Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
Biofilmlər xroniki infeksiyaların inkişafında mühüm komponentdir, xüsusən də tibbi cihazlara qarışdıqda. Bu problem tibb ictimaiyyəti üçün böyük problem yaradır, çünki standart antibiotiklər biofilmləri yalnız çox məhdud dərəcədə məhv edə bilir. Biofilmin əmələ gəlməsinin qarşısının alınması müxtəlif örtük üsullarının və yeni materialların inkişafına gətirib çıxarıb. titan metalları, ideal antimikrobiyal örtüklər kimi ortaya çıxdı. Eyni zamanda, soyuq püskürtmə texnologiyasının istifadəsi temperatura həssas materialların emalı üçün uyğun bir üsul olduğu üçün artdı. Bu tədqiqatın bir hissəsi, mexaniki alaşımlı toz kimi istifadə olunan mexaniki alaşımlı toz kimi istifadə olunan üçlü Cu-Zr-Ni-dən ibarət yeni bir antibakterial film metal şüşə hazırlamaq idi. aşağı temperaturlarda paslanmayan polad səthlərin sprey örtüyü. Metal şüşə ilə örtülmüş substratlar paslanmayan poladla müqayisədə biofilmin əmələ gəlməsini ən azı 1 log əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilmişdir.
Bəşər tarixi boyu hər bir cəmiyyət öz spesifik tələblərinə cavab verən yeni materialların layihələndirilməsini və tətbiqini təşviq edə bilmişdir ki, bu da qloballaşan iqtisadiyyatda performansın və reytinqin yaxşılaşması ilə nəticələnmişdir1. Bu, həmişə insanın sağlamlıq, təhsil, sənaye, iqtisadiyyat, mədəniyyət və digər sahələrdə nailiyyətlərə nail olmaq üçün materialların və istehsal avadanlıqlarının və dizaynlarının inkişafı və bir ölkənin digər regionundan və ya digər regionunun inkişafı ilə bağlı qabiliyyətinə aid edilmişdir. bölgə. 2 60 il ərzində materialşünaslar vaxtlarının çoxunu diqqəti bir əsas məsələyə yönəltmişlər: yeni və qabaqcıl materialların axtarışına. 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 termo-mexaniki emal üsullarının tətbiqi müxtəlif müxtəlif materialların mexaniki, kimyəvi və fiziki xassələrinin əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşması ilə nəticələndi. Bundan əlavə, indiyə qədər eşidilməyən birləşmələr bu nöqtədə uğurla sintez edilmişdir. Materiallar 2. Nanokristallar, nanohissəciklər, nanoborular, kvant nöqtələri, sıfır ölçülü, amorf metal şüşələr və yüksək entropiyaya malik ərintilər ötən əsrin ortalarından etibarən dünyaya təqdim edilmiş qabaqcıl materialların yalnız bir neçə nümunəsidir. Üstün xassələrə malik yeni ərintilər istehsal və inkişaf etdirərkən, ya son məhsulun, ya da intermedianın istehsal mərhələsində problem yaranır. tarazlıqdan əhəmiyyətli dərəcədə yayınmaq üçün yeni istehsal üsullarının tətbiqi nəticəsində metal şüşələr kimi tanınan metastabil ərintilərin tamamilə yeni sinfi aşkar edilmişdir.
1960-cı ildə Caltech-dəki işi, mayeləri saniyədə bir milyon dərəcə sürətlə bərkidən şüşəvari Au-25 at.% Si ərintilərini sintez edərkən metal ərintiləri konsepsiyasında inqilab etdi. ərintilər. MG ərintilərinin sintezində ilk qabaqcıl tədqiqatlardan bəri, demək olar ki, bütün metal şüşələr aşağıdakı üsullardan biri ilə tamamilə istehsal edilmişdir; (i) ərimə və ya buxarın sürətlə bərkiməsi, (ii) qəfəsin atom pozğunluğu, (iii) təmiz metal elementləri arasında bərk vəziyyətin amorfizasiya reaksiyaları və (iv) metastabil fazaların bərk halda keçidləri.
MG-lər kristalların müəyyənedici xüsusiyyəti olan kristallarla əlaqəli uzun mənzilli atom nizamının olmaması ilə seçilir. Bugünkü dünyada metal şüşə sahəsində böyük irəliləyiş əldə edilmişdir. Onlar maraqlı xassələrə malik yeni materiallardır ki, təkcə bərk cisim fizikasında deyil, həm də metallurgiyada, bioloji kimyada və bir çox yeni texnologiya sahələrində maraq doğurur. bərk metallardan fərqli xassələri onu müxtəlif sahələrdə texnoloji tətbiqlər üçün maraqlı namizəd edir. Onlar bəzi mühüm xüsusiyyətlərə malikdirlər; (i) yüksək mexaniki çeviklik və axma müqaviməti, (ii) yüksək maqnit keçiriciliyi, (iii) aşağı koersivlik, (iv) qeyri-adi korroziyaya davamlılıq, (v) temperaturdan asılı olmayaraq keçiricilik 6,7.
