Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат наук Васильев Олег Сергеевич

• Васильев Олег Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Васильев Олег Сергеевич

Введение

Глава 1. Аналитический обзор научно-технической литературы по проблеме лазерного управления микрогеометрией поверхности и постановка задачи исследования

1.1 Обзор литературы по проблеме лазерного управления микрогеометрией поверхности (общие положения)

1.2 Существующие подходы к описанию шероховатости поверхности

1.3 Основные методы микроструктурирования поверхности

1.3.1 Механические методы

1.3.2 Химические методы

1.3.3 Методы микроструктурирования поверхности концентрированными потоками энергии

1.4 Механизмы микро- и наноструктурирования поверхности металлов на основе лазерного воздействия

1.5 Выводы

Глава 2. Разработка и исследование принципов формирования геометрического микрорельефа на поверхности металлов

2.1 Анализ эффективности лазерных методов и систем управления микрогеометрией поверхности

2.2 Экспериментальное лазерное оборудование, его конструкция и основные параметры

2.3 Режимы обработки металлов лазером с наносекундной длительностью импульсов

2.4 Технология микроструктурирования поверхности металла излучением наносекнудного волоконного лазера

2.5 Выводы

Глава 3. Лазерное формирование базовых типов поверхностных микроструктур

3.1 Анализ базовых типов поверхностных регулярных структур и возможностей их реализации

3.2 Формирование микрорельефа на поверхности стали и измерение его геометрических характеристик: экспериментально-технологические результаты

3.2.1 Связь геометрических параметров рельефа поверхности с ее способностью к электронной эмиссии

3.2.2 Связь геометрических параметров рельефа поверхности с ее оптическими свойствами

3.2.3 Основные виды полученных трибологических рельефов

3.2.4 Виды микрорельефов декоративно-прикладного применения

3.3 Расчёт погрешности шероховатости Ra и Rz для этапа «полировки» поверхности металла

3.4 Выводы

Глава 4. Исследование функциональных свойств поверхностей металла после обработки лазерным излучением

4.1 Гидрофобные и гидрофильные свойства поверхности металла

4.2 Связь геометрических параметров микрорельефа со смачиваемостью поверхности

4.2.1 Лазерное формирование гидрофобной поверхности

4.2.2 Измерение гидрофобности поверхности металла методом замера угла смачивания

4.2.3 Экспериментальные результаты и их обсуждение

4.3 Метод лазерного повышения коррозионной стойкости металлов

4.3.1 Лазерное оксидирование поверхности металлов для защиты от коррозии

4.3.2 Формирование оксидной плёнки и проверка коррозионной стойкости металла

4.3.3 Воздействие расфокусированным лазерным лучом

4.4 Выводы

Глава 5. Исследование метода переноса микрорельефа на поверхность металла путем прокатки структурированным валом

5.1 Экспериментальное оборудование и материалы для процесса металлопроката

5.2 Результаты экспериментов по переносу поверхностной микроструктуры методом холодного проката

5.3 Выводы

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности»

Введение Актуальность темы диссертации

Подавляющее большинство видов взаимодействия тел, полей и потоков энергии между собой, как в окружающей нас природе, так и в техносфере, происходят через поверхности взаимодействующих сред и определяются их свойствами. Перечень некоторых явлений взаимодействия твердых поверхностей с твердыми, жидкими и газообразными средами представлен в Таблица 1. [1].

Таблица 1. Основные виды взаимодействия поверхностей твердого тела с твердым

телом, с жидкостью и газом

С твёрдым телом С жидкостью С газом

Механические

• Трение качения и скольжения • Статистическое и динамическое нагружение • Обтекаемость жидкостями • Способность к очистке • Обтекаемость газами

Химические

• Катализ • Сцепление • Способность пропитываться • Коррозия • Адсорбция • Десорбция • Коррозия

Электромагнитные

• Отражение и преломление ЭВ • Отражение и преломление ЭВ • Отражение и преломление ЭВ

Электростатические

• Электропроводность • Гальванические эффекты • Эмиссия электронов

• Электризация • Электризация • Электризация

Тепловые

• Теплоотдача • Тепловой контакт • Теплоотражение

Форма, шероховатость, химический состав, чистота и многие другие параметры поверхности оказывают влияние на взаимодействие объектов с

окружающей средой. Поверхности металлов вступают в реакцию с атмосферными газами, прежде всего кислородом, при этом окисляясь, ржавея и разрушаясь [2]. Подобные законы присущи и объектам живой природы.

В конце 1980-х годов были исследованы специфические свойства некоторых растений и животных. Было обнаружено, что листья лотоса исключительно за счёт своей поверхностной микроструктуры обладают супергидрофобными свойствами, проявление которых при взаимодействии с водой и другими жидкостями называют «эффектом лотоса». Сходные явления наблюдаются и в мире фауны [3,4].

Данные способности и свойства растений и животных определяются исключительно микроструктурой поверхности их тел. Благодаря исследованию уникальных природных микроструктур становится возможным изучение и воспроизведение известных науке микротопологий путём микрообработки поверхностей объектов, в том числе металлических. Современные методы обработки позволяют изготовлять различные микрорельефы, которые улучшают свойства поверхности деталей и устройств, в частности гидрофобность/гидрофильность, трибологические характеристики, оптические свойства поверхности, электрическую прочность и эмиссионную способность, коррозионную стойкость, и т. д.

Взаимосвязь некоторых эксплуатационных характеристик поверхностей с геометрическими параметрами их микрорельефа приведена в таблица 2. [1, 5, 6]. Из приведённых в таблице данных видно, насколько сложна проблема взаимосвязи указанных свойств. В немалой степени это связано со сложностью определения характеристик качества поверхности.

Таблица 2. Взаимосвязь эксплуатационных характеристик поверхностей с геометрическими параметрами их микрорельефа

Характеристика Яа ^тах 5 /7 1 оп -^"зап Р Г Т7 1 ИСТ -^ИСТ N г/И ''1 чпах Шероховатость поверхности ОЯг г'

Износостойкость + + + + + + + + + + + + + +

Коэффициент трения + + + + + + + + + + + + + +

Коррозионная стойкость + + + + + + + +

Обтекаемость газами и жидкостями + + + + + + +

Пылеудаляемость + + + + + + +

Прочность и качество гальванических покрытий + + + + + + +

Контактная жесткость + + + + + + + + +

Отражаемость световых и других лучей + + + + + + + + + + +

Гидроплотность + + + + + + + + + + + + +

Электрическая прочность + + + + + + + +

Способность к очистке в вакууме + + + + + + + + +

Трение в вакууме + + + + + + + + + + + +

где Яа - среднее арифметическое отклонение профиля; 1(: - высота неровностей профиля по десяти точкам; Ятах - наибольшая высота неровностей профиля; -средний шаг неровностей по вершинам; /''„,, - площадь опорной поверхности; /\";;||| - коэффициент заполнения профиля; /> - угол наклона боковой стороны неровностей; г - радиус закругления вершин, неровностей; /<'||С| - суммарная площадь реальной поверхности; Л||С| - длина реального профиля; N - число выступов на единицу поверхности; <з!(: - коэффициент неоднородности; г' - радиус закругления впадин неровностей.

В настоящее время проблема управления «качеством» поверхности относится к числу фундаментальных и включает в себя не только требуемую шероховатость поверхности, но и совокупность таких ее свойств, как надлежащая трехмерная геометрия, т.е. геометрическая структура поверхности, химический состав и физико-механическое состояние, определяемое дефектами поверхностного слоя и механическими напряжениями поверхности.

Изучению различных сторон этой проблемы посвящено множество работ и научных направлений [1-7, 9-23, 25-104, 108-163]. Исходным моментом в таких исследованиях являются методы создания заданной шероховатости поверхности. Наиболее распространенные на практике контактные механические методы обработки, реализуемые высокоточными многоосевыми машинами с числовым программным управлением (ЧПУ), уже не могут удовлетворить потребности промышленности в формировании микро- и наноповерхностей, несмотря на свою высокую точность. В настоящее время требуются другие инструменты, обеспечивающие размерную обработку в субмикронном диапазоне.

Современный уровень развития лазерных систем и технологий предоставляет альтернативные возможности для быстрой и качественной прецизионной обработки поверхностей материалов. Точность позиционирования и малый диаметр сфокусированного лазерного пучка позволяют выйти на микро-и нанометрический масштаб. Удобство управления параметрами лазерных систем, простота и точность наведения лазерного излучения в зону обработки и воспроизводимость результатов делают конкурентоспособным процесс лазерного структурирования поверхностей, главным образом металлических.

