Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında məhdud CSS dəstəyi var.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan təqdim edəcəyik.
Biofilmlər xroniki infeksiyaların inkişafında, xüsusən də tibbi cihazlara gəldikdə mühüm komponentdir.Bu problem tibb ictimaiyyəti üçün böyük problem yaradır, çünki standart antibiotiklər biofilmləri çox məhdud dərəcədə məhv edə bilir.Biofilmin əmələ gəlməsinin qarşısının alınması müxtəlif örtük üsullarının və yeni materialların inkişafına səbəb olmuşdur.Bu üsullar səthləri biofilmin əmələ gəlməsinin qarşısını alacaq şəkildə örtmək məqsədi daşıyır.Vitreus metal ərintiləri, xüsusilə mis və titan metalları olanlar, ideal antimikrobiyal örtüklərə çevrildi.Eyni zamanda, temperatura həssas materialların emalı üçün uyğun üsul olduğu üçün soyuq püskürtmə texnologiyasının istifadəsi artmışdır.Bu tədqiqatın məqsədinin bir hissəsi mexaniki ərinti üsullarından istifadə edərək Cu-Zr-Ni üçlüdən ibarət yeni antibakterial filmli metal şüşə hazırlamaq idi.Son məhsulu təşkil edən sferik toz aşağı temperaturda paslanmayan polad səthlərin soyuq püskürməsi üçün xammal kimi istifadə olunur.Metal şüşə ilə örtülmüş substratlar paslanmayan poladla müqayisədə biofilmin əmələ gəlməsini ən azı 1 log əhəmiyyətli dərəcədə azalda bildi.
Bəşər tarixi boyu istənilən cəmiyyət özünün xüsusi tələblərinə cavab verən yeni materialların tətbiqini inkişaf etdirə və təşviq edə bilmiş, nəticədə qloballaşan iqtisadiyyatda məhsuldarlıq və reytinq yüksəlmişdir1.Həmişə bir ölkədən və ya bölgədən digərinə səhiyyə, təhsil, sənaye, iqtisadiyyat, mədəniyyət və digər sahələrə nail olmaq üçün materialların və istehsal avadanlıqlarının dizaynı, eləcə də materialların istehsalı və xarakterizə edilməsi üçün dizaynların hazırlanması qabiliyyətinə aid edilmişdir.Ölkədən və ya regiondan asılı olmayaraq tərəqqi ölçülür2.60 ildir ki, materialşünaslar bir əsas işə çox vaxt ayırdılar: yeni və qabaqcıl materialların axtarışı.Son tədqiqatlar mövcud materialların keyfiyyətinin və məhsuldarlığının yaxşılaşdırılmasına, eləcə də tamamilə yeni material növlərinin sintezinə və ixtirasına yönəlmişdir.
Alaşımlı elementlərin əlavə edilməsi, materialın mikrostrukturunun dəyişdirilməsi və istilik, mexaniki və ya termomexaniki müalicə üsullarının tətbiqi müxtəlif materialların mexaniki, kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərinin əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmasına səbəb olmuşdur.Bundan əlavə, indiyə qədər naməlum birləşmələr uğurla sintez edilmişdir.Bu davamlı səylər birlikdə Advanced Materials2 kimi tanınan yeni innovativ materiallar ailəsinin yaranmasına səbəb oldu.Nanokristallar, nanohissəciklər, nanoborular, kvant nöqtələri, sıfır ölçülü, amorf metal şüşələr və yüksək entropiyalı ərintilər keçən əsrin ortalarından bəri dünyada peyda olmuş qabaqcıl materialların yalnız bir neçə nümunəsidir.Təkmilləşdirilmiş xassələri olan yeni ərintilərin istehsalı və inkişafı zamanı həm son məhsulda, həm də onun istehsalının aralıq mərhələlərində tez-tez balanssızlıq problemi əlavə olunur.Tarazlıqdan əhəmiyyətli dərəcədə kənara çıxmağa imkan verən yeni istehsal üsullarının tətbiqi nəticəsində metal şüşələr kimi tanınan metastabil ərintilərin tamamilə yeni sinfi aşkar edilmişdir.
1960-cı ildə Caltech-dəki işi, mayeləri saniyədə təxminən bir milyon dərəcə sürətlə bərkidən Au-25 at.% Si şüşə ərintilərini sintez edərkən metal ərintiləri konsepsiyasında inqilab etdi.4 Professor Paul Duvesin kəşfi təkcə metal eynəklərin (MS) tarixinin başlanğıcını qeyd etdi, həm də insanların metal ərintiləri haqqında düşüncələrində paradiqmanın dəyişməsinə səbəb oldu.MS ərintilərinin sintezində ilk qabaqcıl tədqiqatdan bəri, demək olar ki, bütün metal şüşələr aşağıdakı üsullardan biri ilə tamamilə əldə edilmişdir: (i) ərimənin və ya buxarın sürətli bərkiməsi, (ii) atom şəbəkəsinin pozulması, (iii) təmiz metal elementlər arasında bərk vəziyyətin amorfizasiya reaksiyaları və (iv) metafazaların bərk faza keçidləri.
MG-lər kristallarla əlaqəli uzun mənzilli atom nizamının olmaması ilə fərqlənir ki, bu da kristalların müəyyənedici xüsusiyyətidir.Müasir dünyada metal şüşə sahəsində böyük irəliləyiş əldə edilmişdir.Bunlar təkcə bərk cisimlər fizikası üçün deyil, həm də metallurgiya, səth kimyası, texnologiya, biologiya və bir çox başqa sahələr üçün maraq doğuran maraqlı xüsusiyyətlərə malik yeni materiallardır.Bu yeni material növü sərt metallardan fərqli xüsusiyyətlərə malikdir və onu müxtəlif sahələrdə texnoloji tətbiqlər üçün maraqlı namizəd edir.Onlar bir sıra mühüm xüsusiyyətlərə malikdirlər: (i) yüksək mexaniki çeviklik və axma gücü, (ii) yüksək maqnit keçiriciliyi, (iii) aşağı məcburiyyət, (iv) qeyri-adi korroziyaya davamlılıq, (v) temperaturdan müstəqillik.Keçiricilik 6.7.