Mexanik ərintisi (MA)1,8 nisbətən yeni texnikadır, ilk dəfə 19839-cu ildə professor CC Kock və həmkarları tərəfindən təqdim edilmişdir. Onlar otaq temperaturuna çox yaxın ətraf mühit temperaturunda təmiz elementlərin qarışığını üyüdərək amorf Ni60Nb40 tozları hazırlamışlar. Tipik olaraq, MA reaksiyası adətən paslanmayan poladdan hazırlanmış bir reaktorda reaktiv material tozlarının diffuziyalı birləşməsi arasında həyata keçirilir, bir top dəyirmanına 10 (Şəkil 1a, b). O vaxtdan bəri, bu mexaniki induksiya edilmiş bərk-dövlət reaksiya texnikası yeni amorf/metalik şüşə ərintili tozlar və aşağı enerjili şüşə ərintili tozların hazırlanması üçün istifadə edilmişdir. çubuqlu dəyirmanlar11,12,13,14,15 , 16. Xüsusilə, bu üsul Cu-Ta17 kimi bir-birinə qarışmayan sistemləri, həmçinin Al-keçid metal sistemləri (TM; Zr, Hf, Nb və Ta)18,19 və Fe-W20 kimi yüksək ərimə nöqtəli ərintiləri hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir ki, bu da MAF üsulundan istifadə etməklə əldə edilə bilməz. metal oksidlərinin, karbidlərin, nitridlərin, hidridlərin, karbon nanoborucuqlarının, nanoalmazların sənaye miqyaslı nanokristal və nanokompozit toz hissəciklərinin hazırlanması üçün ən güclü nanotexnologiya vasitələri, O cümlədən yuxarıdan aşağıya yanaşma 1 və metastabil mərhələlər vasitəsilə geniş stabilləşdirmə.
Bu işdə Cu50(Zr50−xNix) metal şüşə (MG) örtüyü/SUS 304 hazırlamaq üçün istifadə edilən istehsal üsulunu göstərən sxematik.(a) Aşağı enerjili bilyalı frezeleme texnikasından istifadə etməklə müxtəlif Ni konsentrasiyası x (x; 10, 20, 30 və 40 at.%) olan MG xəlitəli tozların hazırlanması. və (b) He atmosferi ilə doldurulmuş əlcək qutusunda möhürlənmişdir. (c) Taşlama zamanı topun hərəkətini təsvir edən daşlama qabının şəffaf modeli. 50 saatdan sonra əldə edilən tozun son məhsulu SUS 304 substratını soyuq püskürtmə üsulu ilə örtmək üçün istifadə edilmişdir (d).
Kütləvi material səthlərinə (substratlara) gəldikdə, səth mühəndisliyi orijinal toplu materialda olmayan müəyyən fiziki, kimyəvi və texniki keyfiyyətləri təmin etmək üçün səthlərin (substratların) dizaynını və modifikasiyasını əhatə edir. Səth emalları ilə effektiv şəkildə yaxşılaşdırıla bilən bəzi xüsusiyyətlərə aşınma müqaviməti, oksidləşmə və korroziyaya davamlılıq, sürtünmə əmsalı, bio-inertlik, emal xüsusiyyətlər, adlar daxildir. azdır. Səthin keyfiyyəti metallurgiya, mexaniki və ya kimyəvi üsullardan istifadə etməklə yaxşılaşdırıla bilər. Məlum proses kimi, örtük sadəcə olaraq başqa materialdan hazırlanmış toplu obyektin (substrat) səthinə süni şəkildə çökmüş materialın bir və ya çox qatı kimi müəyyən edilir. Beləliklə, örtüklər qismən istənilən texniki və ya dekorativ materialların ətraf mühitlə gözlənilən qarşılıqlı təsirdən qorunması üçün istifadə olunur23.
Qalınlığı bir neçə mikrometrdən (10-20 mikrometrdən aşağı) 30 mikrometrdən və ya hətta bir neçə millimetrə qədər dəyişən uyğun səth qoruyucu təbəqələri yerləşdirmək üçün bir çox üsul və üsullar tətbiq oluna bilər. Ümumiyyətlə, örtük prosesləri iki kateqoriyaya bölünə bilər: (i) yaş örtük üsulları, o cümlədən elektrokaplama, elektriksiz üzləmə, və isti daldırma üsulları, lehimləmə, səthləmə, fiziki buxar çökdürmə (PVD), kimyəvi buxar çökmə (CVD), termal püskürtmə üsulları və daha yaxınlarda soyuq püskürtmə üsulları 24 (Şəkil 1d).
Biofilmlər səthlərə dönməz şəkildə bağlanan və öz-özünə istehsal edilən hüceyrədənkənar polimerlərlə (EPS) əhatə olunmuş mikrob icmaları kimi müəyyən edilir. Səthi yetkin biofilmin formalaşması qida sənayesi, su sistemləri və səhiyyə mühitləri də daxil olmaqla bir çox sənaye sektorunda əhəmiyyətli itkilərə səbəb ola bilər. İnsanlarda biofilmlər əmələ gəldikdə (mikrofilmlərin infeksiyası hallarının 80%-dən çoxu) Enterobacteriaceae və Staphylococci) müalicəsi çətindir. Bundan əlavə, böyük terapevtik problem hesab edilən planktonik bakteriya hüceyrələri ilə müqayisədə yetkin biofilmlərin antibiotik müalicəsinə 1000 dəfə daha davamlı olduğu bildirilmişdir. Ənənəvi üzvi birləşmələrdən əldə edilən antimikrobiyal səthi örtmə materialları tarixən potensial zəhərli komponentlər ehtiva etməsinə baxmayaraq tez-tez istifadə edilmişdir. insanlar,25,26 bu, bakterial ötürülmənin və materialın məhv edilməsinin qarşısını almağa kömək edə bilər.
