Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Í millitíðinni, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við gera síðuna án stíla og JavaScript.
Líffilmur eru mikilvægur þáttur í þróun langvinnra sýkinga, sérstaklega þegar kemur að lækningatækjum.Þetta vandamál er gríðarlega áskorun fyrir læknasamfélagið þar sem venjuleg sýklalyf geta aðeins eyðilagt líffilmur að mjög takmörkuðu leyti.Forvarnir gegn myndun líffilmu hefur leitt til þróunar á ýmsum húðunaraðferðum og nýjum efnum.Þessar aðferðir miða að því að húða yfirborð á þann hátt sem kemur í veg fyrir myndun líffilmu.Glerglermálmblöndur, sérstaklega þær sem innihalda kopar- og títanmálma, hafa orðið tilvalin örverueyðandi húðun.Á sama tíma hefur notkun kaldúðunartækni aukist þar sem hún er hentug aðferð til að vinna hitanæm efni.Hluti af markmiði þessarar rannsóknar var að þróa nýtt bakteríudrepandi filmu úr málmgleri sem samanstendur af Cu-Zr-Ni þrennu með vélrænni málmblöndunartækni.Kúlulaga duftið sem myndar lokaafurðina er notað sem hráefni til kaldúðunar á ryðfríu stáli yfirborði við lágt hitastig.Málmglerhúðuð undirlag gátu dregið verulega úr myndun líffilmu um að minnsta kosti 1 log samanborið við ryðfríu stáli.
Í gegnum mannkynssöguna hefur hvaða samfélagi sem er getað þróað og stuðlað að innleiðingu nýrra efna til að uppfylla sérstakar kröfur þess, sem hefur leitt til aukinnar framleiðni og stöðu í hnattvæddu hagkerfi1.Það hefur alltaf verið rakið til mannlegrar getu til að hanna efni og framleiðslutæki, svo og hönnun til að framleiða og einkenna efni til að ná heilsu, menntun, iðnaði, hagfræði, menningu og öðrum sviðum frá einu landi eða svæði til annars.Framfarir eru mældar óháð landi eða svæði2.Í 60 ár hafa efnisfræðingar varið miklum tíma í eitt aðalverkefni: leitina að nýju og háþróuðu efni.Nýlegar rannsóknir hafa beinst að því að bæta gæði og frammistöðu núverandi efna, auk þess að búa til og finna upp alveg nýjar tegundir efna.
Viðbót á málmblöndur, breyting á örbyggingu efnisins og beiting hitauppstreymis, vélrænnar eða hitameðhöndlunaraðferða hefur leitt til umtalsverðrar framförar á vélrænni, efnafræðilegum og eðlisfræðilegum eiginleikum ýmissa efna.Að auki hafa hingað til óþekkt efnasambönd verið framleidd með góðum árangri.Þessar þrálátu viðleitni hefur leitt til nýrrar fjölskyldu nýstárlegra efna sem sameiginlega kallast Advanced Materials2.Nanókristallar, nanóagnir, nanópípur, skammtapunktar, núllvídd, myndlaus málmgler og málmblöndur með mikilli óreiðu eru aðeins nokkur dæmi um háþróuð efni sem hafa komið fram í heiminum síðan um miðja síðustu öld.Við framleiðslu og þróun nýrra málmblöndur með bætta eiginleika, bæði í endanlegri vöru og á millistigum framleiðslu hennar, bætist oft vandamálið við ójafnvægi.Sem afleiðing af innleiðingu nýrrar framleiðslutækni sem gerir veruleg frávik frá jafnvægi hefur verið uppgötvaður alveg nýr flokkur metstöðugra málmblöndur, þekktur sem málmgler.
Starf hans hjá Caltech árið 1960 gjörbylti hugmyndinni um málmblöndur þegar hann smíðaði Au-25 at.% Si glerblöndur með því að storkna fljótt vökva við næstum milljón gráður á sekúndu.4 Uppgötvun prófessors Paul Duves markaði ekki aðeins upphaf sögu málmgleraugna (MS), heldur leiddi hún einnig til hugmyndabreytingar í því hvernig fólk hugsar um málmblöndur.Frá fyrstu brautryðjendarannsóknum í nýmyndun MS málmblöndur hafa næstum öll málmgler verið fengin að fullu með einni af eftirfarandi aðferðum: (i) hröð storknun bræðslunnar eða gufunnar, (ii) atómgrindarröskun, (iii) formbreytingarhvörf í föstu formi á milli hreinra málmþátta og (iv) fastfasabreytingar með stöðugum fasa.
