გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული CSS მხარდაჭერა.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).იმავდროულად, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვიყვანთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
ბიოფილმები მნიშვნელოვანი კომპონენტია ქრონიკული ინფექციების განვითარებაში, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე ეხება სამედიცინო მოწყობილობებს.ეს პრობლემა უზარმაზარ გამოწვევას წარმოადგენს სამედიცინო საზოგადოებისთვის, რადგან სტანდარტულ ანტიბიოტიკებს შეუძლიათ ბიოფილების განადგურება მხოლოდ ძალიან შეზღუდული ზომით.ბიოფილმის წარმოქმნის პრევენციამ განაპირობა დაფარვის სხვადასხვა მეთოდებისა და ახალი მასალების შემუშავება.ეს ტექნიკა მიზნად ისახავს ზედაპირების დაფარვას ისე, რომ თავიდან აიცილოს ბიოფილმის წარმოქმნა.მინისებური ლითონის შენადნობები, განსაკუთრებით სპილენძისა და ტიტანის ლითონების შემცველი, იდეალური ანტიმიკრობული საფარი გახდა.ამავდროულად, გაიზარდა ცივი შესხურების ტექნოლოგიის გამოყენება, რადგან ეს არის შესაფერისი მეთოდი ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე მასალების დასამუშავებლად.ამ კვლევის მიზნის ნაწილი იყო ახალი ანტიბაქტერიული ფირის მეტალის შუშის შემუშავება, რომელიც შედგება Cu-Zr-Ni სამეულისგან მექანიკური შენადნობის ტექნიკის გამოყენებით.სფერული ფხვნილი, რომელიც ქმნის საბოლოო პროდუქტს, გამოიყენება როგორც ნედლეული უჟანგავი ფოლადის ზედაპირების ცივი შესხურებისთვის დაბალ ტემპერატურაზე.ლითონის შუშის დაფარული სუბსტრატებმა შეძლეს მნიშვნელოვნად შეამცირონ ბიოფილმის წარმოქმნა სულ მცირე 1 ლოგით უჟანგავი ფოლადთან შედარებით.
კაცობრიობის ისტორიის განმავლობაში, ნებისმიერ საზოგადოებას შეუძლია განავითაროს და ხელი შეუწყოს ახალი მასალების დანერგვას მისი სპეციფიკური მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, რის შედეგადაც გაიზარდა პროდუქტიულობა და რეიტინგი გლობალიზებულ ეკონომიკაში1.ეს ყოველთვის მიეკუთვნებოდა ადამიანის უნარს, შექმნას მასალები და საწარმოო აღჭურვილობა, ისევე როგორც მასალების დამზადება და დახასიათება, რათა მიაღწიოს ჯანმრთელობის, განათლების, მრეწველობის, ეკონომიკის, კულტურისა და სხვა სფეროებს ერთი ქვეყნიდან ან რეგიონიდან მეორეში.პროგრესი იზომება ქვეყნის ან რეგიონის მიუხედავად2.60 წლის განმავლობაში მასალების მეცნიერებმა დიდი დრო დაუთმეს ერთ მთავარ ამოცანას: ახალი და მოწინავე მასალების ძიებას.ბოლო კვლევები ფოკუსირებული იყო არსებული მასალების ხარისხისა და მუშაობის გაუმჯობესებაზე, ასევე სრულიად ახალი ტიპის მასალების სინთეზირებასა და გამოგონებაზე.
შენადნობის ელემენტების დამატებამ, მასალის მიკროსტრუქტურის შეცვლამ და თერმული, მექანიკური ან თერმომექანიკური დამუშავების მეთოდების გამოყენებამ გამოიწვია სხვადასხვა მასალის მექანიკური, ქიმიური და ფიზიკური თვისებების მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება.გარდა ამისა, აქამდე უცნობი ნაერთები წარმატებით სინთეზირებულია.ამ მუდმივმა მცდელობებმა დასაბამი მისცა ინოვაციური მასალების ახალ ოჯახს, რომლებიც ერთობლივად ცნობილია როგორც Advanced Materials2.ნანოკრისტალები, ნანონაწილაკები, ნანომილები, კვანტური წერტილები, ნულოვანი განზომილებიანი, ამორფული მეტალის სათვალეები და მაღალი ენტროპიის შენადნობები მოწინავე მასალების მხოლოდ რამდენიმე მაგალითია, რომლებიც მსოფლიოში გასული საუკუნის შუა ხანებიდან გამოჩნდა.გაუმჯობესებული თვისებების მქონე ახალი შენადნობების წარმოებასა და განვითარებას, როგორც საბოლოო პროდუქტში, ასევე მისი წარმოების შუალედურ ეტაპებზე, ხშირად ემატება დისბალანსის პრობლემა.წარმოების ახალი ტექნიკის დანერგვის შედეგად, რომელიც საშუალებას იძლევა მნიშვნელოვანი გადახრები წონასწორობიდან, აღმოაჩინეს მეტასტაბილური შენადნობების სრულიად ახალი კლასი, რომელიც ცნობილია მეტალის სათვალეების სახელით.
მისმა მუშაობამ Caltech-ში 1960 წელს მოახდინა რევოლუცია ლითონის შენადნობების კონცეფციაში, როდესაც მან მოახდინა Au-25 at.% Si მინის შენადნობების სინთეზი სითხეების სწრაფად გამაგრებით თითქმის მილიონ გრადუსზე წამში.4 პროფესორ პოლ დიუვეზის აღმოჩენამ არა მხოლოდ აღინიშნა ლითონის სათვალეების (MS) ისტორიის დასაწყისი, არამედ გამოიწვია პარადიგმის ცვლილება, თუ როგორ ფიქრობენ ადამიანები ლითონის შენადნობებზე.MS შენადნობების სინთეზის პირველივე პიონერული კვლევის შემდეგ, თითქმის ყველა მეტალის მინა მთლიანად იქნა მიღებული ერთ-ერთი შემდეგი მეთოდის გამოყენებით: (i) დნობის ან ორთქლის სწრაფი გამაგრება, (ii) ატომური გისოსების დარღვევა, (iii) მყარი მდგომარეობის ამორფიზაციის რეაქციები სუფთა მეტალის ელემენტებს შორის და (iv) მყარი ფაზის გადასვლისას.
