$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Подготовка образцов титана
Титановые цилиндры 4-го класса (5 мм × 10 мм, пескоструйная поверхность с крупной кислотой травления (SLA) очищались 70% этанолом в течение 30 секунд. Образцы помещали на чистую поверхность и сушили на воздухе в течение 10 минут. Плоская облучительная поверхность каждого цилиндра была проверена для подтверждения отсутствия видимого мусора. Каждый цилиндр располагался в 3D-напечатанном стабилизаторе, плоская поверхность была ориентирована вверх, а боковой термопарный слот был доступен. Все отходы этанола и любые загрязненные расходники, образовавшиеся во время подготовки и очистки образцов, были собраны и утилизированы в соответствии с институциональными рекомендациями по управлению лабораторными отходами.
Подготовка к вопросам окружающей среды и безопасности
Все эксперименты проводились в контролируемой лабораторной среде при температуре 27 °C. Температура окружающей среды постоянно контролировалась на протяжении всех экспериментов с помощью цифрового термометра, расположенного рядом с экспериментальной установкой. При нанесении лазером использовались защитные очки, соответствующие длине волны. Отражающие объекты были удалены из рабочего пространства, а лазерные системы включались и позволяли выполнять внутренние процедуры самопроверки перед использованием. (Рисунок 1).

Рисунок 1: Лазерные системы, используемые для облучения. (A) Диодный лазер. (B) Э-э, лазер Cr:YSGG. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Рандомизация и распределение групп
Все титановые цилиндры были пронумерованы и случайным образом распределены по 13 исследовательским группам с использованием компьютерно сгенерированного списка рандомизации, включая шесть групп Er, Cr:YSGG, шесть диодных групп и одну контрольную группу. Распределение групп и параметры лазера приведены в таблице 1. Каждому образцу был отмечен уникальный идентификационный код для обеспечения отслеживаемости на протяжении всего эксперимента в зависимости от назначенной группы.
| Обозначение группы | Используемая лазерная система | Количество образцов | Прикладная настройка мощности (W) | Время экспозиции |
| D1 | Диод | 8 | 1.2 W | 20 |
| D2 | | 8 | 1.2 W | 40 |
| D3 | | 8 | 1.7 W | 20 |
| D4 | | 8 | 1.7 W | 40 |
| D5 | | 8 | 2.2 W | 20 |
| D6 | | 8 | 2.2 W | 40 |
| E1 | Эр, Cr:YSGG | 8 | 2.75 W | 20 |
| E2 | | 8 | 2.75 W | 40 |
| E3 | | 8 | 3.75 W | 20 |
| E4 | | 8 | 3.75 W | 40 |
| E5 | | 8 | 4.75 W | 20 |
| E6 | | 8 | 4.75 W | 40 |
| C | Управление | 8 | | |
Таблица 1: Обзор экспериментальных исследовательских групп и параметров лазера.
Стабилизация образцов в держателе для 3D-печати
Для облучения держатель стабилизации, напечатанный на 3D-принтере, фиксировался на жёстком лотке, чтобы предотвратить движение при нанесении лазера. Каждый титановый цилиндр вставлялся вертикально в свой отведённый слот, при этом плоская поверхность была обращена к пути облучения. Держатель поддерживал фиксированный угол облучения 15°, что стандартизировало геометрию взаимодействия между наконечником лазера и титановой поверхностью. Наконечник направлялся вдоль канала держателя для обеспечения равномерной траектории облучения между образцами.
Размещение термопары и измерения исходной температуры
Термопара типа K вставлялась в центральный канал каждого титанового цилиндра до достижения стабильного контакта металла с металлом (см. рисунок 2). Термопара была подключена к цифровому мультиметру, настроенному на температурный режим (°C). Исходная температура фиксировалась после стабилизации, определяется как период колебаний температуры ниже 0,1 °C в течение 30 секунд.

Рисунок 2: Титановые цилиндры с термопарным каналом. (A) Боковой вид. (B) Обратный боковой вид. (C) Апикальный вид термопарного канала. (D) Корональный вид. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Er,Cr:YSGG лазерное облучение
Эр, лазерное облучение Cr:YSGG проводилось в условиях непрерывного распыления воздуха и воды. Наконечник лазера находился в прямом контакте с титановой поверхностью под фиксированным углом 15°. Наконечник сводился по линейной траектории диаметром 5 мм со скоростью 1 см/с. Поскольку облучение проводилось в условиях прямого контакта, эффективный диаметр лазерного взаимодействия примерно соответствовал заданному производителем диаметру наконечника в 500 мкм. Образцы облучались комбинациями мощности и времени 2,75 Вт, 3,75 Вт или 4,75 Вт в течение 20 или 40 с.
Диодное лазерное облучение
Диодное лазерное облучение проводилось в режиме непрерывной волны с использованием волокна диаметром 400 мкм, непосредственно контактирующего с титановой поверхностью под фиксированным углом 15°. Волокно проходило по линейной траектории шириной 5 мм со скоростью 1 см/с. Эффективный контактный след на титановой поверхности определялся диаметром волокна, используемым в режиме прямого контакта. Образцы облучались комбинациями мощности 1,2 Вт, 1,7 Вт или 2,2 Вт в течение 20 или 40 с.
Запись температуры и расчёт ΔT
Сразу после лазерного облучения температура после облучения фиксировалась с помощью термопары, подключённой к цифровому мультиметру. Изменение температуры (ΔT) рассчитывалось как разница между температурой после облучения и исходной линией. Каждый образец был облучён только один раз, и повторное применение лазером на том же образце не проводилось.
Профилометрические измерения шероховатости поверхности
После термических измерений облучённые поверхности очищались сжатым воздухом без масла. Каждый экземпляр устанавливался на ступень профилометра, а область диаметром 2 × 2 мм сканировала с использованием силы стилуса 4 мН, скорости сканирования 0,5 мм/с и отсечной длины 0,8 мм. На каждый образец было проведено пять сканирований, и рассчитано среднее значение Ra (рисунок 3).

Рисунок 3: Экспериментальный рабочий процесс . Подготовка образцов, установка термопары, лазерное облучение, запись температуры, профилометрия, SEM и анализ AFM. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.