Bakteriyaların biofilmin əmələ gəlməsi səbəbindən antibiotik müalicələrinə geniş müqaviməti təhlükəsiz şəkildə tətbiq oluna bilən effektiv antimikrobiyal membranla örtülmüş səthin hazırlanması ehtiyacına səbəb olmuşdur27. Bakteriya hüceyrələrinin yapışma səbəbiylə biofilmləri bağlamaq və qurmaq üçün maneə törətdiyi fiziki və ya kimyəvi anti-yapışan səthin inkişafı bu prosesdə ilk yanaşmadır27. tam olaraq ehtiyac duyulduqda, yüksək konsentrasiyalı və uyğunlaşdırılmış miqdarda. Buna bakteriyalara davamlı olan qrafen/germanium28, qara almaz29 və ZnO qatqılı almaz kimi karbon örtükləri30 kimi unikal örtük materiallarının hazırlanması ilə nail olunur. Bakterial çirklənmədən uzunmüddətli qorunma təmin etmək üçün səthlərə mikrob öldürücü kimyəvi maddələrin tətbiqi getdikcə populyarlaşır. Hər üç prosedur örtülmüş səthlərdə antimikrobiyal təsirlər yaratmağa qadir olsa da, onların hər birinin tətbiq strategiyaları hazırlanarkən nəzərə alınmalı olan öz məhdudiyyətləri var.
Hal-hazırda bazarda olan məhsullar bioloji aktiv maddələr üçün qoruyucu örtükləri təhlil etmək və sınaqdan keçirmək üçün kifayət qədər vaxtın olmaması səbəbindən maneə törədir. Şirkətlər iddia edirlər ki, onların məhsulları istifadəçilərə arzu olunan funksional aspektləri təqdim edəcək; lakin bu, hazırda bazarda olan məhsulların uğuruna maneə olmuşdur. Gümüşdən əldə edilən birləşmələr hazırda istehlakçılara təqdim edilən antimikrobiyal müalicələrin böyük əksəriyyətində istifadə olunur. Bu məhsullar istifadəçiləri mikroorqanizmlərin potensial təhlükəli təsirlərindən qorumaq üçün hazırlanmışdır. Gecikmiş antimikrobiyal təsir və gümüş birləşmələrinin əlaqəli toksikliyi, daha az zərərli tədqiqatçılara təzyiqi artırır36. qapalı və çöldə işləyən qlobal antimikrobiyal örtük hələ də çətin bir iş olduğunu sübut edir. Bunun səbəbi həm sağlamlıq, həm də təhlükəsizlik üçün əlaqəli risklərdir. İnsanlar üçün daha az zərərli olan antimikrobiyal agentin kəşfi və onun daha uzun saxlama müddəti olan örtük substratlarına necə daxil ediləcəyinin aydınlaşdırılması çox axtarılan mikrobik əleyhinə materiallardır. birbaşa təmas yolu ilə və ya aktiv agent buraxıldıqdan sonra yaxın məsafədən bakteriyaları öldürmək. Onlar bunu ilkin bakterial yapışmanı maneə törətməklə (səthdə zülal təbəqəsinin əmələ gəlməsinə qarşı mübarizə də daxil olmaqla) və ya hüceyrə divarına müdaxilə edərək bakteriyaları öldürməklə edə bilərlər.
Əsasən, səth örtüyü səthlə əlaqəli keyfiyyətləri artırmaq üçün komponentin səthinə başqa bir təbəqənin yerləşdirilməsi prosesidir. Səth örtüyünün məqsədi komponentin səthə yaxın bölgəsinin mikrostrukturunu və/və ya tərkibini uyğunlaşdırmaqdır39. Səthi örtmə üsulları müxtəlif üsullara bölünə bilər, bunlar Şəkil 2a-da ümumiləşdirilmiş, fiziki və kimyəvi maddələrə bölünə bilər. örtüyü yaratmaq üçün istifadə olunan üsuldan asılı olaraq elektrokimyəvi kateqoriyalar.
(a) Səth üçün istifadə edilən əsas istehsal üsullarını göstərən əlavə və (b) soyuq püskürtmə texnikasının seçilmiş üstünlükləri və çatışmazlıqları.
