شكرًا لك على زيارة Nature.com ، إصدار المتصفح الذي تستخدمه يحتوي على دعم محدود لـ CSS ، وللحصول على أفضل تجربة ، نوصيك باستخدام متصفح محدث (أو إيقاف تشغيل وضع التوافق في Internet Explorer) ، وفي غضون ذلك ، لضمان استمرار الدعم ، سنعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
تعتبر الأغشية الحيوية مكونًا مهمًا في تطور الالتهابات المزمنة ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بالأجهزة الطبية ، وتمثل هذه المشكلة تحديًا كبيرًا للمجتمع الطبي ، حيث أن المضادات الحيوية القياسية يمكنها فقط القضاء على الأغشية الحيوية إلى حد محدود للغاية ، وقد أدى منع تكوين الأغشية الحيوية إلى تطوير طرق طلاء مختلفة ومواد جديدة ، وتهدف هذه الطرق إلى طلاء الأسطح بطريقة تحتوي على سبائك التيتانيوم ، وظهرت معادن النحاس والأغشية المعدنية المثالية. في الوقت نفسه ، ازداد استخدام تقنية الرش البارد لأنها طريقة مناسبة لمعالجة المواد الحساسة لدرجات الحرارة ، وكان جزء من الغرض من هذه الدراسة هو تطوير زجاج معدني جديد مضاد للبكتيريا مكون من Cu-Zr-Ni باستخدام تقنيات السبائك الميكانيكية ، ويستخدم المسحوق الكروي الذي يشكل المنتج النهائي كمواد خام لطلاء الرش البارد لأسطح الفولاذ المقاوم للصدأ بدرجات حرارة منخفضة بشكل كبير. .
على مدار تاريخ البشرية ، كان أي مجتمع قادرًا على تصميم وتعزيز إدخال مواد جديدة تلبي متطلباته المحددة ، مما أدى إلى تحسين الأداء والترتيب في اقتصاد معولم 1 ، وقد كان يُعزى دائمًا إلى قدرة الإنسان على تطوير مواد ومعدات تصنيع وتصاميم لتصنيع المواد وتوصيفها لتحقيق مكاسب في 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 وقتهم للتركيز على أحد الاهتمامات الرئيسية: السعي وراء مواد جديدة ومتطورة ، ركزت الأبحاث الحديثة على تحسين جودة وأداء المواد الموجودة ، بالإضافة إلى توليف وابتكار أنواع جديدة تمامًا من المواد.
أدت إضافة عناصر السبائك ، وتعديل البنية المجهرية للمادة ، وتطبيق تقنيات المعالجة الحرارية أو الميكانيكية أو الحرارية الميكانيكية إلى تحسينات كبيرة في الخصائص الميكانيكية والكيميائية والفيزيائية لمجموعة متنوعة من المواد المختلفة ، علاوة على ذلك ، تم تصنيع مركبات لم يسمع بها حتى الآن بنجاح في هذه المرحلة. والنظارات المعدنية ذات الأبعاد الصفرية وغير المتبلورة والسبائك عالية الانتروبيا ما هي إلا بعض الأمثلة على المواد المتقدمة التي تم إدخالها إلى العالم منذ منتصف القرن الماضي ، فعند تصنيع وتطوير سبائك جديدة ذات خصائص متفوقة ، سواء في المنتج النهائي أو في المراحل المتوسطة من إنتاجها ، غالبًا ما تضاف مشكلة عدم التوازن ، ونتيجة لتطبيق تقنيات تصنيع جديدة قد انحرفت بشكل كبير عن الطبقة المعدنية المتوازنة الجديدة.
أحدث عمله في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1960 ثورة في مفهوم السبائك المعدنية عندما قام بتصنيع الزجاج Au-25 عند.٪ سبائك Si عن طريق تقوية السوائل بسرعة تقارب مليون درجة في الثانية 4 ، لم يؤد حدث اكتشاف البروفيسور بول دويز إلى بداية تاريخ الزجاج المعدني (MG) فحسب ، بل أدى أيضًا إلى تحول نموذجي في الطريقة التي يفكر بها الناس في دراسة السبائك المعدنية في السبائك المعدنية. تم إنتاج الزجاج بالكامل باستخدام إحدى الطرق التالية ؛(1) التصلب السريع للذوبان أو البخار ، (2) الاضطراب الذري للشبكة ، (3) تفاعلات الحالة الصلبة غير المتبلورة بين العناصر المعدنية النقية ، و (4) التحولات في الحالة الصلبة للمراحل غير المستقرة.
تتميز MGs بافتقارها إلى الترتيب الذري بعيد المدى المرتبط بالبلورات ، وهو سمة مميزة للبلورات ، وفي عالم اليوم ، تم إحراز تقدم كبير في مجال الزجاج المعدني ، فهي مواد جديدة ذات خصائص مثيرة للاهتمام ليس فقط في فيزياء الحالة الصلبة ، ولكن أيضًا في علم المعادن ، وكيمياء الأسطح ، والتكنولوجيا ، وعلم الأحياء والعديد من المجالات الأخرى المميزة ، وهذا النوع الجديد من معروضات المواد الصلبة مثير للاهتمام. ؛(1) ليونة ميكانيكية عالية وقوة الخضوع ، (2) نفاذية مغناطيسية عالية ، (3) قسرية منخفضة ، (4) مقاومة تآكل غير عادية ، (5) استقلال درجة الحرارة الموصلية 6،7.