Mexanik ərintilər (MA)1,8 nisbətən yeni üsuldur, ilk dəfə 19839-cu ildə professor KK Kok və onun həmkarları tərəfindən təqdim edilmişdir.Təmiz elementlərin qarışığını otaq temperaturuna çox yaxın mühit temperaturunda üyüdərək amorf Ni60Nb40 tozları istehsal etdilər.Tipik olaraq, MA reaksiyası adətən paslanmayan poladdan hazırlanmış reaktorda reaktiv tozların top dəyirmanına diffuziya bağlanması arasında həyata keçirilir.10 (Şəkil 1a, b).O vaxtdan bəri, bu mexaniki induksiya edilmiş bərk vəziyyət reaksiyası üsulu aşağı (Şəkil 1c) və yüksək enerjili top dəyirmanları və çubuq dəyirmanlarından istifadə edərək yeni amorf/metal şüşə ərintiləri tozlarını hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir11,12,13,14,15,16.Xüsusilə, bu üsul Cu-Ta17 kimi qarışmayan sistemləri, eləcə də Al-keçid metalı (TM, Zr, Hf, Nb və Ta)18,19 və Fe-W20 sistemləri kimi yüksək ərimə nöqtəli ərintiləri hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir., ənənəvi yemək üsulları ilə əldə edilə bilməyən.Bundan əlavə, MA metal oksidlərinin, karbidlərin, nitridlərin, hidridlərin, karbon nanoborucuqlarının, nanoalmazların nanokristal və nanokompozit toz hissəciklərinin sənaye miqyasında istehsalı, eləcə də yuxarıdan aşağıya yanaşmadan istifadə etməklə geniş stabilizasiya üçün ən güclü nanotexnoloji vasitələrdən biri hesab olunur.1 və metastabil mərhələlər.
Bu işdə Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 metal şüşə örtüyünün hazırlanması üçün istifadə edilən istehsal üsulunu göstərən sxem.(a) Aşağı enerjili bilyalı freze üsulu ilə müxtəlif konsentrasiyalarda Ni x (x; 10, 20, 30 və 40 at.%) olan MC xəlitəli tozların hazırlanması.(a) Başlanğıc material alət polad topları ilə birlikdə alət silindrinə yüklənir və (b) He atmosferi ilə doldurulmuş əlcək qutusuna möhürlənir.(c) Taşlama zamanı topun hərəkətini təsvir edən daşlama qabının şəffaf modeli.50 saatdan sonra əldə edilən son toz məhsulu SUS 304 substratının (d) soyuq püskürtülməsi üçün istifadə edilmişdir.
Kütləvi material səthlərinə (substratlara) gəldikdə, səth mühəndisliyi orijinal toplu materialda olmayan müəyyən fiziki, kimyəvi və texniki xüsusiyyətləri təmin etmək üçün səthlərin (substratların) dizaynını və dəyişdirilməsini nəzərdə tutur.Səthin təmizlənməsi ilə effektiv şəkildə yaxşılaşdırıla bilən bəzi xüsusiyyətlərə aşınma, oksidləşmə və korroziyaya davamlılıq, sürtünmə əmsalı, bioinertlik, elektrik xüsusiyyətləri və istilik izolyasiyası daxildir.Səthin keyfiyyəti metallurgiya, mexaniki və ya kimyəvi üsullarla yaxşılaşdırıla bilər.Məlum bir proses olaraq, örtük sadəcə olaraq başqa bir materialdan hazırlanmış toplu obyektin (substrat) səthinə süni şəkildə tətbiq olunan bir və ya bir neçə material təbəqəsi kimi müəyyən edilir.Beləliklə, örtüklər qismən arzu olunan texniki və ya dekorativ xassələrə nail olmaq, həmçinin materialları ətraf mühitlə gözlənilən kimyəvi və fiziki təsirlərdən qorumaq üçün istifadə olunur23.
Bir neçə mikrometrdən (10-20 mikrometrdən aşağı) 30 mikrometrdən çox və hətta bir neçə millimetr qalınlığa qədər uyğun qoruyucu təbəqələrin tətbiqi üçün müxtəlif üsul və üsullardan istifadə edilə bilər.Ümumiyyətlə, örtük prosesləri iki kateqoriyaya bölünə bilər: (i) elektrokaplama, elektrokaplama və isti daldırma sinkləmə daxil olmaqla yaş örtük üsulları və (ii) lehimləmə, sərt üzlük, fiziki buxar çökdürmə (PVD) daxil olmaqla quru örtük üsulları.), kimyəvi buxarın çökməsi (CVD), termal püskürtmə üsulları və daha yaxınlarda soyuq püskürtmə üsulları 24 (Şəkil 1d).
