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 çox məhdud dərəcədə aradan qaldıra bilir. Biofilmin əmələ gəlməsinin qarşısının alınması müxtəlif örtük üsullarının və yeni materialların inkişafına səbəb olub. , ideal antimikrobiyal örtüklər kimi ortaya çıxdı. Eyni zamanda, temperatura həssas materialların emalı üçün uyğun bir üsul olduğu üçün soyuq püskürtmə texnologiyasının istifadəsi artdı. Bu tədqiqatın bir hissəsi mexaniki ərintiləmə üsullarından istifadə edərək üçlü Cu-Zr-Ni-dən ibarət yeni bir antibakterial film metal şüşə hazırlamaq idi. s aşağı temperaturlarda. Metal şüşə ilə örtülmüş substratlar paslanmayan poladla müqayisədə biofilmin əmələ gəlməsini ən azı 1 log əhəmiyyətli dərəcədə azalda bildi.
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 regiondan başqa bir regiona və ya digər regiona nailiyyətlər əldə etmək üçün materialların və istehsal avadanlığının və dizaynlarının, səhiyyə, təhsil, sənaye, tərəqqiyə nail olmaq qabiliyyətinə aid edilmişdir.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. anokristallar, nanohissəciklər, nanoborular, kvant nöqtələri, sıfır ölçülü, amorf metal şüşələr və yüksək entropiyaya malik ərintilər ötən əsrin ortalarından etibarən dünyaya təqdim edilən qabaqcıl materialların yalnız bir neçə nümunəsidir. Üstün xassələrə malik yeni ərintilər istehsal və inkişaf etdirərkən, ya son məhsulun, ya da istehsalın son mərhələsində tez-tez əlavə problemlər yaranır. tarazlıqdan əhəmiyyətli dərəcədə yayınmaq üçün yeni istehsal üsullarının tətbiqi nəticəsində metal şüşələr kimi tanınan metastabil ərintilərin tamamilə yeni bir sinfi kəşf 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. MG ərintilərinin sintezində ilk qabaqcıl tədqiqatlar, demək olar ki, bütün metal şüşələr aşağıdakı üsullardan biri istifadə edilərək 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 irəliləyişlər əldə edilmişdir. Onlar maraqlı xassələrə malik yeni materiallardır ki, təkcə bərk cisim fizikasında deyil, həm də metallurgiyada, səthi materialologiyada, bioloji kimyada və bir çox başqa sahələrdə maraqlıdır. bərk metallar, 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 cisim reaksiyası texnikası yeni amorf/metallik şüşə ərintiləri, eləcə də aşağı enerjili şüşə ərintiləri 11 və aşağı enerjili dəyirmanlar hazırlamaq üçün istifadə olunur. 1,12,13,14,15 , 16. Xüsusilə, bu üsul Cu-Ta17 kimi bir-birinə qarışmayan sistemlər, eləcə də Al-keçid metal sistemləri (TM; Zr, Hf, Nb və Ta)18,19 və Fe-W20 kimi yüksək ərimə nöqtəli ərintilər hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir ki, bu da MAF üçün ən güclü vasitələrdən istifadə etməklə əldə edilə bilməz. metal oksidlərinin, karbidlərin, nitridlərin, hidridlərin, karbon nanoborucuqlarının, nanoalmazların sənaye miqyaslı nanokristal və nanokompozit toz hissəciklərinin hazırlanması, O cümlədən yuxarıdan aşağıya yanaşma 1 və metastabil mərhələlər vasitəsilə geniş stabilləşdirmə.
Bu tədqiqatda Cu50(Zr50−xNix) metal şüşə (MG) örtüyü/SUS 304 hazırlamaq üçün istifadə edilən istehsal üsulunu göstərən sxematik.(a) Aşağı enerjili bilyalı freze texnikasından istifadə etməklə müxtəlif Ni konsentrasiyası x (x; 10, 20, 30 və 40 at.%) olan MG ərintisi tozlarının hazırlanması. 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 soyuq püskürtmə üsulundan (d) istifadə edərək SUS 304 substratını örtmək üçün istifadə edilmişdir.
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. Səthi emallarla effektiv şəkildə yaxşılaşdırıla bilən bəzi xüsusiyyətlərə aşınma müqaviməti, oksidləşmə və korroziyaya davamlılıq, sürtünmə əmsalı, bio-inertlik, bir sıra təsirsiz keyfiyyətlər və bəzi təsirlər daxildir. metallurgiya, mexaniki və ya kimyəvi üsullardan istifadə etməklə təkmilləşdirilə bilər. Məlum proses kimi, örtük sadəcə olaraq başqa materialdan hazırlanmış toplu obyektin (substratın) səthinə süni şəkildə çökmüş materialın bir və ya çox qatı kimi müəyyən edilir. Beləliklə, örtüklər qismən istənilən texniki və ya dekorativ xassələrə nail olmaq, həmçinin materialları gözlənilən kimyəvi ətraf mühitlə qarşılıqlı təsirdən qorumaq üçün istifadə olunur23.