السبائك الميكانيكية (MA) 1،8 هي تقنية جديدة نسبيًا ، تم تقديمها لأول مرة في عام 19839 بواسطة البروفيسور CC Kock وزملائه ، حيث قاموا بإعداد مساحيق Ni60Nb40 غير متبلورة عن طريق طحن خليط من العناصر النقية في درجات حرارة محيطة قريبة جدًا من درجة حرارة الغرفة.عادةً ما يتم تنفيذ تفاعل MA بين اقتران منتشر لمساحيق المواد المتفاعلة في مفاعل ، وعادةً ما يكون مصنوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ في مطحنة كروية 10 (الشكل 1 أ ، ب) ومنذ ذلك الحين ، تم استخدام تقنية تفاعل الحالة الصلبة المستحث ميكانيكيًا لتحضير مساحيق سبيكة زجاجية غير متبلورة / معدنية جديدة باستخدام طواحين كروية منخفضة (الشكل 1 ج) وعالية الطاقة ، كما تم استخدام طواحين كروية ذات طاقة عالية (الشكل 1 ج) ، وكذلك الطواحين ذات الطاقة العالية. أنظمة iscible مثل Cu-Ta17 ، بالإضافة إلى السبائك عالية نقطة الانصهار مثل أنظمة المعادن الانتقالية (TM ؛ Zr و Hf و Nb و Ta) 18،19 و Fe-W20 ، والتي لا يمكن الحصول عليها باستخدام طرق التحضير التقليدية. anodiamonds ، بالإضافة إلى الاستقرار الواسع عبر نهج من أعلى إلى أسفل 1 والمراحل غير المستقرة.
رسم تخطيطي يوضح طريقة التصنيع المستخدمة في تحضير طلاء الزجاج المعدني (MG) Cu50 (Zr50 − xNix) / SUS 304 في هذه الدراسة (أ) تحضير مساحيق سبيكة MG بتركيزات مختلفة من النيكل x (x ؛ 10 ، 20 ، 30 و 40٪) باستخدام تقنية طحن الكرة منخفضة الطاقة. وعاء طحن يوضح حركة الكرة أثناء الطحن. تم استخدام المنتج النهائي للمسحوق الذي تم الحصول عليه بعد 50 ساعة لتغليف الركيزة SUS 304 باستخدام طريقة الرش البارد (د).
عندما يتعلق الأمر بأسطح المواد السائبة (الركائز) ، فإن هندسة الأسطح تتضمن تصميم وتعديل الأسطح (الركائز) لتوفير بعض الصفات الفيزيائية والكيميائية والتقنية غير الموجودة في المواد السائبة الأصلية ، وبعض الخصائص التي يمكن تحسينها بشكل فعال عن طريق المعالجة السطحية تشمل مقاومة التآكل ، ومقاومة الأكسدة والتآكل ، ومعامل الاحتكاك ، والخمول الحيوي ، والخواص الكهربائية ، واستخدام القليل من العزل الحراري. عملية ، يتم تعريف الطلاء ببساطة على أنه طبقة واحدة أو طبقات متعددة من المواد المترسبة بشكل مصطنع على سطح جسم سائب (ركيزة) مصنوعة من مادة أخرى ، وبالتالي ، يتم استخدام الطلاءات جزئيًا لتحقيق بعض الخصائص التقنية أو الزخرفية المرغوبة ، وكذلك لحماية المواد من التفاعلات الكيميائية والفيزيائية المتوقعة مع البيئة المحيطة 23.
من أجل ترسيب طبقات حماية سطحية مناسبة بسماكات تتراوح من بضعة ميكرومتر (أقل من 10-20 ميكرومتر) إلى أكثر من 30 ميكرومتر أو حتى بضعة مليمترات ، يمكن تطبيق العديد من الطرق والتقنيات (بشكل عام ، يمكن تقسيم عمليات الطلاء إلى فئتين: (1) طرق الطلاء الرطب ، بما في ذلك الطلاء الكهربائي ، والطلاء بالكهرباء ، وطرق الجلفنة بالغمس الساخن ، و (2) طرق الترسيب الكيميائي بالبخار ، وطرق التبخير الكيميائي ) ، 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 ومحاطة ببوليمرات خارج الخلية منتجة ذاتيًا (EPS) ، ويمكن أن يؤدي تكوين الأغشية الحيوية الناضجة بشكل كبير إلى خسائر كبيرة في العديد من القطاعات الصناعية ، بما في ذلك صناعة الأغذية وأنظمة المياه وبيئات الرعاية الصحية. تم الإبلاغ عن أن الألوم أكثر مقاومة للعلاج بالمضادات الحيوية بمقدار 1000 مرة مقارنة بالخلايا البكتيرية العوالق ، والتي تعتبر تحديًا علاجيًا كبيرًا ، وقد تم استخدام مواد طلاء السطح المضادة للميكروبات المشتقة من المركبات العضوية التقليدية على مدار التاريخ ، وعلى الرغم من أن هذه المواد غالبًا ما تحتوي على مكونات سامة قد تكون خطرة على البشر ، إلا أنها قد تساعد في تجنب انتقال البكتيريا وتدمير المواد.