Biofilmlər səthlərə dönməz şəkildə bağlanan və öz-özünə istehsal olunan hüceyrədənkənar polimerlərlə (EPS) əhatə olunmuş mikrob icmaları kimi müəyyən edilir.Səthi yetkin biofilmin əmələ gəlməsi bir çox sənaye sahələrində, o cümlədən qida emalı, su sistemləri və səhiyyə sahələrində əhəmiyyətli itkilərə səbəb ola bilər.İnsanlarda biofilmlərin əmələ gəlməsi ilə mikrob infeksiyalarının (O cümlədən Enterobacteriaceae və Staphylococci) 80% -dən çoxunu müalicə etmək çətindir.Bundan əlavə, böyük terapevtik problem hesab edilən planktonik bakteriya hüceyrələri ilə müqayisədə yetkin biofilmlərin antibiotik müalicəsinə 1000 dəfə daha davamlı olduğu bildirilmişdir.Tarixən ümumi üzvi birləşmələrdən əldə edilən antimikrobiyal səth örtük materiallarından istifadə edilmişdir.Baxmayaraq ki, bu cür materiallar çox vaxt insanlar üçün potensial zərərli olan zəhərli komponentləri ehtiva edir,25,26 bu, bakterial ötürülmənin və materialın deqradasiyasının qarşısını almağa kömək edə bilər.
Biofilmin əmələ gəlməsi səbəbindən antibiotik müalicəsinə geniş yayılmış bakteriya müqaviməti təhlükəsiz şəkildə tətbiq oluna bilən effektiv antimikrobiyal membranla örtülmüş səthin hazırlanması ehtiyacına səbəb olmuşdur27.Bakteriya hüceyrələrinin yapışma səbəbiylə bağlana bilmədiyi və biofilmlər əmələ gətirə bilmədiyi fiziki və ya kimyəvi anti-yapışqan səthin inkişafı bu prosesdə ilk yanaşmadır27.İkinci texnologiya, antimikrobiyal kimyəvi maddələri tam lazım olduğu yerdə, yüksək konsentrasiyalı və uyğunlaşdırılmış miqdarda çatdıran örtüklər hazırlamaqdır.Buna bakteriyaya davamlı olan qrafen/germanium28, qara almaz29 və ZnO30 qatqılı almazabənzər karbon örtükləri kimi unikal örtük materiallarının inkişafı sayəsində nail olunur.Bundan əlavə, bakterial çirklənmədən uzunmüddətli qorunma təmin edən mikrob öldürücü kimyəvi maddələr olan örtüklər getdikcə populyarlaşır.Hər üç prosedur örtülmüş səthlərdə antimikrobiyal fəaliyyət göstərə bilsə də, hər birinin tətbiq strategiyasını hazırlayarkən nəzərə alınmalı olan öz məhdudiyyətləri vardır.
Hal-hazırda bazarda olan məhsullar bioloji aktiv maddələr üçün qoruyucu örtükləri təhlil etmək və sınaqdan keçirmək üçün vaxtın olmaması səbəbindən maneə törədir.Şirkətlər məhsullarının istifadəçilərə arzu olunan funksional cəhətləri təqdim edəcəyini iddia edirlər, lakin bu, hazırda bazarda olan məhsulların uğuruna mane olur.Gümüşdən əldə edilən birləşmələr hal-hazırda istehlakçılar üçün mövcud olan antimikrobların böyük əksəriyyətində istifadə olunur.Bu məhsullar istifadəçiləri mikroorqanizmlərin potensial zərərli təsirindən qorumaq üçün nəzərdə tutulub.Gecikmiş antimikrobiyal təsir və gümüş birləşmələrinin əlaqəli toksikliyi tədqiqatçılara daha az zərərli alternativ hazırlamaq üçün təzyiqi artırır36,37.İçəridə və xaricdə işləyən qlobal antimikrobiyal örtük yaratmaq hələ də problem olaraq qalır.Bu, əlaqəli sağlamlıq və təhlükəsizlik riskləri ilə gəlir.İnsanlar üçün daha az zərərli olan antimikrob agenti kəşf etmək və onu daha uzun saxlama müddəti olan örtük substratlarına necə daxil etmək lazım olduğunu tapmaq çox axtarılan məqsəddir38.Ən son antimikrob və antibiofilm materiallar birbaşa təmasda və ya aktiv maddənin buraxılmasından sonra yaxın məsafədən bakteriyaları öldürmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.Onlar bunu bakteriyanın ilkin yapışmasını maneə törətməklə (o cümlədən səthdə zülal təbəqəsinin əmələ gəlməsinin qarşısını almaqla) və ya hüceyrə divarına müdaxilə edərək bakteriyaları öldürməklə edə bilərlər.
Əsasən, səth örtüyü, səth xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün komponentin səthinə başqa bir təbəqənin tətbiqi prosesidir.Səth örtüyünün məqsədi komponentin səthə yaxın hissəsinin mikrostrukturunu və/və ya tərkibini dəyişdirməkdir39.Səthi örtmə üsullarını müxtəlif üsullara bölmək olar ki, bunlar Şəkil 2a-da ümumiləşdirilmişdir.Örtüyü yaratmaq üçün istifadə olunan üsuldan asılı olaraq örtüklər istilik, kimyəvi, fiziki və elektrokimyəvi kateqoriyalara bölünə bilər.
(a) Səthin əsas istehsal üsullarını və (b) soyuq püskürtmə metodunun seçilmiş üstünlüklərini və çatışmazlıqlarını göstərən əlavə.