MG-ები გამოირჩევიან კრისტალებთან ასოცირებული შორ მანძილზე ატომური რიგის არარსებობით, რაც კრისტალების განმსაზღვრელი მახასიათებელია.თანამედროვე მსოფლიოში დიდი პროგრესია მიღწეული მეტალის მინის სფეროში.ეს არის ახალი მასალები საინტერესო თვისებებით, რომლებიც საინტერესოა არა მხოლოდ მყარი ფიზიკის, არამედ მეტალურგიის, ზედაპირის ქიმიის, ტექნოლოგიის, ბიოლოგიის და მრავალი სხვა სფეროსთვის.ამ ახალი ტიპის მასალას აქვს თვისებები, რომლებიც განსხვავდება მყარი ლითონებისგან, რაც მას საინტერესო კანდიდატად აქცევს სხვადასხვა სფეროში ტექნოლოგიური გამოყენებისთვის.მათ აქვთ რამდენიმე მნიშვნელოვანი თვისება: (i) მაღალი მექანიკური ელასტიურობა და გამძლეობა, (ii) მაღალი მაგნიტური გამტარიანობა, (iii) დაბალი იძულებითი მოქმედება, (iv) უჩვეულო კოროზიის წინააღმდეგობა, (v) ტემპერატურის დამოუკიდებლობა.გამტარობა 6.7.
მექანიკური შენადნობი (MA)1,8 შედარებით ახალი მეთოდია, რომელიც პირველად შემოიღეს 19839 წელს პროფესორ კ.კ.კოკმა და მისმა კოლეგებმა.მათ აწარმოეს ამორფული Ni60Nb40 ფხვნილები სუფთა ელემენტების ნარევის დაფქვით გარემოს ტემპერატურაზე ძალიან ახლოს ოთახის ტემპერატურაზე.როგორც წესი, MA რეაქცია ტარდება რეაქტორში, ჩვეულებრივ, უჟანგავი ფოლადისგან დამზადებულ რეაქტორში, რეაქტორ ფხვნილების დიფუზიურ შეერთებას შორის, ბურთის წისქვილში.10 (ნახ. 1a, b).მას შემდეგ, ეს მექანიკურად გამოწვეული მყარი მდგომარეობის რეაქციის მეთოდი გამოიყენება ახალი ამორფული/მეტალის მინის შენადნობის ფხვნილების მოსამზადებლად დაბალი (ნახ. 1c) და მაღალი ენერგიის ბურთულების და ღეროების წისქვილების გამოყენებით11,12,13,14,15,16.კერძოდ, ეს მეთოდი გამოიყენებოდა დაურევადი სისტემების მოსამზადებლად, როგორიცაა Cu-Ta17, ასევე მაღალი დნობის წერტილის შენადნობები, როგორიცაა Al-გარდამავალი ლითონი (TM, Zr, Hf, Nb და Ta)18,19 და Fe-W20 სისტემები., რომლის მიღება შეუძლებელია ჩვეულებრივი მომზადების მეთოდების გამოყენებით.გარდა ამისა, MA ითვლება ერთ-ერთ ყველაზე მძლავრ ნანოტექნოლოგიურ ინსტრუმენტად ლითონის ოქსიდების, კარბიდების, ნიტრიდების, ჰიდრიდების, ნახშირბადის ნანომილაკების, ნანობრილიანტების ნანოკრისტალური და ნანოკომპოზიტური ფხვნილის ნაწილაკების სამრეწველო მასშტაბის წარმოებისთვის, ასევე ფართო სტაბილიზაციისთვის ზემოდან ქვევით მიდგომის გამოყენებით.1 და მეტასტაბილური ეტაპები.
სქემა, რომელიც აჩვენებს დამზადების მეთოდს, რომელიც გამოიყენება Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 მეტალის მინის საფარის მოსამზადებლად ამ კვლევაში.(ა) MC შენადნობის ფხვნილების მომზადება Ni x-ის სხვადასხვა კონცენტრაციით (x; 10, 20, 30 და 40 ატ.%) დაბალი ენერგიის ბურთულების დაფქვის მეთოდით.(ა) საწყისი მასალა იტვირთება ხელსაწყოს ცილინდრში ხელსაწყოს ფოლადის ბურთულებთან ერთად და (ბ) ილუქება He ატმოსფეროში სავსე ხელთათმანების ყუთში.(გ) სახეხი ჭურჭლის გამჭვირვალე მოდელი, რომელიც ასახავს ბურთის მოძრაობას დაფქვის დროს.50 საათის შემდეგ მიღებული საბოლოო ფხვნილის პროდუქტი გამოიყენებოდა SUS 304 სუბსტრატის ცივი შესხურებისთვის (d).
როდესაც საქმე ეხება ნაყარი მასალის ზედაპირებს (სუბსტრატებს), ზედაპირის ინჟინერია მოიცავს ზედაპირების (სუბსტრატების) დიზაინს და მოდიფიკაციას გარკვეული ფიზიკური, ქიმიური და ტექნიკური თვისებების უზრუნველსაყოფად, რომლებიც არ არის წარმოდგენილი თავდაპირველ ნაყარ მასალაში.ზოგიერთი თვისება, რომელიც შეიძლება ეფექტურად გაუმჯობესდეს ზედაპირის დამუშავებით, მოიცავს აბრაზიას, ჟანგვის და კოროზიის წინააღმდეგობას, ხახუნის კოეფიციენტს, ბიოინერტულობას, ელექტრო თვისებებს და თბოიზოლაციას.ზედაპირის ხარისხი შეიძლება გაუმჯობესდეს მეტალურგიული, მექანიკური ან ქიმიური მეთოდებით.როგორც კარგად ცნობილი პროცესი, საფარი უბრალოდ განისაზღვრება, როგორც მასალის ერთი ან მეტი ფენა, რომელიც ხელოვნურად გამოიყენება სხვა მასალისგან დამზადებული ნაყარი ობიექტის (სუბსტრატის) ზედაპირზე.ამრიგად, საფარები გამოიყენება ნაწილობრივ სასურველი ტექნიკური ან დეკორატიული თვისებების მისაღწევად, აგრეთვე მასალების დასაცავად გარემოსთან მოსალოდნელი ქიმიური და ფიზიკური ურთიერთქმედებისგან23.
