شكرًا لك على زيارة Nature.com.إصدار المتصفح الذي تستخدمه لديه دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة ، نوصي باستخدام مستعرض محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).في غضون ذلك ، لضمان استمرار الدعم ، سنعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
تعتبر الأغشية الحيوية مكونًا مهمًا في تطور الالتهابات المزمنة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالأجهزة الطبية.تمثل هذه المشكلة تحديًا كبيرًا للمجتمع الطبي ، حيث لا يمكن للمضادات الحيوية القياسية إلا تدمير الأغشية الحيوية إلى حد محدود للغاية.أدى منع تكون الأغشية الحيوية الرقيقة إلى تطوير طرق طلاء مختلفة ومواد جديدة.تهدف هذه التقنيات إلى طلاء الأسطح بطريقة تمنع تكون الأغشية الحيوية الرقيقة.أصبحت السبائك المعدنية الزجاجية ، خاصة تلك التي تحتوي على معادن النحاس والتيتانيوم ، طلاءًا مثاليًا مضادًا للميكروبات.في الوقت نفسه ، ازداد استخدام تقنية الرش البارد لأنها طريقة مناسبة لمعالجة المواد الحساسة لدرجة الحرارة.كان جزء من الهدف من هذا البحث هو تطوير فيلم زجاجي معدني جديد مضاد للبكتيريا يتكون من Cu-Zr-Ni ثلاثي باستخدام تقنيات صناعة السبائك الميكانيكية.يتم استخدام المسحوق الكروي الذي يشكل المنتج النهائي كمواد خام للرش البارد لأسطح الفولاذ المقاوم للصدأ في درجات حرارة منخفضة.كانت الركائز المطلية بالزجاج المعدني قادرة على تقليل تكوين البيوفيلم بشكل كبير بما لا يقل عن 1 لوغاريتم مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
على مدار تاريخ البشرية ، كان أي مجتمع قادرًا على تطوير وتعزيز إدخال مواد جديدة لتلبية متطلباته المحددة ، مما أدى إلى زيادة الإنتاجية والتصنيف في اقتصاد معولم 1.لطالما كان يُعزى إلى قدرة الإنسان على تصميم المواد ومعدات التصنيع ، وكذلك التصاميم لتصنيع وتوصيف المواد لتحقيق مجالات الصحة والتعليم والصناعة والاقتصاد والثقافة وغيرها من المجالات من بلد أو منطقة إلى أخرى.يتم قياس التقدم بغض النظر عن البلد أو المنطقة 2.لمدة 60 عامًا ، كرس علماء المواد الكثير من الوقت لمهمة رئيسية واحدة: البحث عن مواد جديدة ومتقدمة.ركزت الأبحاث الحديثة على تحسين جودة وأداء المواد الموجودة ، بالإضافة إلى توليف وابتكار أنواع جديدة تمامًا من المواد.
أدت إضافة عناصر صناعة السبائك وتعديل البنية المجهرية للمادة وتطبيق طرق المعالجة الحرارية أو الميكانيكية أو الحرارية إلى تحسن كبير في الخصائص الميكانيكية والكيميائية والفيزيائية للمواد المختلفة.بالإضافة إلى ذلك ، تم تصنيع مركبات غير معروفة حتى الآن بنجاح.أدت هذه الجهود المستمرة إلى ظهور عائلة جديدة من المواد المبتكرة تُعرف مجتمعة باسم المواد المتقدمة 2.البلورات النانوية ، والجسيمات النانوية ، والأنابيب النانوية ، والنقاط الكمومية ، والزجاج المعدني عديم الأبعاد ، وغير المتبلور ، والسبائك عالية الإنتروبيا هي مجرد أمثلة على المواد المتقدمة التي ظهرت في العالم منذ منتصف القرن الماضي.غالبًا ما تضاف مشكلة عدم التوازن عند تصنيع وتطوير سبائك جديدة ذات خصائص محسنة ، سواء في المنتج النهائي أو في المراحل الوسيطة من إنتاجها.نتيجة لإدخال تقنيات التصنيع الجديدة التي تسمح بانحرافات كبيرة عن التوازن ، تم اكتشاف فئة جديدة كاملة من السبائك غير المستقرة ، والمعروفة باسم الزجاج المعدني.
أحدث عمله في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1960 ثورة في مفهوم السبائك المعدنية عندما قام بتصنيع Au-25 عند٪.4 لم يمثل اكتشاف البروفيسور بول دوفز بداية تاريخ النظارات المعدنية (MS) فحسب ، بل أدى أيضًا إلى تحول نموذجي في طريقة تفكير الناس في السبائك المعدنية.منذ البحث الرائد الأول في تصنيع سبائك MS ، تم الحصول على جميع الزجاجات المعدنية تقريبًا بالكامل باستخدام إحدى الطرق التالية: (1) التصلب السريع للذوبان أو البخار ، (2) اضطراب الشبكة الذرية ، (3) تفاعلات الحالة الصلبة غير المتبلورة بين العناصر المعدنية النقية و (4) انتقالات الطور الصلب للمراحل غير المستقرة.
تتميز MGs بغياب النظام الذري بعيد المدى المرتبط بالبلورات ، وهي خاصية مميزة للبلورات.في العالم الحديث ، تم إحراز تقدم كبير في مجال الزجاج المعدني.هذه مواد جديدة ذات خصائص مثيرة للاهتمام ليس فقط لفيزياء الحالة الصلبة ، ولكن أيضًا لعلم المعادن وكيمياء الأسطح والتكنولوجيا والبيولوجيا والعديد من المجالات الأخرى.هذا النوع الجديد من المواد له خصائص مختلفة عن المعادن الصلبة ، مما يجعله مرشحًا مثيرًا للاهتمام للتطبيقات التكنولوجية في مجموعة متنوعة من المجالات.لديهم بعض الخصائص المهمة: (1) ليونة ميكانيكية عالية وقوة إنتاج ، (2) نفاذية مغناطيسية عالية ، (3) قسرية منخفضة ، (4) مقاومة تآكل غير عادية ، (5) استقلال درجة الحرارة.الموصلية 6.7.