Использование лазеров для формирования микро- и наноструктур на поверхности металлов обеспечивает высокую эффективность процесса и имеет хорошие перспективы. Становится возможным решение многих проблем в таких областях, как производство приборов опто- и наноэлектроники, технологии хранения информации, управление механическими и оптическими свойствами твердых тел в биомедицине (трансплантологии), а также в области научных исследований (фотонные кристаллы, плазменные устройства) и т.д [7].

Основные параметры лазерных систем, которые влияют на процесс обработки металлов - это плотность мощности и продолжительность лазерного воздействия, длина волны лазерного излучения, частота следования импульсов, скорость перемещения луча по поверхности, размер пучка на поверхности, количество повторных проходов, распределение интенсивности излучения в

Л

сфокусированном лазерном пучке и М -параметр геометрического качества пучка. Существенную роль играют оптические свойства поверхности, в частности, ее поглощательная способность на длине волны обработки. Так, например, для обработки металлов весьма эффективными являются лазеры с длиной волны около 1 мкм. При этом использование оптического волокна позволяет подать излучение непосредственно к зоне обработки. Для прецизионного изменения микрогеометрии поверхности эффективнее применять лазеры с наименьшей длительностью импульсов т, например, фемтосекундной, что позволяет значительно уменьшить размеры прогретого слоя, однако стоимость подобной лазерной системы будет довольно высокой. Если говорить о разработке технологий инженерии поверхности, нацеленных на практическое применение, то целесообразно основываться на серийных лазерных системах с приемлемыми техническими параметрами. Кандидатом номер один в списке пригодных для этой цели лазеров является импульсный волоконный иттербиевый лазер с длительностями импульсов т ~ 100 не, плотностью мощности до

о л

¿7=2-10 Вт/см и частотой следования импульсов 50-100 кГц.

Степень разработанности

В настоящее время лазерные технологии используются в мире для структурирования поверхности - создания сложных двух- и трехмерных микро- и наноструктур в металлах, полупроводниках, прозрачных материалах, полимерах и др. Под структурированием будем понимать процесс создания на поверхности материала упорядоченных, в общем случае трехмерных геометрических фигур, направленный на изменение физико-химических и, в конечном счете, эксплуатационных свойств поверхности объекта [8]. Модификация поверхности с

помощью лазера привлекает к себе все большее внимание различных исследовательских групп. И здесь следует упомянуть Г. Вебера и др., Н. Ривзи,

B.И. Конова и др., В. П. Вейко и др., С. М. Гейгера и др., А. Остендорфа и др., А.

C. Тама и др., М. Гувера и др., С. Метева и др., И. Миямото и др., и др.

Однако появление всё новых лазеров, обладающих улучшенными характеристиками, прогрессивных оптических систем, средств контроля и наблюдения, и, в конечном счёте, новых материалов с различными эксплуатационными свойствами открывает проблему микроинженерии поверхности заново.

Цель диссертационной работы заключается в исследовании и разработке технологических методов управления микроструктурой поверхности металлов лазерными импульсами наносекундной длительности для придания требуемых функциональных свойств.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Исследование принципов контролируемого локального изменения поверхностной микрогеометрии металлов лазерами наносекундной длительности с наиболее эффективной для обработки металлов длиной волны -1,07 мкм и определение взаимосвязи шероховатости поверхности с режимами лазерного излучения;

2. Разработка технологии лазерного микроструктурирования поверхности стали марки 10 с применением иттербиевого волоконного лазера и сканирующей системы наведения пучка;

3. Исследование влияния параметров микрорельефа на гидрофобные, адгезионные, антикоррозионные и др. функциональные свойства поверхности исследуемой стали марки 10;

4. Разработка основного конструктивного элемента прокатной установки и выбор эффективного эластичного покрытия для качественного переноса микрорельефа с поверхности вала на поверхность фольги.

Методы исследования и материалы

1. Профилометрические измерения проводились на установке Hommel Tester Т8000 методом контактного сканирования поверхности;

2. Оптические наблюдения проводились на универсальном микроскопе Zeiss Axio Imager Al.m;

3. Температура в зоне воздействия лазерного излучения измерялась с помощью ИК-тепловизионной камеры FLIR Titanium 520М;

4. Химический состав поверхности металла определялся при помощи сканирующего электронного микроскопа JSM-5610 LV оснащённого системой химического анализа EDX JED-2201;

5. Оптическое измерение геометрических параметров микроструктур проводилось на микроскопе «Leica DMI 5000».

Научная новизна работы

1. Разработана и исследована технология микроструктурирования поверхности металлов, включающая три этапа: первый этап - абляции металла -формирование базового топологического рельефа; второй этап - очистка поверхности от загрязнений, образовавшихся после первого этапа обработки; третий этап - полировка поверхности путем повторного локального оплавления поверхности металла под действием более коротких импульсов для снижения параметров шероховатости сформированных микроструктур;

2. Обоснована эффективность применения технологии лазерного микроструктурирования поверхности стали марки 10 импульсами наносекундной длительности для изменения гидрофобных и адгезионных свойств металла, позволяющих увеличить срок эксплуатации приборов и технических систем;

3. Выявлена принципиальная технологическая возможность повышения коррозионной стойкости стали марки 10 за счёт локального перераспределения углерода и железа в поверхностных слоях данного материала и образования химического соединения карбида железа БезС в результате воздействия на поверхность лазерного излучения;

4. Разработан технологический способ переноса микрорельефа с поверхности прокатных валов, обработанных лазерным излучением, на фольгу алюминия. Определены параметры эластичных материалов для изготовления покрытия прокатных валов, с помощью которых можно осуществить качественный перенос лазерно-сформированной микроструктуры, размеры которой соизмеримы с диаметром перетяжки лазерного излучения ¿/-50 мкм.

Практическая значимость работы

1. На основе разработанной технологии модернизирован волоконный импульсный лазерный комплекс для изготовления микроструктурированных поверхностей;

2. Результаты экспериментов выявили, что разработанная лазерная технология с применением импульсов наносекундной длительности позволила изменять ряд физико-химических свойств поверхности, таких как гидрофобные, гидрофильные и адгезионные свойства, коррозионно-стойкие свойства, оптические, трибологические и др.;

3. Исследование характеристик эластичных материалов позволили определить наиболее эффективное покрытие валов прокатного стана и модернизировать основной конструктивный элемент узла тиснения для изготовления в промышленном масштабе микроструктурированных поверхностей приборов, работающих в различных эксплуатационных условиях.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Лазерное трехэтапное микроструктурирование поверхности металлов: локальная послойная абляция материала; очистка поверхности; полировка поверхности. Предложенная технология позволяет регулировать финишную шероховатость поверхности в диапазоне 0,3... 0,6 мкм и высотные параметры И поверхностного микрорельефа в диапазоне 2...3,5 мкм при помощи излучения лазера с длительностью импульсов 4 не;

2. Рекомендации по режимам воздействия на материал излучением наносекундного волоконного лазера в рамках трехэтапной технологии

микроструктурирования поверхности металлов, обеспечивающей регулирование адгезионных, гидрофизических, антикоррозионных, оптических, трибологических и других физико-химических функциональных свойств поверхности, повышающих качество работы приборов и систем;

3. Результаты экспериментальных исследований воздействия наносекундных лазерных импульсов, характеризующие повышение коррозионной стойкости стали марки 10, благодаря локальному перераспределению углерода и железа в приповерхностных слоях металла и образованию химического соединения карбида железа Ре3С;

4. Выявленная связь основных параметров шероховатости нерегулярной поверхности, изготовленной на фольге из цветных металлов методом холодного тиснения лазерно-сформированной микроструктуры, и высотных параметров И полученных структур, как от размеров и шероховатости микроструктуры на валу тиснения, так и от параметров упругости и эластичности резиновых материалов, из которых изготовлено покрытие валов тиснения, следствием чего является разница между высотой микроструктуры на валу тиснения и микроструктуры, выдавленной на фольге, составляющая не более 5-10 %.

Личный вклад автора

Все приведённые в диссертации результаты исследований, составляющие её научную новизну и выносимые на защиту, получены лично автором либо при его непосредственном участии.

Достоверность результатов исследований, составляющих основу настоящей диссертационной работы, подтверждается их воспроизводимостью и согласованием с данными, приводимыми другими исследователями, а также использованием обоснованных и апробированных физических методов при их изучении и объяснении. Анализ данных, полученных экспериментальным путем, проведен с учетом статистических методов обработки физических измерений, обеспечивающих их достоверность.