Soyuq püskürtmə texnologiyası ənənəvi termal püskürtmə üsulları ilə çox oxşardır.Bununla belə, soyuq püskürtmə prosesini və soyuq sprey materiallarını xüsusilə unikal edən bəzi əsas fundamental xüsusiyyətlər də var.Soyuq püskürtmə texnologiyası hələ başlanğıc mərhələsindədir, lakin onun böyük gələcəyi var.Bəzi hallarda soyuq püskürtmənin unikal xüsusiyyətləri adi termal çiləmə üsullarının məhdudiyyətlərini aradan qaldıraraq böyük faydalar təklif edir.O, ənənəvi termal püskürtmə texnologiyasının əhəmiyyətli məhdudiyyətlərini aradan qaldırır, burada toz bir substrata çökmək üçün əridilməlidir.Aydındır ki, bu ənənəvi örtük prosesi nanokristallar, nanohissəciklər, amorf və metal şüşələr40, 41, 42 kimi temperatura çox həssas materiallar üçün uyğun deyil. Bundan əlavə, termal sprey örtük materialları həmişə yüksək məsaməlik və oksidlərə malikdir.Soyuq püskürtmə texnologiyası termal püskürtmə texnologiyası ilə müqayisədə bir çox əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir, məsələn (i) substrata minimal istilik daxil olması, (ii) substrat örtüyünün seçimində çeviklik, (iii) faza transformasiyasının olmaması və taxıl böyüməsi, (iv) yüksək yapışqan gücü1 .39 (Şəkil 2b).Bundan əlavə, soyuq püskürən örtük materialları yüksək korroziyaya davamlılığa, yüksək möhkəmliyə və sərtliyə, yüksək elektrik keçiriciliyinə və yüksək sıxlığa malikdir41.Soyuq püskürtmə prosesinin üstünlüklərinə baxmayaraq, bu üsul hələ də Şəkil 2b-də göstərildiyi kimi bəzi çatışmazlıqlara malikdir.Al2O3, TiO2, ZrO2, WC və s. kimi təmiz keramika tozlarını örtərkən soyuq püskürtmə üsulundan istifadə etmək olmaz.Digər tərəfdən, keramika/metal kompozit tozları örtüklər üçün xammal kimi istifadə edilə bilər.Eyni şey digər termal çiləmə üsullarına da aiddir.Çətin səthlər və boruların daxili hissələrini püskürtmək hələ də çətindir.
Hazırkı işin örtüklər üçün başlanğıc material kimi metal şüşəsi tozların istifadəsinə yönəldiyini nəzərə alsaq, aydın olur ki, adi termal çiləmə üsulu bu məqsədlə istifadə edilə bilməz.Bu, metal şüşəsi tozların yüksək temperaturda kristallaşması ilə əlaqədardır1.
Tibb və qida sənayesində istifadə edilən alətlərin əksəriyyəti cərrahi alətlərin istehsalı üçün 12-20 wt.% xrom tərkibli austenitik paslanmayan polad ərintilərindən (SUS316 və SUS304) hazırlanır.Ümumiyyətlə qəbul edilir ki, xrom metalının polad ərintilərində ərinti elementi kimi istifadəsi standart polad ərintilərinin korroziyaya davamlılığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.Paslanmayan polad ərintiləri, yüksək korroziyaya davamlı olmasına baxmayaraq, əhəmiyyətli antimikrobiyal xüsusiyyətlərə malik deyil38,39.Bu, onların yüksək korroziyaya davamlılığı ilə ziddiyyət təşkil edir.Bundan sonra, əsasən paslanmayan poladdan olan biomaterialların səthində bakterial yapışma və kolonizasiya ilə bağlı olan infeksiya və iltihabın inkişafını proqnozlaşdırmaq mümkündür.Bakterial yapışma və biofilm formalaşma yolları ilə bağlı əhəmiyyətli çətinliklər səbəbindən ciddi çətinliklər yarana bilər ki, bu da sağlamlığın pisləşməsinə səbəb ola bilər ki, bu da insan sağlamlığına birbaşa və ya dolayı təsir göstərə biləcək bir çox nəticələrə səbəb ola bilər.
Bu tədqiqat Küveyt Elmin İnkişafı Fondu (KFAS) tərəfindən maliyyələşdirilən layihənin birinci mərhələsidir, müqavilə №.2010-550401, MA texnologiyasından istifadə edərək metal şüşəsi Cu-Zr-Ni üçlü tozların istehsalının mümkünlüyünü araşdırmaq (cədvəl).1) SUS304 antibakterial səth qoruyucu film/örtük istehsalı üçün.2023-cü ilin yanvarında başlanacaq layihənin ikinci fazası sistemin qalvanik korroziya xüsusiyyətlərini və mexaniki xüsusiyyətlərini ətraflı öyrənəcək.Müxtəlif növ bakteriyalar üçün ətraflı mikrobioloji testlər aparılacaq.
Bu məqalədə Zr ərintisi tərkibinin morfoloji və struktur xüsusiyyətlərinə əsasən şüşə əmələ gətirmə qabiliyyətinə (GFA) təsiri müzakirə edilir.Bundan əlavə, tozla örtülmüş metal şüşə/SUS304 kompozitinin antibakterial xüsusiyyətləri də müzakirə edilmişdir.Bundan əlavə, hazır metal şüşə sistemlərinin həddindən artıq soyudulmuş maye bölgəsində soyuq çiləmə zamanı baş verən metal şüşə tozlarının struktur transformasiyasının mümkünlüyünü araşdırmaq üçün davam edən işlər aparılmışdır.Bu tədqiqatda nümunə kimi Cu50Zr30Ni20 və Cu50Zr20Ni30 metal şüşə ərintiləri istifadə edilmişdir.
Bu bölmə aşağı enerjili bilyalı frezeleme zamanı elementar Cu, Zr və Ni tozlarının morfoloji dəyişikliklərini təqdim edir.Cu50Zr20Ni30 və Cu50Zr40Ni10-dan ibarət iki fərqli sistem illüstrativ nümunə kimi istifadə olunacaq.MA prosesini üç ayrı mərhələyə bölmək olar, bunu üyüdmə mərhələsində alınan tozun metalloqrafik xarakteristikası sübut edir (şək. 3).
Mexanik ərintilərin (MA) tozlarının metaloqrafik xüsusiyyətləri topların üyüdülməsinin müxtəlif mərhələlərindən sonra əldə edilir.MA və Cu50Zr40Ni10 tozlarının 3, 12 və 50 saat ərzində aşağı enerjili bilyalı frezelemedən sonra əldə edilən sahə emissiya skan edən elektron mikroskopiyası (FE-SEM) şəkilləri Cu50Zr20Ni30 sistemi üçün (a), (c) və (e) bəndlərində eyni MA-da göstərilmişdir.Vaxtdan sonra çəkilmiş Cu50Zr40Ni10 sisteminin müvafiq şəkilləri (b), (d) və (f) bəndlərində göstərilmişdir.