Soyuq püskürtmə texnologiyası ənənəvi termal püskürtmə üsulları ilə bir çox oxşarlıqları bölüşür. Bununla belə, soyuq püskürtmə prosesini və soyuq püskürtmə materiallarını xüsusilə unikal edən bəzi əsas fundamental xüsusiyyətlər də var. Soyuq püskürtmə texnologiyası hələ başlanğıc mərhələsindədir, lakin parlaq gələcəyə malikdir. Müəyyən tətbiqlərdə soyuq spreyin unikal xüsusiyyətləri böyük faydalar təklif edir, ənənəvi üsulların əhəmiyyətli məhdudiyyətlərini aradan qaldırır. termal sprey texnologiyası, bu müddət ərzində tozun substratın üzərinə çökməsi üçün əridilməsi lazımdır. Aydındır ki, bu ənənəvi örtük prosesi nanokristallar, nanohissəciklər, amorf və metal şüşələr40, 41, 42 kimi temperatura çox həssas materiallar üçün uyğun deyil. termal püskürtmə texnologiyası ilə müqayisədə üstünlüklər, məsələn (i) substrata minimal istilik daxil olması, (ii) substrat örtük seçimlərində çeviklik, (iii) faza transformasiyasının və taxıl böyüməsinin olmaması , (iv) yüksək bağlanma gücü1,39 (Şəkil 2b). Bundan əlavə, soyuq püskürtmə örtük materialları yüksək korroziya müqavimətinə, yüksək möhkəmliyə və yüksək keçiriciliyə malikdir. sıxlıq41.Soyuq püskürtmə prosesinin üstünlüklərinin əksinə olaraq, Şəkil 2b-də göstərildiyi kimi, bu texnikadan istifadənin bəzi çatışmazlıqları hələ də mövcuddur. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC və s. kimi təmiz keramika tozlarını örtərkən soyuq püskürtmə üsulundan istifadə etmək olmaz. Digər tərəfdən, keramika/metal kompozisiyaları ilə eyni toz materialları üçün istifadə edilə bilər. digər termal püskürtmə üsulları. Mürəkkəb səthlər və daxili boru səthləri hələ də püskürtmək çətindir.
Nəzərə alsaq ki, hazırkı iş metal şüşəsi tozlardan xammal örtük materialı kimi istifadə etmək məqsədi daşıyır, bu məqsədlə adi termal çiləmə üsulundan istifadə oluna bilməyəcəyi aydındır. Bunun səbəbi metal şüşəsi tozların yüksək temperaturda kristallaşmasıdır1.
Tibb və qida sənayesində istifadə olunan alətlərin əksəriyyəti cərrahi alətlərin istehsalı üçün 12 ilə 20 ağırlıq % arasında xrom olan austenitik paslanmayan polad ərintilərindən (SUS316 və SUS304) hazırlanır. Ümumiyyətlə qəbul edilir ki, xrom metalının ərinti elementi kimi istifadəsi polad ərintilərinin korroziyasına davamlılığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. ərintilər, yüksək korroziya müqavimətinə baxmayaraq, əhəmiyyətli antimikrobiyal xüsusiyyətlər nümayiş etdirmir38,39. Bu, onların yüksək korroziyaya davamlılığı ilə ziddiyyət təşkil edir. Bundan sonra, infeksiya və iltihabın inkişafı proqnozlaşdırıla bilər, bu, əsasən paslanmayan polad səthində bakterial yapışma və kolonizasiya nəticəsində yaranır. sağlamlığın pisləşməsinə səbəb ola biləcək, insan sağlamlığına birbaşa və ya dolayısı ilə təsir edə biləcək bir çox nəticələrə səbəb ola bilən biofilmin əmələ gəlməsi yolları.
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), antibakterial filmin/SUS-un ikinci mərhələsinin mühafizəsi layihəsinin başlanması ilə əlaqədar olaraq. Yanvar 2023, sistemin elektrokimyəvi korroziya xüsusiyyətlərini və mexaniki xüsusiyyətlərini ətraflı şəkildə araşdıracaq. Müxtəlif bakteriya növləri üçün ətraflı mikrobioloji testlər aparılacaq.
Bu yazıda morfoloji və struktur xüsusiyyətləri əsasında Zr ərintisi elementi tərkibinin şüşə əmələ gəlmə qabiliyyətinə (GFA) təsiri müzakirə edilir. Bundan əlavə, örtülmüş metal şüşə toz örtüyünün/SUS304 kompozitinin antibakterial xassələri də müzakirə edilmişdir. Bundan əlavə, metal şüşə tozunun soyuqdəyişmə tozunun çevrilməsi zamanı baş vermə ehtimalını araşdırmaq üçün cari işlər aparılmışdır. Hazırlanmış metal şüşə sistemlərinin soyudulmuş maye bölgəsi. Nümunə olaraq, bu tədqiqatda Cu50Zr30Ni20 və Cu50Zr20Ni30 metal şüşə ərintilərindən istifadə edilmişdir.
Bu bölmədə aşağı enerjili bilyalı frezeleme zamanı elementar Cu, Zr və Ni tozlarının morfoloji dəyişiklikləri təqdim olunur. İfadəvi nümunələr kimi Cu50Zr20Ni30 və Cu50Zr40Ni10-dan ibarət iki fərqli sistem təmsilçi nümunə kimi istifadə olunacaq. MA prosesini üç fərqli mərhələyə bölmək olar.