السبائك الميكانيكية (MA) 1،8 طريقة جديدة نسبيًا ، قدمها البروفيسور KK Kok وزملاؤه لأول مرة في عام 19839.لقد أنتجوا مساحيق Ni60Nb40 غير متبلورة عن طريق طحن خليط من العناصر النقية في درجة حرارة محيطة قريبة جدًا من درجة حرارة الغرفة.عادة ، يتم تنفيذ تفاعل MA بين ارتباط الانتشار لمساحيق المتفاعلة في مفاعل ، وعادة ما يكون مصنوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ ، في مطحنة كروية.10 (الشكل 1 أ ، ب).منذ ذلك الحين ، تم استخدام طريقة تفاعل الحالة الصلبة المستحثة ميكانيكيًا لإعداد مساحيق سبيكة زجاجية معدنية / غير متبلورة جديدة باستخدام طواحين كروية منخفضة (الشكل 1 ج) وعالية الطاقة وطواحين قضبان 11 ، 12 ، 13 ، 14 ، 15 ، 16.على وجه الخصوص ، تم استخدام هذه الطريقة لإعداد أنظمة غير قابلة للامتزاج مثل Cu-Ta17 وكذلك سبائك عالية نقطة الانصهار مثل Al-Transition metal (TM و Zr و Hf و Nb و Ta) وأنظمة Fe-W20.، والتي لا يمكن الحصول عليها باستخدام طرق الطهي التقليدية.بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر MA واحدة من أقوى أدوات التكنولوجيا النانوية للإنتاج الصناعي لجزيئات مسحوق النانو بلوريات والمركبات النانوية من أكاسيد المعادن ، والكربيدات ، والنتريد ، والهيدرات ، والأنابيب النانوية الكربونية ، والألماس النانوي ، فضلاً عن التثبيت الواسع باستخدام نهج من أعلى إلى أسفل.1 والمراحل المستقرة.
رسم تخطيطي يوضح طريقة التصنيع المستخدمة في تحضير طلاء الزجاج المعدني Cu50 (Zr50-xNix) / SUS 304 في هذه الدراسة.(أ) تحضير مساحيق سبيكة MC بتركيزات مختلفة من Ni x (x ؛ 10 ، 20 ، 30 ، 40 عند.٪) باستخدام طريقة طحن الكرة منخفضة الطاقة.(أ) يتم تحميل مادة البداية في أسطوانة أداة جنبًا إلى جنب مع الكرات الفولاذية للأداة و (ب) مختومة في صندوق قفازات مملوء بالغلاف الجوي.(ج) نموذج شفاف لسفينة الطحن يوضح حركة الكرة أثناء الطحن.تم استخدام منتج المسحوق النهائي الذي تم الحصول عليه بعد 50 ساعة لتبريد طبقة الركيزة SUS 304 (د) بالرش البارد.
عندما يتعلق الأمر بأسطح المواد السائبة (الركائز) ، فإن هندسة الأسطح تتضمن تصميم وتعديل الأسطح (الركائز) لتوفير خصائص فيزيائية وكيميائية وتقنية معينة غير موجودة في المواد السائبة الأصلية.بعض الخصائص التي يمكن تحسينها بشكل فعال من خلال معالجة السطح تشمل التآكل والأكسدة ومقاومة التآكل ومعامل الاحتكاك والفاعلية الحيوية والخصائص الكهربائية والعزل الحراري ، على سبيل المثال لا الحصر.يمكن تحسين جودة السطح بالطرق المعدنية أو الميكانيكية أو الكيميائية.كعملية معروفة جيدًا ، يتم تعريف الطلاء ببساطة على أنه طبقة واحدة أو أكثر من المواد المطبقة بشكل مصطنع على سطح جسم سائب (ركيزة) مصنوع من مادة أخرى.وبالتالي ، يتم استخدام الطلاءات جزئيًا لتحقيق الخصائص التقنية أو الزخرفية المرغوبة ، وكذلك لحماية المواد من التفاعلات الكيميائية والفيزيائية المتوقعة مع البيئة 23.
يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب والتقنيات لتطبيق طبقات واقية مناسبة من بضعة ميكرومتر (أقل من 10-20 ميكرومتر) إلى أكثر من 30 ميكرومتر أو حتى عدة مليمترات في السماكة.بشكل عام ، يمكن تقسيم عمليات الطلاء إلى فئتين: (1) طرق الطلاء الرطب ، بما في ذلك الطلاء الكهربائي ، والطلاء بالكهرباء ، والجلفنة بالغمس الساخن ، و (2) طرق الطلاء الجاف ، بما في ذلك اللحام ، والتجميد ، وترسيب البخار الفيزيائي (PVD).) ، وترسيب البخار الكيميائي (CVD) ، وتقنيات الرش الحراري ، وتقنيات الرش البارد مؤخرًا 24 (الشكل 1 د).