Апробация результатов работы

Материалы, изложенные в диссертационной работе, были представлены на научных конференциях всероссийского и международного уровня: III Всероссийский конгресс молодых ученых, Университет ИТМО, 8-11 апреля 2014 года, Санкт-Петербург; IV Всероссийский конгресс молодых ученых, Университет ИТМО, 7-10 апреля 2015г. Санкт-Петербург; V Всероссийский конгресс молодых ученых, Университет ИТМО, 12-15 апреля 2016, Санкт-Петербург; XLIV научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО, 3-6 февраля 2015г., Санкт-Петербург; XLV научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 2-6 февраля 2016, Санкт-Петербург; IX международная конференция молодых учёных и специалистов "0птика-2015". Санкт-Петербург, Россия, 12-16 октября 2015; Международная научная школа "Лазерные микро- и нанотехнологии", Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 1-3 июль 2015; IX Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах", Университет Петра Великого, Санкт-Петербург, 27-30 окт 2015; IX Санкт-петербургская межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2015)», Санкт-Петербург, 28-30 октября 2015 г.; Неделя науки СПБПУ 2015; Неделя науки СПбПУ: Научный форум с международным участием, Санкт-Петербург, Политехнический университет, 30 ноября - 5 декабря 2015 г.; 69-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ЛЭТИ, Санкт-Петербург, 26.01.2016 - 4.02.2016; International Symposium "Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies", St. Petersburg, Pushkin, Russia, 27.06.2016 - 1.07.2016; 17th International Conference. "Laser Optics 2016", Санкт-Петербург, 27 июня -1июля 2016; 5-ая международная научно-техническая конференция «Современные высокоэффективные технологии и оборудова- ние в машиностроении» (МТЕТ -2016), Университет Петра Великого, Санкт-Петербург, 6-8 октября 2016 г.; Десятый Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах», Университет Петра Великого, Санкт-

Петербург, 24-28 октября 2016 г.; Юбилейная XV Санкт-петербургская международная конференция "Региональная информатика «РИ-2016»", Белый зал Дома ученых им. М. Горького РАН, Санкт-Петербург 26-28 окт. 2016 г.;

Работа была проведена при финансовой поддержке министерства образования и науки РФ соглашение №14.578.21.0197 (RFMEFI57816X0197)

Автор выражает особую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Вейко Вадиму Павловичу, сотрудникам кафедры лазерных технологий и систем (ЛТиС) и сотрудникам кафедры технологии приборостроения (ТПС) в лице д.т.н., профессора Валетова В. А., к.т.н. Васильева Н. С., к.т.н., доцента Помпеева К.П., а также генеральному директору ООО «Лазерный центр» к.т.н. Горному С.Г. и официальным оппонентам д.ф.-м.н, профессору Привалову В.Е. и к.т.н. Юльметовой О.С..

Публикации

Основная часть материалов диссертационной работы отражена в 20 научных работах, в том числе в 6 статьях из научных журналов и изданий из перечня ВАК, Web of Science и Scopus.

Работы в научных журналах и изданиях, включенных в перечень ВАК, Web of science и Scopus:

1. Васильев О.С., Вейко В.П., Горный С.Г., Рузанкина Ю.С. Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера // Оптический журнал. - 2015. - Т. 82. - № 12. - С. 70-77, ISSN 0030-4042.

2. Васильев О.С., Горный С.Г. Технология создания поверхностных микроструктур на листовых материалах с использованием волоконного лазера // Металлообработка, Издательство «Политехника». - 2016. - № 3 (93)/2016. - С. 20-25.-ISSN 1684-6702.

3. О S Vasilyev, J S Ruzankina Laser forming micro géométrie structures on the surface of roller rolling mill // Journal of Physics: Conférence Sériés. - 2016. - Vol.

735, - No. 1, - pp. 1-5. 30 August 2016 IOP Publishing, doi: 10.1088/1742-6596/735/1/012046.

4. Ruzankina J., Vasilev O.S. Study on possibility for the improvement of corrosion resistance of metals using laser-formed oxide surface structure // Journal of Physics: Conference Series. - 2016. - Vol. 735. - No. 1. - pp. 1-5. 30 August 2016 IOP Publishing, doi: 10.1088/1742-6596/735/1/012050.

5. Ruzankina J., Vasilev O.S., [et al.] Increase of corrosion resistance based on photonics methods // Laser Optics (LO), - 2016 International Conference. - 2016. -pp. 1. - IEEE Publishing, doi: 10.1109/L0.2016.7549826.

6. A. Iakovlev, O. Vasiliev [et al.] Laser anti-corrosion treatment of metal surfaces // Proc. SPIE, High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems VI, - Vol. 10097, - pp. 1-7, - Feb. 22. - 2017. -doi: 10.1117/12.2249953.

Другие публикации:

7. Васильев О. С. Метод формирования поверхностной структуры системой прецизионной лазерной гравировки // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 2. - СПб: Университет ИТМО, - 2014. - С. 401-402.

8. Рузанкина Ю.С., Васильев О.С. Оптимизация режимов работы волоконного лазера для формирования поверхностной микро структуры стали // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 2. - СПб: Университет ИТМО, - 2014. - С. 410-411.

9. Васильев О.С. Лазерное формирование микрорельефа на поверхности вальцов, использующихся в процессе холодного и горячего тиснения листовых материалов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - СПб: Университет ИТМО, - 2015.

10. Васильев О.С., Рузанкина Ю.С. Лазерное оксидирование поверхности металла с целью защиты от коррозии // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - СПб: Университет ИТМО, - 2015.

11. Васильев P.C., Рузаикииа Ю.С. Исследование возможности повышения адгезионных и гидрофобных свойств поверхности металла с использованием технологии микро структурирования поверхности // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - СПб: Университет ИТМО, - 2016.

12. Рузанкина Ю.С., Васильев О.С., Вейко В.П., [et al.] Повышение коррозионной стойкости труб нефтепроводов методами фотоники // IX Санкт-Петербургская межрегиональная конференция. Санкт-Петербург, 28-30 октября 2015 г.: Материалы конференции / СПОИСУ. - СПб., - 2015. - С. 249-250, - ISBN 978-5-906782-83-0.

13. Vasilev O.S., Ruzankina J.S, Veiko V.P. Metal surface laser micro structuring technology // INTERNATIONAL SYMPOSIUM Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN-16), June 27 - July 1, - 2016, St. Petersburg. - Russia. - P. 126.

14. Ruzankina J.S., Vasilyev O.S., Parfenov V.A Laser processing of metal surfaces for increasing corrosion resistance // INTERNATIONAL SYMPOSIUM Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN-16), June 27 -July 1,-2016, St. Petersburg. - Russia. - P. 118.

15. Васильев О. С., Рузанкина Ю.С. Лазерная микро- инженерия поверхности металлов // Наука и инновации в технических университетах : материалы Девятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, - 2015 - С. 9-11.

16. Рузанкина Ю.С, Васильев О.С. Исследование возможности повышения коррозионной стойкости металлов // Наука и инновации в технических университетах: материалы Девятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, -2015. - С. 73-74.

17. Рузанкина Ю.С., Васильев О.С., Парфенов В.А. Лазерная обработка металла с целью повышения коррозионной стойкости // Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Институт физики,

нанотехнологии и телекоммуникаций. - СПб. : Изд-во Политехи, ун-та, - 2015. -С. 114-116.

18. Васильев О.С., Рузанкина Ю.С., Грачкова Е.Ю. Исследование поверхностных гидрофизических свойств металла, после обработки лазерным излучением // Наука и инновации в технических университетах: материалы Десятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, - 2016. - С. 45-47.

19. Рузанкина Ю.С., Васильев О.С. Технология лазерной обработки стали для повышения коррозионной стойкости // Наука и инновации в технических университетах: материалы Десятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, - 2016. - С. 65-66.

20. Васильев О. С., Рузанкина Ю.С. Лазерная микро инженерия поверхности металлов и изменение поверхностных свойств объекта // Современные высокоэффективные технологии и оборудование в машиностроении (МТЕТ-2016) Modern high-performance equipment and technologies in mechanical engineering (MTET-2016). -2016. - C. 180-185.

Глава 1. Аналитический обзор научно-технической литературы по проблеме лазерного управления микрогеометрией поверхности и постановка

задачи исследования

1.1 Обзор литературы по проблеме лазерного управления микрогеометрией поверхности (общие положения)

Очевидно, что поверхность объектов не бывает абсолютно гладкой, а обладает определенной шероховатостью, которая сильно влияет на работоспособность любого механизма, устройства и т.п. Шероховатость поверхности - это первый фактор, который определяет реакцию объекта на удар, трение, воздействие жидкости, пара, газа или плазмы. Шероховатость поверхности твердого тела в значительной степени определяет его собственные физические свойства (механические, химические, оптические, акустические, электрические, магнитные и др.) и характер физического и химического взаимодействия твердого тела с другими средами (твердыми телами, жидкостями, газами, плазмой), потоками энергии и полями.