أدت المقاومة الواسعة النطاق للبكتيريا للعلاجات بالمضادات الحيوية بسبب تكوين الأغشية الحيوية إلى الحاجة إلى تطوير سطح مغطى بغشاء مضاد للميكروبات فعال يمكن تطبيقه بأمان ، وتطوير سطح فيزيائي أو كيميائي مضاد للالتصاق تُثبط عليه الخلايا البكتيرية للالتصاق وبناء الأغشية الحيوية بسبب الالتصاق هو الأسلوب الأول في هذه العملية ، وهذه التقنية الثانية هي تطوير مواد كيميائية مركزة بحيث يتم تسليمها بشكل آمن. يتم تحقيق ذلك من خلال تطوير مواد طلاء فريدة مثل الجرافين / الجرمانيوم ، والماس الأسود 29 والطلاء الكربوني المشبع بالماس ZnO المقاوم للبكتيريا ، وهي تقنية تزيد من السمية وتطور المقاومة بسبب تكوين الأغشية الحيوية يتم تقليلها بشكل كبير. لديهم مجموعة القيود الخاصة بهم التي يجب أخذها في الاعتبار عند تطوير استراتيجيات التطبيق.
يتم إعاقة المنتجات الموجودة حاليًا في السوق بسبب عدم كفاية الوقت لتحليل واختبار الطلاءات الواقية للمكونات النشطة بيولوجيًا. تدعي الشركات أن منتجاتها ستوفر للمستخدمين جوانب وظيفية مرغوبة ؛ومع ذلك ، فقد كان هذا عقبة أمام نجاح المنتجات الموجودة حاليًا في السوق ، حيث تُستخدم المركبات المشتقة من الفضة في الغالبية العظمى من العلاجات المضادة للميكروبات المتاحة الآن للمستهلكين ، وقد تم تطوير هذه المنتجات لحماية المستخدمين من الآثار الخطيرة المحتملة للكائنات الحية الدقيقة ، كما أن التأثير المتأخر لمضادات الميكروبات وما يرتبط به من سمية لمركبات الفضة يزيد الضغط على الباحثين لتطوير بديل أقل ضررًا من مضادات الميكروبات. مهمة هذا بسبب المخاطر المرتبطة بالصحة والسلامة على حد سواء. اكتشاف عامل مضاد للميكروبات يكون أقل ضررًا للإنسان ومعرفة كيفية دمجه في ركائز الطلاء ذات العمر الافتراضي الأطول هو هدف مرغوب فيه للغاية. عن طريق قتل البكتيريا عن طريق التدخل في جدار الخلية.
في الأساس ، طلاء السطح هو عملية وضع طبقة أخرى على سطح أحد المكونات لتعزيز الصفات المتعلقة بالسطح ، والهدف من طلاء السطح هو تكييف البنية الدقيقة و / أو تكوين المنطقة القريبة من السطح للمكون 39 ، ويمكن تقسيم تقنيات طلاء السطح إلى طرق مختلفة ، والتي تم تلخيصها في الشكل 2 أ ، ويمكن تقسيم الطلاء إلى فئات حرارية وكيميائية وفيزيائية وطريقة الطلاء.
(أ) عرض داخلي لتقنيات التصنيع الرئيسية المستخدمة للسطح ، و (ب) مزايا وعيوب مختارة لتقنية الرش البارد.
تشترك تقنية الرش البارد في العديد من أوجه التشابه مع طرق الرش الحراري التقليدية ، ومع ذلك ، هناك أيضًا بعض الخصائص الأساسية التي تجعل عملية الرش البارد ومواد الرش البارد فريدة من نوعها بشكل خاص ، ولا تزال تقنية الرش البارد في مهدها ، ولكن لها مستقبل مشرق ، وفي بعض التطبيقات ، تقدم الخصائص الفريدة للرش البارد فوائد كبيرة ، وتتغلب على القيود الكامنة في طرق الرش الحراري النموذجية ، حيث توفر طريقة للتغلب على القيود الكبيرة في عملية طلاء المسحوق الحراري التقليدية التي يجب أن تكون واضحة أثناء عملية رش البودرة التقليدية. غير مناسب للمواد شديدة الحساسية لدرجات الحرارة مثل البلورات النانوية والجسيمات النانوية والزجاج غير المتبلور والمعدني 40 ، 41 ، 42. علاوة على ذلك ، تظهر مواد طلاء الرش الحراري دائمًا مستويات عالية من المسامية والأكاسيد. تتمتع تقنية الرش البارد بالعديد من المزايا المهمة مقارنة بتقنية الرش الحراري ، مثل (1) مدخلات الحرارة إلى الركيزة ، (2) المرونة في الحد الأدنى من القوة لخيارات الطلاء ، (2) المرونة في الحد الأدنى من القوة وخيارات الطلاء ،بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع مواد الطلاء بالرش البارد بمقاومة عالية للتآكل ، وقوة وصلابة عالية ، وموصلية كهربائية عالية وكثافة عالية .41 على عكس مزايا عملية الرش البارد ، لا تزال هناك بعض العيوب لاستخدام هذه التقنية ، كما هو موضح في الشكل 2 ب. عند طلاء مساحيق السيراميك النقية مثل Al2O3 ، TiO2 ، ZrO2 ، WC ، لا يمكن استخدام طريقة رش المعدن على البارد كمساحيق خام ، إلخ. وينطبق الشيء نفسه على طرق الرش الحراري الأخرى ، فلا يزال من الصعب رش الأسطح المعقدة وأسطح الأنابيب الداخلية.