Bilyalı freze zamanı metal tozuna ötürülə bilən effektiv kinetik enerji, Şəkil 1a-da göstərildiyi kimi, parametrlərin birləşməsindən təsirlənir.Bura toplar və tozlar arasında toqquşmalar, üyüdmə mühitləri arasında və ya arasında ilişib qalmış tozun kəsmə sıxılması, düşən topların təsirləri, top dəyirmanın hərəkət edən gövdələri arasında toz sürüklənməsi nəticəsində yaranan kəsilmə və aşınma və yüklənmiş mədəniyyət vasitəsilə yayılan düşən toplardan keçən zərbə dalğası daxildir (Şəkil 1a). Elementarnıe poroshki Cu, Zr və Ni ilə silno deformasiyanı iz-za holodnoy svarki ilə ранней стадии МА (3 ç), belə privelo k obrazovaniyu krupnıx chastit poroshka (> 1 mm v diametr). Elementar Cu, Zr və Ni tozları MA-nın ilkin mərhələsində (3 saat) soyuq qaynaq nəticəsində ciddi şəkildə deformasiyaya uğramış, bu da iri toz hissəciklərinin (diametri > 1 mm) əmələ gəlməsinə səbəb olmuşdur.Bu böyük kompozit hissəciklər şəklə göstərildiyi kimi ərinti elementlərinin (Cu, Zr, Ni) qalın təbəqələrinin əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur.3a, b.MA vaxtının 12 saata qədər artması (aralıq mərhələ) top dəyirmanın kinetik enerjisinin artmasına gətirib çıxardı ki, bu da kompozit tozun daha kiçik tozlara (200 μm-dən az) parçalanmasına səbəb oldu, Şəkil 3c, şəhərdə göstərildiyi kimi.Bu mərhələdə tətbiq olunan kəsmə qüvvəsi Şəkil 3c, d-də göstərildiyi kimi nazik Cu, Zr, Ni işarəli təbəqələri olan yeni metal səthin əmələ gəlməsinə səbəb olur.Ləpələrin interfeysində layların üyüdülməsi nəticəsində yeni fazaların əmələ gəlməsi ilə bərk fazalı reaksiyalar baş verir.
MA prosesinin kulminasiya nöqtəsində (50 saatdan sonra) lopa metaloqrafiyası demək olar ki, nəzərə çarpmır (şəkil 3e, f), tozun cilalanmış səthində isə güzgü metalloqrafiyası müşahidə olunurdu.Bu o deməkdir ki, MA prosesi başa çatıb və vahid reaksiya mərhələsi yaradılıb.Şəkildə göstərilən bölgələrin elementar tərkibi.3e (I, II, III), f, v, vi) enerji dispersiv rentgen spektroskopiyası (EDS) ilə birlikdə sahə emissiyası skan edən elektron mikroskopiyadan (FE-SEM) istifadə edilməklə müəyyən edilmişdir.(IV).
Cədvəldə.Alaşımlı elementlərin 2 elementar konsentrasiyası Şəkildə seçilmiş hər bir bölgənin ümumi kütləsinin faizi kimi göstərilmişdir.3e, f.Bu nəticələri Cədvəl 1-də verilmiş Cu50Zr20Ni30 və Cu50Zr40Ni10-un ilkin nominal tərkibləri ilə müqayisə etdikdə bu iki son məhsulun tərkibinin nominal tərkiblərə çox yaxın olduğunu göstərir.Bundan əlavə, Şəkil 3e,f-də sadalanan bölgələr üçün komponentlərin nisbi dəyərləri hər bir nümunənin tərkibində bir bölgədən digərinə əhəmiyyətli dərəcədə pisləşmə və ya dəyişiklik təklif etmir.Bir bölgədən digərinə tərkibində heç bir dəyişiklik olmaması bunu sübut edir.Bu, Cədvəl 2-də göstərildiyi kimi vahid ərinti tozlarının istehsalını göstərir.
Cu50(Zr50-xNix) son məhsul tozunun FE-SEM mikroqrafları Şəkil 4a-d-də göstərildiyi kimi 50 MA dəfə sonra əldə edilmişdir, burada x müvafiq olaraq 10, 20, 30 və 40 at.% təşkil edir.Bu üyüdülmə mərhələsindən sonra toz van der Waals effekti hesabına yığılır ki, bu da Şəkil 4-də göstərildiyi kimi diametri 73-dən 126 nm-ə qədər olan çox incə hissəciklərdən ibarət böyük aqreqatların əmələ gəlməsinə səbəb olur.
50 saat MA-dan sonra alınan Cu50(Zr50-xNix) tozlarının morfoloji xüsusiyyətləri.Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 sistemləri üçün 50 MA-dan sonra alınan tozların FE-SEM şəkilləri müvafiq olaraq (a), (b), (c) və (d) bəndlərində göstərilmişdir.