Bilyalı frezeləmə müddətinin müxtəlif mərhələlərindən sonra əldə edilən mexaniki ərinti (MA) tozlarının metalloqrafik xüsusiyyətləri. MA və Cu50Zr40Ni10 tozlarının 3, 12 və 50 saatlıq aşağı enerjili bilyalı frezeleme vaxtlarından sonra əldə edilən sahə emissiya skan edən elektron mikroskopiya (FE-SEM) şəkilləri (a), (c) və (e) bəndlərində Cu05-də eyni, MA20 sistemində göstərilmişdir. Vaxt keçdikdən sonra çəkilmiş Cu50Zr40Ni10 sisteminin müvafiq şəkilləri (b), (d) və (f) bəndlərində göstərilmişdir.
Bilyalı freze zamanı metal tozuna ötürülə bilən effektiv kinetik enerjiyə Şəkil 1a-da göstərildiyi kimi parametrlərin birləşməsi təsir edir. Buraya toplar və tozlar arasında toqquşmalar, üyüdmə mühiti arasında və ya arasında ilişib qalmış tozun sıxıcı şəkildə kəsilməsi, düşən topların təsiri, kəsmə və aşınma, tozun hərəkət edən kürələrin yayılması və c dalğası ilə frezeləmə vasitələri arasında sürtünmə daxildir. yüklər (şək. 1a). Elemental Cu, Zr və Ni tozları MA-nın ilkin mərhələsində (3 saat) soyuq qaynaq nəticəsində ciddi şəkildə deformasiyaya uğramış, nəticədə iri toz hissəcikləri (diametri >1 mm) əmələ gəlmişdir. Bu iri kompozit hissəciklər ərinti elementlərinin qalın təbəqələrinin (Cu, Zr, Ni) əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur. h (aralıq mərhələ) şək. 3c,d-də göstərildiyi kimi, kompozit tozun daha incə tozlara (200 µm-dən az) parçalanması ilə nəticələnən bilyalı dəyirmanın kinetik enerjisinin artması ilə nəticələndi. zəriflik, bərk faza reaksiyaları yeni fazalar yaratmaq üçün lopaların interfeysində baş verir.
MA prosesinin kulminasiya nöqtəsində (50 saatdan sonra) qabıqlı metalloqrafiya yalnız zəif görünürdü (şək. 3e,f), lakin tozun cilalanmış səthi güzgü metalloqrafiyasını göstərdi. Bu, MA prosesinin başa çatdığını və vahid reaksiya fazasının yaradılmasının baş verdiyini göstərir. Şəkil II, 3e-də indeksləşdirilmiş bölgələrin elementar tərkibi, skanlama (I, e, v) sahəsindən istifadə etməklə müəyyən edilmişdir. elektron mikroskopiyası (FE-SEM) enerji dispersiv rentgen spektroskopiyası (EDS) (IV) ilə birlikdə.
Cədvəl 2-də ərinti elementlərinin elementar konsentrasiyaları Şəkil 3e,f-də seçilmiş hər bir bölgənin ümumi çəkisinin faizi kimi göstərilmişdir. Bu nəticələri Cədvəl 1-də sadalanan Cu50Zr20Ni30 və Cu50Zr40Ni10-un başlanğıc nominal kompozisiyaları ilə müqayisə etdikdə, bu iki məhsulun nominal tərkibinə çox oxşar olduğunu görmək olar. Bundan əlavə, Şəkil 3e,f-də sadalanan bölgələr üçün nisbi komponent dəyərləri hər bir nümunənin tərkibində bir bölgədən digərinə əhəmiyyətli dərəcədə pisləşmə və ya dalğalanma demək deyil. Bu, bir bölgədən digərinə tərkibində heç bir dəyişiklik olmaması ilə sübut olunur. Bu, Table 2-də göstərildiyi kimi, homojen ərinti tozlarının istehsalına işarə edir.
Son məhsul Cu50(Zr50−xNix) tozunun FE-SEM mikroqrafikləri Şəkil 4a-d-də göstərildiyi kimi, 50 MA dəfə sonra əldə edilmişdir, burada x müvafiq olaraq 10, 20, 30 və 40 at.%-dir. Şəkil 4-də göstərildiyi kimi diametri 73 ilə 126 nm arasında dəyişən hissəciklər.
50 saat MA müddətindən sonra alınan Cu50(Zr50−xNix) tozlarının morfoloji xarakteristikaları. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 sistemləri üçün tozların FE-SEM şəkilləri (MA-dan sonra (5 dəfə) göstərilmişdir), (5 dəfə), b)ac ilə göstərilmişdir müvafiq olaraq.
Tozları soyuq sprey qidalandırıcıya yükləməzdən əvvəl, onlar əvvəlcə analitik dərəcəli etanolda 15 dəqiqə ərzində ultrasəs üsulu ilə işləndilər və sonra 2 saat ərzində 150°C-də qurudular. Bu addım, bütün örtük prosesində tez-tez bir çox əhəmiyyətli problemlərə səbəb olan yığılma ilə uğurla mübarizə aparmaq üçün atılmalıdır. MA prosesi başa çatdıqdan sonra, bütün homogenlik xüsusiyyətlərinə dair əlavə investisiyalar aparıldı. tozlar. Şəkil 5a–d, 50 saat M vaxtdan sonra əldə edilmiş 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 əldə edilən ərinti tozları hər hansı bir homojendir, çünki onlar hər hansı bir alt səviyyəli kompozisiya göstərmədikləri üçün homojendirlər. Şəkil 5-də.