بالنظر إلى أن العمل الحالي يهدف إلى استخدام المساحيق الزجاجية المعدنية كمواد طلاء خام ، فمن الواضح أنه لا يمكن استخدام الرش الحراري التقليدي لهذا الغرض ، وذلك لأن المساحيق الزجاجية المعدنية تتبلور عند درجات حرارة عالية 1.
معظم الأدوات المستخدمة في الصناعات الطبية والغذائية مصنوعة من سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (SUS316 و SUS304) مع محتوى من الكروم بين 12 و 20٪ بالوزن لإنتاج الأدوات الجراحية ، ومن المسلم به عمومًا أن استخدام معدن الكروم كعنصر في صناعة السبائك يمكن أن يحسن بشكل كبير مقاومة التآكل لسبائك الصلب القياسية. مقاومة الورود: بعد ذلك يمكن التنبؤ بتطور العدوى والالتهاب ، والذي ينتج بشكل رئيسي عن التصاق البكتيريا واستعمارها على سطح المواد الحيوية من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وقد تنشأ صعوبات كبيرة بسبب الصعوبات الكبيرة المرتبطة بالالتصاق البكتيري ومسارات تكوين الأغشية الحيوية ، والتي قد تؤدي إلى تدهور الصحة ، والتي قد يكون لها العديد من العواقب التي قد تؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على صحة الإنسان.
هذه الدراسة هي المرحلة الأولى من مشروع ممول من قبل مؤسسة الكويت للتقدم العلمي (KFAS) ، العقد رقم 2010-550401 ، لدراسة جدوى إنتاج مساحيق ثلاثية الأبعاد من النحاس المعدني Cu-Zr-Ni باستخدام تقنية MA (الجدول 1) لإنتاج طلاء حماية السطح SUS304 المضاد للبكتيريا ، وستبدأ المرحلة الثانية من المشروع ، بسبب التآكل الميكانيكي بالتفاصيل في يناير 2023. سيتم إجراء الاختبارات الفصلية لأنواع بكتيرية مختلفة.
في هذا البحث تمت مناقشة تأثير محتوى عنصر السبائك Zr على قدرة تشكيل الزجاج (GFA) بناءً على الخصائص المورفولوجية والهيكلية بالإضافة إلى ذلك تمت مناقشة الخصائص المضادة للبكتيريا لطلاء مسحوق الزجاج المعدني المطلي / مركب SUS304 ، علاوة على ذلك ، تم تنفيذ العمل الحالي للتحقيق في إمكانية التحول الهيكلي لمساحيق الزجاج المعدني أثناء أنظمة الرش البارد للنسيج. تم استخدام سبائك الزجاج المعدني Zr20Ni30 في هذه الدراسة.
في هذا القسم ، يتم عرض التغييرات المورفولوجية لمساحيق Cu و Zr و Ni في طحن الكرة منخفض الطاقة. كأمثلة توضيحية ، سيتم استخدام نظامين مختلفين يتكونان من Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr40Ni10 كأمثلة تمثيلية ويمكن تقسيم عملية MA إلى ثلاث مراحل متميزة ، كما هو موضح في التوصيف المعدني للمسحوق المنتج أثناء مرحلة الطحن (الشكل 3).
الخصائص المعدنية لمساحيق السبائك الميكانيكية (MA) التي تم الحصول عليها بعد مراحل مختلفة من وقت طحن الكرة. صور المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني (FE-SEM) لمساحيق MA و Cu50Zr40Ni10 التي تم الحصول عليها بعد أوقات طحن الكرة منخفضة الطاقة من 3 و 12 و 50 ساعة موضحة في (أ) ، (ج) و (هـ) للصور المقابلة Cu50Zr20Ni ، في (ب) و (د) و (و).