MG einkennist af fjarveru langdrægrar lotukerfisröðunar sem tengist kristöllum, sem er einkennandi eiginleiki kristalla.Í nútíma heimi hafa miklar framfarir orðið á sviði málmglers.Þetta eru ný efni með áhugaverða eiginleika sem eru ekki aðeins áhugaverðir fyrir eðlisfræði á föstu formi, heldur einnig fyrir málmvinnslu, yfirborðsefnafræði, tækni, líffræði og mörg önnur svið.Þessi nýja tegund efnis hefur eiginleika sem eru ólíkir hörðum málmum, sem gerir það áhugaverðan kandídat fyrir tæknilega notkun á ýmsum sviðum.Þeir hafa nokkra mikilvæga eiginleika: (i) mikla vélrænni sveigjanleika og sveigjanleika, (ii) mikla segulgegndræpi, (iii) lágt þvingunarþol, (iv) óvenjulegt tæringarþol, (v) óháð hitastigi.Leiðni 6.7.
Mechanical alloying (MA)1,8 er tiltölulega ný aðferð, fyrst kynnt árið 19839 af prófessor KK Kok og samstarfsmönnum hans.Þeir framleiddu formlaust Ni60Nb40 duft með því að mala blöndu af hreinum frumefnum við umhverfishita mjög nálægt stofuhita.Venjulega er MA hvarfið framkvæmt á milli dreifingartengingar hvarfefnadufts í reactor, venjulega úr ryðfríu stáli, í kúlumylla.10 (Mynd 1a, b).Síðan þá hefur þessi vélrænt framkallaða viðbragðsaðferð í föstu formi verið notuð til að undirbúa nýtt formlaust/málmað glerblendiduft með því að nota lág- (mynd 1c) og orkumikla kúlumylla og stangamylla11,12,13,14,15,16.Einkum hefur þessi aðferð verið notuð til að útbúa óblandanleg kerfi eins og Cu-Ta17 sem og hábræðslumarkblöndur eins og Al-transition metal (TM, Zr, Hf, Nb og Ta)18,19 og Fe-W20 kerfi., sem ekki er hægt að fá með hefðbundnum matreiðsluaðferðum.Að auki er MA talið eitt af öflugustu nanótæknitækjunum til framleiðslu á nanókristölluðum og nanósamsettum duftagnum af málmoxíðum, karbíðum, nítríðum, hýdríðum, kolefnisnanorörum, nanódemantum, auk víðtækrar stöðugleika með því að nota ofan frá og niður nálgun.1 og metstable stigum.
Skýringarmynd sem sýnir framleiðsluaðferðina sem notuð var til að undirbúa Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 málmglerhúðina í þessari rannsókn.(a) Undirbúningur á MC áldufti með mismunandi styrkleika af Ni x (x; 10, 20, 30 og 40 at.%) með því að nota lágorku kúlumölunaraðferðina.(a) Upphafsefnið er hlaðið í verkfærahólk ásamt verkfærastálkúlum og (b) innsiglað í hanskaboxi sem er fyllt með He-atrúmslofti.(c) Gegnsætt líkan af malaílátinu sem sýnir hreyfingu boltans meðan á malun stendur.Loka duftafurðin sem fékkst eftir 50 klukkustundir var notuð til að kaldúða húðun á SUS 304 undirlaginu (d).
Þegar kemur að lausu efnisyfirborði (hvarfefni), felur yfirborðsverkfræði í sér hönnun og breytingu á yfirborði (hvarfefni) til að veita ákveðna eðlisfræðilega, efnafræðilega og tæknilega eiginleika sem eru ekki til staðar í upprunalega lausu efninu.Sumir eiginleikar sem hægt er að bæta á áhrifaríkan hátt með yfirborðsmeðferð eru núningi, oxunar- og tæringarþol, núningsstuðull, lífvirkleiki, rafeiginleikar og hitaeinangrun, svo eitthvað sé nefnt.Yfirborðsgæði er hægt að bæta með málmvinnslu, vélrænum eða efnafræðilegum aðferðum.Sem vel þekkt ferli er húðun einfaldlega skilgreind sem eitt eða fleiri lög af efni sem er sett á tilbúið yfirborð magnhluts (undirlags) úr öðru efni.Þannig er húðun að hluta til notuð til að ná tilætluðum tæknilegum eða skreytingareiginleikum, sem og til að vernda efni fyrir væntanlegum efna- og eðlisfræðilegum samskiptum við umhverfið23.
Hægt er að nota ýmsar aðferðir og aðferðir til að setja á viðeigandi hlífðarlög frá nokkrum míkrómetrum (undir 10-20 míkrómetrum) upp í meira en 30 míkrómetra eða jafnvel nokkra millimetra að þykkt.Almennt má skipta húðunarferlum í tvo flokka: (i) blauthúðunaraðferðir, þar á meðal rafhúðun, rafhúðun og heitgalvaniserun, og (ii) þurrhúðunaraðferðir, þar með talið lóðun, harðhúðun, líkamleg gufuútfelling (PVD).), efnagufuútfellingu (CVD), varmaúðunartækni og nýlega kaldúðunartækni 24 (Mynd 1d).