Качество (в традиционной трактовке шероховатость) поверхности играет важную роль во всех машинах, приборах и устройствах. В связи с этим для управления шероховатостью поверхности было изучено и предложено большое количество методов, среди которых можно выделить механические, химические и методы, основанные на применении концентрированных потоков энергии (термические). Следует отметить, что механические методы, в общем случае, приводят к появлению механических дефектов [1]. Химические методы подходят для полировки поверхности, однако их использование весьма ограничено для задач микроструктурирования из-за необходимости применения большого количества шаблонов [9-11]. К методам, основанным на обработке концентрированными энергетическими потоками, относятся лазерные и другие высокоэнергетические источники, имеющие свои недостатки, связанные с отсутствием технологий и высокой стоимостью оборудования. Поэтому важно разрабатывать новые методы управления шероховатостью поверхности, особенно

в современную эпоху наночастиц, наноустройств и наномеханизмов, когда размер некоторых деталей становится сопоставимым с величиной шероховатости поверхности [2].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Васильев Олег Сергеевич, 2017 год

Акт использования

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Васильева О.С. на тему «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности № 05.11.14 - Технология приборостроения, в части разработки лазерной технологии управления функциональными свойствами поверхности металлов, были использованы при проведении работ по федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы», соглашение №14.578.21.0197 от 3 октября 2016 г., тема «Разработка лазерной технологии формирования микрогеометрии поверхности конструкционных материалов с целью управления их физико-химическими свойствами».

Использование результатов диссертационной работы Васильева О.С. находит применение в подготовке учебно-методических материалов и в организации практической деятельности кафедры «Лазерных технологий и систем».

Руководитель проекта

№14.578.21.0197, д.т.н., профессор

Начальник департамента

научных исследований и разработок,

к.ф.-м.н.

Вейко В.П.

Белашенков Н.Р.

ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТР LASER CENTER

ООО "ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕНТР" 195176 Санкт-Петербург, Пискаревский пр., 25 Бизнес-центр "Пискаревский" Тел.: [phone] Факс: [phone] WWW NEWLASER.RU E-mail: SALES@NEWLASER RU

«УТВЕРЖДАЮ» ;ерный центр», ческих наук Горный С.Г. «31» августа 2017 г.

СПРАВКА

о внедрении результатов диссертационного исследования О. С. Васильева «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной

длительности».

Настоящим подтверждаем, что результаты диссертационной работы Васильева О. С. «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, внедрены и используются в технологических процессах предприятия ООО «Лазерный центр».

Предложенные в работе технологии .микроструктурирования поверхности металлов, а также системы расчётного и экспериментального определения эффективных режимов лазерной обработки используются в практической деятельности технологического подразделения компании при изготовлении микроструктурированных валков модернизированной прокатной установки для последующего промышленного производства микроструктурированной фольги из различных металлических материалов.

Главный научный сотрудник, к.ф-м.н. Главный технолог

В. И. Юревич

I J \Л _

/> Г к в- Юдин

Ч/

ООО «ВИТТ 2000»

ИНН 7806104390/КТТП 780601001, 195067, г. Санкт-Петербург, Пискаревский пр., 39, т/ф. 606-66-17 Р/с 40702810629060000775 в ФИЛИАЛЕ №7806 ВТБ 24 (ПАО), к/с 30101810300000000811, БИК 044030811 ОГРН 1037816009747, ОКПО 53247255

«УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор ООО «ВИП 2000».

Группа Альфа-Карат. Петропавловский Д.В.

«31 » август_2017 г.

СПРАВКА

о внедрении в технологический процесс обработки материалов ООО «ВИП 2000» результатов диссертационной работы Васильева О. С.«Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности»

Комиссия в составе Генерального директора Петропавловского Дмитрия Вадимовича, Технического директора Иванова Владимира Алексеевича подтверждает, что результаты диссертационной работы Васильева О. С. «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, внедрены в технологические процессы ООО «ВИП 2000» и используются для производства заготовок и оснастки при производстве ювелирных изделий. Результаты диссертационной работы позволили:

1. модернизировать процесс изготовления трехмерных микрорельефов на поверхности инструментальной стали и ряда цветных металлов;

2. повысить скорость определения необходимых параметров лазерной обработки металлов;

3. оптимизировать процесс локальной очистки и полировки поверхности металлов.

Предложенные в диссертационной работе технологии стали методической и технологической основой для практической деятельности производственных подразделений компании ООО «ВИП «2000».

■РшАЗя I 11-1 ММ ЛОТ Central Research Institute of loser

^yiVT ЦПкЧК! /\W I equipment and technologies

ООО «Центральный научно-исследовательский институт Лазерного Оборудования и Технологий*.

195067 Санкт-Петербург, ул. моршала Тухачевского д. 22 оф. 108 Ьиэмес-иемтр "Сова

По месту требования.

«31» августа 2017 г.

СПРАВКА

о внедрении результатов диссертационной работы О. С. Васильева «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности».

Настоящим Центральный научно-исследовательский институт Лазерного Оборудования и Технологий (резидент Сколково) подтверждает, что результаты диссертационной работы Васильева О.С. «Лазерное формирование микрогеометрии поверхности металлов импульсами наносекундной длительности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, внедрены нашей организацией.

Полученные в работе технологические результаты используются в разрабатываемых нашим институтом программных продуктах управления лазерными системами нового поколения.

Генеральный директор

ООО «Центральный научно-исследовательский институт Лазерного Оборудования и Техно

Список сокращений

ЭВ - электромагнитные волны

ЧПУ - числовое программное управление

ИК-лазер - лазер инфракрасного диапазона

УФ-излучение - ультрафиолетовое излучение

ППД - поверхностная пластическая деформация

РМР - регулярный микрорельеф

ЧРМР - частично регулярный микрорельеф

ПЭВ - поверхностная электромагнитная волна

ППС - поверхностная периодическая структура

SEM - электронная микроскопия

КПД - коэффициент полезного действия

СКО - среднее квадратичное отклонение

JIKM - лакокрасочные материалы

SBR (ТМКЩ-С) - стирен-бутадиеновая резина

NBR (PVC, МБС-С) - акрилнитрил-бутадиен-винилхлорид;

NR - натуральная резина;

CR -хлоропрен;

Список литературы

1 Шнейдер, Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным рельефом. - JL: Машиностроение, 1982. -247 с.

2 Вейко, В.П. Опорный конспект лекций по курсу «Физико-технические основы лазерных технологий». Раздел: Лазерная микрообработка. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007. - 111 с.

3 Neinhuis, С. Characterization and distribution of water-repellent, selfcleaning plant surfaces / C. Neinhuis, W. Barthlott // Annals of Botany. - 1997. - Vol. 79.

- Is. 6. - P. 667-677.

4 Koch, K. Diversity of structure, Morphology and Wetting of Plant Surfaces / K. Koch, B. Bushan, W. Barthlott // Soft matter. - 2008. - Vol. 4. - Is. 10. - P. 1943-1963.

5 Шнейдер, Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. - JL: Машиностроение, 1972 . - 240 с.

6 Шнейдер, Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник.

- СПб. : Политехника, 1998 . - 413 с.

7 Laser micromachining: new developments and applications / Nadeem H. Rizvi, David K. Milne, Phil T. Rumsby, Malcolm C. Gower // Proc. SPIE, Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing. - 2000. - Vol. 3933.-P. 261.

8 ГОСТ 24773-81. Поверхности с регулярным микрорельефом. Классификация, параметры и характеристики. - М. : Изд-во стандартов, 1988. - 14 с.

9 Усова, В.В., Плотникова, Т.П., Кушакевич. С.А. Травление титана и его сплавов. - М. : Металлургия, 1984. - 128 с.

10 Беккерт, М. Способы металлографического травления: Справочник. Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1988. - 400 с.

11 Пилюгина, Ю.А., Скворцов, А.М., Толмачев, В.А. Химическое микроструктурирование поверхности монокристаллического кремния //

Научно-технич. вестник информ. технологий, механики и оптики. - 2004. -Вып. 14.-С. 256-261.

12 Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.1. -М.: Машиностроение, 2006. - 928 с.

13 Валетов, В.А. Возможные критерии оценки шероховатости обработанных поверхностей // Тр. ЛКИ. - 1976. - Вып. 108. - С. 135-140.

14 Валетов, В.А. Целесообразность изменения стандарта на шероховатость поверхностей деталей // Машиностроение и автоматизация производства. Межвуз. сб. - 1997. -№ 6. - С. 118-121.