MG Cu50Zr30Ni20 tozunun morfologiyası və yerli elementar paylanması FE-SEM/enerji dispersiv rentgen spektroskopiyası (EDS).
50 saat MA müddətindən sonra alınan mexaniki alaşımlı Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 və Cu50Zr20Ni30 tozlarının XRD nümunələri müvafiq olaraq Şəkil 6a-d-də göstərilmişdir. 6-da göstərilən halo diffuziya nümunələri.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 və (d) Cu50Zr20Ni30 tozlarının 50 saat MA müddətindən sonra XRD nümunələri. İstisnasız olaraq bütün nümunələr amorfun halo diffuziya fazasını göstərdi.
Sahə emissiyası yüksək ayırdetmə ötürücü elektron mikroskopundan (FE-HRTEM) struktur dəyişikliklərini müşahidə etmək və müxtəlif MA vaxtlarında top frezeleme nəticəsində yaranan tozların yerli strukturunu anlamaq üçün istifadə edilmişdir. Cu52Zr30NZ və Cu52Zr30NZ üçün frezeləmənin erkən (6 saat) və aralıq (18 saat) mərhələlərindən sonra əldə edilən tozların FE-HRTEM şəkilləri göstərilmişdir. Şək. 7a,c, müvafiq olaraq. MA​​ 6 saatdan sonra yaranan tozun parlaq sahə təsvirinə (BFI) əsasən, toz fcc-Cu, hcp-Zr və fcc-Ni elementlərinin dəqiq müəyyən edilmiş sərhədləri olan iri dənələrdən ibarətdir və daha çox FiaF-də göstərildiyi kimi, reaksiya fazasının əmələ gəldiyinə dair heç bir əlamət yoxdur. (a)-nın orta bölgəsindən götürülmüş difraksiya nümunəsi (SADP) böyük kristalitlərin mövcudluğunu və reaktiv fazanın olmadığını göstərən zirvəli difraksiya nümunəsini (Şəkil 7b) aşkar etdi.
Erkən (6 saat) və aralıq (18 saat) mərhələlərdən sonra əldə edilən MA tozunun yerli struktur xarakteristikası. (a) Sahə emissiyası yüksək ayırdetmə ötürücü elektron mikroskopiyası (FE-HRTEM) və (b) Cu50Zr30Ni20 tozunun müvafiq seçilmiş sahə difraksiya nümunəsi (SADP) Cu50Zr30Ni20 tozunun 6 saatlıq MA FE-50NH1Zr təsviri ilə müalicəsindən sonra. 18 saat MA müddətindən sonra əldə edilən (c) göstərilmişdir.
Şəkil 7c-də göstərildiyi kimi, MA müddətinin 18 saata qədər uzadılması plastik deformasiya ilə birləşən ciddi qəfəs qüsurları ilə nəticələndi. MA prosesinin bu aralıq mərhələsində toz müxtəlif qüsurlar, o cümlədən yığma qüsurları, şəbəkə qüsurları və nöqtə qüsurları nümayiş etdirir (Şəkil 7). ölçüləri 20 nm-dən az olan alt dənələr (şək. 7c).
36 saat MA müddətində üyüdülmüş Cu50Z30Ni20 tozunun yerli strukturu Şəkil 8a-da göstərildiyi kimi amorf incə matrisə daxil edilmiş ultra incə nanodənəlilərin əmələ gəlməsinə malikdir. Yerli EDS təhlili göstərdi ki, Şəkil 8a-da göstərilən nanoklasterlər işlənməmiş Cu, Zr və NiA tozunun bütün Cu, Zr və NiA elementlərinin bütün məzmunu ilə əlaqədardır. ~32 at.% (arıq sahə) ilə ~74 at.% (zəngin sahə) arasında dəyişdi, bu da heterojen məhsulların əmələ gəlməsini göstərir. Bundan əlavə, bu mərhələdə frezelemedən sonra əldə edilən tozların müvafiq SADP-ləri amorf fazanın halo-diffuzlu ilkin və ikincil halqalarını göstərir, bu elementlərlə əlaqəli kəskin nöqtələrlə üst-üstə düşür.
36 h-Cu50Zr30Ni20 tozunun nanoölçülü yerli struktur xüsusiyyətlərindən başqa. (a) Parlaq sahə şəkli (BFI) və müvafiq (b) Cu50Zr30Ni20 tozunun SADP-si 36 saat MA müddətində frezelemedən sonra əldə edilmişdir.
MA prosesinin sonuna yaxın (50 saat), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 və 40 at.% tozları Şəkil 9a-d-də göstərildiyi kimi labirint amorf faza morfologiyasına malikdir. Halo diffuziya nümunələrini göstərən bu əlaqəli SADP-lər də son məhsul materialında amorf fazaların inkişafı üçün sübut kimi istifadə edilmişdir.