Líffilmur eru skilgreindar sem örverusamfélög sem eru óafturkræf fest við yfirborð og umkringd sjálfframleiddum utanfrumufjölliðum (EPS).Myndun á yfirborðsþroskaðri líffilmu getur leitt til verulegs taps í mörgum atvinnugreinum, þar á meðal matvælavinnslu, vatnskerfum og heilsugæslu.Hjá mönnum, með myndun líffilma, er erfitt að meðhöndla meira en 80% tilvika örverusýkinga (þar á meðal Enterobacteriaceae og Staphylococci).Að auki hefur verið greint frá því að þroskaðar líffilmur séu 1000 sinnum ónæmari fyrir sýklalyfjameðferð samanborið við svif bakteríufrumur, sem er talið mikil lækningaleg áskorun.Sögulega hafa örverueyðandi yfirborðshúðunarefni verið notuð úr algengum lífrænum efnasamböndum.Þrátt fyrir að slík efni innihaldi oft eitruð efni sem geta hugsanlega verið skaðleg mönnum,25,26 getur þetta hjálpað til við að forðast bakteríuflutning og niðurbrot efnis.
Víðtækt þol baktería gegn sýklalyfjameðferð vegna líffilmumyndunar hefur leitt til þess að þróa þarf áhrifaríkt sýklalyfjahimnuhúðað yfirborð sem hægt er að nota á öruggan hátt27.Þróun á eðlisfræðilegu eða efnafræðilegu andloðun yfirborði sem bakteríufrumur geta ekki bundist og myndað líffilmur vegna viðloðunarinnar er fyrsta aðferðin í þessu ferli27.Önnur tæknin er að þróa húðun sem skilar örverueyðandi efnum nákvæmlega þar sem þeirra er þörf, í mjög þéttu og sérsniðnu magni.Þetta er náð með þróun einstakra húðunarefna eins og grafen/germanium28, svartur demantur29 og ZnO30-dópaður demantslíkur kolefnishúð sem er ónæm fyrir bakteríum, tækni sem hámarkar þróun eiturhrifa og viðnáms vegna myndunar líffilmu.Að auki er húðun sem inniheldur sýkladrepandi efni sem veita langtímavörn gegn bakteríumengun sífellt vinsælli.Þó að allar þrjár aðferðirnar geti haft örverueyðandi virkni á húðuðu yfirborði, hefur hver sitt sett af takmörkunum sem ætti að hafa í huga við þróun notkunarstefnu.
Vörurnar sem nú eru á markaðnum eru hindraðar vegna skorts á tíma til að greina og prófa hlífðarhúð fyrir líffræðilega virk efni.Fyrirtæki halda því fram að vörur þeirra muni veita notendum æskilega hagnýta þætti, en þetta hefur hins vegar orðið hindrun fyrir velgengni þeirra vara sem nú eru á markaðnum.Efnasambönd sem unnin eru úr silfri eru notuð í langflestum sýklalyfjum sem nú eru til neytenda.Þessar vörur eru hannaðar til að vernda notendur fyrir hugsanlega skaðlegri útsetningu fyrir örverum.Seinkuð örverueyðandi áhrif og tilheyrandi eituráhrif silfurefnasambanda auka þrýsting á vísindamenn að þróa minna skaðlegan valkost36,37.Það er enn áskorun að búa til alþjóðlega sýklalyfjahúð sem virkar að innan sem utan.Þessu fylgir tilheyrandi heilsu- og öryggisáhætta.Það er mjög eftirsótt markmið að uppgötva örverueyðandi efni sem er minna skaðlegt mönnum og finna út hvernig á að fella það inn í húðun undirlag með lengri geymsluþol38.Nýjustu sýkla- og sýklafilmuefnin eru hönnuð til að drepa bakteríur í návígi annað hvort með beinni snertingu eða eftir losun virka efnisins.Þeir geta gert þetta með því að hindra upphaflega viðloðun baktería (þar á meðal að koma í veg fyrir myndun próteinlags á yfirborðinu) eða með því að drepa bakteríur með því að trufla frumuvegginn.
Í meginatriðum er yfirborðshúð ferlið við að setja annað lag á yfirborð íhluta til að bæta yfirborðseiginleikana.Tilgangur yfirborðshúðunar er að breyta örbyggingu og/eða samsetningu nær yfirborðs svæðis íhluta39.Hægt er að skipta yfirborðshúðunaraðferðum í mismunandi aðferðir sem eru teknar saman á mynd 2a.Húðun má skipta í varma-, efna-, eðlis- og rafefnaflokka eftir því hvaða aðferð er notuð til að búa til húðunina.
(a) Innskot sem sýnir helstu yfirborðsframleiðslutækni og (b) valda kosti og galla kaldúðunaraðferðarinnar.
