飞秒激光加载下NiTi形状记忆合金热效应体系研究

摘要

为研究NiTi形状记忆合金在极端环境下的体系温度,利用双温方程模型讨论了不同近似下脉宽、能量密度等激光加载条件下电子温度与晶格温度的分布。在加载前,由于加载时间短,对耦合项与热传导项分别施加时间空间约束。利用有限差分法对飞秒激光加载NiTi形状记忆合金进行了一维双温方程模拟,并对表面与底层温度体系分别进行了分析。结果表明在脉宽100 fs,能量密度400J·m-2的飞秒激光加载条件下NiTi记忆形状合金电子温度体系在0.184 ps后达到峰值,晶格温度体系在0.273 ps后达到峰值,具有一定滞后性.同时激光能量密度与电子温度、晶格温度成正比关系,激光脉冲宽度与电子温度、晶格温度分别成反比与正比关系。导致脉宽越短,合金达到烧蚀阈值能量密度越低。由于飞秒层面加载时间短,合金底层温度体系变化速度缓慢,传播深度在50 nm以内。该结果对合金的后续特性研究具有重要参考意义。