სხვადასხვა მეთოდისა და ტექნიკის გამოყენება შესაძლებელია შესაბამისი დამცავი ფენების გამოსაყენებლად რამდენიმე მიკრომეტრიდან (10-20 მიკრომეტრამდე) 30 მიკრომეტრზე მეტ ან თუნდაც რამდენიმე მილიმეტრამდე სისქემდე.ზოგადად, დაფარვის პროცესები შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: (i) სველი საფარის მეთოდები, მათ შორის ელექტრული მოპირკეთება, ელექტრული დალაგება და ცხელი გალვანიზაცია, და (ii) მშრალი საფარის მეთოდები, მათ შორის შედუღება, გამაგრება, ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (PVD).), ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD), თერმული შესხურების ტექნიკა და ახლახან ცივი შესხურების ტექნიკა 24 (სურათი 1დ).
ბიოფილები განიმარტება, როგორც მიკრობული თემები, რომლებიც შეუქცევადად არის მიმაგრებული ზედაპირებზე და გარშემორტყმულია თვითწარმოებული უჯრედგარე პოლიმერებით (EPS).ზედაპირულად მომწიფებული ბიოფილმის ფორმირებამ შეიძლება გამოიწვიოს მნიშვნელოვანი დანაკარგები ბევრ ინდუსტრიაში, მათ შორის საკვების გადამამუშავებელ, წყლის სისტემებსა და ჯანდაცვაში.ადამიანებში, ბიოფილმების წარმოქმნით, მიკრობული ინფექციების შემთხვევების 80%-ზე მეტი (მათ შორის Enterobacteriaceae და Staphylococci) რთულია მკურნალობა.გარდა ამისა, მომწიფებული ბიოფილმები 1000-ჯერ უფრო მდგრადია ანტიბიოტიკებით მკურნალობის მიმართ პლანქტონურ ბაქტერიულ უჯრედებთან შედარებით, რაც განიხილება მთავარ თერაპიულ გამოწვევად.ისტორიულად გამოყენებული იყო ანტიმიკრობული ზედაპირის საფარის მასალები, რომლებიც მიღებული იყო ჩვეულებრივი ორგანული ნაერთებისგან.მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი მასალები ხშირად შეიცავს ადამიანებისთვის პოტენციურად საზიანო ტოქსიკურ კომპონენტებს, 25,26 ამან შეიძლება ხელი შეუწყოს ბაქტერიების გადაცემას და მასალის დეგრადაციას.
ფართოდ გავრცელებულმა ბაქტერიულმა რეზისტენტობამ ანტიბიოტიკებით მკურნალობის მიმართ ბიოფილმის წარმოქმნის გამო გამოიწვია ეფექტური ანტიმიკრობული მემბრანით დაფარული ზედაპირის შემუშავების აუცილებლობა, რომელიც შეიძლება უსაფრთხოდ იქნას გამოყენებული27.ფიზიკური ან ქიმიური ანტიწებვადი ზედაპირის განვითარება, რომელსაც ბაქტერიული უჯრედები ვერ აკავშირებენ და ქმნიან ბიოფილებს ადჰეზიის გამო, არის პირველი მიდგომა ამ პროცესში27.მეორე ტექნოლოგია არის საფარების შემუშავება, რომლებიც ანტიმიკრობულ ქიმიკატებს მიაწვდიან ზუსტად იქ, სადაც საჭიროა, მაღალ კონცენტრირებულ და მორგებულ რაოდენობებში.ეს მიიღწევა უნიკალური საფარის მასალების შემუშავებით, როგორიცაა გრაფენი/გერმანიუმი28, შავი ბრილიანტი29 და ZnO30 დოპირებული ალმასის მსგავსი ნახშირბადის საფარები, რომლებიც მდგრადია ბაქტერიების მიმართ.გარდა ამისა, ბაქტერიციდული ქიმიკატების შემცველი საფარი, რომელიც უზრუნველყოფს ხანგრძლივ დაცვას ბაქტერიული დაბინძურებისგან, სულ უფრო პოპულარული ხდება.მიუხედავად იმისა, რომ სამივე პროცედურას შეუძლია განახორციელოს ანტიმიკრობული მოქმედება დაფარულ ზედაპირებზე, თითოეულს აქვს საკუთარი შეზღუდვები, რომლებიც გასათვალისწინებელია განაცხადის სტრატეგიის შემუშავებისას.
ამჟამად ბაზარზე არსებულ პროდუქტებს აფერხებს დროის ნაკლებობა ბიოლოგიურად აქტიური ინგრედიენტების დამცავი საფარის ანალიზისა და შესამოწმებლად.კომპანიები აცხადებენ, რომ მათი პროდუქცია მომხმარებლებს სასურველ ფუნქციონალურ ასპექტებს მიაწვდის, თუმცა, ეს გახდა ბაზარზე არსებული პროდუქციის წარმატების დაბრკოლება.ვერცხლისგან მიღებული ნაერთები გამოიყენება მომხმარებლებისთვის ამჟამად ხელმისაწვდომი ანტიმიკრობული საშუალებების აბსოლუტურ უმრავლესობაში.ეს პროდუქტები შექმნილია მომხმარებლების დასაცავად მიკროორგანიზმების პოტენციურად მავნე ზემოქმედებისგან.დაგვიანებული ანტიმიკრობული ეფექტი და ვერცხლის ნაერთების ასოცირებული ტოქსიკურობა ზრდის ზეწოლას მკვლევარებზე, რათა შეიმუშაონ ნაკლებად მავნე ალტერნატივა36,37.გლობალური ანტიმიკრობული საფარის შექმნა, რომელიც მუშაობს შიგნით და გარეთ, გამოწვევად რჩება.ეს დაკავშირებულია ჯანმრთელობისა და უსაფრთხოების რისკებთან.ანტიმიკრობული აგენტის აღმოჩენა, რომელიც ნაკლებად საზიანოა ადამიანისთვის და იმის გარკვევა, თუ როგორ უნდა ჩართოთ იგი საფარის სუბსტრატებში, რომელთა შენახვის ვადა უფრო გრძელია, საკმაოდ მოთხოვნადი მიზანია38.უახლესი ანტიმიკრობული და ანტიბიოფილმის მასალები შექმნილია ბაქტერიების მოსაკლავად, როგორც პირდაპირი კონტაქტით, ასევე აქტიური ნივთიერების გამოყოფის შემდეგ.მათ შეუძლიათ ამის გაკეთება საწყისი ბაქტერიული ადჰეზიის დათრგუნვით (მათ შორის, ზედაპირზე ცილის ფენის წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად) ან ბაქტერიების მოკვლით უჯრედის კედელში ჩარევით.