Köldu úðatækni á margt sameiginlegt með hefðbundinni varmaúðatækni.Hins vegar eru einnig nokkrir grundvallareiginleikar sem gera kaldúðunarferlið og kalt úðaefni sérstaklega einstakt.Köldu úðatæknin er enn á byrjunarstigi, en hún á mikla framtíð fyrir sér.Í sumum tilfellum bjóða hinir einstöku eiginleikar köldu úðunar upp á mikla ávinning og sigrast á takmörkunum hefðbundinnar varmaúðunartækni.Það sigrar verulega takmarkanir hefðbundinnar hitauppstreymistækni, þar sem duftið verður að bræða til að setja það á undirlag.Augljóslega er þetta hefðbundna húðunarferli ekki hentugur fyrir mjög hitanæm efni eins og nanókristalla, nanóagnir, myndlaus og málmgleraugu40, 41, 42. Að auki hafa hitauppstreymishúðunarefni alltaf mikið magn af porosity og oxíðum.Köldu úðatæknin hefur marga verulega kosti fram yfir varma úðatæknina, svo sem (i) lágmarks hitainntak til undirlagsins, (ii) sveigjanleiki við val á undirlagshúðinni, (iii) engin fasabreyting og kornvöxtur, (iv) hár límstyrkur1 ,39 (mynd 2b).Að auki hafa kalt úðahúðunarefni mikla tæringarþol, mikinn styrk og hörku, mikla rafleiðni og mikinn þéttleika41.Þrátt fyrir kosti kaldúðunarferlisins hefur þessi aðferð samt nokkra galla eins og sýnt er á mynd 2b.Þegar húðuð er hreint keramikduft eins og Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, osfrv., er ekki hægt að nota köldu úðunaraðferðina.Á hinn bóginn er hægt að nota keramik/málm samsett duft sem hráefni í húðun.Sama gildir um aðrar varmaúðunaraðferðir.Erfitt yfirborð og pípuinnréttingar er enn erfitt að úða.
Með hliðsjón af því að þessi vinna beinist að notkun á glerdufti úr málmi sem upphafsefni fyrir húðun, er ljóst að ekki er hægt að nota hefðbundna hitauppstreymi í þessum tilgangi.Þetta stafar af því að málmglerandi duft kristallast við háan hita1.
Flest tækin sem notuð eru í lækninga- og matvælaiðnaðinum eru gerð úr austenitískum ryðfríu stáli málmblöndur (SUS316 og SUS304) með króminnihaldi 12 til 20 þyngdar% til framleiðslu á skurðaðgerðartækjum.Það er almennt viðurkennt að notkun krómmálms sem málmblöndur í stálblendi getur verulega bætt tæringarþol venjulegs stálblendis.Ryðfrítt stálblendi, þrátt fyrir mikla tæringarþol, hafa ekki marktæka sýklalyfjaeiginleika38,39.Þetta stangast á við mikla tæringarþol þeirra.Eftir það er hægt að spá fyrir um þróun sýkinga og bólgu, sem eru aðallega vegna bakteríuviðloðunar og landnáms á yfirborði lífefna úr ryðfríu stáli.Verulegir erfiðleikar geta komið upp vegna verulegra erfiðleika sem tengjast viðloðun baktería og líffilmumyndunarferlum sem geta leitt til heilsubrests sem getur haft margvíslegar afleiðingar sem geta beint eða óbeint haft áhrif á heilsu manna.
Þessi rannsókn er fyrsti áfangi verkefnis sem styrkt er af Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), samningur nr.2010-550401, til að kanna hagkvæmni þess að framleiða málmgljáandi Cu-Zr-Ni þrefalt duft með MA tækni (tafla).1) Til framleiðslu á SUS304 bakteríudrepandi yfirborðsvörn filmu/húð.Annar áfangi verkefnisins, sem á að hefjast í janúar 2023, mun rannsaka ítarlega galvaníska tæringareiginleika og vélræna eiginleika kerfisins.Gerðar verða ítarlegar örverurannsóknir fyrir ýmsar tegundir baktería.
Þessi grein fjallar um áhrif Zr málmblöndunnar á glermyndunargetu (GFA) byggt á formfræðilegum og byggingareiginleikum.Að auki var einnig fjallað um bakteríudrepandi eiginleika dufthúðaðs málmglers/SUS304 samsetts.Að auki hefur áframhaldandi vinna verið unnin til að kanna möguleika á burðarbreytingum á málmglerdufti sem eiga sér stað við köldu úðun á ofkældu vökvasvæði framleiddra málmglerkerfa.Cu50Zr30Ni20 og Cu50Zr20Ni30 málmglerblöndur voru notaðar sem dæmigerð dæmi í þessari rannsókn.
Þessi hluti sýnir formfræðilegar breytingar á dufti af frumefni Cu, Zr og Ni við lágorku kúlumölun.Tvö mismunandi kerfi sem samanstanda af Cu50Zr20Ni30 og Cu50Zr40Ni10 verða notuð sem lýsandi dæmi.MA ferlinu má skipta í þrjú aðskilin stig, eins og sést af málmfræðilegri lýsingu á duftinu sem fæst í mölunarstigi (mynd 3).