أثناء الطحن بالكرات ، تتأثر الطاقة الحركية الفعالة التي يمكن نقلها إلى مسحوق المعدن بمجموعة من المعلمات ، كما هو موضح في الشكل 1 أ ، ويشمل ذلك التصادمات بين الكرات والمساحيق ، والقص المضغوط للمسحوق العالق بين أو بين وسائط الطحن ، وتأثير الكرات المتساقطة ، والقص والتآكل بسبب سحب المسحوق بين وسائط طحن الكرة المتحركة ، وموجة الصدمة التي تمر عبر الكرات المتساقطة والأحمال المتساقطة (شكل 1 أ). بسبب اللحام البارد في المرحلة المبكرة من MA (3 ساعات) ، مما أدى إلى جزيئات مسحوق كبيرة (قطرها أكبر من 1 مم). تتميز هذه الجزيئات المركبة الكبيرة بتكوين طبقات سميكة من عناصر السبائك (Cu ، Zr ، Ni) ، كما هو موضح في الشكل 3 أ ، ب. أدى زيادة وقت MA إلى 12 ساعة (المرحلة المتوسطة) إلى زيادة الطاقة الحركية لمطحنة الكرات الدقيقة ، مما أدى إلى زيادة الطاقة الحركية لمطحنة الكرات. كما هو مبين في الشكل 3 ج ، د في هذه المرحلة ، تؤدي قوة القص المطبقة إلى تكوين سطح معدني جديد بطبقات تلميح من النحاس والزنك والنيكل ، كما هو موضح في الشكل 3 ج ، د ، ونتيجة لصقل الطبقة ، تحدث تفاعلات المرحلة الصلبة عند السطح البيني للرقائق لتوليد مراحل جديدة.
في ذروة عملية MA (بعد 50 ساعة) ، كان علم المعادن غير المستقر مرئيًا بشكل ضعيف فقط (الشكل 3 هـ ، و) ، لكن السطح المصقول للمسحوق أظهر ميتالوغرافيا المرآة ، وهذا يعني أن عملية MA قد اكتملت وحدث إنشاء مرحلة تفاعل واحدة. التحليل الطيفي للأشعة السينية (EDS) (IV).
في الجدول 2 ، تظهر التركيزات الأولية لعناصر صناعة السبائك كنسبة مئوية من الوزن الإجمالي لكل منطقة محددة في الشكل 3 هـ ، و. عند مقارنة هذه النتائج مع التركيبات الاسمية الأولية لـ Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr40Ni10 المدرجة في الجدول 1 ، يمكن ملاحظة أن تركيبات هذين المنتجين النهائيين لها قيم مماثلة جدًا للتركيبات الاسمية. تدهور أو تذبذب كبير في تكوين كل عينة من منطقة إلى أخرى ، ويتضح هذا من خلال حقيقة أنه لا يوجد تغيير في التركيب من منطقة إلى أخرى ، وهذا يشير إلى إنتاج مساحيق سبيكة متجانسة ، كما هو موضح في الجدول 2.
تم الحصول على صور مجهرية FE-SEM من مسحوق Cu50 (Zr50 − xNix) المنتج النهائي بعد 50 مللي أمبير ، كما هو موضح في الشكل 4 أ-د ، حيث x هي 10 و 20 و 30 و 40 في٪ ، على التوالي.
الخصائص المورفولوجية لمساحيق Cu50 (Zr50 − xNix) التي تم الحصول عليها بعد وقت MA البالغ 50 ساعة بالنسبة لأنظمة Cu50Zr40Ni10 و Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr10Ni40 ، تظهر صور FE-SEM للمساحيق التي تم الحصول عليها بعد 50 مللي أمبير في (أ) ، (ب) ، (د) ، على التوالي.
قبل تحميل المساحيق في وحدة التغذية بالرش البارد ، تم صقلها أولاً في إيثانول من الدرجة التحليلية لمدة 15 دقيقة ثم تجفيفها عند 150 درجة مئوية لمدة ساعتين ، ويجب اتخاذ هذه الخطوة لمكافحة التكتل الناجح الذي غالبًا ما يسبب العديد من المشكلات المهمة خلال عملية الطلاء. عناصر سبائك النيكل من سبيكة Cu50Zr30Ni20 التي تم الحصول عليها بعد 50 ساعة من الوقت M على التوالي ، وتجدر الإشارة إلى أن مساحيق السبائك المنتجة بعد هذه الخطوة متجانسة لأنها لا تظهر أي تقلبات تركيبية تتجاوز مستوى النانومتر كما هو موضح في الشكل 5.
مورفولوجيا والتوزيع الأولي المحلي لمسحوق MG Cu50Zr30Ni20 الذي تم الحصول عليه بعد 50 مرة بواسطة FE-SEM / مطياف الأشعة السينية المشتت للطاقة (EDS).
أنماط XRD لمساحيق Cu50Zr40Ni10 و Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr20Ni30 و Cu50Zr20Ni30 المخلوطة ميكانيكيًا موضحة في الشكل 6 أ-د على التوالي ، وبعد هذه المرحلة من الطحن ، أظهرت جميع العينات ذات تركيزات انتشار Zr مختلفة أنماطًا غير متبلورة مع هالة مميزة.