Tozları soyuq sprey qidalandırıcıya yükləməzdən əvvəl, onlar əvvəlcə 15 dəqiqə analitik dərəcəli etanolda sonikasiya edilmiş və sonra 2 saat ərzində 150°C-də qurudulmuşdur.Tez-tez örtük prosesində bir çox ciddi problemlərə səbəb olan aglomerasiya ilə uğurla mübarizə aparmaq üçün bu addım atılmalıdır.MA prosesi başa çatdıqdan sonra, ərinti tozlarının homojenliyini araşdırmaq üçün əlavə tədqiqatlar aparıldı.Əncirdə.Şəkil 5a-d, 50 saat M vaxtından sonra çəkilmiş Cu50Zr30Ni20 ərintinin müvafiq olaraq Cu, Zr və Ni ərinti elementlərinin FE-SEM mikroqraflarını və müvafiq EDS şəkillərini göstərir.Qeyd etmək lazımdır ki, bu mərhələdən sonra alınan ərinti tozları Şəkil 5-də göstərildiyi kimi, subnanometr səviyyəsindən kənarda heç bir kompozisiya dəyişikliyi nümayiş etdirmədiyi üçün homojendir.
FE-SEM/Enerji Dispersiv X-ray Spektroskopiyası (EDS) ilə 50 MA-dan sonra əldə edilən MG Cu50Zr30Ni20 tozunda elementlərin morfologiyası və yerli paylanması.(a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα və (d) Ni-Ka-nın SEM və X-ray EDS təsviri.
50 saatlıq MA-dan sonra alınan mexaniki ərintili Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 və Cu50Zr20Ni30 tozlarının rentgen şüalarının difraksiya nümunələri Şek.müvafiq olaraq 6a–d.Bu üyüdülmə mərhələsindən sonra müxtəlif Zr konsentrasiyası olan bütün nümunələr Şəkil 6-da göstərilən xarakterik halo diffuziya nümunələri ilə amorf strukturlara malik idi.
50 saat MA-dan sonra Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) və Cu50Zr20Ni30 (d) tozlarının rentgen difraksiya nümunələri.İstisnasız olaraq bütün nümunələrdə amorf fazanın formalaşmasını göstərən halo-diffuziya nümunəsi müşahidə edilmişdir.
Struktur dəyişiklikləri müşahidə etmək və müxtəlif MA vaxtlarında top frezeleme nəticəsində yaranan tozların yerli strukturunu anlamaq üçün yüksək ayırdetməli sahə emissiyası ötürücü elektron mikroskopiyadan (FE-HRTEM) istifadə edilmişdir.Cu50Zr30Ni20 və Cu50Zr40Ni10 tozlarının üyüdülməsinin erkən (6 saat) və aralıq (18 saat) mərhələlərindən sonra FE-HRTEM üsulu ilə alınan tozların şəkilləri Şek.müvafiq olaraq 7a.6 saat MA-dan sonra alınan tozun parlaq sahə şəklinə (BFI) əsasən, toz fcc-Cu, hcp-Zr və fcc-Ni elementlərinin dəqiq müəyyən edilmiş sərhədləri olan iri dənələrdən ibarətdir və Şəkil 7a-da göstərildiyi kimi reaksiya fazasının əmələ gəlməsi əlamətləri yoxdur.Bundan əlavə, orta bölgədən (a) götürülmüş korrelyasiya edilmiş seçilmiş sahə difraksiya nümunəsi (SADP) böyük kristalitlərin mövcudluğunu və reaktiv fazanın olmadığını göstərən kəskin difraksiya modelini (Şəkil 7b) aşkar etdi.
Erkən (6 saat) və aralıq (18 saat) mərhələdən sonra əldə edilən MA tozunun yerli struktur xüsusiyyətləri.(a) 6 saat ərzində MA müalicəsindən sonra Cu50Zr30Ni20 tozunun yüksək qətnamə sahə emissiya ötürücü elektron mikroskopiyası (FE-HRTEM) və (b) müvafiq seçilmiş sahə diffraktoqramı (SADP).18 saatlıq MA-dan sonra əldə edilən Cu50Zr40Ni10-un FE-HRTEM görüntüsü (c)-də göstərilmişdir.
Şəkildə göstərildiyi kimi.7c, MA müddətinin 18 saata qədər artması plastik deformasiya ilə birlikdə ciddi qəfəs qüsurlarına səbəb oldu.MA prosesinin bu aralıq mərhələsində tozda müxtəlif qüsurlar, o cümlədən yığma xətaları, şəbəkə qüsurları və nöqtə qüsurları meydana çıxır (şək. 7).Bu qüsurlar taxıl sərhədləri boyunca iri taxılların ölçüsü 20 nm-dən kiçik alt dənələrə parçalanmasına səbəb olur (şək. 7c).
36 saat MA üçün üyüdülmüş Cu50Z30Ni20 tozunun yerli strukturu Şəkil 8a-da göstərildiyi kimi amorf nazik matrisə daxil edilmiş ultra incə nanodənəlilərin əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur.EMF-nin yerli təhlili göstərdi ki, Şəkildə göstərilən nanoklasterlər.8a təmizlənməmiş Cu, Zr və Ni toz ərintiləri ilə əlaqələndirilir.Matrisdəki Cu miqdarı ~32 at.% (zəif zona) ilə ~74 at.% (zəngin zona) arasında dəyişdi, bu da heterojen məhsulların əmələ gəlməsini göstərir.Bundan əlavə, bu mərhələdə frezelemedən sonra əldə edilən tozların müvafiq SADP-ləri Şəkil 8b-də göstərildiyi kimi, bu təmizlənməmiş ərinti elementləri ilə əlaqəli iti nöqtələrlə üst-üstə düşən birincili və ikincil halo-diffuziya amorf faza halqalarını göstərir.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 tozunun nanoölçülü yerli struktur xüsusiyyətləri.(a) Parlaq sahə şəkli (BFI) və müvafiq (b) Cu50Zr30Ni20 tozunun SADP-si 36 saat MA üçün frezelemedən sonra əldə edilir.