Málmeiginleikar dufts úr vélrænum málmblöndur (MA) sem fæst eftir mismunandi stig kúlumölunar.Skanna rafeindasmásjármyndir (FE-SEM) af MA og Cu50Zr40Ni10 dufti sem fengust eftir lágorku kúlumölun í 3, 12 og 50 klukkustundir eru sýndar í (a), (c) og (e) fyrir Cu50Zr20Ni30 kerfið, á sama MA.Samsvarandi myndir af Cu50Zr40Ni10 kerfinu teknar eftir tíma eru sýndar í (b), (d) og (f).
Við kúlumölun er áhrifarík hreyfiorka sem hægt er að flytja til málmduftsins fyrir áhrifum af blöndu af breytum, eins og sýnt er á mynd 1a.Þetta felur í sér árekstra milli bolta og dufts, skúfþjöppunar á dufti sem festist á milli eða á milli malarmiðla, högg frá fallandi boltum, klippingu og slit af völdum dufttogs á milli hreyfihluta kúlumylla og höggbylgju sem fer í gegnum fallandi kúlur sem breiðist út í gegnum hlaðna ræktun (mynd 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии Манней стадии Манней стадии Манней стадии Манней стадии Манел чобю ч рупных частиц порошка (> 1 mmm в диаметре). Frumefni Cu, Zr og Ni duftið var verulega vansköpuð vegna kaldsuðu á frumstigi MA (3 klst), sem leiddi til myndunar stórra duftagna (> 1 mm í þvermál).Þessar stóru samsettu agnir einkennast af myndun þykkra laga af málmblöndurþáttum (Cu, Zr, Ni), eins og sýnt er á mynd.3a,b.Aukning á MA tíma í 12 klst (millistig) leiddi til aukningar á hreyfiorku kúlumyllunnar, sem leiddi til niðurbrots á samsettu duftinu í smærri duft (minna en 200 μm), eins og sýnt er á mynd 3c, borg .Á þessu stigi leiðir skurðkrafturinn til myndunar nýs málmyfirborðs með þunnum Cu, Zr, Ni vísbendingarlögum, eins og sýnt er á mynd 3c, d.Sem afleiðing af mölun laganna við tengi flöganna verða viðbrögð í fastfasa með myndun nýrra fasa.
Á hápunkti MA ferlisins (eftir 50 klst) var varla áberandi flögumálmgreining (mynd 3e, f) og spegilmálmgreining sást á fáguðu yfirborði duftsins.Þetta þýðir að MA ferlinu var lokið og einn hvarffasi var búinn til.Frumefnasamsetning svæðanna sem sýnd eru á myndum.3e (I, II, III), f, v, vi) voru ákvörðuð með rafeindasmásjá (FE-SEM) ásamt orkudreifandi röntgengreiningu (EDS).(IV).
Í töflu.2 frumefnisstyrkur álefnaþátta eru sýndir sem hlutfall af heildarmassa hvers svæðis sem valið er á mynd.3e, f.Þegar þessar niðurstöður eru bornar saman við upphaflega nafnsamsetningu Cu50Zr20Ni30 og Cu50Zr40Ni10 í töflu 1 kemur í ljós að samsetning þessara tveggja lokaafurða er mjög nálægt nafnsamsetningunni.Að auki benda hlutfallsleg gildi íhlutanna fyrir svæðin sem talin eru upp á mynd 3e,f ekki til marktækrar rýrnunar eða breytileika í samsetningu hvers sýnis frá einu svæði til annars.Þetta sést af því að engin breyting er á samsetningu frá einu svæði til annars.Þetta gefur til kynna framleiðslu á samræmdu áldufti eins og sýnt er í töflu 2.
FE-SEM smámyndir af Cu50(Zr50-xNix) lokaafurðarduftinu voru fengnar eftir 50 MA sinnum, eins og sýnt er á mynd 4a-d, þar sem x er 10, 20, 30 og 40 at.%, í sömu röð.Eftir þetta mölunarskref safnast duftið saman vegna van der Waals áhrifanna, sem leiðir til myndunar stórra agna sem samanstanda af ofurfínum ögnum með þvermál 73 til 126 nm, eins og sýnt er á mynd 4.
Formfræðilegir eiginleikar Cu50(Zr50-xNix) dufts sem fæst eftir 50 klukkustunda MA.Fyrir Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 kerfin eru FE-SEM myndirnar af dufti sem fengust eftir 50 MA sýndar í (a), (b), (c) og (d), í sömu röð.
Áður en duftinu var hlaðið í kalda úðafóðrið voru þau fyrst hljóðlát í etanóli af greiningargráðu í 15 mínútur og síðan þurrkuð við 150°C í 2 klukkustundir.Þetta skref verður að taka til að berjast gegn þéttingu, sem oft veldur mörgum alvarlegum vandamálum í húðunarferlinu.Eftir að MA ferlinu lauk voru gerðar frekari rannsóknir til að kanna einsleitni álduftanna.Á mynd.5a–d sýna FE-SEM smámyndir og samsvarandi EDS myndir af Cu, Zr og Ni málmblöndurþáttum Cu50Zr30Ni20 málmblöndunnar teknar eftir 50 klst tíma M, í sömu röð.Það skal tekið fram að álduftið sem fæst eftir þetta skref er einsleitt, þar sem það sýnir engar samsetningarsveiflur umfram undir-nanómetrastigið, eins og sýnt er á mynd 5.