MG Cu50 (Zr50−xNix) sisteminin son məhsulunun yerli strukturu. FE-HRTEM və (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni350Z və əldə edilmiş (c) Cu50Zr20Ni350r və korrelyasiya edilmiş nanoşüa difraksiya nümunələri (NBDP) h MA.
Amorf Cu50(Zr50−xNix) sisteminin Ni tərkibinin (x) funksiyası olaraq şüşə keçid temperaturunun (Tg), yarımsoyudulmuş maye bölgəsinin (ΔTx) və kristallaşma temperaturunun (Tx) istilik dayanıqlığı He qaz axını altında Cu50(Zr50−xNix) sisteminin diferensial skan edilmiş Kalorimetriyasından (DSC) istifadə etməklə tədqiq edilmişdir. 50 saat MA müddətindən sonra əldə edilən Cu50Zr30Ni20 və Cu50Zr10Ni40 amorf ərintisi tozları müvafiq olaraq Şəkil 10a, b, e-də göstərilmişdir. Amorf Cu50Zr20Ni30-un DSC əyrisi Şəkil 10hi20C-də ayrıca göstərildiyi halda, Cu50Zr10Ni40 qızdırılmış nümunədir. DSC-də ~700 °C-ə qədər Şəkil 10d-də göstərilmişdir.
Şüşə keçid temperaturu (Tg), kristallaşma temperaturu (Tx) və yarımsoyudulmuş maye bölgəsi (ΔTx) ilə indeksləşdirildiyi kimi, 50 saat MA müddətindən sonra əldə edilən Cu50(Zr50−xNix) MG tozlarının istilik sabitliyi. Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 və (e) Cu50Zr10Ni40 MG ərintisi tozları 50 saat MA müddətindən sonra. ~700 °C-ə qədər qızdırılan Cu50Zr30Ni20 nümunəsinin rentgen şüaları difraksiya (XRD) nümunəsi DSC-də göstərilmişdir (d).
Şəkil 10-da göstərildiyi kimi, müxtəlif Ni konsentrasiyası (x) olan bütün kompozisiyaların DSC əyriləri biri endotermik, digəri ekzotermik olmaqla iki fərqli halı göstərir. Birinci endotermik hadisə Tg-yə, ikincisi isə Tx-ə uyğundur. Tg və Tx arasında mövcud olan üfüqi arakəsmə bölgəsi subcooled maye bölgəsi adlanır (Tx = Tx-nin nəticələrini göstərir). 526°C və 612°C-də yerləşdirilən Cu50Zr40Ni10 nümunəsi (Şəkil 10a), Şəkil 10b-də göstərildiyi kimi (x) Ni tərkibinin (x) artması ilə tərkibini (x) 20 at.%-ə 482°C və 563°C aşağı temperatur tərəfinə keçirin. Cu50Zr30Ni20 üçün 86 °C (Şəkil 10a) ilə 81 °C arasında (Şəkil 10b). MG Cu50Zr40Ni10 ərintisi üçün Tg, Tx və ΔTx qiymətlərinin 447°C səviyyəsinə qədər azaldığı da müşahidə edilmişdir (Fi, bu 579°C və Fi 57910). Ni tərkibinin artması MG ərintisinin istilik dayanıqlığının azalmasına səbəb olur. Bunun əksinə olaraq, MG Cu50Zr20Ni30 ərintinin Tg dəyəri (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 ərintisi ilə müqayisədə aşağıdır; buna baxmayaraq, onun Tx əvvəlki (612 °C) ilə müqayisə edilə bilən dəyər göstərir. Buna görə də, ΔTx Şəkil 10c-də göstərildiyi kimi daha yüksək qiymət (87°C) nümayiş etdirir.
MG Cu50(Zr50−xNix) sistemi misal olaraq MG Cu50Zr20Ni30 ərintisini götürərək, kəskin ekzotermik pik vasitəsilə fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 və ortorombik-Zr7Cu10 (ortorombik-Zr7Cu10) kristal fazalarına kristallaşır. faza keçidi DSC-də 700 °C-ə qədər qızdırılan MG nümunəsinin XRD-si (şəkil 10d) ilə təsdiq edilmişdir.
Şəkil 11-də hazırkı işdə aparılan soyuq püskürtmə prosesi zamanı çəkilmiş fotoşəkillər göstərilir. Bu işdə 50 saat MA müddətindən sonra sintez edilmiş metal şüşəyəbənzər toz hissəcikləri (nümunə olaraq Cu50Zr20Ni30 götürülmüşdür) antibakterial xammal kimi istifadə edilmiş, paslanmayan polad lövhə (SUS304) isə soyuq çiləmə üsulu ilə soyuq püskürtmə üsulu ilə örtülmüşdür. sprey texnologiyası seriyası, çünki bu, termal püskürtmə seriyasında ən səmərəli üsuldur və faza keçidlərinə məruz qalmayan amorf və nanokristal tozlar kimi metal metastabil temperatura həssas materiallar üçün istifadə edilə bilər. Bu üsulun seçilməsində əsas amil budur. substrata və ya əvvəllər çökmüş hissəciklərə təsir.
Sahə fotoşəkilləri MG örtüyünün/SUS 304-ün 550 °C-də beş ardıcıl hazırlanması üçün istifadə edilən soyuq püskürtmə prosedurunu göstərir.