يتم تعريف الأغشية الحيوية على أنها مجتمعات ميكروبية مرتبطة بشكل لا رجعة فيه بالأسطح وتحيط بها بوليمرات خارج الخلية منتجة ذاتيًا (EPS).يمكن أن يؤدي تكوين الغشاء الحيوي الناضج بشكل سطحي إلى خسائر كبيرة في العديد من الصناعات ، بما في ذلك معالجة الأغذية وأنظمة المياه والرعاية الصحية.في البشر ، مع تكوين الأغشية الحيوية ، يصعب علاج أكثر من 80 ٪ من حالات العدوى الميكروبية (بما في ذلك البكتيريا المعوية والمكورات العنقودية).بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن أن الأغشية الحيوية الناضجة أكثر مقاومة للعلاج بالمضادات الحيوية بألف مرة مقارنة بالخلايا البكتيرية العوالق ، والتي تعتبر تحديًا علاجيًا كبيرًا.تاريخيا ، تم استخدام مواد طلاء السطح المضادة للميكروبات المشتقة من المركبات العضوية الشائعة.على الرغم من أن هذه المواد تحتوي غالبًا على مكونات سامة من المحتمل أن تكون ضارة بالبشر ، 25،26 يمكن أن يساعد ذلك في تجنب انتقال البكتيريا وتدهور المواد.
أدت المقاومة البكتيرية واسعة النطاق للعلاج بالمضادات الحيوية بسبب تكوين الأغشية الحيوية إلى الحاجة إلى تطوير سطح مغطى بغشاء مضاد للميكروبات يمكن تطبيقه بأمان.إن تطوير سطح فيزيائي أو كيميائي مضاد للالتصاق لا يمكن للخلايا البكتيرية أن ترتبط به وتشكل أغشية حيوية بسبب الالتصاق هو النهج الأول في هذه العملية.تتمثل التقنية الثانية في تطوير الطلاءات التي تنقل المواد الكيميائية المضادة للميكروبات في المكان المطلوب بالضبط ، وبكميات عالية التركيز ومصممة خصيصًا.ويتحقق ذلك من خلال تطوير مواد طلاء فريدة مثل الجرافين / الجرمانيوم 28 ، والماس الأسود 29 وطلاء الكربون المشابه للماس ZnO30 والمقاوم للبكتيريا ، وهي تقنية تزيد من تطور السمية والمقاومة بسبب تكوين الأغشية الحيوية.بالإضافة إلى ذلك ، تزداد شعبية الطلاءات التي تحتوي على مواد كيميائية مبيدة للجراثيم توفر حماية طويلة الأمد ضد التلوث الجرثومي.في حين أن جميع الإجراءات الثلاثة قادرة على ممارسة نشاط مضاد للميكروبات على الأسطح المطلية ، فإن لكل منها مجموعة من القيود الخاصة بها والتي يجب أخذها في الاعتبار عند تطوير استراتيجية التطبيق.
المنتجات الموجودة حاليًا في السوق يعوقها ضيق الوقت لتحليل واختبار الطلاءات الواقية للمكونات النشطة بيولوجيًا.تدعي الشركات أن منتجاتها ستزود المستخدمين بالجوانب الوظيفية المطلوبة ، ومع ذلك ، فقد أصبح هذا عقبة أمام نجاح المنتجات الموجودة حاليًا في السوق.تستخدم المركبات المشتقة من الفضة في الغالبية العظمى من مضادات الميكروبات المتاحة حاليًا للمستهلكين.تم تصميم هذه المنتجات لحماية المستخدمين من التعرض الضار المحتمل للكائنات الحية الدقيقة.يزيد التأثير المتأخر لمضادات الميكروبات وما يرتبط به من سمية لمركبات الفضة من الضغط على الباحثين لتطوير بديل أقل ضررًا.لا يزال إنشاء طلاء عالمي مضاد للميكروبات يعمل من الداخل والخارج يمثل تحديًا.يأتي هذا مع مخاطر الصحة والسلامة المرتبطة.إن اكتشاف عامل مضاد للميكروبات أقل ضررًا للإنسان ومعرفة كيفية دمجه في ركائز الطلاء ذات العمر الافتراضي الأطول هو هدف مرغوب فيه كثيرًا.تم تصميم أحدث المواد المضادة للميكروبات والمضادات الحيوية لقتل البكتيريا من مسافة قريبة إما عن طريق الاتصال المباشر أو بعد إطلاق العامل النشط.يمكنهم القيام بذلك عن طريق تثبيط الالتصاق البكتيري الأولي (بما في ذلك منع تكوين طبقة بروتينية على السطح) أو عن طريق قتل البكتيريا عن طريق التدخل في جدار الخلية.
في الأساس ، طلاء السطح هو عملية تطبيق طبقة أخرى على سطح أحد المكونات لتحسين خصائص السطح.الغرض من طلاء السطح هو تغيير البنية المجهرية و / أو تكوين المنطقة القريبة من السطح للمكون.يمكن تقسيم طرق طلاء السطح إلى طرق مختلفة ، تم تلخيصها في الشكل 2 أ.يمكن تقسيم الطلاءات إلى فئات حرارية وكيميائية وفيزيائية وكهروكيميائية اعتمادًا على الطريقة المستخدمة لإنشاء الطلاء.
(أ) إطار داخلي يوضح تقنيات تصنيع السطح الرئيسية ، و (ب) مزايا وعيوب مختارة لطريقة الرش البارد.