Formgerð og staðbundin dreifing frumefna í MG Cu50Zr30Ni20 dufti sem fæst eftir 50 MA með FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) SEM og röntgenmyndgreining EDS af (b) Cu-Kα, (c) Zr-La og (d) Ni-Kα.
Röntgengeislunarmynstur vélrænt blandaðs Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 og Cu50Zr20Ni30 duft sem fæst eftir 50 klukkustunda MA eru sýnd á myndum.6a–d, í sömu röð.Eftir þetta mölunarstig höfðu öll sýni með mismunandi Zr styrk formlausa uppbyggingu með einkennandi halódreifingarmynstri sem sýnt er á mynd 6.
Röntgengeislunarmynstur Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) og Cu50Zr20Ni30 (d) duft eftir MA í 50 klst.Halo-dreifingarmynstur sást í öllum sýnum án undantekninga, sem gefur til kynna myndun myndlauss fasa.
Háupplausn sviðslosunar rafeindasmásjár (FE-HRTEM) var notuð til að fylgjast með byggingarbreytingum og skilja staðbundna uppbyggingu dufts sem stafar af kúlumölun á mismunandi MA tímum.Myndir af dufti sem fæst með FE-HRTEM aðferðinni eftir fyrstu (6 klst.) og millistig (18 klst.) mölunar Cu50Zr30Ni20 og Cu50Zr40Ni10 dufts eru sýndar á myndum.7a, í sömu röð.Samkvæmt birtusviðsmyndinni (BFI) af duftinu sem fæst eftir 6 klst af MA samanstendur duftið af stórum kornum með skýrt skilgreind mörk fcc-Cu, hcp-Zr og fcc-Ni frumefnanna og engin merki eru um myndun hvarffasa, eins og sýnt er á mynd 7a.Að auki sýndi fylgni valið svæði diffraction mynstur (SADP) tekið frá miðsvæðinu (a) skarpt diffraction mynstur (Mynd. 7b) sem gefur til kynna nærveru stórra kristalla og fjarveru hvarffasa.
Staðbundnir byggingareiginleikar MA duftsins sem fengust eftir byrjun (6 klst.) og millistig (18 klst.).(a) Háupplausn sviðsgeislunar rafeindasmásjár (FE-HRTEM) og (b) samsvarandi valið svæðisdiffractogram (SADP) af Cu50Zr30Ni20 dufti eftir MA meðferð í 6 klukkustundir.FE-HRTEM myndin af Cu50Zr40Ni10 sem fengin var eftir 18 klukkustunda MA er sýnd í (c).
Eins og sýnt er á mynd.7c leiddi aukning á lengd MA í 18 klst til alvarlegra grindargalla ásamt plastískri aflögun.Á þessu millistig MA ferlisins koma fram ýmsir gallar í duftinu, þar á meðal stöflun, grindargalla og punktgalla (mynd 7).Þessir gallar valda sundrun stórra korna meðfram kornamörkum í undirkorn sem eru minni en 20 nm að stærð (Mynd 7c).
Staðbundin uppbygging Cu50Z30Ni20 duftsins sem er malað í 36 klst MA einkennist af myndun ofurfínna nanókorna sem eru felld inn í myndlaust þunnt fylki, eins og sýnt er á mynd 8a.Staðbundin greining á EMF sýndi að nanóþyrpingarnir sem sýndir eru á myndum.8a eru tengd ómeðhöndluðum Cu, Zr og Ni duftblöndur.Innihald Cu í fylkinu var breytilegt frá ~32 at.% (fátækt svæði) til ~74 at.% (ríkt svæði), sem gefur til kynna myndun misleitra afurða.Að auki sýna samsvarandi SADPs af duftunum sem fást eftir mölun í þessu skrefi frum- og efri haló-dreifingu formlausa fasahringi sem skarast við skarpa punkta sem tengjast þessum ómeðhöndluðu málmblöndurþáttum, eins og sýnt er á mynd 8b.
Staðbundnir byggingareiginleikar á nanóskala Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 dufts.(a) Björt sviðsmynd (BFI) og samsvarandi (b) SADP af Cu50Zr30Ni20 dufti sem fæst eftir mölun í 36 klst. MA.
Undir lok MA ferlisins (50 klst) hafa Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 og 40 at.% duft, án undantekninga, völundarhús formgerð formlausna fasans, eins og sýnt er á mynd.Hvorki var hægt að greina punktdreifingu né skarpt hringlaga mynstur í samsvarandi SADS hvers samsetningar.Þetta gefur til kynna að ómeðhöndluð kristallaður málmur sé ekki til, heldur myndun myndlauss áldufts.Þessar fylgni SADPs sem sýna halódreifingarmynstur voru einnig notaðar sem sönnunargögn fyrir þróun myndlausra fasa í lokaafurðinni.