არსებითად, ზედაპირის საფარი არის სხვა ფენის გამოყენების პროცესი კომპონენტის ზედაპირზე ზედაპირის მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად.ზედაპირის საფარის მიზანია შეცვალოს კომპონენტის ზედაპირული რეგიონის მიკროსტრუქტურა და/ან შემადგენლობა39.ზედაპირის დაფარვის მეთოდები შეიძლება დაიყოს სხვადასხვა მეთოდებად, რომლებიც შეჯამებულია ნახ. 2a-ში.საფარები შეიძლება დაიყოს თერმულ, ქიმიურ, ფიზიკურ და ელექტროქიმიურ კატეგორიებად, იმის მიხედვით, თუ რა მეთოდია გამოყენებული საფარის შესაქმნელად.
(ა) ჩანართი, რომელიც აჩვენებს ზედაპირის დამზადების ძირითად ტექნიკას და (ბ) ცივი შესხურების მეთოდის შერჩეულ უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებს.
ცივი შესხურების ტექნოლოგიას ბევრი საერთო აქვს ტრადიციულ თერმული შესხურების ტექნიკასთან.თუმცა, ასევე არსებობს რამდენიმე ძირითადი ფუნდამენტური თვისება, რაც ცივ შესხურების პროცესს და ცივი შესხურების მასალებს განსაკუთრებით უნიკალურს ხდის.ცივი შესხურების ტექნოლოგია ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, მაგრამ მას დიდი მომავალი აქვს.ზოგიერთ შემთხვევაში, ცივი შესხურების უნიკალური თვისებები დიდ სარგებელს გვთავაზობს, რაც გადალახავს ჩვეულებრივი თერმული შესხურების ტექნიკის შეზღუდვებს.ის გადალახავს ტრადიციული თერმული შესხურების ტექნოლოგიის მნიშვნელოვან შეზღუდვებს, რომლის დროსაც ფხვნილი უნდა დნება სუბსტრატზე დასაფენად.ცხადია, ეს ტრადიციული დაფარვის პროცესი არ არის შესაფერისი ძალიან ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე მასალებისთვის, როგორიცაა ნანოკრისტალები, ნანონაწილაკები, ამორფული და მეტალის მინები40, 41, 42. გარდა ამისა, თერმული სპრეის საფარის მასალებს ყოველთვის აქვთ ფორიანობისა და ოქსიდების მაღალი დონე.ცივი შესხურების ტექნოლოგიას აქვს მრავალი მნიშვნელოვანი უპირატესობა თერმული შესხურების ტექნოლოგიასთან შედარებით, როგორიცაა (i) სუბსტრატში სითბოს მინიმალური შეყვანა, (ii) სუბსტრატის საფარის არჩევისას მოქნილობა, (iii) არ არის ფაზური ტრანსფორმაცია და მარცვლეულის ზრდა, (iv) მაღალი წებოვანი ძალა1 .39 (ნახ. 2b).გარდა ამისა, ცივი შესხურების საფარის მასალებს აქვთ მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა, მაღალი სიმტკიცე და სიმტკიცე, მაღალი ელექტროგამტარობა და მაღალი სიმკვრივე41.ცივი შესხურების პროცესის უპირატესობების მიუხედავად, ამ მეთოდს მაინც აქვს გარკვეული ნაკლოვანებები, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე 2b.სუფთა კერამიკული ფხვნილების დაფარვისას, როგორიცაა Al2O3, TiO2, ZrO2, WC და ა.შ., ცივი შესხურების მეთოდის გამოყენება შეუძლებელია.მეორეს მხრივ, კერამიკული/ლითონის კომპოზიტური ფხვნილები შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ნედლეული საფარისთვის.იგივე ეხება თერმული შესხურების სხვა მეთოდებს.რთული ზედაპირები და მილების ინტერიერი ჯერ კიდევ რთულია შესხურება.
იმის გათვალისწინებით, რომ წინამდებარე ნაშრომი მიმართულია ლითონის მინისებური ფხვნილების გამოყენებაზე, როგორც საფარების საწყისი მასალა, ცხადია, რომ ჩვეულებრივი თერმული შესხურება არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამ მიზნით.ეს გამოწვეულია იმით, რომ მეტალის მინისებური ფხვნილები კრისტალდება მაღალ ტემპერატურაზე1.
სამედიცინო და კვების მრეწველობაში გამოყენებული ინსტრუმენტების უმეტესობა დამზადებულია ავსტენიტური უჟანგავი ფოლადის შენადნობებისგან (SUS316 და SUS304) ქრომის შემცველობით 12-დან 20 wt.% -მდე ქირურგიული ინსტრუმენტების წარმოებისთვის.ზოგადად მიღებულია, რომ ლითონის ქრომის, როგორც შენადნობი ელემენტის გამოყენებას ფოლადის შენადნობებში, შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სტანდარტული ფოლადის შენადნობების კოროზიის წინააღმდეგობა.უჟანგავი ფოლადის შენადნობები, მიუხედავად მათი მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობისა, არ გააჩნიათ მნიშვნელოვანი ანტიმიკრობული თვისებები38,39.ეს ეწინააღმდეგება მათ მაღალ კოროზიის წინააღმდეგობას.ამის შემდეგ შესაძლებელია ინფექციისა და ანთების განვითარების პროგნოზირება, რაც ძირითადად გამოწვეულია უჟანგავი ფოლადის ბიომასალების ზედაპირზე ბაქტერიული ადჰეზიით და კოლონიზაციის შედეგად.მნიშვნელოვანი სირთულეები შეიძლება წარმოიშვას ბაქტერიების ადჰეზიასთან და ბიოფილმის ფორმირების გზებთან დაკავშირებული მნიშვნელოვანი სირთულეების გამო, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ჯანმრთელობის გაუარესება, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მრავალი შედეგი, რაც შეიძლება პირდაპირ ან ირიბად იმოქმედოს ადამიანის ჯანმრთელობაზე.
ეს კვლევა არის ქუვეითის მეცნიერების განვითარების ფონდის (KFAS) მიერ დაფინანსებული პროექტის პირველი ეტაპი, კონტრაქტი No.2010-550401, გამოიკვლიოს მეტალის მინის Cu-Zr-Ni სამჯერადი ფხვნილების წარმოების მიზანშეწონილობა MA ტექნოლოგიის გამოყენებით (ცხრილი).1) SUS304 ანტიბაქტერიული ზედაპირის დამცავი ფირის/საფარის წარმოებისთვის.პროექტის მეორე ეტაპი, რომელიც უნდა დაიწყოს 2023 წლის იანვარში, დეტალურად შეისწავლის გალვანური კოროზიის მახასიათებლებს და სისტემის მექანიკურ თვისებებს.ჩატარდება დეტალური მიკრობიოლოგიური ტესტები სხვადასხვა ტიპის ბაქტერიებზე.