Hissəciklərin kinetik enerjisi və beləliklə, örtük əmələ gəlməsində hər bir hissəciyin impulsu, plastik deformasiya (substratda ilkin hissəcik və hissəcik-hissəcik qarşılıqlı təsirləri və hissəciklərin qarşılıqlı təsiri), boşluqlar Konsolidasiya, hissəcik-hissəciklərin fırlanması, gərginlik və daha çox qızdırılma, kiməsə daha çox istilik verməmək kimi mexanizmlər vasitəsilə enerjinin digər formalarına çevrilməlidir. enerji istiliyə və deformasiya enerjisinə çevrilir, nəticə elastik toqquşmadır, bu isə o deməkdir ki, hissəciklər zərbədən sonra sadəcə geri sıçrayırlar. Qeyd edilmişdir ki, hissəcik/substrat materialına tətbiq edilən zərbə enerjisinin 90%-i yerli istiliyə çevrilir 40 .Bundan başqa, zərbə gərginliyi tətbiq edildikdə, çox qısa müddətdə yüksək plastik deformasiya sürətinə nail olur/zərrəciklərin təmas bölgəsində142.
Plastik deformasiya ümumiyyətlə enerjinin yayılması prosesi və ya daha dəqiq desək, fazalararası bölgədə istilik mənbəyi hesab olunur. Bununla belə, fazalararası bölgədə temperaturun artması adətən fazalararası ərimə əmələ gətirmək və ya atomlararası diffuziyanı əhəmiyyətli dərəcədə təşviq etmək üçün kifayət etmir. Müəlliflərə məlum olan heç bir nəşr bu metal və şüşə kimi tozların deformasiyaya uğraması zamanı baş verən bu metalların xassələrinin təsirini araşdırmır.
MG Cu50Zr20Ni30 xəlitəli tozunun BFI-ni SUS 304 substratı ilə örtülmüş Şəkil 12a-da görmək olar (Şəkil 11, 12b). Şəkildən göründüyü kimi, örtülmüş tozlar orijinal amorf quruluşunu saxlayırlar, çünki onlar zərif labirint quruluşuna malikdirlər və ya digər çınqıllı təsvirlər və ya digər əl qüsurları olmadan. MG ilə örtülmüş toz matrisinə daxil edilmiş nanohissəciklər tərəfindən təklif edildiyi kimi kənar fazanın mövcudluğunu göstərir (Şəkil 12a). Şəkil 12c bölgə I ilə əlaqəli indekslənmiş nanoşüa difraksiya modelini (NBDP) təsvir edir (Şəkil 12a). Şəkildə göstərildiyi kimi, N hal DP ekshibit nümunəsi N zəif ekshibit. amorf strukturdur və kristal böyük kub Zr2Ni metastabil üstəgəl tetraqonal CuO fazasına uyğun kəskin ləkələrlə birlikdə mövcuddur. CuO-nun əmələ gəlməsi səsdən sürətli axın altında açıq havada sprey tabancasının başlığından SUS 304-ə keçərkən tozun oksidləşməsi ilə əlaqələndirilə bilər. 30 dəqiqə ərzində 550 °C-də soyuq sprey müalicəsindən sonra kub fazaları.
(a) (b) SUS 304 substratı ilə örtülmüş MG tozunun FE-HRTEM şəkli (şəkil daxil). (a)-da göstərilən dairəvi simvolun NBDP indeksi (c)-də göstərilmişdir.
Böyük kub Zr2Ni nanohissəciklərinin əmələ gəlməsi üçün bu potensial mexanizmi yoxlamaq üçün müstəqil təcrübə aparıldı. Bu təcrübədə tozlar 550 °C-də bir sprey tabancasından SUS 304 substratı istiqamətində püskürtüldü; lakin, tozların yumşaldıcı təsirini aydınlaşdırmaq üçün onlar SUS304 zolağından mümkün qədər tez (təxminən 60 saniyə) çıxarıldı. Başqa bir sıra təcrübələr aparıldı ki, toz çökdürüldükdən təxminən 180 saniyə sonra substratdan çıxarıldı.
Şəkil 13a, b SUS 304 substratlarında müvafiq olaraq 60 və 180 s müddətində yatırılmış iki püskürtülmüş materialın ötürücü elektron mikroskopiyasının (STEM) skan edilməsi ilə əldə edilmiş qaranlıq sahə şəkillərini (DFI) göstərir. 60 saniyə ərzində yatırılan toz şəklinin heç bir morfoloji təfərrüatı yoxdur, bu da xüsusiyyətsizliyi göstərir (Şəkil 1D3a). bu tozların ümumi quruluşu amorf idi, Şəkil 14a-da göstərilən geniş birincili və ikincili difraksiya maksimumları ilə göstərilmişdir. Bunlar metastabil/mezofaz çöküntülərinin olmamasını göstərir, burada toz öz orijinal amorf strukturunu saxlayır. Bunun əksinə olaraq, toz eyni temperaturda (550 °C) səpilir, lakin substratın ilkin quruluşu18 üçün qalır. nano ölçülü taxıllar, Şəkil 13b-də oxlarla göstərildiyi kimi.