Qalınlığı bir neçə mikrometrdən (10-20 mikrometrdən aşağı) 30 mikrometrdən və hətta bir neçə millimetrə qədər dəyişən uyğun səth qoruyucu təbəqələrinin çökdürülməsi üçün bir çox üsul və üsullar tətbiq oluna bilər. Ümumiyyətlə, örtük prosesləri iki kateqoriyaya bölünə bilər: (i) nəm örtük üsulları, o cümlədən elektrokaplama, elektriksiz örtük, və isti-daldırma üsulları, qurutma üsulları, qranullama üsulları. , fiziki buxar çökmə (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, mikrob birlikləri (mikrofilmlər əmələ gələndə, mikrob və mikrobların daxil olduğu infeksiyalardan daha çox) lococci) 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 səth örtük materialları tarixən istifadə edilmişdir. Bu cür materiallar çox vaxt potensial bakteriya və insana ötürülmə riskinin qarşısını almağa kömək edə bilər26. məhv.
Bakteriyaların biofilm əmələ gəlməsi səbəbindən antibiotik müalicələrinə geniş müqaviməti təhlükəsiz şəkildə tətbiq oluna bilən effektiv antimikrobiyal membranla örtülmüş səthin yaradılması 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.İkincisi, onların koselini inkişaf etdirməyə imkan verən kimyəvi antimikrobiyal texnologiyadır. yüksək konsentrasiyalı və uyğunlaşdırılmış miqdarda tələb olunur. Bu, bakteriyaya davamlı olan qrafen/germanium28, qara almaz29 və ZnO qatqılı almaz kimi karbon örtükləri30 kimi unikal örtük materiallarının hazırlanması ilə əldə edilir. Bu texnologiya, Toksikliyi və biofilmin əmələ gəlməsinə görə müqavimətin inkişafını maksimuma çatdırır ki, bu da uzun müddət ərzində kimyəvi səthlərin təsirini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. -bakterial çirklənmədən müddətli qorunma getdikcə populyarlaşır. Hər üç prosedur örtülmüş səthlərdə antimikrobiyal təsirlər yaratmağa qadir olsa da, onların hər birinin tətbiq strategiyaları hazırlanarkən nəzərə alınmalı olan öz məhdudiyyətləri vardır.
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 təsirindən qorumaq üçün işlənib hazırlanıb. Gecikmiş antimikrob təsir və gümüş birləşmələrinin əlaqəli toksikliyi, daha az antimikrobiyal təsir göstərmək üçün qlobal tədqiqatlara qarşı təzyiqi artırır36. Daxili və xaricdə işləyən bial 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 raf ömrü ilə örtük substratlarına necə daxil ediləcəyini anlamaq çox axtarılan bir vasitədir. təmasda və ya aktiv agent buraxıldıqdan sonra. 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, səthin örtülməsi 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 Şəkil 2a-da ümumiləşdirilən müxtəlif üsullara bölünə bilər. örtüyü yaratmaq üçün istifadə olunan üsul.
(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 sprey 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 xarakterik məhdudiyyətlərini aradan qaldırır. Bu müddət ərzində substratın üzərinə çökmək üçün toz 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 köhnə oksidləşmə texnologiyasına nisbətən əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir. (i) substrata minimal istilik girişi, (ii) substrat örtük seçimlərində çeviklik, (iii) faza transformasiyasının və taxıl böyüməsinin olmaması, (iv) yüksək bağlanma gücü1,39 (Şəkil 2).2b).Bundan əlavə, soyuq sprey örtük materialları yüksək korroziyaya davamlılığa, yüksək möhkəmliyə və sərtliyə, yüksək elektrik keçiriciliyinə və yüksək sıxlığa malikdir41. Soyuq püskürtmə prosesinin üstünlüklərindən fərqli olaraq, Şəkil 2b-də göstərildiyi kimi, bu texnikadan istifadənin bəzi çatışmazlıqları var. digər tərəfdən, keramika/metal kompozit tozları örtüklər üçün xammal kimi istifadə edilə bilər. Eyni şey digər termal püskürtmə üsullarına da aiddir. 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 bütün standart ərintiləri və ərintilərinin bütün müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. onların yüksək korroziyaya davamlılığı, əhəmiyyətli antimikrob xassələri nümayiş etdirmir38,39. Bu, onların yüksək korroziyaya davamlılığı ilə ziddiyyət təşkil edir. Bundan sonra infeksiya və iltihabın inkişafı proqnozlaşdırıla bilər ki, bu da əsasən paslanmayan poladdan biomaterialların səthində bakterial yapışma və kolonizasiya nəticəsində yaranır. birbaşa və ya dolayısı ilə insan sağlamlığına təsir göstərə biləcək bir çox nəticələrə səbəb ola bilən sağlamlığın pisləşməsi.