Staðbundin uppbygging lokaafurðar Cu50 MS kerfisins (Zr50-xNix).FE-HRTEM og fylgni nanobeam diffraction mynstur (NBDP) af (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, og (d) Cu50Zr10Ni40 fengin eftir 50 klst af MA.
Með því að nota mismunandi skönnun hitaeiningamælinga var hitastöðugleiki glerbreytingshitastigs (Tg), ofkælda vökvasvæðisins (ΔTx) og kristöllunarhitastigs (Tx) rannsakaður eftir innihaldi Ni (x) í Cu50(Zr50-xNix) formlausa kerfinu.(DSC) eiginleika í He gasflæðinu.DSC ferlar dufts af Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 og Cu50Zr10Ni40 myndlausum málmblöndur sem fengust eftir MA í 50 klst. eru sýndar á myndum.10a, b, e, í sömu röð.Þó að DSC ferill formlauss Cu50Zr20Ni30 sé sýndur sérstaklega á mynd 10. öld Á sama tíma er Cu50Zr30Ni20 sýni hitað í ~700°C í DSC sýnt á mynd 10g.
Hitastöðugleiki Cu50(Zr50-xNix) MG dufts sem fæst eftir MA í 50 klukkustundir er ákvarðaður af glerbreytingarhitastigi (Tg), kristöllunarhitastigi (Tx) og ofurkældu vökvasvæði (ΔTx).Hitamyndir af mismunandi skanna hitaeiningum (DSC) dufti af Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), og (e) Cu50Zr10Ni40 MG áldufti eftir MA í 50 klukkustundir.Röntgengeislunarmynstur (XRD) af Cu50Zr30Ni20 sýni sem er hitað að ~700°C í DSC er sýnt í (d).
Eins og sýnt er á mynd 10, gefa DSC ferlar fyrir allar samsetningar með mismunandi nikkelstyrk (x) til kynna tvö mismunandi tilvik, annað innhita og hitt útverma.Fyrsti innhitatilvikið samsvarar Tg og sá seinni tengist Tx.Lárétta spansvæðið sem er á milli Tg og Tx er kallað undirkælt vökvasvæði (ΔTx = Tx – Tg).Niðurstöðurnar sýna að Tg og Tx á Cu50Zr40Ni10 sýninu (Mynd 10a) sett við 526°C og 612°C færa innihaldið (x) upp í 20 at % í átt að lághitahliðinni 482°C og 563°C.°C með vaxandi Ni-innihaldi (x), í sömu röð, eins og sýnt er á mynd 10b.Þar af leiðandi lækkar ΔTx Cu50Zr40Ni10 úr 86°С (mynd 10a) í 81°С fyrir Cu50Zr30Ni20 (mynd 10b).Fyrir MC Cu50Zr40Ni10 málmblönduna kom einnig fram lækkun á gildum Tg, Tx og ΔTx í 447°С, 526°С og 79°С (mynd 10b).Þetta gefur til kynna að aukning á Ni-innihaldi leiði til lækkunar á hitastöðugleika MS málmblöndunnar.Þvert á móti er gildi Tg (507 °C) MC Cu50Zr20Ni30 málmblöndunnar lægra en MC Cu50Zr40Ni10 málmblöndunnar;engu að síður sýnir Tx þess gildi sem er sambærilegt við það (612 °C).Þess vegna hefur ΔTx hærra gildi (87°C) eins og sýnt er á mynd.10. öld
Cu50(Zr50-xNix) MC kerfið, sem notar Cu50Zr20Ni30 MC málmblönduna sem dæmi, kristallast í gegnum skarpan útverma topp í fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 og orthorhombic-ZrNi kristalla fasa 10c (mynd).Þessi fasabreyting frá myndlausu yfir í kristallað var staðfest með röntgengeislunargreiningu á MG sýninu (mynd 10d) sem var hitað í 700 °C í DSC.
Á mynd.11 sýnir myndir sem teknar voru við kaldúðunarferlið sem unnið er í núverandi verki.Í þessari rannsókn voru glerkenndar málmduftagnir sem voru tilbúnar eftir MA í 50 klukkustundir (með Cu50Zr20Ni30 sem dæmi) notaðar sem bakteríudrepandi hráefni og ryðfrítt stálplata (SUS304) var kaldúðahúðuð.Kaldaúðaaðferðin var valin til húðunar í varma úða tækni röðinni vegna þess að það er skilvirkasta aðferðin í varma úða tækni röðinni þar sem það er hægt að nota fyrir málm metstöðug hitaviðkvæm efni eins og myndlaust og nanókristallað duft.Ekki háð áfanga.umskipti.Þetta er aðalatriðið í því að velja þessa aðferð.Kalda útfellingarferlið er framkvæmt með því að nota háhraða agnir sem umbreyta hreyfiorku agnanna í plastaflögun, aflögun og hita við högg á undirlagið eða áður settar agnir.