MA prosesinin sonuna doğru (50 saat), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 və 40 at.% tozları istisnasız olaraq Şəkildə göstərildiyi kimi amorf fazanın labirint morfologiyasına malikdir.Hər bir kompozisiyanın müvafiq SADS-lərində nə nöqtə difraksiyası, nə də kəskin həlqəvi nümunələr aşkar edilə bilmədi.Bu, təmizlənməmiş kristal metalın olmadığını, əksinə, amorf ərinti tozunun meydana gəlməsini göstərir.Halo diffuziya nümunələrini göstərən bu əlaqəli SADP-lər son məhsul materialında amorf fazaların inkişafı üçün sübut kimi istifadə edilmişdir.
Cu50 MS sisteminin son məhsulunun yerli strukturu (Zr50-xNix).50 saat MA-dan sonra əldə edilən (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 və (d) Cu50Zr10Ni40-ın FE-HRTEM və əlaqəli nanoşüa difraksiya nümunələri (NBDP).
Diferensial skanlama kalorimetriyasından istifadə etməklə Cu50(Zr50-xNix) amorf sistemində Ni (x) tərkibindən asılı olaraq şüşə keçid temperaturunun (Tg), həddindən artıq soyudulmuş maye bölgəsinin (ΔTx) və kristallaşma temperaturunun (Tx) istilik dayanıqlığı öyrənilmişdir.He qaz axınındakı (DSC) xassələri.MA-dan sonra 50 saat ərzində əldə edilən Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 və Cu50Zr10Ni40 amorf ərintilərinin tozlarının DSC əyriləri Şek.müvafiq olaraq 10a, b, e.Amorf Cu50Zr20Ni30-un DSC əyrisi 10-cu əsrdə ayrıca göstərildiyi halda, DSC-də ~700°C-yə qədər qızdırılan Cu50Zr30Ni20 nümunəsi Şəkil 10g-də göstərilmişdir.
MA-dan sonra 50 saat ərzində alınan Cu50(Zr50-xNix) MG tozlarının istilik dayanıqlığı şüşə keçid temperaturu (Tg), kristallaşma temperaturu (Tx) və həddindən artıq soyudulmuş maye bölgəsi (ΔTx) ilə müəyyən edilir.50 saat MA-dan sonra Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) və (e) Cu50Zr10Ni40 MG ərintisi tozlarının diferensial skan edən kalorimetr (DSC) tozlarının termoqramları.DSC-də ~700°C-yə qədər qızdırılan Cu50Zr30Ni20 nümunəsinin rentgen şüalarının difraksiya nümunəsi (XRD) (d)-də göstərilmişdir.
Şəkil 10-da göstərildiyi kimi, müxtəlif nikel konsentrasiyası (x) olan bütün kompozisiyalar üçün DSC əyriləri biri endotermik, digəri isə ekzotermik olan iki fərqli halı göstərir.Birinci endotermik hadisə Tg, ikincisi isə Tx ilə əlaqələndirilir.Tg və Tx arasında mövcud olan üfüqi aralıq sahəsi subsooled maye sahəsi adlanır (ΔTx = Tx – Tg).Nəticələr göstərir ki, 526°C və 612°C-də yerləşdirilən Cu50Zr40Ni10 nümunəsinin Tg və Tx (Şəkil 10a) tərkibini (x) 482°C və 563°C aşağı temperatur tərəfinə %20-yə qədər dəyişir.°C, Şəkil 10b-də göstərildiyi kimi, müvafiq olaraq artan Ni tərkibi ilə (x).Nəticədə, ΔTx Cu50Zr40Ni10 Cu50Zr30Ni20 üçün 86°С-dən (şək. 10a) 81°С-ə qədər azalır (şək. 10b).MC Cu50Zr40Ni10 ərintisi üçün Tg, Tx və ΔTx dəyərlərinin 447°С, 526°С və 79°С səviyyələrinə enməsi də müşahidə edilmişdir (Şəkil 10b).Bu onu göstərir ki, Ni tərkibinin artması MS ərintisinin istilik dayanıqlığının azalmasına səbəb olur.Əksinə, MC Cu50Zr20Ni30 ərintinin Tg (507 °C) dəyəri MC Cu50Zr40Ni10 ərintisi ilə müqayisədə aşağıdır;buna baxmayaraq, onun Tx onunla müqayisə edilə bilən bir dəyər göstərir (612 °C).Buna görə də, ΔTx Şəkildə göstərildiyi kimi daha yüksək qiymətə (87°C) malikdir.10-cu əsr
Cu50(Zr50-xNix) MC sistemi Cu50Zr20Ni30 MC ərintisindən nümunə olaraq istifadə edərək kəskin ekzotermik pik vasitəsilə fcc-ZrCu5, ortoromb-Zr7Cu10 və ortorombik-ZrNi kristal fazalarına (10) kristallaşır.Bu fazanın amorfdan kristalliyə keçidi DSC-də 700 °C-ə qədər qızdırılan MQ nümunəsinin (Şəkil 10d) rentgen difraksiya analizi ilə təsdiq edilmişdir.
Əncirdə.11 cari işdə aparılan soyuq püskürtmə prosesi zamanı çəkilmiş fotoşəkilləri göstərir.Bu işdə MA-dan sonra 50 saat ərzində sintez edilmiş metal şüşəsi toz hissəcikləri (nümunə olaraq Cu50Zr20Ni30 istifadə edərək) antibakterial xammal kimi istifadə edilmiş və paslanmayan polad lövhə (SUS304) soyuq püskürtmə ilə örtülmüşdür.Amorf və nanokristal tozlar kimi metal metastabil istiliyə həssas materiallar üçün istifadə oluna biləcəyi termal sprey texnologiyası seriyasında ən səmərəli üsul olduğu üçün soyuq püskürtmə üsulu termal püskürtmə texnologiyası seriyasında örtük üçün seçilmişdir.Fazaya tabe deyil.keçidlər.Bu üsulun seçilməsində əsas amil budur.Soyuq çökmə prosesi hissəciklərin kinetik enerjisini plastik deformasiyaya, deformasiyaya və substrata və ya əvvəllər çökmüş hissəciklərə təsir etdikdə istiliyə çevirən yüksək sürətli hissəciklərdən istifadə etməklə həyata keçirilir.