15 ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности: Параметры, характеристики, обозначения. - М. : Изд-во стандартов, 1973. - 7 с.

16 ISO 4287:1997. Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface texture: Profile method - Terms, definitions and surface texture parameters, 1997.

17 Табенкин, A.H., Тарасов, С.Б., Степанов, C.H. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт. - СПб. : Изд-во Политехнического ун-та, 2007. - 136 с.

18 Порошин, В. В. Основы комплексного контроля топографии поверхности деталей. -М. : Машиностроение, 2007. - 196 с.

19 Филимонова, Е.А. Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях : Дис. ... канд. тех. наук : 05.11.14. - СПб., 2014. - 237 с.

20 Пушкарев, Д.В., Ватинов, И.В. Формирование регулярного микрорельефа в отверстиях малого диаметра // Технические науки - от теории к практике. -2014.-№33.-С. 87-95.

21 Технологические основы пневмовибродинамической обработки нежестких деталей / А. П. Минаков, А. А. Бунос ; под общ. ред. П. И. Ящерицына. -Минск : Наука и техника, 1995. - 304 с.

22 Довгалев, А.М. Комбинированное магнитно-вибродинамическое

накатывание поверхности отверстий нежестких деталей машин // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2015. - Т. 49. - № 4. - С. 14-21.

23 Пат. 2089373 Российская Федерация, МГЖ 24В39/02. Способ поверхностного пластического деформирования и инструмент для его осуществления / А. М. Довгалев. № 4924841/02. Заявл. 05.04.91. Опубл. 10.09.97. Бюл. №25.-7 с.

24 Станки с ЧПУ: Устройство, программирование, инструментальное обеспечение и оснастка: Учеб. пособие / А.В. Аверченков, М.В. Терехов, А.А. Жолобов [и др.]. - М. : Флинта, 2014. - 355 с.

25 Кузьмин, Ю.П., Помпеев, К.П., Целищев. А.А. Использование фрезерного станка с ЧПУ для нанесения регулярного микрорельефа на поверхности заготовки //Изв. вузов. Приборостроение. - 2015. - Т. 58. - № 4. - С. 273-277.

26 Tolmachev, V.A., Perova, Т., Astrova, E.V. ID photonic crystals based on periodically grooved Si // Proceeding SPIE. - 2004. - Vol. 4876. - P. 192-199.

27 Введение в процессы интегральных микро- и нанотехнологий : Учеб. пособие для вузов. В 2 т. Т. 1: Физико-химические основы технологии микроэлектроники / Под общ. ред. Ю. Н. Коркишко; Ю. Д. Чистяков, Ю. П. Райнова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 392 с.

28 Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией, полученные вертикальным анизотропным травлением / Е.Г. Тук, А.Г. Ткаченко, Н.А. Токранова [и др.] // Письма в журнал технической физики. - 2001. - Т. 27. -№9.-С. 64-71.

29 Multilevel microstructure fabrication using single-step 3D photolithography and single-step electroplating /Jun-Во Yoon, Jae-Duk Lee, Chul-Hi Han [et al.] //Proc. SPIE, Materials and Device Characterization in Micromachining. - 1998. -Vol. 3512. - P. 358.

30 Novel and high-yield fabrication of electroplated 3D microcoils for MEMS and microelectronics / Jun-Во Yoon, Chul-Hi Han, Euisik Yoon, Choong-Ki

Kim//Proc. SPIE 3511, Micromachining and Microfabrication Process Technology IV. - 1998. - Vol. 3511. - P. 233.

31 Monolithic integration of 3D electroplated microstructures with unlimited number of levels using planarization with a sacrificial metallic mold (PSMM) / Jun-Bo Yoon, Chul-Hi Han, Euisik Yoon, Choong-Ki Kim // Proceedings of the IEEE Micro Electro Mechanical Systems, 21-21 Jan. 1999. - 1999. - P. 624-629.

32 A simple and effective fabrication method for various 3D microstructures: Backside 3D diffuser lithography / Joo-Hyung Lee,Won-Seok Choi, Kyung-Ho Lee, Jun-Bo Yoon // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2008. -Vol. 18.-Is. 12.-P. 125015.

33 Bruning, J.H. Optical lithography - Thirty years and three orders of magnitude -The evolution of optical lithography tools : Conference Paper / J.H. Bruning_// Proceeding SPIE. - 1997. - Vol. 3049. - P. 14-27.

34 Лапшинов, Б.А. Технология литографических процессов: Учеб. пособие -М. : МГИЭМ, 2011.-99 с.

35 Fabrication of planar and three-dimensional microcoils on flexible substrates / M. Woytasik, J.-P. Grandchamp, E. Dufour-Gergam [et al.] //Microsystem Technologies. - 2006. - Vol. 12. - Is. 10. - P. 973-978.

36 Bruning, John H. Optical Lithography: 40 years and holding ning // Proc. of SPIE 6520, Optical Microlithography. - 2007. - Vol. 6520. - P. 652004.

37 Koch, C., Rinke, T. J. Lithography - Theory and Application of Photoresists, Developers, Solvent and Etchants / - MicroChemicals, 2008.

38 Lithographic Challenges an ASML perspective [Электронный ресурс] / Boudewijn Sluijk. - Dublin: Intel ERIC, 2012. - Режим доступа: http: //www, intel. com/content/dam/www/public/emea/eu/en/documents/eric/day2 -boude wii n- sluii k. pdf

39 Прямое лазерное наноструктурирование поверхности алмазных пленок и керамики нитрида кремния наносекундными импульсами излучения F2-лазера / К.Э. Лапшин, А.З. Обидин, В.Н. Токарев [и др.] // Российские

нанотехнологии. - 2007. - T. 2. - № 11-12. - С. 50-57.

40 Формирование наноструктур при лазерном плавлении поверхности твердых тел / В.Н. Токарев, В.Ю. Хомич, В.А. Шмаков, В.А. Ямщиков // Доклады Академии наук. - 2008. - Т. 419. - № 6. - С. 754-758.

41 Nanostructure Formation on Solid Surfaces melted by Laser Pulse / V.Y. Khomich, S.I. Mikolutskiy, V.A. Shmakov [et al.] // Advanced Laser Technologies 2012 Proc. - 2012. - Vol. 1. - P. 179-180.

42 Хомич, В.Ю., Шмаков, B.A. Образование периодических наноразмерных структур на поверхности твердых тел при фазовых и структурных превращениях // Доклады РАН. - 2012. - Т. 446. - № 3. - С. 276-278.

43 Хомич, В.Ю., Шмаков, В.А. Механизмы и модели прямого лазерного наноструктурирования материалов // Успехи физических наук. - 2015. - Т. 185.-№5.-С. 489-499.

44 Обработка поверхности титана наносекундным лазерным излучением / Ю.А. Железнов, Т.В. Малинский, С.И. Миколуцкий [и др.] // Письма о материалах. - 2014. - Т. 4. - № 1. - С. 45-48.

45 Экспериментальная установка для прямого лазерного микро- и наноструктурирования поверхности твердых тел / Ю.А. Железнов, Т.В. Малинский, С.И. Миколуцкий [и др.] // Успехи прикладной физики. - 2014. -Т. 2.-№3.-С. 311-316.

46 Gas-assisted focused ion beam etching of indium - tin oxide film / M.-K. Lee, K.-K. Kuo // Jpn. J. Appl. Phys. - 2008. - Vol. 47. - № 1R. - P. 347.

47 Образование нанополостей в поверхностном слое алюминиевой мишени при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов / С.И. Ашитков, H.A. Иногамов, В.В. Жаховский [и др.] // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2012. - Т. 95. -№ 4. - С. 192-197.

48 Формирование периодических наноструктур на поверхности алюминия под действием фемтосекундных лазерных импульсов / Е.В. Голосов, A.A. Ионин, Ю.Р. Колобов [и др.] // Рос. нанотехнол. - 2011. - Т. 6. - № 3-4. - С. 82-86.

49 Sub-100 nanometer transverse gratings written by femtosecond laser pulses on a titanium surface / A.A. Ionin, S. Kudryashov, S.V. Makarov [et al.] // Laser Phys. Lett. IOP Publishing, - 2013. - Vol. 10. - № 5. - P. 56004.

50 Qi, L., Nishii, K., Namba, Y. Regular subwavelength surface structures induced by femtosecond laser pulses on stainless steel // Opt. Lett. Optical Society of America. - 2009. - Vol. 34. - № 12. - P. 1846-1848.

51 Fabrication of anti-reflective structures using hot embossing with a stainless steel template irradiated by femtosecond laser / T.-F. Yao, P.-H. Wu, T.-M. Wu, S.-Y. Yang // Microelectron. Eng. Elsevier, 2011. - Vol. 88. - № 9. - P. 2908-2912.