أنماط XRD لـ (أ) Cu50Zr40Ni10 ، (ب) Cu50Zr30Ni20 ، (ج) Cu50Zr20Ni30 و (د) مساحيق Cu50Zr20Ni30 بعد وقت MA قدره 50 ساعة ، أظهرت جميع العينات دون استثناء نمط انتشار الهالة ، مما يعني تكوين مرحلة غير متبلورة.
تم استخدام المجهر الإلكتروني للإرسال عالي الدقة للانبعاثات الميدانية (FE-HRTEM) لمراقبة التغييرات الهيكلية وفهم البنية المحلية للمساحيق الناتجة عن طحن الكرة في أوقات مختلفة MA. صور FE-HRTEM للمساحيق التي تم الحصول عليها بعد المراحل المبكرة (6 ساعات) والمتوسطة (18 ساعة) من الطحن لـ Cu50Zr30Ni20 و Cu50Zr40Ni ، على التوالي. I) من المسحوق المنتج بعد MA 6 h ، يتكون المسحوق من حبيبات كبيرة ذات حدود محددة جيدًا للعناصر fcc-Cu و hcp-Zr و fcc-Ni ، ولا توجد علامة على أن مرحلة التفاعل قد تشكلت ، كما هو موضح في الشكل 7 أ ، علاوة على ذلك ، كشف نمط حيود المنطقة المختارة (SADP) المأخوذ من المنطقة الوسطى من نمط الانعراج (a) عن وجود طور كبير (الشكل 7). .
التوصيف الهيكلي المحلي لمسحوق MA الذي تم الحصول عليه بعد المراحل المبكرة (6 ساعات) والمتوسط ​​(18 ساعة). (أ) المجهر الإلكتروني للإرسال عالي الدقة للانبعاثات الميدانية (FE-HRTEM) ، و (ب) نمط حيود المنطقة المحدد المقابل (SADP) لمسحوق Cu50Zr30Ni20 بعد معالجة MA لمدة 6 ساعات ، تم الحصول على صورة FE-HRTEM لـ Cu50Zr40Ni بعد 18 ساعة.
كما هو مبين في الشكل 7 ج ، أدى تمديد فترة MA إلى 18 ساعة إلى حدوث عيوب شبكية شديدة مصحوبة بتشوه بلاستيكي ، وخلال هذه المرحلة الوسيطة من عملية MA ، يظهر المسحوق عيوبًا مختلفة ، بما في ذلك عيوب التراص وعيوب الشبكة وعيوب النقاط (الشكل 7) ، وتتسبب هذه العيوب في انقسام الحبيبات الكبيرة على طول حدود حبيباتها إلى 20 نانومتر بأحجام أقل.
يحتوي الهيكل المحلي لمسحوق Cu50Z30Ni20 المطحون لمدة 36 ساعة في الساعة على تكوين حبيبات نانوية متناهية الصغر مضمنة في مصفوفة دقيقة غير متبلورة ، كما هو مبين في الشكل 8 أ ، أشار تحليل EDS المحلي إلى أن تلك الكتل النانوية الموضحة في الشكل 8 أ كانت مرتبطة بعناصر سبائك النحاس والزنك والنيكل غير المعالجة في نفس الوقت. منطقة غنية) ، مما يشير إلى تكوين منتجات غير متجانسة. علاوة على ذلك ، تُظهر SADPs المقابلة للمساحيق التي تم الحصول عليها بعد الطحن في هذه المرحلة حلقات أولية وثانوية منتشرة على شكل هالة من الطور غير المتبلور ، متداخلة مع نقاط حادة مرتبطة بعناصر السبائك الخام هذه ، كما هو موضح في الشكل 8 ب.
ما وراء 36 h-Cu50Zr30Ni20 ميزات هيكلية محلية للمسحوق النانوي. (أ) صورة حقل ساطع (BFI) وما يقابلها (ب) SADP من مسحوق Cu50Zr30Ni20 تم الحصول عليها بعد الطحن لمدة 36 ساعة MA.
قرب نهاية عملية MA (50 ساعة) ، Cu50 (Zr50 xNix) ، X ؛تحتوي مساحيق 10 و 20 و 30 و 40 في. ٪ دائمًا على شكل طور متاهة غير متبلور كما هو موضح في الشكل 9 أ-د. في SADP المقابل لكل تكوين ، لا يمكن اكتشاف أي انحرافات تشبه النقطة أو أنماط حلقية حادة ، وهذا يشير إلى عدم وجود معدن بلوري غير معالج ، ولكن تم تشكيل مسحوق سبيكة غير متبلور. مراحل مادة المنتج النهائي.
الهيكل المحلي للمنتج النهائي لنظام MG Cu50 (Zr50 − xNix). تم الحصول على FE-HRTEM وأنماط حيود العوارض النانوية المرتبطة (NBDP) لـ (أ) Cu50Zr40Ni10 ، (ب) Cu50Zr30Ni20 ، (ج) Cu50Zr20Ni30 و (د) Cu50Zr10Ni40 التي تم الحصول عليها بعد 50 ساعة.