Bu tədqiqat Küveyt Elmin İnkişafı Fondu (KFAS) tərəfindən maliyyələşdirilən layihənin birinci mərhələsidir, 2010-550401 saylı Müqavilə, MA texnologiyasından istifadə edərək metal şüşəsi Cu-Zr-Ni üçlü tozların istehsalının mümkünlüyünü araşdırmaq üçün (Cədvəl 1) antibakterial plyonka istehsalının mümkünlüyünü araşdırmaqdır. 3, sistemin elektrokimyəvi korroziya xüsusiyyətlərini və mexaniki xassələrini ətraflı şəkildə araşdıracaq. Müxtəlif bakteriya növləri üçün ətraflı mikrobioloji sınaqlar aparılacaq.
Bu yazıda morfoloji və struktur xüsusiyyətləri əsasında Zr ərintisi elementi tərkibinin şüşə əmələ gətirmə qabiliyyətinə (GFA) təsiri müzakirə edilir. Bundan əlavə, örtülmüş metal şüşə toz örtüyünün/SUS304 kompozitinin antibakterial xassələri də müzakirə edilmişdir. Bundan başqa, metalollaşan maye tozunun soyuqdəyişmə bölgəsində maye şüşəyə çevrilməsi zamanı baş verən mümkünlüyünü araşdırmaq üçün cari işlər aparılmışdır. Hazırlanmış metal şüşə sistemlərinin. Nümunə kimi, 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 nümunələr 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 müddətindən sonra əldə edilən sahə emissiya skan edən elektron mikroskopiya (FE-SEM) şəkilləri Cupon sistemində Cu05-də eyni şəkildə (a), (c) və (e)-də göstərilmişdir. Vaxt keçdikdən sonra alınan 50Zr40Ni10 sistemi (b), (d) və (f) bəndlərində göstərilmişdir.
Bilyalı freze zamanı metal tozuna ötürülə bilən effektiv kinetik enerjiyə Şəkil 1a-da göstərildiyi kimi parametrlərin birləşməsindən təsirlənir. Buraya toplar və tozlar arasında toqquşmalar, üyüdmə mühitləri arasında və ya arasında ilişib qalmış tozun sıxıcı şəkildə kəsilməsi, düşən topların təsiri, kəsmə və aşınma, tozun hərəkət edən top frezeləri arasından sürüklənməsi və topların yayılması (FaFi dalğası frezeləri arasında) daxildir. 1a).Elemental Cu, Zr və Ni tozları MA-nın ilkin mərhələsində (3 saat) soyuq qaynaq nəticəsində ciddi şəkildə deformasiyaya uğradı, nəticədə böyük toz hissəcikləri (diametri >1 mm). bilyalı dəyirmanın kinetik enerjisinin artması, nəticədə kompozit tozun daha incə tozlara (200 µm-dən az) parçalanması ilə nəticələnir. yeni mərhələlər yaradır.
MA prosesinin kulminasiya nöqtəsində (50 saatdan sonra) lopa metaloqrafiya yalnız zəif görünürdü (şəkil 3e,f), lakin tozun cilalanmış səthi güzgü metaloqrafiyasını göstərdi. Bu, MA prosesinin başa çatdığını və vahid reaksiya fazasının yaradılmasının baş verdiyini göstərir. Şəkil II, 3e-də indeksləşdirilmiş bölgələrin elementar tərkibi, elektron skanerdən istifadə edərək, vi, e) mikroskopla müəyyən edilmişdir (I, e, e). (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, görünə bilər ki, bu iki məhsulun tərkibinə nisbətən son qiymətlər F-nin nominal tərkibinə nisbətən çox oxşardır. 3e,f-də sadalanan bölgələr üçün 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, Cədvəl 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.% təşkil edir. Şəkil 4-də göstərildiyi kimi 73 ilə 126 nm arasında dəyişir.
50 saat MA müddətindən sonra alınan Cu50(Zr50−xNix) tozlarının morfoloji xarakteristikaları. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 sistemləri üçün tozların FE-SEM şəkilləri (müvafiq olaraq MA-dan sonra verilmişdir), (5 dəfə) b.
