DOI: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-422-427


УДК53.06

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ВЛИЯНИЯ УГЛА ОСВЕЩЕНИЯ НА СПЕКТРЫ ОТРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПРИ ОКИСЛЕНИИ ИМПУЛЬСНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Вейко В.П., Одинцова Г.В., Карлагина Ю.Ю., Андреева Я.М., Агеев Э.И., Яцук Р.М.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Вейко В.П., Одинцова Г.В., Карлагина Ю.Ю., Андреева Я.М., Агеев Э.И., Яцук Р.М. Исследование эффекта влияния угла освещения на спектры отражения поверхности нержавеющей стали при окислении импульсным лазерным излучением // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 3. С. 422–427. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-422-427

Аннотация

Предмет исследования.Оксидные пленки на металлической поверхности могут быть получены при равномерном по площади радиационном нагреве, а также за счет локального воздействия. Такое воздействие может быть обеспечено в процессе сканирования поверхности последовательностью наносекундных лазерных импульсов. В образующихся пленках возникает интерференция света, приводящая к окрашиванию мест воздействия. В работе приведены результаты спектрофотометрических измерений образующихся пленок при вариации углов падения света (углов освещения) в диапазоне 10–60°. Метод. Пластины нержавеющей стали марки AISI 304 были окислены двумя методами: в муфельной печи ПМ-10 (Т = 500–600 °С, t = 5–7 мин) и при построчном сканировании поверхности серией лазерных импульсов (λ = 1,06 мкм, τ = 100 нс, r = 25 мкм, q = 2,91∙107 Вт/cм2, Nx = 30, Ny = 1). Исследование поверхности образцов в пределах оптического разрешения проводилось на микроскопе Carl Zeiss Axio Imager A1M. Спектры отражения образцов получены на спектрофотометре Lambda Perkin 1050 с интегрирующей сферой при различных фиксированных значениях углов падения света. Особенности рельефа исследуемых поверхностей выявлены методом сканирующей зондовой микроскопии на приборе NanoEducator. Основные результаты. Получены количественные параметры рельефа поверхности, сформированного после различных обработок поверхности образцов стали марки AISI 304. Показано, что при увеличении угла освещения вид зависимости коэффициента отражения от длины волны не меняется, но имеет место смещение экстремумов спектров в ультрафиолетовую область. Такое изменение более заметно в случае лазерной обработки поверхности по сравнению с термической обработкой. Наблюдаемый эффект может быть вызван особенностями поверхностного рельефа, формирующегося при локальном лазерном нагреве, и неоднородностью толщины получаемой оксидной пленки. Практическая значимость. Полученные в работе результаты могут быть использованы для реализации дополнительного элемента защиты от фальсификации при маркировке продукции.


Ключевые слова: цветная лазерная маркировка, оксидные пленки, спектрофотометрия, нержавеющая сталь, волоконный лазер

Благодарности. Авторы выражают особую благодарность А.А. Шимко за проведение спектрофотометрических измерений на базе РЦ ОЛМИВ СПбГУ и О.А. Приходько за ценные замечания и рекомендации. Работа поддержана грантом РФФИ ОФИ_М № 14-29-07227.

Список литературы

1. Misev T.A., Van der Linde R. Powder coatings technology: new developments at the turn of the century // Progress in Organic Coatings. 1998. V. 34. N 1–4. P. 160–168.
2. Горбунова Т.Г., Тишкин А.А., Хаврин С.В. Средневековые украшения конского снаряжения на Алтае: морфологический анализ, технологии изготовления, состав сплавов. Барнаул: Азбука, 2009. 144 с.
3. Провоторов А.В., Астафьев А.В. Адаптация технологии автоматической идентификации промышлен-ных изделий для производства трубопроводной продукции // Перспективы развития информационных технологий. 2011. №3-2. С. 130–135.
4. Panjan M., Klanjsek Gunde M., Panjan P., Cekada M. Designing the color of AlTiN hard coating through interference effect // Surface and Coatings Technology. 2014. V. 254. P. 65–72. doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.05.065
5. Jervis T.R., Williamson D.L., Hirvonen J.-P., Zocco T.G. Characterization of the surface oxide formed by excimer laser surface processing of AISI 304 stainless steel // Materials Letters. 1990. V. 9. N 10. P. 379–383. doi: 10.1016/0167-577X(90)90070-3
6. Li Z.L., Zheng H.Y., Teh K.M., Liu Y.C., Lim G.C., Seng H.L., Yakovlev N.L. Analysis of oxide formation induced by UV laser coloration of stainless steel // Applied Surface Science. 2009. V. 256. N 5. P. 1582–1588. doi: 10.1016/j.apsusc.2009.09.025
7. Adams D.P., Hodges V.C., Hirschfeld D.A., Rodriguez M.A., McDonald J.P., Kotula P.G. Nanosecond pulsed laser irradiation of stainless steel 304L: Oxide growth and effects on underlying metal // Surface and Coatings Technology. 2013. V. 222. P. 1–8. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.12.044
8. Luo F., Ong W., Guan Y., Li F., Sun S., Lim G.C., Hong M. Study of micro/nanostructures formed by a na-nosecond laser in gaseous environments for stainless steel surface coloring // Applied Surface Science. 2015. V. 328. P. 405–409. doi: 10.1016/j.apsusc.2014.12.053
9. Antonczak J., Kocon D., Nowak M., Koziol P., Abramski K.M. Laser-induced colour marking - sensitivity scaling for a stainless steel // Applied Surface Science. 2013. V. 264. P. 229–236. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.09.178
10. Veiko V., Odintsova G., Ageev E., Karlagina Y., Loginov A., Skuratova A., Gorbunova E. Controlled oxide films formation by nanosecond laser pulses for color marking // Optics Express. 2014. V. 22. N 20. P. 24342–24347. doi: 10.1364/OE.22.024342
11. Вейко В.П., Слободов А.А., Одинцова Г.В. Применение метода химической термодинамики при ана-лизе лазерного термохимического воздействия на металлы // Известия вузов. Приборостроение. 2014. Т. 57. № 6. С. 58–65.
12. Veiko V.P., Slobodov A.A., Odintsova G.V. Availability of methods of chemical thermodynamics and kinet-ics for the analysis of chemical transformations on metal surfaces under pulsed laser action // Laser Physics. 2013. V. 23. N 6. Art. 066001.
13. Birks N., Meier G.H. Introduction to High Temperature Oxidation of Metals. London: Edward Arnold, 1983. 187 p.
14. Veiko V., Odintsova G., Gorbunova E., Ageev E., Shimko A., Karlagina Y., Andreeva Y. Development of complete color palette based on spectrophotometric measurements of steel oxidation results for enhancement of color laser marking technology // Material and Design. 2016. V. 89. P. 684–688. doi: 10.1016/j.matdes.2015.10.030
15. Somervuori M.E., Johansson L.-S., Heinonen M.H., van Hoecke D.H.D., Akdut N., Hänninen H.E. Characterisation and corrosion of spot welds of austenitic stainless steels // Materials and Corrosion. 2004. V. 55. N 6. P. 421–436. doi: 10.1002/maco.200303753
16. Sugimoto K., Seto M., Tanaka S., Hara N. // Conference on Oxide Films on Metals and Alloys. Toronto, Canada, 1992. P. 530.
17. Brown M.S., Arnold C.B. Fundamentals of laser-material interaction and application to multi scale surface modification / In: Laser Precision Microfabrication. Eds. K. Sugioka, M. Meunier, A. Pique. Springer, 2010. P. 91–120. doi: 10.1007/978-3-642-10523-4_4
 



Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика