Как указывается в других разделах, действие световых импульсов лазера длительностью 10в-3 сек на металлы и сплавы приводит к структурным превращениям, связанным с плавлением и кристаллизацией из жидкого состояния, а также с резким нагревом и охлаждением в твердом состоянии. Скорости нагрева и охлаждения в твердой фазе при этом очень велики и достигают 10в6 град/сек, что значительно больше, чем при других известных способах нагрева. Наблюдавшееся образование диффузионных слоев, например, при насыщении железа углеродом, насыщении железа вольфрамом, частичном растворении графита в чугунах объяснялось плавлением металла при облучении и диффузней в жидком состоянии.
Для доказательства возможности перемещения атомов в новые устойчивые положения в твердом теле даже за малые времена действия луча лазера необходимо было выбрать материал, в котором даже очень малые смещения атомов из равновесных положений в решетке приводят к устойчивым и заметным структурным превращениям.
В качестве таких материалов удобно выбрать упорядоченные сплавы, в которых перемещение атомов на несколько межатомных расстояний приводит к уничтожению сверхструктуры и исчезновению сверхструктурных максимумов на рентгенограммах.
Отметим, что в отдельных участках с перлитной структурой в малоуглеродистой стали наблюдался переход в аустенит, связанный с диффузией углерода и последующим мартенситным превращением, но получение и анализ сплошного слоя с такой структурой сильно затруднены из-за того, что в стали с перлитной структурой зоны застывшего расплава и термического влияния при облучении имеют близкую структуру.
В качестве объекта исследования был выбран сплав медь-платина, содержащий 25 ат. % платины, соответствующий составу Cu3Pt. Для этого сплава является характерным появление сверхструктурных линий на рентгенограммах образцов, подвергнутых длительному отжигу. Основные линии на рентгенограмме соответствуют гранецентрированной кубической структуре, сверхструктурные линии — простой кубической структуре. Сверхструктура, возникшая при отжиге, является очень устойчивой и ее не удается полностью уничтожить термической и механической обработкой.
Образцы подвергались облучению световыми импульсами лазера ГОС-ЗОМ с энергиями до 30 дж и длительностью около 10в-3 сек. Для получения различного качества поверхности и разного количества затвердевшего расплава на поверхности образцов применялись линзы с фокусными расстояниями от 10 до 25 см и дефокусировки до 30%. Исследование поверхности образцов до и после излучения производилось рентгеноструктурным методом на излучении железного анода с регистрацией интенсивности сцинтилляционными счетчиками.
До облучения на рентгенограммах наблюдались линии сверхструктуры большой интенсивности. Например, интенсивность сверхструктурного максимума (100) была лишь в 4 раза меньше интенсивности основного максимума (100). Облучение привело к полному уничтожению сверхструктуры. Как видно из рис. 3.10, а, в том месте (на кривой интенсивности), где была линия сверхструктуры, не наблюдается никаких отклонений от фона, причем уровень фона почти не изменился.
Интересные результаты получены при изучении действия облучения на основные максимумы на рентгенограмме. Обычным эффектом при облучении металлов является уменьшение интенсивности и увеличение ширины линий. Как видно из рис. 3.10,б, в сплаве медь — платина эффект имеет обратный знак, т. е. после облучения интенсивность линии (200) увеличивается. Это явление связано, по-видимому, с тем, что размеры блоков в упорядоченном материале, полученном при помощи длительного отжига, очень велики и превышают 10в-4 см. При этом интенсивности линий на рентгенограмме ослаблены за счет экстинкционного эффекта.
Дробление блоков при быстром нагреве и охлаждении в зоне термического влияния переводит размеры блоков в диапазон 10в-5 см, что приводит к росту интенсивности за счет исчезновения эффекта экстинкции. Шлифовка приводит к большему расширению линий и снижению интенсивности за счет дальнейшего дробления блоков и возникновения микронапряжений.
Металлографическое исследование показывает, что при действии луча лазера образуется небольшая зона расплава и значительная зона термического влияния, что характерно для сплавов на медной основе с высокой теплопроводностью. Значительная часть зоны термического влияния имеет полигонизованную структуру, что связано с деформацией сплавов за счет термического расширения и с нагревом тепловой волной. Микротвердость в зоне термического влияния и в полигонизованной зоне составляет 45 кГ/мм2 по сравнению с 65 кГ/мм2 в исходной структуре, т. е. разупорядочение сопровождается, как и следовало ожидать, уменьшением твердости сплава.
Таким образом, упорядоченный сплав является материалом, пригодным для изучения возможности перемещения атомов в твердом состоянии при действии светового импульса лазера длительностью 10в-3 сек. Кратковременный нагрев приводит к смещению атомов платины и меди из равновесных положений в каждой подрешетке, беспорядочные (в микромасштабе) диффузионные перемещения атомов даже на несколько межатомных расстояний могут привести к уничтожению сверхструктуры. Восстановление сверхструктуры является длительным процессом, который не успевает произойти за время нахождения материала при высокой температуре, когда скорости диффузии сравнительно велики.