ეს სტატია განიხილავს Zr შენადნობის შემცველობის გავლენას შუშის ფორმირების უნარზე (GFA) მორფოლოგიურ და სტრუქტურულ მახასიათებლებზე დაყრდნობით.გარდა ამისა, ასევე განიხილეს ფხვნილი დაფარული ლითონის შუშის/SUS304 კომპოზიტის ანტიბაქტერიული თვისებები.გარდა ამისა, მიმდინარე სამუშაოები ჩატარდა, რათა გამოიკვლიოს ლითონის მინის ფხვნილების სტრუქტურული ტრანსფორმაციის შესაძლებლობა, რომელიც წარმოიქმნება ცივი შესხურების დროს, დამზადებული მეტალის მინის სისტემების სუპერგრილ სითხეში.Cu50Zr30Ni20 და Cu50Zr20Ni30 მეტალის მინის შენადნობები გამოყენებული იყო, როგორც წარმომადგენლობითი მაგალითები ამ კვლევაში.
ამ განყოფილებაში წარმოდგენილია მორფოლოგიური ცვლილებები ელემენტარული Cu, Zr და Ni ფხვნილებში დაბალი ენერგიის ბურთულების დაფქვის დროს.ორი განსხვავებული სისტემა, რომელიც შედგება Cu50Zr20Ni30 და Cu50Zr40Ni10-ისგან, გამოყენებული იქნება საილუსტრაციო მაგალითებად.MA პროცესი შეიძლება დაიყოს სამ ცალკეულ ეტაპად, რასაც მოწმობს დაფქვის ეტაპზე მიღებული ფხვნილის მეტალოგრაფიული დახასიათება (ნახ. 3).
მექანიკური შენადნობების (MA) ფხვნილების მეტალოგრაფიული მახასიათებლები, რომლებიც მიღებულია ბურთის დაფქვის სხვადასხვა ეტაპების შემდეგ.MA და Cu50Zr40Ni10 ფხვნილების საველე ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (FE-SEM) გამოსახულებები, რომლებიც მიღებულია დაბალი ენერგიის ბურთის დაფქვის შემდეგ 3, 12 და 50 საათის განმავლობაში, ნაჩვენებია (a), (c) და (e) Cu50Zr20Ni30 სისტემისთვის, იმავე MA-ზე.დროის შემდეგ გადაღებული Cu50Zr40Ni10 სისტემის შესაბამისი სურათები ნაჩვენებია (b), (d) და (f).
ბურთის დაფქვის დროს ეფექტურ კინეტიკურ ენერგიაზე, რომელიც შეიძლება გადავიდეს ლითონის ფხვნილზე, გავლენას ახდენს პარამეტრების ერთობლიობა, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1ა.ეს მოიცავს შეჯახებას ბურთებსა და ფხვნილებს შორის, ფხვნილის ათვლის შეკუმშვას, რომელიც ჩარჩენილია დაფქვავ გარემოს შორის ან მათ შორის, ბურთების დაცემის ზემოქმედებას, ცვეთას და ცვეთას, რომელიც გამოწვეულია ბურთულების მოძრავ სხეულებს შორის ფხვნილის წევით და დარტყმის ტალღას, რომელიც გადის ჩამოვარდნილ ბურთებს და მრავლდება დატვირთულ კულტურაში (ნახ. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). ელემენტარული Cu, Zr და Ni ფხვნილები ძლიერ დეფორმირებული იყო ცივი შედუღების გამო MA-ს ადრეულ ეტაპზე (3 სთ), რამაც გამოიწვია ფხვნილის დიდი ნაწილაკების წარმოქმნა (> 1 მმ დიამეტრის).ეს დიდი კომპოზიტური ნაწილაკები ხასიათდება შენადნობი ელემენტების სქელი ფენების წარმოქმნით (Cu, Zr, Ni), როგორც ნაჩვენებია ნახ.3a,b.MA დროის ზრდამ 12 სთ-მდე (შუალედური ეტაპი) გამოიწვია ბურთის წისქვილის კინეტიკური ენერგიის ზრდა, რამაც გამოიწვია კომპოზიტური ფხვნილის დაშლა პატარა ფხვნილებად (200 μm-ზე ნაკლები), როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3c, ქალაქი.ამ ეტაპზე გამოყენებული ათვლის ძალა იწვევს ლითონის ახალი ზედაპირის წარმოქმნას თხელი Cu, Zr, Ni მინიშნებული ფენებით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3c, d.ფანტელების ინტერფეისზე ფენების დაფქვის შედეგად ხდება მყარი ფაზის რეაქციები ახალი ფაზების წარმოქმნით.
MA პროცესის კულმინაციაზე (50 სთ-ის შემდეგ) ფიფქის მეტალოგრაფია ძლივს შესამჩნევი იყო (ნახ. 3e, f), ხოლო სარკის მეტალოგრაფია დაფიქსირდა ფხვნილის გაპრიალებულ ზედაპირზე.ეს ნიშნავს, რომ MA პროცესი დასრულდა და შეიქმნა ერთი რეაქციის ფაზა.ნახ.3e (I, II, III), f, v, vi) განისაზღვრა ველის ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (FE-SEM) გამოყენებით ენერგიის დისპერსიულ რენტგენის სპექტროსკოპიასთან (EDS) კომბინაციაში.(IV).
მაგიდაზე.შენადნობი ელემენტების 2 ელემენტარული კონცენტრაცია ნაჩვენებია ნახ.3ე, ვ.ამ შედეგების შედარება ცხრილში 1-ში მოცემულ Cu50Zr20Ni30 და Cu50Zr40Ni10 საწყის ნომინალურ კომპოზიციებთან გვიჩვენებს, რომ ამ ორი საბოლოო პროდუქტის შემადგენლობა ძალიან ახლოს არის ნომინალურ კომპოზიციებთან.გარდა ამისა, კომპონენტების ფარდობითი მნიშვნელობები ნახ. 3e,f-ში ჩამოთვლილი რეგიონებისთვის არ მიუთითებს მნიშვნელოვანი გაუარესებაზე ან ცვალებადობაზე თითოეული ნიმუშის შემადგენლობაში ერთი რეგიონიდან მეორეში.ამას მოწმობს ის ფაქტი, რომ ერთი რეგიონიდან მეორეში შემადგენლობის ცვლილება არ ხდება.ეს მიუთითებს ერთიანი შენადნობის ფხვნილების წარმოებაზე, როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 2.
