Ab initio моделирование и наноструктурирование поверхности карбида титана лазерным излучением

Аннотация

Изучены процессы наноструктурирования поверхности карбида титана под воздействием излучения Nd:YAG-лазера с длиной волны 1,06 мкм. Длительность лазерных импульсов — 40 нс, скорость перемещения луча — 10 мм/с. Плотность энергии излучения на поверхности карбида титана при частоте генерации 2000 Гц — 2,06÷6,36 Дж/см². Представлены результаты ab initio изучения атомной, электронной структуры и упругих характеристик карбида титана TiC и TiC_1-хO_х (x = 0,25; 0,5; 0,75). Зонная структура TiC, рассчитанная с использованием теории функционала плотности, соответствует металлическому типу. Показано, что рассчитанные упругие характеристики карбида титана хорошо согласуются с известными теоретическими и экспериментальными оценками. Изучение топографии микроструктур на поверхности карбида титана с использованием метода атомной силовой микроскопии показало, что в зоне прямого лазерного воздействия шероховатость составила 0,254 мкм. Механические характеристики в зонах прямого воздействия лазерного луча и областей температурного влияния исследовались методом наноиндентирования. Установлен эффект наноструктурирования: после лазерного воздействия твердость поверхности карбида титана возрастает до 47,2 ГПа.