52 Генерация наноструктур при лазерной абляции металлов в жидкостях: новые результаты / Е.В. Бармина, Э. Стратакис, К. Фотакис, Г.А. Шафеев // Квантовая электроника. - 2010. - Vol. 40. - № 11. - С. 1012-1020.

53 Sub-100-nm laser-induced periodic surface structures upon irradiation of titanium by Ti:sapphire femtosecond laser pulses in air / J. Bonse, S. Hohm, A. Rosenfeld, J. Kruger // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. - 2013. - Vol. 110. -№3. - P. 547-551.

54 Vorobyev, A.Y., Guo, C. Antireflection effect of femtosecond laser-induced periodic surface structures on silicon // Opt. Express. - 2011. - Vol. 19. - № 105. -P. A1031-A1036.

55 Бойнович, Л.Б., Емельяненко, A.M. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение // Успехи химии. - 2008. - Т. 77. - № 7. - С. 619-638.

56 Femtosecond laser modification of titanium surfaces: direct imprinting of hydroxylapatite nanopowder and wettability tuning via surface micro structuring / A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, S.V. Makarov [et al.] // Laser Phys. Lett. - 2013. -Vol. 10. - № 4. - P. 45605.

57 Large area uniform nanostructures fabricated by direct femtosecond laser ablation / M. Huang, F. Zhao, Y, Cheng [et al.] // Opt. Express. - 2008. - Vol. 16. - № 23.

-P. 19354-19365.

58 Veiko, Vadim P. General approach to a surface topology formation based on laser technologies // Proc. SPIE ALT'02 International Conference on Advanced Laser Technologies. - 2003. - Vol. 5147. - P. 95.

59 Veiko, Vadim P. General concept of a surface microgeometry reconstruction based on laser technology // Proc. SPIE Photon Processing in Microelectronics and Photonics . - 2002. - Vol. 4637. - P. 64.

60 Liao, Yunn-Shiuan, Chen, Ying-Tung. Precision fabrication of an arrayed micro metal probe by the laser-LIGA process // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2005. - Vol. 15. -№ 12. - P. 2433-2440.

61 Лазерное микроструктурирование поверхности сверхтвёрдых аморфных углеродных пленок / М.С. Комленок, С.М. Пименов, В.В. Кононенко // Нано- и икросистемная техника. - 2008. - № 3. - С. 48-53.

62 Формирование наноструктур при фемтосекундной лазерной абляции в вакууме / М.Н. Терке, К.С. Хорьков, С.В. Кутровская [и др.] // Перспективные материалы. - 2011. -№ 10. - С. 175-181.

63 Завестовская, И.Н. Лазерное наноструктурирование поверхности материалов // Квантовая электроника. - 2010. - Vol. 40. - № 11. - С. 942-954.

64 Vorobyev, A.Y., Guo, С. Direct femtosecond laser surface nano/microstructuring and its applications // Laser Photon. Rev. - 2013. - Vol. 7. - № 3. - P. 385-407.

65 Одинцова, Г.В. Исследование и разработка технологии цветной лазерной маркировки металлов методом локального окисления : Дис. ... канд. тех. наук: 05.27.03. - СПб., 2014. - 117 с.

66 Особенности лазерного нагрева окисляющихся металлов в воздухе при наклонном падении излучения / М.И. Арзуов, А.И. Барчуков, Ф.В. Бункин [и др.] // Квантовая электроника. - 1979. - Т. 6. - № 3. - С. 466-472.

67 Vorobyev, A.Y., Guo, С. Effects of nanostructure-covered femtosecond laser-induced periodic surface structures on optical absorptance of metals // Appl. Phys. A. -2007. - Vol. 86. - P. 321-324.

68 Beam Spatial Profile Effect on Femtosecond Laser Surface Structuring of Titanium in Scanning Regime / A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, S.V. Makarov [et al.] // Applied Surface Science. - 2013. - V. 284. - P.634-637.

69 Лазерная модификация и структурирование поверхности / Е.В. Хайдуков, О.Д. Храмова, В.В. Рочева [и др.] // Изв. вузов. Приборостроение. - 2011. -Т. 54. -№ 2. - С.26-32.

70 Вейко, В.П., Петров А.А. Опорный конспект лекций по курсу «Лазерные технологии». - СПб. : СПбГУ ИТМО, 2009. - 143 с.

71 Gower, М.С. Excimer laser microfabrication and micromachining / M.C. Gower // Prod. SPIE. - 2000. - Vol. 4088. - P. 124-131.

72 Dausinger, F., Hugel, H., Konov, V. I. Micromachining with ultrashort laser pulses: from basic understanding to technical applications // SPIE Proceedings. -2003.-Vol. 5147.

73 Laser ablation and micropatterning of thin TiN coatings / T.V. Kononenko, S.V. Garnov, S.M. Pimenov [et al.] // Applied Physics A. - 2000. - Vol. 71. - Is. 6. -P. 627-631.

74 The role of plasma in ablation of materialsby ultrashort laser pulses / Klimentov, S. M., Kononenko, T.V., Pivovarov, P.A. [et al.] // Quantum Electronics. - 2001. -Vol. 31. -№5. - P. 378.

75 Laser ablation of dental materials using a microsecond Nd: YAG laser / M. L. Siniaeva, M. N. Siniavsky, V. P. Pashinin [et al.] // Laser Methods In Chemistry, Biology, And Medicine, Laser Physics. - 2009. - Vol. 19. - Is. 5. - P. 1056-1060.

76 Duley W. Laser processing and analysis of materials. Springer Science & Business Media, 2012.

77 Либенсон, M.H. Лазерно-индуцированные оптические и термические процессы в конденсированных средах и их взаимное влияние / - СПб. : Наука, 2007. - 423 с.

78 Controlled nanostructrures formation by ultra fast laser pulses for color marking / B. Dusser, Z. Sagan, H. Soder [et al.] // Opt. Express. - 2010. - Vol. 18. - № 3. -

P. 2913-2924.

79 Вейко, В.П., Аллас, А.А. Лазерные системы для технологических комплексов: Учеб. пособие - 1-е изд. - СПб. : СПбГУ ИТМО, 2008. - 101 с.

80 Вейко, В.П., Либенсон, М.Н. Лазерная обработка. - Л. : Лениздат, 1973. -192 с.

81 Вейко, В.П., Шахно, Е.А. Лазерные технологии в задачах и примерах: Учеб. пособие - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2014. - 88 с.

82 Кузнецов, В.П., Горгоц, В.Г., Дмитриева О.В. Инженерия плосковершинного регулярного микрорельефа поверхности при многоцелевой обработке деталей // Вестник УГАТУ. - 2009. - Т. 12. - № 4. -С. 113-115.

83 Мурзин, С.П., Балякин, В.Б., Журавель, Л.В. Модификация поверхности деталей из карбида кремния лазерным воздействием с целью улучшения их трибологических свойств // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та. -2014.-№5. Ч. 2.-С. 9-16.

84 Experimental investigation of laser surface textured parallel thrust bearings /1. Etsion, G. Halperin, V. Brizmer, Y. Kligerman // Tribology Letters. - 2004. - Vol. 17. - Is. 2. - P. 295-300.

85 Etsion, I. State of the art in laser surface texturing // ASME 7th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis. - 2004. - Vol. 1. - P. 585-593.

86 Anno, J.N., Walowit, J.A., Allen, C.M. Load Support and Leakage from Microasperity-Lubricated Face Seals // J. of Lubrication Tech. - 1969. - Vol. 91. -Is. 4. - P. 726-731.

87 Rodkiewicz, C.M., Sinha, P. On the Lubrication Theory: A Mechanism Responsible for Generation of the Parallel Bearing Load Capacity // J. Tribol. -1993. - Vol. 115. - Is. 4. - P. 584-590.

88 Веденов, A.A., Гладуш, Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. -М. : Энергоатомиздат, 1985. -208 с.

89 Medres, В., Bamberger, M. Laser Texturing of Friction Surfaces // Lasers in Engineering. - 2008. - Vol. 18. - P. 137-144.

90 Duley, W.W. Laser Processing and Analysis of Materials. - New Youk : Plenum Press, 1985.-464 p.

91 Rizvi, Nadeem H., Rumsby, Phil Т., Gower, Malcolm C. New Developments and applications in the production of 3D micro-structures by laser micromachining // Proc. SPIE, Photonic Systems and Applications in Defense and Manufacturing. - 1999. - Vol. 3898. - P. 240-249.