Cu50(Zr50-xNix) საბოლოო პროდუქტის ფხვნილის FE-SEM მიკროგრაფები მიღებულ იქნა 50 MA-ჯერ შემდეგ, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4a-d, სადაც x არის 10, 20, 30 და 40, შესაბამისად.ამ დაფქვის საფეხურის შემდეგ, ფხვნილი გროვდება ვან დერ ვაალსის ეფექტის გამო, რაც იწვევს 73-დან 126 ნმ დიამეტრის მქონე ულტრაწვრილი ნაწილაკებისგან შემდგარი დიდი აგრეგატების წარმოქმნას, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე 4.
50-საათიანი MA შემდეგ მიღებული Cu50(Zr50-xNix) ფხვნილების მორფოლოგიური მახასიათებლები.Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 სისტემებისთვის, 50 MA-ს შემდეგ მიღებული ფხვნილების FE-SEM გამოსახულებები ნაჩვენებია (a), (b), (c) და (d), შესაბამისად.
ფხვნილების ცივ სპრეის მიმწოდებელში ჩატვირთვამდე ისინი ჯერ ამუშავებდნენ ანალიტიკური ხარისხის ეთანოლში 15 წუთის განმავლობაში და შემდეგ აშრობენ 150°C-ზე 2 საათის განმავლობაში.ეს ნაბიჯი უნდა გადაიდგას აგლომერაციასთან წარმატებით საბრძოლველად, რაც ხშირად იწვევს ბევრ სერიოზულ პრობლემას საფარის პროცესში.MA პროცესის დასრულების შემდეგ, შემდგომი კვლევები ჩატარდა შენადნობის ფხვნილების ერთგვაროვნების გამოსაკვლევად.ნახ.5a–d აჩვენებს FE-SEM მიკროგრაფებს და Cu50Zr30Ni20 შენადნობის Cu, Zr და Ni შენადნობი ელემენტების შესაბამის EDS გამოსახულებებს, რომლებიც გადაღებულია 50 სთ-ის შემდეგ M-ის შემდეგ.უნდა აღინიშნოს, რომ ამ ეტაპის შემდეგ მიღებული შენადნობის ფხვნილები ერთგვაროვანია, რადგან ისინი არ ავლენენ შემადგენლობის რყევებს ქვენანომეტრის დონის მიღმა, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე 5.
ელემენტების მორფოლოგია და ადგილობრივი განაწილება MG Cu50Zr30Ni20 ფხვნილში, რომელიც მიღებულ იქნა 50 MA შემდეგ FE-SEM/ენერგიის დისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიით (EDS).(ა) SEM და რენტგენის EDS გამოსახულება (ბ) Cu-Kα, (გ) Zr-Lα და (დ) Ni-Kα.
მექანიკური შენადნობის Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 და Cu50Zr20Ni30 ფხვნილების რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები, რომლებიც მიღებულია 50-საათიანი MA-ს შემდეგ, ნაჩვენებია ნახ.6a–d, შესაბამისად.ამ დაფქვის ეტაპის შემდეგ, ყველა ნიმუშს სხვადასხვა Zr კონცენტრაციით ჰქონდა ამორფული სტრუქტურები დამახასიათებელი ჰალო დიფუზიის შაბლონებით, ნაჩვენები ნახ. 6-ში.
Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) და Cu50Zr20Ni30 (d) ფხვნილების რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები MA 50 საათის განმავლობაში.გამონაკლისის გარეშე ყველა ნიმუშში დაფიქსირდა ჰალო-დიფუზიის ნიმუში, რაც მიუთითებს ამორფული ფაზის წარმოქმნაზე.
მაღალი გარჩევადობის ველის ემისიის გადაცემის ელექტრონული მიკროსკოპია (FE-HRTEM) გამოყენებული იყო სტრუქტურულ ცვლილებებზე დასაკვირვებლად და ფხვნილების ადგილობრივი სტრუქტურის გასაგებად, რომლებიც წარმოიქმნება ბურთის დაფქვის შედეგად სხვადასხვა MA დროს.FE-HRTEM მეთოდით მიღებული ფხვნილების სურათები Cu50Zr30Ni20 და Cu50Zr40Ni10 ფხვნილების დაფქვის ადრეული (6 სთ) და შუალედური (18 სთ) ეტაპების შემდეგ ნაჩვენებია ნახ.7a, შესაბამისად.MA 6 საათის შემდეგ მიღებული ფხვნილის ნათელი ველის გამოსახულების (BFI) მიხედვით, ფხვნილი შედგება მსხვილი მარცვლებისგან fcc-Cu, hcp-Zr და fcc-Ni ელემენტების მკაფიოდ განსაზღვრული საზღვრებით და არ არსებობს რეაქციის ფაზის წარმოქმნის ნიშნები, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 7a.გარდა ამისა, კორელაციური შერჩეული ფართობის დიფრაქციის ნიმუში (SADP), აღებული შუა რეგიონიდან (a) გამოავლინა მკვეთრი დიფრაქციის ნიმუში (ნახ. 7b), რომელიც მიუთითებს დიდი კრისტალების არსებობაზე და რეაქტიული ფაზის არარსებობაზე.
ადრეული (6 სთ) და შუალედური (18 სთ) ეტაპების შემდეგ მიღებული MA ფხვნილის ადგილობრივი სტრუქტურული მახასიათებლები.(ა) მაღალი გარჩევადობის ველის ემისიის გადაცემის ელექტრონული მიკროსკოპია (FE-HRTEM) და (ბ) შესაბამისი შერჩეული ფართობის დიფრაქტოგრამა (SADP) Cu50Zr30Ni20 ფხვნილის MA დამუშავების შემდეგ 6 საათის განმავლობაში.Cu50Zr40Ni10-ის FE-HRTEM სურათი, რომელიც მიღებულია 18-საათიანი MA-ს შემდეგ, ნაჩვენებია (c).
