 1988. 296 с.
Тяпунина Н.А., Наими Е.К., Зиненкова Г.М. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. М.: Изд-во МГУ, 1999. 238 с.
Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в ЖЭТФ. 1969. Т. 2. № 10. С. 18–22.
Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. М.: Наука, 1985. 153 с.
Soika A.K., Sologub I.O., Shepelevich V.G., Sivtsova P.A. Magnetoplastic effect in metals in strong pulsed magnetic fields // Phys. Solid State. 2015. V. 57. P. 1997–1999. https://doi.org/10.1134/S1063783415100297
Карась В.И., Соколенко В.И. Неравновесная кинетика электрон-фононной подсистемы кристалла при действии переменных электрических и магнитных полей как основа электро- и магнитопластического эффектов // УФН. 2018. Т. 188. № 11. С. 1156–1177.
Осипьян Ю.А., Савченко И.Б. Экспериментальное наблюдение влияния света на пластическую деформацию сульфида кадмия // Письма в ЖЭТФ. 1968. Т. 7. Вып. 4. С. 130–133.
Inogamov N.A., Zhakhovsky V.V., Ashitkov S.I., Emirov Yu.N., Faenov A.Ya., Petrov Yu.V., Khokhlov V.A., Ishino M., Demaske B.J., Tanaka M., Hasegawa N., Nishikino M., Tamotsu S., Pikuz T.A., Skobelev I.Y., Ohba T., Kaihori T., Ochi Y., Imazono T., Fukuda Y., Kando M., Kato Y., Kawachi T., Anisimov S.I., Agranat M.B., Oleynik I.I., Fortov V.E. Surface nanodeformations caused by ultrashort laser pulse // Eng. Failure Analysis. 2015. V. 47. P. 328–337. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2013.12.009
Гостевская А.Н., Маркидонов А.В., Громов В.Е., Старастенков Е.Д., Лубяной Д.А. Исследование влияния лазерной абляции на строение ОЦК-кристалла при помощи молекулярно-динамического моделирования. // Изв. Алтайского государственного ун-та. 2022. № 4 (126). С. 18–23. https://doi.org/10.14258/izvasu(2022)4-02
Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Отечественные и зарубежные марки. Справочник. М.: Машиностроение, 2004. 337 с.
Окатов М.А. Справочник технолога-оптика. С-Пб.: Политехника, 2004. 679 с.
Соколов А.В. Оптические свойства металлов. М.: Физматлит, 1961. 464 с.
Ribárik G., Ungár T. Characterization of the microstructure in random and textured polycrystals and single crystals by diffraction line profile analysis // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 528. P. 112–121. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.08.059
Dai Y., Victoria M. Defect structures in deformed f.c.c. metals // Acta Mater. 1997. V. 45. P. 3495–3501. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(97)00019-0
Suzuki A., Mishin Y. Atomistic modeling of point defects and diffusion in copper grain boundaries // Interface Sci. 2003. V. 11. № 1. P. 131–148. https://doi.org/10.1023/A:1021599310093
Глезер А.М. О природе сверхвысокой (мегапластической) деформации // Изв. РАН. Сер. физ. 2007. Т. 71. № 12. С. 1764–1772.
Лариков Л.Н., Мазанко В.Ф., Фальченко В.М. Массоперенос в металлах при импульсном нагружении // ФиХОМ. 1983. № 6. С. 144–145.
Ровинский Р.Е., Рогалин В.Е., Розенберг В.М., Теплицкий М.Д. Изменение структуры сплава медь-хром, облученного импульсом СО2-лазера // Физ. и хим. обраб. матер. 1980. № 3. С. 7–11.
Добромыслов А.В., Талуц Н.И., Козлов Е.А., Петровцев А.В., Сапожников А.Т., Юсупов Д.Т. Деформационное поведение меди в условиях нагружения сферически сходящимися ударными волнами. Высокоинтенсивный режим нагружения // ФММ. 2015. Т. 116. № 1. С. 101–113. https://doi.org/10.7868/S0015323013040025
Chembarisova R.G., Dong Y., Alexandrov I.V. Mechanisms of high-speed deformation of polycrystalline copper // Phys. Solid State. 2017. V. 59. № 5. P. 920–928. https://doi.org/10.1134/S1063783417050067