92 Zhong, M., Huang, T. Laser hybrid fabrication of tunable micro- and nano-scale surface structures and their functionalization. Part 2 // Laser Surface Engineering: Processes and Applications / Ed. by D Waugh, Jonathan R. Lawrence. - Beijing: Tsinghua University, 2014. - P. 213-236.

93 Veiko, V.P. Laser-assisted micro shaping // Proceedings of SPIE, Laser-assisted Microtechnology. - 2001. - Vol. 4157. - P. 93-103.

94 Veiko, V. P., Metev, S.M. Laser assisted microtechnology. - Heidelberg : Springer-Verlag, 1998. - 270 p.

95 Heyl, P., Olschewski, Т., Wijnaendts, R.W. Manufacturing of 3D structures for micro-tools using laser ablation // Microelectronic Engineering. - 2001. - Vol. 57-58. - P. 775-780.

96 Brizmer, V. A., Kligerman, Y., Etsion, I. laser surface Textured Parallel Thrust Bearing // Tribology transactions. - 2003. - Vol. 46. - Is. 3. - P. 397-403.

97 Medres, В., Bamberger, M. Laser surface texturing. - Fricso Ltd, Technion Israel Institute of Technology, 2008.

98 Вейко, В.П., Дышловенко, C.C. Лазерное микроструктурирование поверхностей // Науч.-технич. вестник информ. технологий, механики и оптики.-2001.-№4.-С. 119-128.

99 Vorobyev, A.Y., Guo, С. Multifunctional surfaces produced by femtosecond laser pulses // J. Appl. Phys. - 2015. - Vol. 117. - Is. 3. - 033103.

100 Laser-Induced Nanoscale Superhydrophobic Structures on Metal Surfaces /

Jagdheesh, R. Pathiraj, B. Karatay, E. Römer [et al] // Langmuir. - 2011. - Vol. 27.-Is. 13.-P. 8464-8469.

101 Knappe, R. Applications of picosecond lasers and pulse-bursts in precision manufacturing // Proc. SPIE, Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing. - 2012. - Vol. 8243. - id. 824301.

102 Либенсон, M.H., Яковлев, Е.Б., Шандыбина, Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика): Конспект лекций. Ч. II. Лазерный нагрев и разрушение материалов; Под общ. ред. В.П. Вейко. -СПб., 2014.-181 с.

103 Формирование многоцветного изображения на поверхности металлов при ее лазерном окислении / В.П. Вейко, С.Г. Горный, Г.В. Одинцова [и др.] // Изв. вузов. Приборостроение. - 2011. - Т. 54. - № 2. - С.47-52.

104 Laser induced multicolor image formation on metal surfaces / S.G. Gorny, G.V. Odintsova, A.V. Otkeeva, V.P. Veiko // Proc. of SPIE. - 2011. - Vol. 7996. - P. 799605-1-7.

105 Теория электронной эмиссии из металлов / A.M. Бродский, Ю.Я. Гуревич. -М. : Наука, 1973.-256 с.

106 Gomer, R. Field emissions and field ionization // American Inst, of Physics. -AIP-Press, 1993.- 196 p.

107 Свойства нанометровых автоэлектронных эмиттеров / Г.Н. Фурсей, Д.В. Глазанов, Л.М. Баскин // Вакуумная Микроэлектроника. - 1997. - Т. 26. - № 2. - С. 89-96.

108 Бродский, А.М., Урбах М.И. Влияние микроскопической структуры поверхностей металлов на их оптические свойства // Успехи физических наук. - 1982. - Т. 138. - Вып 3. - С. 413-453.

109 Manufacturing routes for replicating micro and nano surface structures with bio-mimetic applications / S.G. Scholz , С.A. Griffiths, S.S. Dimov [et al.] // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. - 2011. - Vol. 4. - Is. 4. - P. 347-356.

110 Pfeiffer M., Engel A., Weibmantel S., Scholze S., Reisse G. Micro structuring of steel and hard metal using femtosecond laser pulses. Physics Procedia. - 2011. -V. 12. - pp. 60-66.

111 Velkova V., Lalev G., Hirshy H., [et al.] Process chain for serial manufacture of 3D micro- and nano-scale structures. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. - 2011. - V. 4. - pp. 340-346.

112 Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии / Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. - М. : ФИЗМАЛИТ, 2007. -368 с.

113 Рыжов, Э.В., Суслов, А.Г., Фёдоров, В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин - М. : Машиностроение, 1979. -172 с.

114 Спиридонова, А.С., Наталинова, Н.М. Практикум по метрологии, стандартизации и сертификации: учеб. пособие // - Томск : Изд-во Томского политехнического ун-та, 2014. - 131 с.

115 Прикладная статистика: справ. Изд. / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин; под ред. С.А. Айвазяна. - М. : Рипол Классик , 1983. - 472 с.

116 Evaluation of mechanical interlock effect on adhesion strength of polymer-metal interfaces using micro-patterned surface topography / Won-Seock Kim, II-HanYun, Jung-JuLee, Hee-TaeJung // International Journal of Adhesion and Adhesives. - 2010. - Vol. 30. - Is. 6. - P. 408-417.

117 Adhesion of polyurethanes on native metal surfaces - stability and the role of urea-like species / C. Nies , F. Fug, Ch. Otto, W. Possart // International Journal of Adhesion & Adhesives. - 2014. - Vol. 52. - P. 19-25.

118 Пат. 2224822 Российская Федерация, МПК7 C23C26/00, C23C28/00, B21B27/00. Способ обработки прокатных валков / В.Н. Урцев, С.И. Платов, В.П. Анцупов [и др.] ; Заявитель и патентообладатель ООО «Сорби стил». № 2002125197/02. Заявл. 29.09.02. Опубл. 27.02.04.

119 Пат. W02009113907 А2 Российская Федерация, МПК7 B41F13/08,

В23Н9/04. Способ нанесения логотипа на валок для ротационного тиснения и валок, изготовленный этим способом / А.И. Пыжов, С.А. Шведов, П.В. Тимченко [и др.] ; Заявитель и патентообладатель ООО «Дарсайл-АСП». № PCT/RU2009/000089. Заявл. 25.02.09. Опубл. 17.09.09.

120 Direct reproduction of 3D microstructures using a hybrid approach; by creation of master-patterns and metallic molds for embossing / Kong Myeong Bae, Jong Soo Ко, Tae Woo Lim [et al.] // Microelectronic Engineering. - 2011. - Vol. 88. - Is. 11.-P. 3300-3305.

121 Маршаков, И.К. Коррозионная стойкость и обесцинкование латуней // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2005. - Т. 41. - № 3. - С. 227-233.

122 Laser micro structuring of high-stressed embossing dies / A. Schubert, S. Gross, J. Edelmanna, B. Schulz // Physics Procedia. - 2010. - Vol. 5. - P. 261-268.

123 Специфика поверхностной обработки металла сериями лазерных импульсов наносекундной длительности / С. Г. Горный, А. М. Григорьев, М. И. Патров [и др.] // Квантовая электроника. - 2002. - Т. 32. - №10. - С. 929-932.

124 Yilbas, B.S. Laser treatment of zirconia surface for improved surface hydrophobicity // Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - Vol. 625. - P. 208-215.

125 Montemor, M.F. Functional and smart coatings for corrosion protection: A review of recent advances // Surface and Coatings Technology. - 2014. - Vol. 258. - P. 17-37.

126 Miyajima, K., Tanabe, K. Technical Report of IEICE // EMCJ2000. - 2000. - P. 51-65.

127 Ike, H. Properties of metal sheets with 3-D designed surface microgeometry prepared by special rolls // Journal of Materials Processing Technology. - 1996. -Vol. 60. - Is. 1-4. - P. 363-368.

128 Алчагиров, Б.Б., Хоконов, Х.Б. Смачиваемость поверхностей твердых тел расплавами щелочных металлов и сплавов с их участием // Теплофизика

высоких температур. - 1994. - Т. 32. - Вып. 4. - С. 590-626.

129 Nanosecond laser micro- and nanotexturing for the design of a superhydrophobic coating robust against long-term contact with water, cavitation, and abrasion / A.M. Emelyanenko, F.M. Shagieva, A.G. Domantovsky, L.B. Boinovich // Applied Surface Science. - 2015. - Vol. 332. - P. 513-517.

130 Titanium surface processing by nanosecond laser radiation / R.R. Khasaya, Y.V. Khomich, T.V. Malinskiy [et al.] // Letters on materials. - 2014. - Vol. 4. - Is. 1. -P. 45-48.

131 Vorobyev, A.Y., Makinm, V.S., Guo, C. Periodic ordering of random surface nanostructures induced by femtosecond laser pulses on metals // Journal of Applied Physics. -2007. - Vol.101. - Is. 3. - P. 034903-034903.