როგორც ნაჩვენებია ნახ.7c, MA-ს ხანგრძლივობის ზრდამ 18 საათამდე გამოიწვია სერიოზული გისოსების დეფექტები პლასტიკური დეფორმაციის კომბინაციაში.MA პროცესის ამ შუალედურ ეტაპზე, სხვადასხვა დეფექტები ჩნდება ფხვნილში, მათ შორის დაწყობის ხარვეზები, გისოსების დეფექტები და წერტილოვანი დეფექტები (ნახ. 7).ეს დეფექტები იწვევს მსხვილი მარცვლების ფრაგმენტაციას მარცვლის საზღვრების გასწვრივ 20 ნმ-ზე მცირე ზომის ქვემარცვლებად (ნახ. 7c).
Cu50Z30Ni20 ფხვნილის ლოკალური სტრუქტურა დაფქული 36 საათის განმავლობაში MA ხასიათდება ულტრა წვრილ ნანომარცვლების წარმოქმნით, რომლებიც ჩაშენებულია ამორფულ თხელ მატრიცაში, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 8a.EMF-ის ადგილობრივმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ნანოკლასტერები ნაჩვენებია ნახ.8a ასოცირდება დაუმუშავებელ Cu, Zr და Ni ფხვნილის შენადნობებთან.Cu-ს შემცველობა მატრიცაში მერყეობდა ~32 at.% (ღარიბი ზონა) ~74 at.% (მდიდარი ზონა), რაც მიუთითებს ჰეტეროგენული პროდუქტების წარმოქმნაზე.გარდა ამისა, ამ საფეხურზე დაფქვის შემდეგ მიღებული ფხვნილების შესაბამისი SADPs აჩვენებს პირველადი და მეორადი ჰალო-დიფუზიის ამორფული ფაზის რგოლებს, რომლებიც გადახურულია ამ დაუმუშავებელ შენადნობ ელემენტებთან ასოცირებულ მკვეთრ წერტილებთან, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 8b.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 ფხვნილის ნანომასშტაბის ადგილობრივი სტრუქტურული მახასიათებლები.(ა) ნათელი ველის გამოსახულება (BFI) და შესაბამისი (ბ) Cu50Zr30Ni20 ფხვნილის SADP, მიღებული 36 სთ MA-ს დაფქვის შემდეგ.
MA პროცესის დასასრულს (50 სთ), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 და 40 at.% ფხვნილებს, გამონაკლისის გარეშე, აქვთ ამორფული ფაზის ლაბირინთული მორფოლოგია, როგორც ნაჩვენებია ნახ.ვერც წერტილის დიფრაქცია და ვერც მკვეთრი რგოლოვანი შაბლონები ვერ იქნა აღმოჩენილი თითოეული კომპოზიციის შესაბამის SADS-ში.ეს მიუთითებს დაუმუშავებელი კრისტალური ლითონის არარსებობაზე, არამედ ამორფული შენადნობის ფხვნილის წარმოქმნაზე.ეს კორელირებული SADP-ები, რომლებიც აჩვენებენ ჰალო დიფუზიის ნიმუშებს, ასევე გამოიყენეს როგორც მტკიცებულება საბოლოო პროდუქტის მასალაში ამორფული ფაზების განვითარებისათვის.
Cu50 MS სისტემის საბოლოო პროდუქტის ლოკალური სტრუქტურა (Zr50-xNix).FE-HRTEM და (ა) Cu50Zr40Ni10, (ბ) Cu50Zr30Ni20, (გ) Cu50Zr20Ni30 და (დ) Cu50Zr10Ni40 მიღებული MA-ს 50 საათის შემდეგ მიღებული FE-HRTEM და ნანოსხივების დიფრაქციის ნიმუშები (NBDP).
დიფერენციალური სკანირების კალორიმეტრიის გამოყენებით შესწავლილი იქნა მინის გარდამავალი ტემპერატურის (Tg), სუპერგაციებული სითხის რეგიონის (ΔTx) და კრისტალიზაციის ტემპერატურის (Tx) თერმული სტაბილურობა Cu50(Zr50-xNix) ამორფულ სისტემაში Ni (x) შემცველობის მიხედვით.(DSC) თვისებები He გაზის ნაკადში.50 საათის განმავლობაში MA-ს შემდეგ მიღებული Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 და Cu50Zr10Ni40 ამორფული შენადნობების ფხვნილების DSC მრუდები ნაჩვენებია ნახ.10a, b, e, შესაბამისად.მიუხედავად იმისა, რომ ამორფული Cu50Zr20Ni30-ის DSC მრუდი ცალკეა ნაჩვენები ნახ. მე-10 საუკუნეში, იმავდროულად, Cu50Zr30Ni20 ნიმუში, რომელიც გაცხელებულია ~700°C-მდე DSC-ში ნაჩვენებია ნახ. 10გ-ში.
50 საათის განმავლობაში MA-ს შემდეგ მიღებული Cu50(Zr50-xNix) MG ფხვნილების თერმული სტაბილურობა განისაზღვრება მინის გადასვლის ტემპერატურით (Tg), კრისტალიზაციის ტემპერატურით (Tx) და სუპერგაციებული სითხის რეგიონით (ΔTx).დიფერენციალური სკანირების კალორიმეტრის (DSC) ფხვნილების თერმოგრამები Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) და (e) Cu50Zr10Ni40 MG შენადნობის ფხვნილების MA-ს შემდეგ 50 საათის განმავლობაში.რენტგენის დიფრაქციის ნიმუში (XRD) Cu50Zr30Ni20 ნიმუშის, რომელიც გაცხელებულია ~700°C-მდე DSC-ში ნაჩვენებია (d).