تشترك تقنية الرش البارد كثيرًا مع تقنيات الرش الحراري التقليدية.ومع ذلك ، هناك أيضًا بعض الخصائص الأساسية التي تجعل عملية الرش البارد ومواد الرش البارد فريدة بشكل خاص.لا تزال تقنية الرش البارد في مهدها ، لكن لها مستقبل عظيم.في بعض الحالات ، تقدم الخصائص الفريدة للرش البارد فوائد عظيمة ، تتغلب على قيود تقنيات الرش الحراري التقليدية.إنه يتغلب على القيود الكبيرة لتقنية الرش الحراري التقليدية ، حيث يجب صهر المسحوق ليتم ترسيبه على الركيزة.من الواضح أن عملية الطلاء التقليدية هذه ليست مناسبة للمواد الحساسة لدرجة الحرارة مثل البلورات النانوية والجسيمات النانوية والزجاج غير المتبلور والمعدني 40 ، 41 ، 42. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز مواد الطلاء بالرش الحراري دائمًا بمستوى عالٍ من المسامية والأكاسيد.تتمتع تقنية الرش البارد بالعديد من المزايا المهمة مقارنة بتقنية الرش الحراري ، مثل (1) الحد الأدنى من المدخلات الحرارية إلى الركيزة ، (2) المرونة في اختيار طلاء الركيزة ، (3) عدم تحول الطور ونمو الحبوب ، (4) قوة الالتصاق العالية 1.39 (الشكل 2 ب).بالإضافة إلى ذلك ، تتميز مواد الطلاء بالرش البارد بمقاومة عالية للتآكل وقوة وصلابة عالية وموصلية كهربائية عالية وكثافة عالية.على الرغم من مزايا عملية الرش البارد ، لا تزال هذه الطريقة بها بعض العيوب ، كما هو موضح في الشكل 2 ب.عند طلاء مساحيق السيراميك النقية مثل Al2O3 و TiO2 و ZrO2 و WC وما إلى ذلك ، لا يمكن استخدام طريقة الرش البارد.من ناحية أخرى ، يمكن استخدام مساحيق السيراميك / المعدن كمواد خام للطلاء.الشيء نفسه ينطبق على طرق الرش الحراري الأخرى.لا يزال من الصعب رش الأسطح الصعبة والأنابيب الداخلية.
بالنظر إلى أن العمل الحالي موجه لاستخدام المساحيق الزجاجية المعدنية كمواد أولية للطلاء ، فمن الواضح أنه لا يمكن استخدام الرش الحراري التقليدي لهذا الغرض.هذا يرجع إلى حقيقة أن المساحيق الزجاجية المعدنية تتبلور في درجات حرارة عالية 1.
معظم الأدوات المستخدمة في الصناعات الطبية والغذائية مصنوعة من سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (SUS316 و SUS304) مع محتوى الكروم من 12 إلى 20٪ بالوزن لإنتاج الأدوات الجراحية.من المقبول عمومًا أن استخدام معدن الكروم كعنصر صناعة السبائك في سبائك الصلب يمكن أن يحسن بشكل كبير مقاومة التآكل لسبائك الفولاذ القياسية.لا تتمتع سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ ، على الرغم من مقاومتها العالية للتآكل ، بخصائص كبيرة مضادة للميكروبات.هذا يتناقض مع مقاومتهم العالية للتآكل.بعد ذلك ، من الممكن التنبؤ بتطور العدوى والالتهابات ، والتي ترجع بشكل أساسي إلى التصاق البكتيريا واستعمارها على سطح المواد الحيوية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.قد تنشأ صعوبات كبيرة بسبب الصعوبات الكبيرة المرتبطة بالالتصاق البكتيري ومسارات تكوين الأغشية الحيوية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تدهور الصحة ، والتي يمكن أن يكون لها العديد من العواقب التي يمكن أن تؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على صحة الإنسان.
هذه الدراسة هي المرحلة الأولى من مشروع ممول من قبل مؤسسة الكويت للتقدم العلمي (KFAS) ، عقد رقم.2010-550401 ، لدراسة جدوى إنتاج مساحيق Cu-Zr-Ni الثلاثية الزجاجية المعدنية باستخدام تقنية MA (جدول).1) لإنتاج طبقة / طلاء حماية السطح المضاد للبكتيريا SUS304.ستدرس المرحلة الثانية من المشروع ، المقرر أن تبدأ في يناير 2023 ، بالتفصيل خصائص التآكل الجلفاني والخصائص الميكانيكية للنظام.سيتم إجراء اختبارات ميكروبيولوجية مفصلة لأنواع مختلفة من البكتيريا.
تتناول هذه المقالة تأثير محتوى سبيكة Zr على قدرة تشكيل الزجاج (GFA) بناءً على الخصائص المورفولوجية والهيكلية.بالإضافة إلى ذلك ، تمت مناقشة الخصائص المضادة للبكتيريا للزجاج المعدني المطلي بالمسحوق / مركب SUS304.بالإضافة إلى ذلك ، تم تنفيذ العمل الجاري للتحقيق في إمكانية التحول الهيكلي لمساحيق الزجاج المعدني التي تحدث أثناء الرش البارد في المنطقة السائلة فائقة التبريد لأنظمة الزجاج المعدني المصنعة.تم استخدام سبائك الزجاج المعدني Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr20Ni30 كأمثلة تمثيلية في هذه الدراسة.
يعرض هذا القسم التغيرات المورفولوجية في مساحيق عناصر النحاس والزر والنيكل أثناء طحن الكرة منخفض الطاقة.سيتم استخدام نظامين مختلفين يتكونان من Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr40Ni10 كأمثلة توضيحية.يمكن تقسيم عملية MA إلى ثلاث مراحل منفصلة ، كما يتضح من التوصيف المعدني للمسحوق الذي تم الحصول عليه في مرحلة الطحن (الشكل 3).
الخصائص المعدنية لمساحيق السبائك الميكانيكية (MA) التي تم الحصول عليها بعد مراحل مختلفة من طحن الكرة.يتم عرض صور المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني (FE-SEM) لمساحيق MA و Cu50Zr40Ni10 التي تم الحصول عليها بعد طحن الكرة منخفضة الطاقة لمدة 3 و 12 و 50 ساعة في (أ) و (ج) و (هـ) لنظام Cu50Zr20Ni30 ، بينما في نفس MA.تظهر الصور المقابلة لنظام Cu50Zr40Ni10 التي تم التقاطها بعد مرور الوقت في (ب) و (د) و (و).