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 tozların xarakteristikası üçün bütün homogen sərmayələr aparıldı5. –d, 50 saat M vaxtdan sonra əldə edilmiş Cu50Zr30Ni20 ərintinin müvafiq olaraq Cu, Zr və Ni lehimli elementlərinin FE-SEM mikroqraflarını və müvafiq EDS şəkillərini göstərir. Qeyd etmək lazımdır ki, bu mərhələdən sonra əldə edilən ərinti tozları Şəkil 5-də göstərildiyi kimi heç bir kompozisiya dəyişkənliyi göstərmədiyi üçün homojendir.
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 göstərilir. 6-da göstərilən sion nümunələri.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 və (d) Cu50Zr20Ni30 tozlarının 50 saat MA müddətindən sonra XRD nümunələri. İstisnasız olaraq bütün nümunələr amorf fazanın halo diffuziyasını göstərdi.
Sahə emissiyası yüksək rezolyusiyaya malik transmissiya elektron mikroskopundan (FE-HRTEM) struktur dəyişiklikləri müşahidə etmək və müxtəlif MA vaxtlarında bilyalı frezeləmə nəticəsində yaranan tozların yerli strukturunu anlamaq üçün istifadə edilmişdir. Cu52Zr30Nr toz üçün frezeləmənin erkən (6 saat) və aralıq (18 saat) mərhələlərindən sonra əldə edilən tozların FE-HRTEM şəkilləri Fi02Zr30Nr-də göstərilmişdir. a,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 Şəkil 7-də göstərildiyi kimi, reaksiya mərhələsinin əmələ gəlməsinə dair heç bir əlamət yoxdur. (a)-nın orta bölgəsində böyük kristalitlərin mövcudluğunu və reaktiv fazanın olmadığını göstərən zirvə difraksiya nümunəsi (Şəkil 7b) aşkar edilmişdir.
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) 6 saat MAFE-10000M-ə müalicə edildikdən sonra MAFE-1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000. 18 saat vaxt (c)-də 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). 20 nm-dən azdır (Şəkil 7c).
36 saat MA vaxt ərzində 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 Ni20 elementlərinin bütün vaxtının tərkibində Cu, Zr və Ni2-nin eyni vaxtda axması ilə əlaqədardır. 32 at.% (arıq sahə) ~74 at.% (zəngin sahə), heterojen məhsulların əmələ gəldiyini göstərir. Bundan əlavə, bu mərhələdə frezelemedən sonra əldə edilən tozların müvafiq SADP-ləri amorf fazanın halo-diffuzlu əsas və ikincil halqalarını göstərir, həmin xam ərinti elementləri ilə əlaqəli iti nöqtələrlə üst-üstə düşür, Şəkil 8bg.
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 həmişə labirintvari amorf faza morfologiyasına malikdir.Hər bir tərkibin müvafiq SADP-də nə nöqtəvari difraksiyalar, nə də kəskin həlqəvi naxışlar aşkar edilə bilməz. Son məhsul materialında amorf fazaların inkişafı üçün sübut kimi halo diffuziya nümunələrini göstərən se korrelyasiya edilmiş SADP-lər də istifadə edilmişdir.
MG Cu50 (Zr50−xNix) sisteminin son məhsulunun yerli strukturu. FE-HRTEM və (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30Z və (c) Cu50Zr20Ni300 və Cu150-dən sonra əldə edilən FE-HRTEM və əlaqəli nanoşüa difraksiya nümunələri (NBDP).
Amorf Cu50(Zr50−xNix) sisteminin Ni tərkibinin (x) funksiyası olaraq şüşə keçid temperaturunun (Tg), yarımsoyudulmuş maye bölgəsinin (ΔTx) və kristallaşma temperaturunun (Tx) istilik sabitliyi He qaz axını altında Cu50(Zr50−xNix) sisteminin diferensial skan edilən Kalorimetriyasından (DSC) istifadə etməklə tədqiq edilmişdir. 50 saat MA müddətindən sonra alınan Ni20 və Cu50Zr10Ni40 amorf ərintisi tozları müvafiq olaraq Şəkil 10a, b, e-də göstərilmişdir. Amorf Cu50Zr20Ni30-un DSC əyrisi Şəkil 10c-də ayrıca göstərildiyi halda. şək. 10d.
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. (c) Cu50Zr20Ni30 və (e) Cu50Zr10Ni40 MG ərintisi tozları 50 saat MA müddətindən sonra. DSC-də ~700 °C-yə qədər qızdırılan Cu50Zr30Ni20 nümunəsinin rentgen şüaları difraksiya (XRD) nümunəsi (d)-də göstərilmişdir.