Sahə fotoşəkilləri MG/SUS 304-ün 550°C-də beş ardıcıl hazırlanması üçün istifadə edilən soyuq püskürtmə prosedurunu göstərir.
Hissəciklərin kinetik enerjisi, eləcə də örtünün əmələ gəlməsi zamanı hər bir hissəciyin impulsu plastik deformasiya (matrisdəki ilkin hissəciklər və hissəciklərarası qarşılıqlı təsirlər və hissəciklərin qarşılıqlı təsiri), bərk cisimlərin interstisial düyünləri, hissəciklər arasında fırlanma və istilik enerjisinin məhdudlaşdırılması39 kimi mexanizmlər vasitəsilə enerjinin digər formalarına çevrilməlidir. istilik enerjisinə və deformasiya enerjisinə çevrilir, nəticə elastik toqquşma olacaq, yəni hissəciklər zərbədən sonra sadəcə sıçrayır.Qeyd edilmişdir ki, hissəcik/substrat materialına tətbiq edilən zərbə enerjisinin 90%-i yerli istiliyə çevrilir 40 .Bundan əlavə, zərbə gərginliyi tətbiq edildikdə, çox qısa müddətdə hissəcik/substrat təmas bölgəsində yüksək plastik deformasiya sürətlərinə nail olunur41,42.
Plastik deformasiya adətən enerjinin dağılması prosesi kimi, daha doğrusu, fazalararası bölgədə istilik mənbəyi kimi qəbul edilir.Bununla belə, fazalararası bölgədə temperaturun artması adətən fazalararası ərimənin baş verməsi və ya atomların qarşılıqlı diffuziyasının əhəmiyyətli dərəcədə stimullaşdırılması üçün kifayət etmir.Müəlliflərə məlum olan heç bir nəşr bu metal şüşəsi tozların xassələrinin soyuq püskürtmə üsullarından istifadə zamanı baş verən tozun yapışmasına və çökməsinə təsirini araşdırmayıb.
MG Cu50Zr20Ni30 xəlitəli tozunun BFI-ni SUS 304 substratına çökdürülmüş Şəkil 12a-da görmək olar (şəkil 11, 12b).Şəkildən göründüyü kimi, üzlənmiş tozlar heç bir kristal xüsusiyyəti və ya qəfəs qüsuru olmayan zərif labirint quruluşuna malik olduqları üçün orijinal amorf quruluşunu saxlayırlar.Digər tərəfdən, şəkil MG ilə örtülmüş toz matrisinə daxil olan nanohissəciklərin sübut etdiyi kimi, xarici fazanın mövcudluğunu göstərir (şəkil 12a).Şəkil 12c, I bölgə ilə əlaqəli indekslənmiş nano şüa difraksiya modelini (NBDP) göstərir (Şəkil 12a).Şəkildə göstərildiyi kimi.Şəkil 12c, NBDP amorf quruluşun zəif halo-diffuziya nümunəsini nümayiş etdirir və kristal böyük kubik metastabil Zr2Ni fazasına və tetraqonal CuO fazasına uyğun gələn kəskin ləkələrlə birlikdə mövcuddur.CuO-nun əmələ gəlməsi səsdən sürətli axınla açıq havada püskürtmə tabancasının başlığından SUS 304-ə keçərkən tozun oksidləşməsi ilə izah edilə bilər.Digər tərəfdən, metal şüşəsi tozların devitrifikasiyası 550°C-də 30 dəqiqə ərzində soyuq püskürtmə ilə müalicədən sonra böyük kub fazaların əmələ gəlməsi ilə nəticələndi.
(a) (b) SUS 304 substratında yerləşdirilən MG tozunun FE-HRTEM şəkli (Şəkil daxil).(a)-da göstərilən dəyirmi simvolun NBDP indeksi (c)-də göstərilmişdir.
Böyük kub Zr2Ni nanohissəciklərinin əmələ gəlməsi üçün bu potensial mexanizmi sınaqdan keçirmək üçün müstəqil təcrübə aparılmışdır.Bu təcrübədə tozlar 550°C-də atomizatordan SUS 304 substratı istiqamətində püskürtülür;lakin yumşalma effektini müəyyən etmək üçün tozlar SUS304 zolağından mümkün qədər tez (təxminən 60 s) çıxarıldı.).Tətbiqdən təxminən 180 saniyə sonra tozun substratdan çıxarıldığı başqa bir sıra təcrübələr aparıldı.
Şəkillər 13a, b SUS 304 substratlarında müvafiq olaraq 60 və 180 s müddətində yerləşdirilmiş iki səpələnmiş materialın Skan Ötürmə Elektron Mikroskopiyası (STEM) qaranlıq sahə (DFI) şəkillərini göstərir.60 saniyə ərzində saxlanılan toz şəklinin morfoloji təfərrüatları yoxdur, xüsusiyyətsizliyi göstərir (Şəkil 13a).Bu, Şəkil 14a-da göstərilən geniş ilkin və ikincili difraksiya zirvələri ilə göstərildiyi kimi, bu tozların ümumi strukturunun amorf olduğunu göstərən XRD ilə də təsdiq edilmişdir.Bu, tozun orijinal amorf quruluşunu saxladığı metastabil/mezofaz çöküntülərinin olmamasını göstərir.Bunun əksinə olaraq, eyni temperaturda (550°C) çökdürülmüş, lakin 180 s üçün substratda qalmış toz Şəkil 13b-də oxlarla göstərildiyi kimi nano ölçülü taxılların çökməsini göstərdi.