أثناء طحن الكرة ، تتأثر الطاقة الحركية الفعالة التي يمكن نقلها إلى مسحوق المعدن بمجموعة من المعلمات ، كما هو موضح في الشكل 1 أ.وهذا يشمل الاصطدامات بين الكرات والمساحيق ، وضغط القص للمسحوق العالق بين أو بين وسائط الطحن ، والتأثيرات من الكرات المتساقطة ، والقص والتآكل الناجم عن سحب المسحوق بين الأجسام المتحركة لمطحنة الكرة ، وموجة الصدمة التي تمر عبر الكرات المتساقطة التي تنتشر من خلال الثقافة المحملة (الشكل 1 أ). лементарные порошки Cu، Zr и Ni были сильно деформированы из-за олодной сварки на ранней стадич) ، ованию крупных частиц порошка (> 1 мм في диаметре). تم تشويه مساحيق النحاس و Zr و Ni بشدة بسبب اللحام البارد في مرحلة مبكرة من MA (3 ساعات) ، مما أدى إلى تكوين جزيئات مسحوق كبيرة (قطرها> 1 مم).تتميز هذه الجزيئات المركبة الكبيرة بتكوين طبقات سميكة من عناصر صناعة السبائك (Cu ، Zr ، Ni) ، كما هو موضح في الشكل.3 أ ، ب.أدت الزيادة في وقت MA إلى 12 ساعة (المرحلة المتوسطة) إلى زيادة الطاقة الحركية لمطحنة الكرة ، مما أدى إلى تحلل المسحوق المركب إلى مساحيق أصغر (أقل من 200 ميكرومتر) ، كما هو موضح في الشكل 3 ج ، المدينة.في هذه المرحلة ، تؤدي قوة القص المطبقة إلى تكوين سطح معدني جديد بطبقات تلميح رقيقة من النحاس والزنك والنيكل ، كما هو موضح في الشكل 3 ج ، د.نتيجة لطحن الطبقات في واجهة الرقائق ، تحدث تفاعلات المرحلة الصلبة مع تكوين مراحل جديدة.
في ذروة عملية MA (بعد 50 ساعة) ، كان علم المعادن المتقشر بالكاد ملحوظًا (الشكل 3 هـ ، و) ، ولوحظ علم المعادن المرآة على السطح المصقول للمسحوق.هذا يعني أن عملية تقييم الألفية قد اكتملت وتم إنشاء مرحلة تفاعل واحدة.التكوين الأولي للمناطق المشار إليها في التين.تم تحديد 3e (I ، II ، III) ، f ، v ، vi) باستخدام المجهر الإلكتروني لمسح انبعاث الحقل (FE-SEM) بالاقتران مع مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS).(رابعا).
في الجدول.يتم عرض 2 من التركيزات الأولية لعناصر صناعة السبائك كنسبة مئوية من الكتلة الكلية لكل منطقة محددة في الشكل.3 هـ ، ص.توضح مقارنة هذه النتائج بالتركيبات الاسمية الأولية لـ Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr40Ni10 الواردة في الجدول 1 أن تركيبات هذين المنتجين النهائيين قريبة جدًا من التركيبات الاسمية.بالإضافة إلى ذلك ، فإن القيم النسبية للمكونات للمناطق المدرجة في الشكل 3 هـ ، و لا تشير إلى تدهور أو تغير كبير في تكوين كل عينة من منطقة إلى أخرى.يتضح هذا من خلال حقيقة أنه لا يوجد تغيير في التكوين من منطقة إلى أخرى.يشير هذا إلى إنتاج مساحيق سبيكة موحدة كما هو موضح في الجدول 2.
تم الحصول على صور مجهرية FE-SEM لمسحوق المنتج النهائي Cu50 (Zr50-xNix) بعد 50 مللي أمبير ، كما هو موضح في الشكل 4 أ-د ، حيث x هي 10 و 20 و 30 و 40 بنسبة٪ ، على التوالي.بعد خطوة الطحن هذه ، يتجمع المسحوق بسبب تأثير van der Waals ، مما يؤدي إلى تكوين مجاميع كبيرة تتكون من جزيئات متناهية الصغر بقطر من 73 إلى 126 نانومتر ، كما هو موضح في الشكل 4.
الخصائص المورفولوجية لمساحيق Cu50 (Zr50-xNix) التي تم الحصول عليها بعد 50 ساعة من MA.بالنسبة لأنظمة Cu50Zr40Ni10 و Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr10Ni40 ، تظهر صور FE-SEM للمساحيق التي تم الحصول عليها بعد 50 مللي أمبير في (أ) و (ب) و (ج) و (د) على التوالي.
قبل تحميل المساحيق في وحدة التغذية بالرش البارد ، تم صوتنها أولاً في إيثانول من الدرجة التحليلية لمدة 15 دقيقة ثم تجفيفها عند 150 درجة مئوية لمدة ساعتين.يجب اتخاذ هذه الخطوة لمكافحة التكتل بنجاح ، والذي غالبًا ما يتسبب في العديد من المشكلات الخطيرة في عملية الطلاء.بعد الانتهاء من عملية تقييم الألفية ، تم إجراء المزيد من الدراسات للتحقق من تجانس مساحيق السبائك.على التين.يُظهر الشكل 5 أ-د صورًا مجهرية FE-SEM وصور EDS المقابلة لعناصر صناعة السبائك Cu و Zr و Ni لسبائك Cu50Zr30Ni20 المأخوذة بعد 50 ساعة من الوقت M ، على التوالي.وتجدر الإشارة إلى أن مساحيق السبائك التي تم الحصول عليها بعد هذه الخطوة متجانسة ، لأنها لا تظهر أي تقلبات في التركيب تتجاوز مستوى النانومتر ، كما هو موضح في الشكل 5.
