Formation of laser-induced periodic surface structures on Zr-based bulk metallic glasses with different chemical composition

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作者
Mark Wolff,Robert Wonneberger,Katharina Freiberg,Andreas Hertwig,Jörn Bonse,Lars Giebeler,A. Koitzsch,Clemens Kunz,Hans Peter Weber,J. Hufenbach,Frank A. Müller,Stephan Gräf
出处
期刊:Surfaces and Interfaces [Elsevier BV]
卷期号:42: 103305-103305 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.surfin.2023.103305
摘要

Bulk metallic glasses (BMG) are amorphous metal alloys known for their unique physical and mechanical properties. In the present study, the formation of femtosecond (fs) laser-induced periodic surface structures (LIPSS) on the Zr-based BMGs Zr46Cu46Al8, Zr61Cu25Al12Ti2, Zr52.5Cu17.9Al10Ni14.6Ti5 (Vit105) and Zr57Cu15.4Al10Ni12.6Nb5 (Vit106) was investigated as a function of their different chemical composition. For this purpose, LIPSS were generated on the sample surfaces in an air environment by fs-laser irradiation (λ = 1025 nm, τ = 300 fs, frep = 100 kHz). The surface topography was characterized by scanning electron microscopy and atomic force microscopy. Moreover, the impact of LIPSS formation on the structure and chemical surface composition was analyzed before and after fs-laser irradiation by X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy as well as by transmission electron microscopy in combination with energy dispersive X-ray spectroscopy. Despite the different chemical composition of the investigated BMGs, the fs-laser irradiation resulted in almost similar properties of the generated LIPSS patterns. In the case of Zr61Cu25Al12Ti2, Vit105 and Vit106, the surface analysis revealed the preservation of the amorphous state of the materials during fs-laser irradiation. The study demonstrated the presence of a native oxide layer on all pristine BMGs. In addition, fs-laser irradiation results in the formation of laser-induced oxide layers of larger thickness consisting of an amorphous ZrAlCu-oxide. The precise laser-structuring of BMG surfaces on the nanoscale provides a versatile alternative to thermoplastic forming of BMG surfaces and is of particular interest for the engineering of functional material surfaces.

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