Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках первого этапа (2024 г.) Проекта «Лазерная модификация поверхности для интенсификации образования соединений при диффузионной сварке разнородных материалов» осуществлена модернизация и оснастка экспериментальной установки для микро- и наноструктурирования поверхности материалов наносекундными лазерными импульсами, позволяющей проводить обработку на длинах волн 193 нм, 355 нм и 1064 нм от различных источников. На данной экспериментальной установке проведены полномасштабные эксперименты по обработке поверхности конструкционных материалов. В рамках предложенной методики предлагалось использовать режим облучения в одиночном пятне с различным количеством импульсов, а также в режиме сканирования лазерного пятна по поверхности с различной скоростью (от 0,5 до 1 мм/с). Плотности энергии в импульсе варьировались в достаточно широком диапазоне: от 0,1 до 30 Дж/см2 (определенные для каждого материала в зависимости от его теплофизических и оптических свойств) и при длительности в 10 нс обычно размер пятна составлял несколько сотен микрометров. В набор обрабатываемых материалов входили медь и ее сплавы (БрХ, БрО10С2Н3), коррозионностойкие стали (12Х18Н10Т, 09Х17Н), твердый сплав WC–9% Co, алюминий, монокристаллический германий. После обработки медные сплавы и коррозионностойкие стали подвергались диффузионной сварке для исследования механических свойств их соединений, другие материалы подробно исследовались с помощью профилометрии, сканирующей электронной микроскопии и по элементному составу для получения новых результатов по лазерной модификации поверхности твердых тел. В итоге были проведены исследования, которые позволили выявить улучшение адгезионных свойств для интенсификации процесса диффузионной сварки, а также изменение физико-химических свойств поверхности твердого сплава и механических свойств приповерхностного слоя бескислородной меди, и получить новые результаты в области преабляционной лазерной обработки полупроводников, в частности, германия. В качестве конкретных научных результатов по этапу 2024 г.: – Была разработана функциональная схема и подготовлено описание экспериментальной установки для прямого лазерного наноструктурирования достаточно протяженных площадей поверхности наносекундными импульсами УФ и ИК диапазона. – Получены данные по полномасштабным экспериментам по обработке поверхности конструкционных материалов (металлы, сплавы, полупроводники). В процессе лазерной обработки материалов в некоторых случаях были выявлены новые формы поверхностных структур. Например, на БрХ зафиксированы шарообразные структуры (микроджеты) диаметром около 500-700 нм, расположенных на конических ножках со средним поперечным размером 300-400 нм и высотой около 1 мкм (до сих пор подобные структуры были обнаружены только при фемтосекундном лазерном воздействии). – Получены оптимальные режимы формирования микро- и наноструктур (микроборозды, микропоры, микроконусы, микроджеты) для различных материалов и режимов лазерной обработки. – В случае сплава БрХ исследование элементного состава позволило выявить корреляцию пространственной плотности субмикронных шарообразных структур с содержанием хрома в приповерхностном слое материала, что объяснило возможный механизм образования таких структур. – Полученные данные анализа элементного состава термообработанной поверхности твердого сплава WC–9%Co свидетельствуют о перераспределении в приповерхностном слое металлов Cr, Co и W, что, вероятно, связано с диффузионными процессами и изменением фазового состава с образованием новых фаз (оксидов и карбидов). Эти изменения могли существенно повлиять на такие свойства поверхности карбида вольфрама, как твердость, износостойкость и коррозионная стойкость. – Показано, что предварительная обработка лазерным излучением свариваемых поверхностей сплавов (БрХ + 12Х18Н10Т; 12Х18Н10Т + 12Х18Н10Т; 09Х17Н + 08Х18Н10Т) перед выполнением диффузионной сварки способствует повышению прочности соединений. Это достигается за счет активации обрабатываемых поверхностей, что, в свою очередь, позволяет снизить основные параметры процесса диффузионной сварки, такие как температура и давление. В рамках тематики Проекта Оформлена и подана заявка на патент «Способ сварки металлических деталей». Патент РФ. Заявка № 2024123329 от 13.08.2024. В соответствии с заявкой по гранту оформлены и опубликованы необходимые статьи (либо приняты в печать, справки прилагаются).