مورفولوجيا والتوزيع المحلي للعناصر في مسحوق MG Cu50Zr30Ni20 التي تم الحصول عليها بعد 50 مللي أمبير بواسطة FE-SEM / مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS).(أ) تصوير SEM والأشعة السينية EDS لـ (ب) Cu-Kα و (ج) Zr-Lα و (د) Ni-Kα.
تظهر أنماط حيود الأشعة السينية لمساحيق Cu50Zr40Ni10 و Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr20Ni30 المخلوطة ميكانيكيًا في التين.6 أ-د ، على التوالي.بعد مرحلة الطحن هذه ، كان لجميع العينات ذات تركيزات Zr المختلفة هياكل غير متبلورة مع أنماط انتشار الهالة المميزة الموضحة في الشكل 6.
أنماط حيود الأشعة السينية لمساحيق Cu50Zr40Ni10 (a) و Cu50Zr30Ni20 (b) و Cu50Zr20Ni30 (c) و Cu50Zr20Ni30 (d) بعد MA لمدة 50 ساعة.لوحظ نمط انتشار الهالة في جميع العينات دون استثناء ، مما يشير إلى تكوين مرحلة غير متبلورة.
تم استخدام المجهر الإلكتروني عالي الدقة لنقل انبعاثات المجال (FE-HRTEM) لمراقبة التغيرات الهيكلية وفهم البنية المحلية للمساحيق الناتجة عن طحن الكرة في أوقات مختلفة من MA.تظهر صور المساحيق التي تم الحصول عليها بطريقة FE-HRTEM بعد المراحل المبكرة (6 ساعات) والمتوسط ​​(18 ساعة) من طحن مساحيق Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr40Ni10 في التين.7 أ على التوالي.وفقًا لصورة المجال الساطع (BFI) للمسحوق الذي تم الحصول عليه بعد 6 ساعات من MA ، يتكون المسحوق من حبيبات كبيرة ذات حدود محددة بوضوح لعناصر fcc-Cu و hcp-Zr و fcc-Ni ، ولا توجد علامات على تكوين مرحلة تفاعل ، كما هو موضح في الشكل 7 أ.بالإضافة إلى ذلك ، كشف نمط حيود منطقة محدد مرتبط (SADP) مأخوذ من المنطقة الوسطى (أ) عن نمط حيود حاد (الشكل 7 ب) يشير إلى وجود بلورات كبيرة وغياب مرحلة تفاعلية.
الخصائص الهيكلية المحلية لمسحوق MA التي تم الحصول عليها بعد المراحل المبكرة (6 ساعات) والمتوسط ​​(18 ساعة).(أ) المجهر الإلكتروني عالي الدقة لنقل الانبعاثات الميدانية (FE-HRTEM) و (ب) حيود المنطقة المحددة المقابلة (SADP) من مسحوق Cu50Zr30Ni20 بعد معالجة MA لمدة 6 ساعات.تظهر صورة FE-HRTEM لـ Cu50Zr40Ni10 التي تم الحصول عليها بعد 18 ساعة MA في (ج).
كما يظهر في الشكل.في الشكل 7 ج ، أدت الزيادة في مدة MA إلى 18 ساعة إلى عيوب شبكية خطيرة مع تشوه البلاستيك.في هذه المرحلة الوسيطة من عملية MA ، تظهر عيوب مختلفة في المسحوق ، بما في ذلك أخطاء التراص وعيوب الشبكة وعيوب النقاط (الشكل 7).تسبب هذه العيوب تجزئة الحبوب الكبيرة على طول حدود الحبوب إلى حبيبات فرعية أصغر من 20 نانومتر في الحجم (الشكل 7 ج).
يتميز الهيكل المحلي لمسحوق Cu50Z30Ni20 المطحون لمدة 36 ساعة MA بتكوين حبيبات نانوية متناهية الصغر مضمنة في مصفوفة رقيقة غير متبلورة ، كما هو موضح في الشكل 8 أ.أظهر تحليل محلي للمجالات الكهرومغناطيسية أن العناقيد النانوية الموضحة في التين.ترتبط المادة 8 أ بسبائك مسحوق النحاس والزنك والنيكل غير المعالج.يختلف محتوى النحاس في المصفوفة من ~ 32 عند.٪ (منطقة فقيرة) إلى ~ 74 عند.٪ (منطقة غنية) ، مما يشير إلى تكوين منتجات غير متجانسة.بالإضافة إلى ذلك ، تُظهر SADPs المقابلة للمساحيق التي تم الحصول عليها بعد الطحن في هذه الخطوة حلقات طور غير متبلور لانتشار الهالة الأولية والثانوية متداخلة مع نقاط حادة مرتبطة بعناصر السبائك غير المعالجة هذه ، كما هو موضح في الشكل 8 ب.
السمات الهيكلية المحلية النانوية لمسحوق Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20.(أ) صورة حقل ساطع (BFI) وما يقابلها (ب) SADP من مسحوق Cu50Zr30Ni20 تم الحصول عليه بعد الطحن لمدة 36 ساعة MA.
قرب نهاية عملية MA (50 ساعة) ، يحتوي Cu50 (Zr50-xNix) و X و 10 و 20 و 30 و 40 في ٪ مساحيق ، دون استثناء ، على شكل متاهة من المرحلة غير المتبلورة ، كما هو موضح في الشكل.لا يمكن اكتشاف أي حيود نقطي ولا أنماط حلقية حادة في SADS المقابل لكل تكوين.يشير هذا إلى عدم وجود معدن بلوري غير معالج ، بل يشير إلى تكوين مسحوق سبيكة غير متبلور.تم استخدام SADPs المترابطة التي تظهر أنماط انتشار الهالة كدليل على تطوير المراحل غير المتبلورة في مادة المنتج النهائي.
