Отзыв вед. организации на диссертацию
реклама
рассматривая указанные процессы совместно. Это значительно усложняет задачу, но позволяет понять и решить проблему наиболее полно. Из сказанного выше весьма обоснованной и актуальной представляется цель рецензируемой работы: исследование механизмов формирования волнового рельефа на поверхности металлов и закономерностей эволюции эрозионного факела в зоне воздействия когерентного излучения с различной плотностью мощности. Научная новизна исследований и полученных результатов Полученные в работе материалы исследования являются новыми. Наиболее значимые их них: Показано, что временнàя форма свечения эрозионного факела обусловлена плотностью мощности лазерного излучения. Установлены амплитудно-частотные и частотно-временные характеристики свечения факела и их связь с процессами, протекающими на поверхности металла: горение микрокапель расплава, горение поверхности. Ранее в таком аспекте эта взаимосвязь не рассматривалась. Методами нелинейных динамических систем показано, что в результате облучения поверхности металла высокими плотностями мощности лазерного излучения сигнал фотоэдс регистрируемого свечения эрозионного факела является квазипериодическим, возникающим на фоне стохастического, при облучении низкими плотностями мощности лазерного излучения сигнал фотоэдс имеет сплошной фурье-спектр и спадающую автокорреляционную функцию, что характеризует его как стохастический. лазерного Впервые показано существование на поверхности в области воздействия различных пространственных зон развития термокапиллярной неустойчивости: зоны стабилизации поверхности, зоны экспоненциального роста волн, зоны нелинейного развития волн, проявление которых связано, с состоянием поверхности и температурой кипения расплава. Установлена корреляция между пространственным инкрементом квазипериодического рельефа, образующегося на поверхности и временем достижения температуры кипения. Пространственное развитие термокапиллярной неустойчивости, при высокой плотности мощности лазерного излучения, происходит значительно эффективнее, и сопровождается увеличением поверхностного массопереноса. Присутствие поверхности органического термически пространственного тонкой инкремента, покрытия пластины на приводит формирующегося на необлучаемой к ней уменьшению рельефа, и насыщению термокапиллярной неустойчивости, вследствие интенсивного воздействия на расплав паров отдачи, вызывающего также увеличение зоны стабилизации поверхности. Содержание диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе и списка цитируемой литературы из 177 наименований, содержит 132 страницы текста, включая 51 рисунок, 3 таблицы. В первой главе автор излагает результаты, полученные ранее в современных работах по данной тематике. Приведены известные результаты по различным гидродинамическим неустойчивостям, возникающим в результате воздействия лазерного излучения на металл. Рассмотрены процессы горения поверхности, механизмы удаления материала из кратера, механизмы формирования рельефа кратера, массоперенос. На основании приведенного литературного обзора поставлена цель работы и сформулированы задачи. Во второй главе приведены результаты анализа колебаний свечения эрозионного факела. Фурье-анализ позволил выделить низкочастотные и высокочастотные колебания, что связано с кипением и горением материала. Особый интерес представляет то, что автор впервые применил вейвлет-анализ для обработки полученного сигнала фотоэдс. На основе результатов анализа автор предложил механизм возникновения низкочастотных колебаний свечения эрозионного факела, заключающийся в выплескивании капель расплава и горении поверхности. Автором показано, что при высоких плотностях мощности лазерного излучения возникающие низкочастотные колебания свечения эрозионного факела происходят на фоне стохастического сигнала. Анализ высокочастотной составляющей показал, что она возникает при низких плотностях мощности и связана с горением поверхности. В третьей главе приведены результаты воздействия лазерного излучения на металлы. Проанализирована топология получившихся кратеров на поверхности сплава Fe-Si. Впервые обнаружены три зоны развития топологии кратера на поверхности сплава Fe-Si: зона стабилизации, экспоненциального и нелинейного роста. Обсуждены механизмы формирования зон. В частности, формирование зоны стабилизации автор объясняет действием паров отдачи при кипении поверхности. Для проверки этого предположения исследовано воздействие лазерного излучения на тугоплавкие металлы: вольфрам и молибден, в которых кипения поверхности не происходит. Результаты анализа топологии тугоплавких металлов показывают отсутствие области стабилизации рельефа. Автор это связывает с повышенной температурой кипения тугоплавких металлов и отсутствием действия паров отдачи. Вместе с тем при нанесении органического покрытия на обратную сторону термически тонкой пластины сплава Fe-Si также образуется зона стабилизации в центре кратера существенно больших размеров по сравнению с аналогичной зоной поверхности без нанесения покрытия. В четвертой главе автором проведено компьютерное моделирование процесса конвекции. Показано существование вихрей, как на верхней стороне, так и на нижней стороне пластины сплава Fe-Si. Получен пространственный инкремент волнового рельефа. Показано, что наличие паров отдачи приводит к насыщению термокапиллярной неустойчивости. Движение вихрей в поверхностных слоях приводит к формированию «чашеобразной» формы канала проплавления. Работ по моделированию формирования зоны проплава на основе процесса конвективных вихрей не проводилось. Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций Достоверность полученных результатов, выводов и положений, выносимых на защиту, обеспечивается: корректностью поставленной задачи исследования, большим объемом экспериментальных результатов, строгостью логического анализа и использованием физически обоснованных моделей, а также статистической обработкой данных, согласованностью результатов расчетов и эксперимента, не противоречием их основным физическим теориям и результатов других авторов. Результаты работы представляют не только научный интерес, но и практическую значимость. Рассматриваемые в работе неустойчивости гидродинамических течений имеет место не только в микро-, но и в макромасштабе, что придает работе фундаментальность и может служить дополнением к теориям гидродинамических течений. В практическом отношении результаты работы могут быть использованы при обработке поверхности металлов лазерным излучением с целью получения поверхностей заданного качества или, например, при поверхностном легировании изделий. Кроме этого результаты могут быть использованы в курсах лекций для студентов и аспирантов «Взаимодействие лазерного излучения с веществом», «Гидродинамика». Результаты работы представляют интерес для следующих организаций и ВУЗов: институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН; Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН; Физический институт им. П.Н. Лебедева; Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе; Институт физики твердого тела РАН; Институт физики металлов УрОРАН; Московский институт стали и сплавов; Московский физико-технический институт; Новосибирский государственный университет, Воронежский государственный университет и т.д. Замечания К сожалению, диссертация не лишена недостатков, поэтому необходимо сделать замечания: 1. В литературном обзоре не уделено внимание компьютерному моделированию конвективных течений, выполненных ранее другими авторами. 2. В работе автор не обосновывает выбор для исследований сплава Fe-Si, а также состав органического покрытия, наносимого на необлучаемую поверхность термически тонкой пластины. 3. Автором разработана оригинальная методика регистрации эмиссионного и эрозионного факелов. Но используется она только для определения времени пробоя пластины. Свечение эмиссионного факела, повидимому, также несет информацию о процессах на поверхности, в связи с чем, достоверность моделирования, проводимого в главе 4 была бы более достоверной. 4. На рис. 3.20 автор приводит структуру зоны проплавления в сплаве Fe-Si, утверждая, что это текстура, вызванная кристаллизацией. Однако, каких-либо других подтверждений (кроме визуальных) этому нет, например, рентгеновских исследований. 5. На рис. 4.3 представлен обобщенная зависимость развития поверхностных зон в области воздействия излучения. Из рисунка видно, что размер зоны нелинейного роста волн выходит в насыщение, а зона экспоненциального роста волн стремится к нулю при увеличении плотности мощности, тогда как из сопоставления рис. 3.3 и рис. 3.5 зона нелинейного роста при увеличении плотности мощности возрастает. В целом работа оформлена аккуратно, грамотно написана. Лишь изредка встречаются неудачные обороты и опечатки. Изложенные замечания не ставят под сомнение основные положения и выводы, не снижают общей положительный оценки работы. Автореферат полностью соответствует содержанию диссертационной работы. Результаты работы в полной мере опубликованы в научной литературе, в том числе в журналах их списка, рекомендованного ВАК РФ, доложены на представительных международных и всероссийских конференциях. Заключение Диссертация соответствует требованиям паспорта специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния: п. 4. Теоретическое и экспериментальное исследование воздействия различных видов излучений, высокотемпературной плазмы на природу изменений физических свойств конденсированных экспериментальных веществ; Разработка методов изучения физических свойств и создание физических основ промышленной технологии определенными п. 6. свойствами получения материалов с (физико-математические науки) и п. 9 «Положения о порядке присуждения ученых степеней» ВАК Минобразования и науки РФ. Представленная П.М. Кузнецовым диссертация «Механизмы и закономерности формирования эрозионного факела и волнового рельефа на поверхности металлов в зоне воздействия лазерного излучения» является завершенной квалификационной научно-исследовательской работой, которой содержится решение актуальной проблемы выявления механизмов в