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках второго этапа (2025 г.) Проекта «Лазерная модификация поверхности для интенсификации образования соединений при диффузионной сварке разнородных материалов» на модернизированной экспериментальной установке были проведены эксперименты по лазерной обработке поверхности материалов (металлы, сплавы и полупроводники) при различных параметрах облучения, в частности, в доабляционном режиме, и исследования по ее влиянию на механические свойства диффузионно-сварных соединений. Предполагалось использовать режим облучения в одиночном пятне с различным количеством импульсов, а также режим сканирования лазерного пятна по поверхности с различной скоростью (от 0,5 до 3 мм/с). Плотности энергии в импульсе варьировались в достаточно широком диапазоне: от 0,1 до 60 Дж/см2 (определенные для каждого материала в зависимости от его теплофизических и оптических свойств) при длительности импульса около 10 нс. В набор обрабатываемых материалов входили медь и ее сплавы (БрОСН10-2-3), коррозионностойкие стали (12Х18Н10Т, 12Х2Н4А, 20Х3МВФ), монокристаллический алюминий, германий. После обработки коррозионностойкие стали и бронзовые сплавы подвергались диффузионной сварке (ДС) для исследования механических свойств их соединений, другие материалы подробно исследовались с помощью профилометрии, сканирующей электронной микроскопии и метода микрорентгеноспектрального анализа для получения новых результатов в области лазерной обработки поверхности твердых тел. В итоге был предложен метод предварительной лазерной обработки контактных поверхностей диффузионно-сварных соединений в доабляционном режиме наносекундными импульсами УФ и ИК диапазона. В данном режиме обработаны бескислородная медь, бронзовый сплав БрОСН10-2-3 и сталь 20Х3МВФ. На примере бескислородной меди выявлен и подробно исследован оптикопластический эффект – неупругое поднятие поверхности материала при воздействии лазерного излучения до порога плавления, с выделением оптимальных режимов обработки, при которых формируются такие характерные структуры. С использованием молекулярно-динамического моделирования предложено теоретическое объяснение механизма образования поверхностных структур характерных для оптикопластического эффекта. При различных рабочих параметрах проведена диффузионная сварка рассмотренных конструкционных материалов как с лазерной обработкой (БрОСН10-2-3 + 20Х3МВФ), так и с альтернативным способом обработки в виде метода кручения под высоким давлением (БрОСН10-2-3 + 12Х2Н4А), с дальнейшим исследованием физико-химических свойств соединений. Во втором случае удалось обеспечить создание биметаллического материала, обладающего необходимым сочетанием механических свойств стали и антифрикционных свойств бронзы. Кроме того, удалось снизить оптимальную температуру процесса диффузионной сварки стали 12Х2Н4А и бронзы БрОСН10-2-3 на 100 оС за счет предварительной модификации структуры данных металлов путем кручения под давлением. Этот результат имеет принципиальное значение, так как помимо энергетической выгоды, удалось остановить распад структуры бронзы, происходящей при температуре свыше 800 оС, потому как при распаде структуры данного бронзового сплава утрачивается ее основное достоинство – пониженный коэффициент трения. В рамках тематики Проекта оформлены и получены патенты: 1. Люшинский А. В., Малинский Т. В., Рогалин В. Е., Филин С. А., Хасая Р. Р., Хомич Ю. В. Способ диффузионной сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе. Патент РФ № 2 844 316 от 28.07.25. Дата подачи заявки 19.08.2024. 2. Рогалин В. Е., Филин С. А., Хасая Р. Р., Хомич Ю. В. Способ диагностики дефектов на металлической поверхности. Патент РФ 2850173. Дата регистрации 05.11.2025, Заявка № 2025108293, 03.04.2025. 3. Люшинский А.В., Малинский Т.В., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Способ сварки металлических деталей. Патент на изобретение RU 2838041 C1, 08.04.2025. Заявка № 2024123329 от 13.08.2024. В соответствии с заявкой по гранту оформлено и опубликовано 5 научных статей (либо приняты в печать, справки прилагаются).