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 yarımsoyudulmuş maye bölgəsi adlanır (Tx Tx = Cu5-nin Tx0 və Tx0 nəticələrini göstərir). 526°C və 612°C-də yerləşdirilən Ni10 nümunəsi (şəkil 10a), Şəkil 10b-də göstərildiyi kimi (x) aşağı temperatur tərəfinə (x) müvafiq olaraq 482°C və 563°C-yə doğru 20 at.%-ə sürüşdürün. Şəkil 10b-də göstərildiyi kimi. a) Cu50Zr30Ni20 üçün 81 °C-ə (Şəkil 10b). MG Cu50Zr40Ni10 ərintisi üçün, həmçinin Tg, Tx və ΔTx qiymətlərinin 447°C, 526°C və 79°C səviyyəsinə enməsi müşahidə edilmişdir ki, bu da NiT-dəki sabitliyin azalmasını göstərir (Şəkil b1). MG ərintisi. 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-un kristal fazalarına kristallaşır. DSC-də 700 °C-ə qədər qızdırılan MG nümunəsinin XRD ilə tərtib edilmişdir (Şəkil 10d).
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 və paslanmayan polad lövhə (SUS304) soyuq çiləmə üsulu ilə soyuq püskürtmə texnologiyası ilə örtülmüşdür. bu termal sprey seriyasında ən səmərəli üsuldur və faza keçidlərinə tabe olmayan amorf və nanokristal tozlar kimi metal metastabil temperatura həssas materiallar üçün istifadə edilə bilər. Bu metodun seçilməsində əsas amil budur. Soyuq püskürtmə prosesi yüksək sürətli hissəciklərdən istifadə etməklə həyata keçirilir. hissəciklər.
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 bütün istilik enerjisinə çevrilmədikdə, 39F kimi mexanizmlər vasitəsilə enerjinin digər formalarına çevrilməlidir. istilik və gərginlik enerjisi, 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, təsir gərginliyi tətbiq edildikdə, təmas bölgəsində çox qısa müddətdə yüksək plastik deformasiya sürəti əldə edilir.
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 ərintisi tozunun BFI-ni SUS 304 substratı ilə örtülmüş Şəkil 12a-da görmək olar (şək. 11, 12b). Şəkildən göründüyü kimi, örtülmüş tozlar orijinal amorf quruluşunu saxlayır, çünki onlar zərif labirint quruluşuna malikdirlər, əllərində heç bir çınqıl təsviri və ya digər defekt xüsusiyyətləri yoxdur. MG ilə örtülmüş toz matrisinə daxil edilmiş nanohissəciklər tərəfindən təklif edildiyi kimi kənar faza (Şəkil 12a). Şəkil 12c bölgə I ilə əlaqəli indekslənmiş nanoşüa difraksiya modelini (NBDP) təsvir edir (Şəkil 12a). Şəkil 12c-də göstərildiyi kimi və zəif kobud eksponatlar, NB DP-nin zəif eksponatları ilə nümunəsi. kristal böyük kub Zr2Ni metastabil üstəgəl tetraqonal CuO fazasına uyğun p yamaqları. CuO-nun əmələ gəlməsi səsdən sürətli axın altında açıq havada püskürtmə tabancasının başlığından SUS 304-ə keçərkən tozun oksidləşməsi ilə əlaqələndirilə bilər. Digər tərəfdən, metal şüşə tozlarının devitrifikasiyası c5 soyuqdan sonra metal şüşə əmələ gəlməsinə nail olur. 30 dəq.
(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 çökdürülmüş iki püskürtülmüş materialın ötürücü elektron mikroskopiyasının (STEM) skan edilməsi nəticəsində əldə edilmiş qaranlıq sahə şəkillərini (DFI) göstərir. 60 saniyə ərzində yatırılan toz şəklinin heç bir morfoloji təfərrüatı yoxdur, bu da bu tozun ümumi quruluşunun xüsusiyyətsizliyini göstərir (Şəkil 1D3). s amorf idi, Şəkil 14a-da göstərilən geniş birincili və ikincili difraksiya maksimalları ilə göstərildiyi kimi. Bunlar metastabil/mezofaz çökmələrinin olmamasını göstərir, burada toz öz orijinal amorf strukturunu saxlayır. Bunun əksinə olaraq, eyni temperaturda (550 °C) səpilən toz, lakin substratın 0-da göründüyü kimi presedentlərin 1-də qaldığını göstərir. d Şəkil 13b-dəki oxlarla.