Vettvangsmyndir sýna köldu úðunaraðferðina sem notuð var við fimm blöndur í röð af MG/SUS 304 við 550°C.
Hreyfiorku agnanna, sem og skriðþunga hverrar agna við myndun hjúpsins, verður að breyta í önnur orkuform með aðferðum eins og plasta aflögun (aðalagnir og millikorna víxlverkun í fylkinu og víxlverkun agna), millivefshnútar af föstum efnum, snúningur á milli agna, aflögun í samlagningu og takmörkun í varmaorku 3 er ekki umbreytt í hreyfiorku. varmaorka og aflögunarorka verður útkoman teygjanlegur árekstur sem þýðir að agnirnar hoppa einfaldlega af eftir högg.Það hefur verið tekið fram að 90% af höggorkunni sem beitt er á ögnina/undirlagsefnið er breytt í staðbundna hita 40 .Þar að auki, þegar höggálagi er beitt, næst há plastspennuhraði á snertisvæði agna/undirlags á mjög stuttum tíma41,42.
Plastaflögun er venjulega talin ferli orkudreifingar, eða öllu heldur, sem hitagjafi á milliflatasvæðinu.Hins vegar er hækkun hitastigs á milliflatasvæðinu venjulega ekki nægjanleg til að bráðnun milli andlits eða veruleg örvun á gagnkvæmri dreifingu frumeinda komi fram.Engin útgáfa sem höfundar vita hefur rannsakað áhrif eiginleika þessara málmgljáandi dufta á viðloðun dufts og sest þegar köldu úðunaraðferðir eru notaðar.
BFI MG Cu50Zr20Ni30 álduftsins má sjá á mynd 12a, sem var sett á SUS 304 undirlagið (mynd 11, 12b).Eins og sjá má á myndinni halda húðuðu duftin upprunalegri myndlausri uppbyggingu þar sem þau hafa viðkvæma völundarhúsbyggingu án nokkurra kristallaða eiginleika eða grindargalla.Aftur á móti gefur myndin til kynna að framandi fasi sé til staðar, eins og sést af nanóögnunum sem eru í MG-húðuðu duftfylkiinu (Mynd 12a).Mynd 12c sýnir verðtryggða dreifingarmynstur nanógeisla (NBDP) sem tengist svæði I (Mynd 12a).Eins og sýnt er á mynd.12c, NBDP sýnir veikt haló-dreifingarmynstur af formlausri uppbyggingu og er samhliða skörpum blettum sem samsvara kristallaðum stórum tenings metstöðugum Zr2Ni fasa auk fjórhyrnings CuO fasa.Myndun CuO má skýra með oxun duftsins þegar farið er úr stút úðabyssunnar í SUS 304 undir berum himni í yfirhljóðsstreymi.Aftur á móti leiddi afglerjun glerdufts úr málmi til myndunar stórra kúbikfasa eftir kaldúðameðferð við 550°C í 30 mín.
(a) FE-HRTEM mynd af MG dufti sett á (b) SUS 304 undirlag (Mynd innskot).NBDP vísitala hringtáknisins sem sýnt er í (a) er sýnd í (c).
Til að prófa þennan hugsanlega fyrirkomulag fyrir myndun stórra teninga Zr2Ni nanóagna var gerð sjálfstæð tilraun.Í þessari tilraun var dufti úðað úr úðabúnaði við 550°C í átt að SUS 304 undirlaginu;Hins vegar, til að ákvarða glæðingaráhrifin, voru duftin fjarlægð af SUS304 ræmunni eins fljótt og auðið var (um 60 s).).Önnur röð tilrauna var framkvæmd þar sem duftið var fjarlægt af undirlaginu um það bil 180 sekúndum eftir ásetningu.
Myndir 13a,b sýna skannandi rafeindasmásjármyndir (STEM) dökksviðsmyndir (DFI) af tveimur sputtered efni sem komið er fyrir á SUS 304 hvarfefni í 60 s og 180 s, í sömu röð.Púðurmyndin sem er afhent í 60 sekúndur skortir formfræðilegar upplýsingar, sem sýnir einkennisleysi (mynd 13a).Þetta var einnig staðfest með XRD, sem sýndi að heildarbygging þessara dufta var myndlaus, eins og gefur til kynna með breiðu aðal- og aukadiffrutoppunum sem sýndir eru á mynd 14a.Þetta gefur til kynna að engin metstöðug/mesófasa botnfall sé til staðar, þar sem duftið heldur upprunalegri myndlausri uppbyggingu sinni.Aftur á móti sýndi duftið sem sett var út við sama hitastig (550°C) en skilið eftir á undirlaginu í 180 s útfellingu á nanóstærð korna, eins og sýnt er með örvunum á mynd 13b.