الهيكل المحلي للمنتج النهائي لنظام Cu50 MS (Zr50-xNix).FE-HRTEM وأنماط حيود العارضة النانوية المرتبطة (NBDP) لـ (أ) Cu50Zr40Ni10 ، (ب) Cu50Zr30Ni20 ، (ج) Cu50Zr20Ni30 ، و (د) Cu50Zr10Ni40 تم الحصول عليها بعد 50 ساعة من MA.
باستخدام قياس المسعر التفاضلي ، تمت دراسة الثبات الحراري لدرجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) والمنطقة السائلة فائقة التبريد (ΔTx) ودرجة حرارة التبلور (Tx) اعتمادًا على محتوى Ni (x) في Cu50 (Zr50-xNix) النظام غير المتبلور.(DSC) في تدفق الغاز He.تظهر منحنيات DSC لمساحيق سبائك Cu50Zr40Ni10 و Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr10Ni40 غير المتبلورة التي تم الحصول عليها بعد MA لمدة 50 ساعة في التين.10 أ ، ب ، هـ ، على التوالي.بينما يظهر منحنى DSC غير المتبلور Cu50Zr20Ni30 بشكل منفصل في الشكل. القرن العاشر وفي الوقت نفسه ، تظهر عينة Cu50Zr30Ni20 مسخنة إلى ~ 700 درجة مئوية في DSC في الشكل 10g.
يتم تحديد الثبات الحراري لمساحيق Cu50 (Zr50-xNix) MG التي تم الحصول عليها بعد MA لمدة 50 ساعة من خلال درجة حرارة التزجج (Tg) ودرجة حرارة التبلور (Tx) ومنطقة السائل فائقة التبريد (ΔTx).المسح الحراري لمساحيق المسعر التفاضلي (DSC) لمساحيق Cu50Zr40Ni10 (a) و Cu50Zr30Ni20 (b) و Cu50Zr20Ni30 (c) و (e) Cu50Zr10Ni40 MG مساحيق بعد MA لمدة 50 ساعة.يظهر نمط حيود الأشعة السينية (XRD) لعينة Cu50Zr30Ni20 مسخنة إلى 700 درجة مئوية تقريبًا في DSC في (د).
كما هو مبين في الشكل 10 ، تشير منحنيات DSC لجميع التركيبات ذات التركيزات المختلفة للنيكل (x) إلى حالتين مختلفتين ، إحداهما ماصة للحرارة والأخرى طاردة للحرارة.يتوافق الحدث الماص للحرارة الأول مع Tg ، والثاني مرتبط بـ Tx.تسمى منطقة الامتداد الأفقية الموجودة بين Tg و Tx المنطقة السائلة المبردة تحت الصفر (ΔTx = Tx - Tg).تظهر النتائج أن Tg و Tx لعينة Cu50Zr40Ni10 (الشكل 10 أ) موضوعة عند 526 درجة مئوية و 612 درجة مئوية تحول المحتوى (x) حتى 20٪ باتجاه جانب درجة الحرارة المنخفضة 482 درجة مئوية و 563 درجة مئوية.درجة مئوية مع زيادة محتوى Ni (x) ، على التوالي ، كما هو موضح في الشكل 10 ب.وبالتالي ، ينخفض ​​ΔTx Cu50Zr40Ni10 من 86 درجة مئوية (الشكل 10 أ) إلى 81 درجة مئوية لـ Cu50Zr30Ni20 (الشكل 10 ب).بالنسبة لسبائك MC Cu50Zr40Ni10 ، لوحظ أيضًا انخفاض في قيم Tg و Tx و Tx إلى مستويات 447 درجة مئوية و 526 درجة مئوية و 79 درجة مئوية (الشكل 10 ب).يشير هذا إلى أن الزيادة في محتوى Ni تؤدي إلى انخفاض في الاستقرار الحراري لسبائك MS.على العكس من ذلك ، فإن قيمة Tg (507 درجة مئوية) لسبائك MC Cu50Zr20Ni30 أقل من قيمة سبيكة MC Cu50Zr40Ni10 ؛ومع ذلك ، يُظهر Tx قيمة مماثلة لها (612 درجة مئوية).لذلك ، ΔTx لها قيمة أعلى (87 درجة مئوية) كما هو موضح في الشكل.القرن العاشر
يتبلور نظام MC Cu50 (Zr50-xNix) ، باستخدام سبيكة Cu50Zr20Ni30 MC كمثال ، من خلال ذروة حادة طاردة للحرارة إلى fcc-ZrCu5 و orthorhombic-Zr7Cu10 و orthorhombic-ZrNi مراحل بلورية (الشكل 10 ج).تم تأكيد هذا الانتقال من الطور غير المتبلور إلى البلوري من خلال تحليل حيود الأشعة السينية لعينة MG (الشكل 10 د) والتي تم تسخينها إلى 700 درجة مئوية في DSC.
على التين.11 يظهر صوراً تم التقاطها أثناء عملية الرش البارد المنفذة في العمل الحالي.في هذه الدراسة ، تم استخدام جزيئات مسحوق زجاجي معدني تم تصنيعها بعد MA لمدة 50 ساعة (باستخدام Cu50Zr20Ni30 كمثال) كمادة خام مضادة للبكتيريا ، وكانت صفيحة الفولاذ المقاوم للصدأ (SUS304) مطلية بالرش البارد.تم اختيار طريقة الرش البارد للطلاء في سلسلة تقنية الرش الحراري لأنها الطريقة الأكثر فعالية في سلسلة تقنية الرش الحراري حيث يمكن استخدامها للمواد المعدنية الحساسة للحرارة مثل المساحيق غير المتبلورة والنانوكريستال.لا تخضع للمرحلة.الانتقالات.هذا هو العامل الرئيسي في اختيار هذه الطريقة.تتم عملية الترسيب البارد باستخدام جزيئات عالية السرعة تقوم بتحويل الطاقة الحركية للجزيئات إلى تشوه بلاستيكي وتشوه وحرارة عند الاصطدام بالركيزة أو الجسيمات المترسبة سابقًا.