تم فحص الثبات الحراري لدرجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) والمنطقة السائلة المبردة جزئيًا (ΔTx) ودرجة حرارة التبلور (Tx) كدالة لمحتوى Ni (x) لنظام Cu50 غير متبلور (Zr50 − xNix) باستخدام قياس المسح التفاضلي (DSC) للخصائص تحت تدفق الغاز He. مساحيق سبيكة ous التي تم الحصول عليها بعد وقت MA البالغ 50 ساعة موضحة في الشكل 10 أ ، ب ، هـ ، على التوالي ، بينما يظهر منحنى DSC غير المتبلور Cu50Zr20Ni30 بشكل منفصل في الشكل 10 ج ، وفي الوقت نفسه ، تظهر عينة Cu50Zr30Ni20 التي تم تسخينها إلى ~ 700 درجة مئوية في DSC في الشكل 10 د.
الثبات الحراري لمساحيق Cu50 (Zr50 − xNix) MG التي تم الحصول عليها بعد وقت MA قدره 50 ساعة ، كما هو مفهرس بواسطة درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) ودرجة حرارة التبلور (Tx) والمنطقة السائلة المبردة (ΔTx). مساحيق سبيكة Zr10Ni40 MG بعد وقت MA قدره 50 ساعة ، يظهر نمط حيود الأشعة السينية (XRD) لعينة Cu50Zr30Ni20 التي تم تسخينها إلى ~ 700 درجة مئوية في DSC في (د).
كما هو مبين في الشكل 10 ، تشير منحنيات DSC لجميع التراكيب ذات تركيزات Ni مختلفة (x) إلى حالتين مختلفتين ، أحدهما ماص للحرارة والآخر طارد للحرارة ، ويتوافق الحدث الماص للحرارة الأول مع Tg ، بينما يرتبط الثاني بـ Tx ، وتسمى منطقة الامتداد الأفقية الموجودة بين Tg و Tx منطقة السائل المبرد جزئيًا (ΔTx = نتائج Tx - Tg). أ) ، الموضوعة عند 526 درجة مئوية و 612 درجة مئوية ، قم بتحويل المحتوى (x) إلى 20٪ نحو جانب درجة الحرارة المنخفضة عند 482 درجة مئوية و 563 درجة مئوية مع زيادة محتوى النيكل (x) ، على التوالي ، كما هو موضح في الشكل 10 ب ، وبالتالي ينخفض ​​\ u200b \ u200b من Cu50Zr40Ni10 من 86 درجة مئوية (الشكل 10 أ) إلى 81 درجة مئوية لنيكلوريد النحاس (الشكل 10 أ) إلى 81 درجة مئوية لنيكلوريد النحاس (الشكل 10 أ). وقد لوحظ أيضًا أن قيم Tg و Tx و Tx انخفضت إلى مستوى 447 درجة مئوية و 526 درجة مئوية و 79 درجة مئوية (الشكل 10 ب) ، وهذا يشير إلى أن الزيادة في محتوى النيكل تؤدي إلى انخفاض في الاستقرار الحراري لسبائك MG ، وعلى النقيض من ذلك ، فإن قيمة Tg (507 درجة مئوية) لسبائك MG Cu50Zr20Ni30 أقل من تلك الخاصة بسبيكة MG Cu50Zr20Ni301050Zr ؛ومع ذلك ، يُظهر Tx قيمة قابلة للمقارنة مع السابقة (612 درجة مئوية) ، لذلك ، تُظهر ΔTx قيمة أعلى (87 درجة مئوية) ، كما هو موضح في الشكل 10 ج.
نظام MG Cu50 (Zr50 − xNix) ، مع أخذ سبيكة MG Cu50Zr20Ni30 كمثال ، يتبلور من خلال ذروة طاردة للحرارة حادة في المراحل البلورية لـ fcc-ZrCu5 و orthorhombic-Zr7Cu10 و orthorhombic-ZrNi (الشكل 10c) تم تأكيد هذا الانتقال إلى الحالة البلورية MG. تم تسخينه إلى 700 درجة مئوية في DSC.
يوضح الشكل 11 الصور التي تم التقاطها أثناء عملية الرش البارد التي تم إجراؤها في العمل الحالي. في هذه الدراسة ، تم استخدام جزيئات المسحوق المعدنية الشبيهة بالزجاج التي تم تصنيعها بعد وقت MA لمدة 50 ساعة (مع أخذ Cu50Zr20Ni30 كمثال) كمواد خام مضادة للبكتيريا ، وتم طلاء لوح الفولاذ المقاوم للصدأ (SUS304) بواسطة تقنية الرش البارد ، وتم اختيار طريقة الرش البارد للطلاء في سلسلة تكنولوجيا الرش الحراري الأكثر كفاءة ويمكن استخدامها في درجة الحرارة. مساحيق أورفوس ومتناهية الصغر لا تخضع لتحولات الطور ، وهذا هو العامل الرئيسي في اختيار هذه الطريقة ، وتتم عملية الرش البارد باستخدام جزيئات عالية السرعة تقوم بتحويل الطاقة الحركية للجزيئات إلى تشوه بلاستيكي وإجهاد وحرارة عند الاصطدام بالركيزة أو الجسيمات المترسبة سابقًا.