132 Laser-Patterned Super-Hydrophobic Pure Metallic Substrates: Cassie to Wenzel Wetting Transitions / A.-M. Kietzig, M. N. Mirvakili, S. Kamal [et al.] // Journal of Adhesion Science and Technology. - 2011. - Vol. 25. - Is. 20. - P. 2789-2809.

133 Bacterial Retention on Superhydrophobic Titanium Surfaces Fabricated by Femtosecond Laser Ablation / E. Fadeeva, V. K. Truong, M. Stiesch, [et al.] // Langmuir. -2011. - Vol. 27. - Is. 6. - P. 3012-3019.

134 Characteristics of laser textured silicon surface and effect of mud adhesion on hydrophobicity / B.S. Yilbas, H. Alia, M. Khaled [et al.] // Applied Surface Science. -2015. - Vol. 351. - P. 880-888.

135 Muresan, L.M. Corrosion Protective Coatings for Ti and Ti Alloys Used for Biomedical Implants // Intelligent Coatings for Corrosion Control / Ed. Atul Tiwari, Lloyd Hihara and James Rawlins. - Elsevier, 2014. - Ch. 17. - P. 585-602.

136 Nanosecond laser textured superhydrophobic metallic surfaces and their chemical sensing applications / Duong V. Та, A. Dunn, T. J. Wasley [et al.] // Applied Surface Science. - 2015. - Vol.357. - Part 1. - P. 248-254.

137 Laser textured superhydrophobic surfaces and their applications for homogeneous spot deposition / Van Duong Та, Andrew Dunn [et al.] // Applied Surface Science.

- 2016. - Vol. 65. - P. 153-159.

138 Sugioka, K., Meunier, M., Piqué, A. Laser Precision Microfabrication // Berlin : Springer-Verlag, 2010. - 344 p.

139 Hoche, D., Kaspar, J., Schaaf, P. Laser nitriding and carburization of materials // Laser Surface Engineering. 1st ed. / Ed. J. Lawrence, D.G. Waugh. - Elsevier, 2015. -Ch. 2.-P. 33-58.

140 Чугунов, A.O., Полянский, A.A., Ефремов, Р.Г. Физическая водобоязнь // Природа. - 2013. -№ 1. - С. 24-34

141 Laser Ablation of Metal Substrates for Super-hydrophobic Effect / M. Tang, V. Shim, Z. Y. Pan [et al.] // JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering. -2011. - Vol. 6. -№ 1. - P. 6-9.

142 Мальцева, Г. H. Коррозия и защита оборудования от коррозии.: Учеб. пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. Ун-та, 2000. - 55 с.

143 Варченко, Е.А. Особенности оценки биоповреждений и биокоррозии материалов в природных средах // Науч. журн. КубГАУ. - 2014. - Т. 104. -№ 10.-С. 18.

144 Горнопромышленный портал России «Горнопромышленные ведомости» [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http: //www. miningexpo. ru/articles/424

145 Коррозионная стойкость наноструктурированной стали 10 с алмазоподобным покрытием // Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 6-2. - С. 441-443.

146 Наноструктурные материалы в ядерной энергетике / Н.А. Азаренков, В.Н. Воеводин, В.Г. Кириченко, Г.П. Ковтун // Bíchhk Харювського нащонального ушверситету ím. В.Н. Каразша. - 2010. - № 887. - Вип. 1(45).

- С. 4-24.

147 Ruzankina J., Vasilev O.S. Study on possibility for the improvement of corrosion resistance of metals using laser-formed oxide surface structure // Journal of Physics: Conference Series. - 2016. - Vol. 735. - No. 1. - pp. 1-5. 30 August

2016 ЮР Publishing, doi: 10.1088/1742-6596/735/1/012050.

148 Ruzankina J., Vasilev O.S., [et al.] Increase of corrosion resistance based on photonics methods // Laser Optics (LO), - 2016 International Conference. - 2016. -pp. 1. - IEEE Publishing, doi: 10.1109/L0.2016.7549826.

149 A. Iakovlev, O. Vasiliev [et al.] Laser anti-corrosion treatment of metal surfaces // Proc. SPIE, High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems VI, - Vol. 10097, - pp. 1-7, - Feb. 22. - 2017. -doi: 10.1117/12.2249953.

150 Материаловедение: учеб. для высш. тех. учебных завед. / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - 2-е изд., испр. и доп. -М. : Машиностроение, 1986. - 384 с.

151 The influence of different work-roll texturing systems on the development of surface structure in the temper rolling process of steel sheet used in the automotive industry / O. Pawelski, W. Rasp, W. Zwick [et al.] // J. Mater. Proc. Technol. -1994. - Vol. 45. - Is. 1-4. - P. 215-222.

152 Rault, D., Entringer, M. Sheet Metal Forming and Energy Conservation // American Society for Metals. - International Deep Drawing Research Group, 1976.-284 p.

153 Characteristic and formation mechanism of matt surface of double-rolled copper foil / Xiyong Wang, Xuefeng Liu, Laixin Shi [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. - 2015. - Vol. 216. - P. 463-471.

154 Analysis of Surface Roughness Transcription in Skinpass Rolling Using Zooming Method / N. Yukawa, T. Akiyama, Y. Yoshida, T. Ishikawa // Tetsu-to-Hagane. -2008. - Vol. 94. - Is. 10. - P. 399-404.

155 Le, H.R., Sutcliffe, M.P.F Finite element modelling of the evolution of surface pits in metal forming processes // Journal of Materials Processing Technology. -2004. - Vol. 145. - Is. 3. - P. 391-396.

156 Fujii, Y., Maeda, Y., Ifuku, R. Prediction of surface roughness on rolled sheet by texture roll // 11th International Conference on Technology of Plasticity, ICTP

2014, 19-24 October, Nagoya, Japan. Procedia Engineering. - 2014. - Vol. 81. -P. 161-166.

157 Шнейдер, Ю.Г., Киракосян, О.П. Зависимость толщины масляной плёнки от микрорельефа трущихся поверхностей // Вестник машиностроения. - 1978. -№9. - С. 17-19.

158 Analysis of interface temperature, forward slip and lubricant influence on friction and wear in cold rolling / K. Louaisil, M. Dubar, R. Deltombe [et al.] // Wear. -2009. - Vol. 266. - Is. 1-2. - P. 119-128.

159 Wear debris generation during cold rolling of stainless steels / Wilian da S. Labiapari, Claudio M. de Alcantara, Henara Lillian Costa, José Daniel B. De Mello // Journal of Materials Processing Technology. - 2015. - Vol. 223. - P. 164-170.

160 OS Vasilyev, J S Ruzankina Laser forming micro geometric structures on the surface of roller rolling mill // Journal of Physics: Conference Series. - 2016. -Vol. 735, - No. 1, - pp. 1-5. 30 August 2016 IOP Publishing, doi: 10.1088/1742-6596/735/1/012046.

161 Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера / О.С. Васильев, В.П. Вейко, С.Г. Горный, Ю.С. Рузанкина // Оптический журнал. - 2015. - Т. 82. - Вып. 12. -С. 70-77.

162 Tasan, Y.С., de Rooij, М.В., Schipper, D.J. Changes in the micro-geometry of a rolling contact // Tribology International. - 2007. - Vol. 40. - Is. 4. - P. 672-679.

163 Tasan, Y.C., de Rooij, M.B., Schipper, D.J. Measurement of wear on asperity level using image-processing techniques // Wear. - 2005. - Vol. 258. - Is. 1-4. -P. 83-91.

164 Surface roughness and plastic flow in rail wheel contact / A. Kapoor, F.J. Franklin, S.K. Wong, M. Ishidab // Wear. - 2002. -Vol.253. - Is. 1-2. P. 257-264.

165 Горбунов, A.B. Совершенствование технологии производства

холоднокатаной листовой стали с требуемыми характеристиками микротопографии поверхности для автомобильной промышленности. : автореф. дис. ... канд. тех. наук : 05.16.05. / А.В. Горбунов ; Магнитог. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова. - Магнитогорск, 2011. - 18 с.

166 Ike, Н. 3D Finite Element Analysis of Surface Roughness Evolution of Steel Sheets by Micro-Indentation of Surface Asperities // Development of Micro-Deformation Analysis and Practical Technology in Temper Rolling for Cold Rolled Steel Sheet. -2007. - Vol. 10. - P. 99-110.

167 Васильев, O.C., Горный, С.Г. Технология создания поверхностных микроструктур на листовых материалах с использованием волоконного лазера // Металлообработка. - 2016. - Т. 93. - № 3. - С. 20-25.