Экспериментальное исследование упрочнения материалов проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках масштабного всероссийского проекта "Фундаментальные проблемы разработки аэрокосмических транспортных систем и управления в аэрокосмической технике для обеспечения связанности территории РФ".

Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Acta Astronautica, издаваемом под эгидой Международной академии астронавтики.

"Металлические конструкционные материалы, используемые в авиации и космосе, в процессе своей эксплуатации испытывают экстремальные нагрузки, поэтому для увеличения срока их службы и безопасности полетов крайне важно увеличивать их прочность как при производстве новых узлов и деталей, так и при ремонте бывших в эксплуатации устройств и летательных аппаратов. Данная научная работа посвящена экспериментальному исследованию лазерной ударной обработки конструкционных материалов с помощью мощных наносекундных лазерных импульсов. Эта технология позволяет уменьшить поверхностные микроповреждения и увеличить сопротивление материала росту трещин. Увеличение твердости микроструктуры материала в результате в ряде случаев может достигать 20%", — рассказал Георгий Макарьянц, заведующий кафедрой эксплуатации авиационной техники Самарского университета им. Королёва.

По словам ученого, эффект упрочнения достигается за счет механической деформации, производимой ударной волной от лазерного импульса вследствие быстро расширяющейся плазмы в области пятна облучения. Ударная волна создает на поверхности образца микровпадины глубиной несколько микрометров, а в приповерхностном слое при этом образуются сжимающие напряжения, делающие материал прочнее, чем он был изначально.

Эксперименты проводились на установке с неодимовым лазером. Использовались мощные наносекундные лазерные импульсы длительностью 10 нс с энергией до 1 Дж на длине волны 1064 нм. Диаметр лазерного пятна составлял около 1500 мкм, в результате чего плотность энергии в импульсе варьировалась в диапазоне от 20 до 32 Дж/кв.см.  Для исследования морфологии поверхности исходных и обработанных лазерным излучением образцов применялись растровый электронный микроскоп и оптический профилометр, измеряющий шероховатость поверхности.

"В ходе исследования были подробно рассчитаны лазерные параметры обработки конструкционных материалов, обеспечивающие необходимую плотность мощности лазерного излучения. Получены практические результаты лазерного ударного упрочнения таких материалов, как медь и алюминиевый сплав, при различных плотностях энергии и при наличии и отсутствии защитного покрытия на материалах. Используя расчетные данные, можно добиться оптимального эффекта лазерной ударной обработки. Результаты этого исследования имеют, конечно, по большей части фундаментальное значение, но они могут быть использованы для создания промышленной технологии и применения на производстве авиационной и космической техники", — отметил Георгий Макарьянц.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.