تُظهر الصور الميدانية إجراء الرش البارد المستخدم لخمس مستحضرات متتالية لطلاء MG / SUS 304 عند 550 درجة مئوية.
يجب تحويل الطاقة الحركية للجسيمات ، وبالتالي زخم كل جسيم في تكوين الطلاء ، إلى أشكال أخرى من الطاقة من خلال آليات مثل التشوه البلاستيكي (تفاعلات الجسيمات والجسيمات-الجسيمات الأولية في تفاعلات الركيزة والجسيمات) ، وإفراغ التوحيد ، ودوران الجسيمات ، والتوتر ، والحرارة في النهاية 39. مرة أخرى بعد الاصطدام. تمت الإشارة إلى أن 90٪ من طاقة التأثير المطبقة على مادة الجسيم / الركيزة يتم تحويلها إلى حرارة محلية 40 علاوة على ذلك ، عند تطبيق إجهاد التأثير ، يتم تحقيق معدلات إجهاد بلاستيكية عالية في منطقة الجسيمات / الركيزة الملامسة في وقت قصير جدًا.
يعتبر تشوه البلاستيك عمومًا عملية تبديد للطاقة ، أو بشكل أكثر تحديدًا مصدرًا للحرارة في المنطقة البينية ، ومع ذلك ، فإن زيادة درجة الحرارة في المنطقة البينية عادة لا تكون كافية لإنتاج ذوبان بيني أو لتعزيز الانتشار الذري بشكل كبير. لا يوجد منشور معروف للمؤلفين يبحث في تأثير خصائص هذه المساحيق الزجاجية المعدنية على التصاق البودرة وترسيب الرذاذ عند استخدام المسحوق البارد.
يمكن رؤية BFI لمسحوق سبيكة MG Cu50Zr20Ni30 في الشكل 12 أ ، والذي تم طلاءه على ركيزة SUS 304 (الأشكال 11 ، 12 ب) كما يتضح من الشكل ، تحافظ المساحيق المطلية على هيكلها الأصلي غير المتبلور حيث أن لها هيكل متاهة دقيق بدون أي سمات بلورية أو عيوب في اليد الخارجية. مصفوفة المسحوق المطلية بالـ MG (الشكل 12 أ) - الشكل 12 ج يصور نمط حيود الحزمة النانوية المفهرس (NBDP) المرتبط بالمنطقة I (الشكل 12 أ) ، كما هو مبين في الشكل 12 ج ، يعرض NBDP نمط انتشار هالة ضعيف للهيكل غير المتبلور ويتعايش مع بقع حادة تقابل تكوين الطور البلوري المكعب Zr2Ni O. عند الانتقال من فوهة مسدس الرش إلى SUS 304 في الهواء الطلق تحت تدفق أسرع من الصوت ، من ناحية أخرى ، حقق نزع المزج عن المساحيق الزجاجية المعدنية مراحل مكعبة كبيرة بعد المعالجة بالرش البارد عند 550 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
(أ) صورة FE-HRTEM لمسحوق MG المطلي على (ب) ركيزة SUS 304 (الشكل الداخلي). يظهر فهرس NBDP للرمز الدائري الموضح في (أ) في (ج).
للتحقق من هذه الآلية المحتملة لتشكيل جسيمات نانوية كبيرة Zr2Ni ، تم إجراء تجربة مستقلة. في هذه التجربة ، تم رش المساحيق من مسدس رش عند 550 درجة مئوية في اتجاه الركيزة SUS 304 ؛ومع ذلك ، لتوضيح تأثير التلدين للمساحيق ، تمت إزالتها من شريط SUS304 بأسرع ما يمكن (حوالي 60 ثانية). تم إجراء مجموعة أخرى من التجارب حيث تمت إزالة المسحوق من الركيزة بعد حوالي 180 ثانية من الترسيب.
تُظهر الأشكال 13 أ ، ب صورًا للحقل المظلمة (DFI) تم الحصول عليها عن طريق المسح المجهري الإلكتروني للإرسال (STEM) من مادتين تم رشهما على ركائز SUS 304 لمدة 60 ثانية و 180 ثانية على التوالي ، ولا تحتوي صورة المسحوق المودعة لمدة 60 ثانية على تفاصيل مورفولوجية ، مما يدل على عدم وضوح الملامح (الشكل 13 أ). تشير hese إلى عدم وجود ترسيب ثابت / متوسط ​​الطور ، حيث يحتفظ المسحوق بهيكله الأصلي غير المتبلور. على النقيض من ذلك ، أظهر المسحوق الذي تم رشه بنفس درجة الحرارة (550 درجة مئوية) ، ولكنه ترك على الركيزة لمدة 180 ثانية ، ترسيب حبيبات بحجم النانو ، كما هو موضح بواسطة الأسهم في الشكل 13 ب.