تُظهر الصور الميدانية إجراء الرش البارد المستخدم لخمس مستحضرات متتالية من MG / SUS 304 عند 550 درجة مئوية.
يجب تحويل الطاقة الحركية للجسيمات ، بالإضافة إلى زخم كل جسيم أثناء تكوين الطلاء ، إلى أشكال أخرى من الطاقة من خلال آليات مثل تشوه البلاستيك (الجسيمات الأولية والتفاعلات بين الجسيمات في المصفوفة وتفاعلات الجسيمات) ، والعقدة الخلالية للمواد الصلبة ، والدوران بين الجسيمات ، والتشوه والحد من التسخين 39. بالإضافة إلى ذلك ، إذا لم تكن الطاقة الحركية كلها سوف تتحول إلى الطاقة الحركية ، فإن الطاقة الحركية سوف تتحول إلى طاقة حرارية. أن الجسيمات ترتد ببساطة بعد الاصطدام.لقد لوحظ أن 90 ٪ من طاقة التأثير المطبقة على مادة الجسيم / الركيزة يتم تحويلها إلى حرارة محلية 40.بالإضافة إلى ذلك ، عند تطبيق إجهاد التأثير ، يتم تحقيق معدلات إجهاد عالية للبلاستيك في منطقة اتصال الجسيمات / الركيزة في وقت قصير جدًا.
يعتبر تشوه اللدائن عادة عملية تبديد للطاقة ، أو بالأحرى كمصدر حرارة في المنطقة البينية.ومع ذلك ، فإن الزيادة في درجة الحرارة في المنطقة البينية عادة ما تكون غير كافية لحدوث ذوبان بيني أو تحفيز كبير للانتشار المتبادل للذرات.لم يقم أي منشور معروف للمؤلفين بالتحقيق في تأثير خصائص هذه المساحيق الزجاجية المعدنية على التصاق المسحوق وترسبه عند استخدام تقنيات الرش البارد.
يمكن رؤية BFI لمسحوق سبيكة MG Cu50Zr20Ni30 في الشكل 12 أ ، والذي تم ترسيبه على الركيزة SUS 304 (الشكل 11 ، 12 ب).كما يتضح من الشكل ، فإن المساحيق المطلية تحتفظ ببنيتها الأصلية غير المتبلورة لأنها تحتوي على هيكل متاهة رقيق بدون أي سمات بلورية أو عيوب شبكية.من ناحية أخرى ، تشير الصورة إلى وجود طور غريب ، كما يتضح من الجسيمات النانوية المتضمنة في مصفوفة المسحوق المطلية بـ MG (الشكل 12 أ).يوضح الشكل 12 ج نمط حيود الحزمة النانوية المفهرس (NBDP) المرتبط بالمنطقة الأولى (الشكل 12 أ).كما يظهر في الشكل.في الشكل 12 ج ، يُظهر NBDP نمط انتشار هالة ضعيف لهيكل غير متبلور ويتعايش مع بقع حادة تقابل طور Zr2Ni مكعب متبلور كبير قابل للاستقرار بالإضافة إلى طور رباعي الزوايا CuO.يمكن تفسير تكوين CuO بأكسدة المسحوق عند الانتقال من فوهة مسدس الرش إلى SUS 304 في الهواء الطلق بتدفق أسرع من الصوت.من ناحية أخرى ، أدى نزع المزج عن المساحيق الزجاجية المعدنية إلى تكوين أطوار مكعبة كبيرة بعد المعالجة بالرش البارد عند 550 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
(أ) صورة FE-HRTEM لمسحوق MG المودعة على الركيزة (ب) SUS 304 (الشكل الداخلي).يظهر فهرس NBDP للرمز الدائري الموضح في (أ) في (ج).
لاختبار هذه الآلية المحتملة لتشكيل جسيمات نانوية كبيرة Zr2Ni ، تم إجراء تجربة مستقلة.في هذه التجربة ، تم رش المساحيق من رذاذ عند 550 درجة مئوية في اتجاه الركيزة SUS 304 ؛ومع ذلك ، لتحديد تأثير التلدين ، تمت إزالة المساحيق من شريط SUS304 بأسرع ما يمكن (حوالي 60 ثانية).).تم إجراء سلسلة أخرى من التجارب حيث تمت إزالة المسحوق من الركيزة بعد حوالي 180 ثانية من التطبيق.
تُظهر الأشكال 13 أ ، ب صور المسح المجهري الإلكتروني للإرسال (STEM) للمجال المظلم (DFI) من مادتين مبعثرتين ترسبتا على ركائز SUS 304 لمدة 60 ثانية و 180 ثانية ، على التوالي.صورة المسحوق المودعة لمدة 60 ثانية تفتقر إلى التفاصيل المورفولوجية ، مما يدل على عدم وضوح الملامح (الشكل 13 أ).تم تأكيد ذلك أيضًا بواسطة XRD ، والذي أظهر أن الهيكل العام لهذه المساحيق كان غير متبلور ، كما يتضح من قمم الانعراج الأولية والثانوية العريضة الموضحة في الشكل 14 أ.يشير هذا إلى عدم وجود رواسب غير مستقرة / متوسطة الطور ، حيث يحتفظ المسحوق بهيكله الأصلي غير المتبلور.في المقابل ، أظهر المسحوق المودع عند نفس درجة الحرارة (550 درجة مئوية) ولكنه ترك على الركيزة لمدة 180 ثانية ترسب الحبوب النانوية ، كما هو موضح في الأسهم في الشكل 13 ب.