როგორც ნახაზი 10-ზეა ნაჩვენები, DSC მრუდები ყველა კომპოზიციისთვის ნიკელის განსხვავებული კონცენტრაციით (x) მიუთითებს ორ განსხვავებულ შემთხვევას, ერთი ენდოთერმული და მეორე ეგზოთერმული.პირველი ენდოთერმული მოვლენა შეესაბამება Tg-ს, ხოლო მეორე ასოცირდება Tx-თან.ჰორიზონტალურ დიაპაზონს, რომელიც არსებობს Tg-სა და Tx-ს შორის, ეწოდება ქვეგაციებული სითხის არე (ΔTx = Tx – Tg).შედეგები აჩვენებს, რომ 526°C-ზე და 612°C-ზე განთავსებული Cu50Zr40Ni10 ნიმუშის Tg და Tx (ნახ. 10a) ცვლის შიგთავსს (x) 20-მდე %-მდე 482°C და 563°C დაბალი ტემპერატურული მხარისკენ.°C Ni-ის მზარდი შემცველობით (x), შესაბამისად, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 10b.შესაბამისად, ΔTx Cu50Zr40Ni10 მცირდება 86°С-დან (სურ. 10a) 81°С-მდე Cu50Zr30Ni20-ისთვის (ნახ. 10b).MC Cu50Zr40Ni10 შენადნობისთვის ასევე დაფიქსირდა Tg, Tx და ΔTx მნიშვნელობების შემცირება 447°С, 526°С და 79°С დონეზე (ნახ. 10b).ეს მიუთითებს იმაზე, რომ Ni-ს შემცველობის ზრდა იწვევს MS შენადნობის თერმული სტაბილურობის შემცირებას.პირიქით, MC Cu50Zr20Ni30 შენადნობის Tg (507 °C) ღირებულება უფრო დაბალია, ვიდრე MC Cu50Zr40Ni10 შენადნობი;მიუხედავად ამისა, მისი Tx აჩვენებს მის შესადარებელ მნიშვნელობას (612 °C).ამიტომ, ΔTx-ს აქვს უფრო მაღალი მნიშვნელობა (87°C), როგორც ნაჩვენებია ნახ.მე-10 საუკუნე
Cu50(Zr50-xNix) MC სისტემა, რომელიც იყენებს Cu50Zr20Ni30 MC შენადნობას, როგორც მაგალითად, მკვეთრი ეგზოთერმული პიკის მეშვეობით კრისტალიზდება fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 და orthorhombic-ZrNi ფაზებში (Fig.10c).ამ ფაზის გადასვლა ამორფულიდან კრისტალურზე დადასტურდა MG ნიმუშის რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით (ნახ. 10d), რომელიც გაცხელდა 700 °C-მდე DSC-ში.
ნახ.11 გვიჩვენებს ფოტოსურათებს, რომლებიც გადაღებულია მიმდინარე სამუშაოებში ჩატარებული ცივი შესხურების პროცესში.ამ კვლევაში, ლითონის შუშის ფხვნილის ნაწილაკები, რომლებიც სინთეზირებული იყო MA-ს შემდეგ 50 საათის განმავლობაში (მაგალითად Cu50Zr20Ni30-ის გამოყენებით) გამოიყენებოდა როგორც ანტიბაქტერიული ნედლეული, ხოლო უჟანგავი ფოლადის ფირფიტა (SUS304) იყო დაფარული ცივი სპრეით.ცივი შესხურების მეთოდი არჩეულია თერმული შესხურების ტექნოლოგიის სერიის დასაფარად, რადგან ეს არის ყველაზე ეფექტური მეთოდი თერმული შესხურების ტექნოლოგიის სერიებში, სადაც მისი გამოყენება შესაძლებელია მეტალის მეტასტაბილური სითბოს მგრძნობიარე მასალებისთვის, როგორიცაა ამორფული და ნანოკრისტალური ფხვნილები.არ ექვემდებარება ფაზას.გადასვლები.ეს არის მთავარი ფაქტორი ამ მეთოდის არჩევისას.ცივი დეპონირების პროცესი ხორციელდება მაღალი სიჩქარის ნაწილაკების გამოყენებით, რომლებიც გარდაქმნის ნაწილაკების კინეტიკურ ენერგიას პლასტიკურ დეფორმაციად, დეფორმაციად და სიცხეში სუბსტრატთან ან ადრე დეპონირებულ ნაწილაკებთან ზემოქმედებისას.
საველე ფოტოებზე ნაჩვენებია ცივი შესხურების პროცედურა, რომელიც გამოიყენება MG/SUS 304-ის ხუთი თანმიმდევრული პრეპარატისთვის 550°C-ზე.
ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია, ისევე როგორც თითოეული ნაწილაკების იმპულსი საფარის ფორმირებისას, უნდა გარდაიქმნას ენერგიის სხვა ფორმებად ისეთი მექანიზმებით, როგორიცაა პლასტიკური დეფორმაცია (პირველადი ნაწილაკები და ნაწილაკთაშორისი ურთიერთქმედება მატრიცაში და ნაწილაკების ურთიერთქმედება), ნაწილაკების ინტერსტიციული კვანძები, როტაცია ნაწილაკებს შორის. კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად და დეფორმაციის ენერგიად, შედეგი იქნება ელასტიური შეჯახება, რაც ნიშნავს, რომ ნაწილაკები ზემოქმედების შემდეგ უბრალოდ იშლება.აღინიშნა, რომ ნაწილაკზე/სუბსტრატის მასალაზე გამოყენებული ზემოქმედების ენერგიის 90% გარდაიქმნება ადგილობრივ სითბოდ 40 .გარდა ამისა, ზემოქმედების სტრესის გამოყენებისას, ძალიან მოკლე დროში მიიღწევა პლასტიკური დაძაბვის მაღალი სიხშირე ნაწილაკების/სუბსტრატის საკონტაქტო რეგიონში41,42.
პლასტიკური დეფორმაცია ჩვეულებრივ განიხილება, როგორც ენერგიის გაფრქვევის პროცესი, უფრო სწორად, როგორც სითბოს წყარო ინტერფეისულ რეგიონში.თუმცა, ინტერფეისურ რეგიონში ტემპერატურის ზრდა, როგორც წესი, არ არის საკმარისი ინტერფეისის დნობის ან ატომების ურთიერთდიფუზიის მნიშვნელოვანი სტიმულირებისთვის.ავტორებისთვის ცნობილ არცერთ პუბლიკაციას არ აქვს გამოკვლეული ამ მეტალის მინისებური ფხვნილების თვისებების ეფექტი ფხვნილის ადჰეზიასა და დაწებებაზე, რაც ხდება ცივი შესხურების ტექნიკის გამოყენებისას.
MG Cu50Zr20Ni30 შენადნობის ფხვნილის BFI ჩანს ნახ.როგორც ნახატიდან ჩანს, დაფარული ფხვნილები ინარჩუნებენ თავდაპირველ ამორფულ სტრუქტურას, რადგან მათ აქვთ დელიკატური ლაბირინთის სტრუქტურა ყოველგვარი კრისტალური მახასიათებლების ან გისოსების დეფექტების გარეშე.მეორე მხრივ, გამოსახულება მიუთითებს უცხო ფაზის არსებობაზე, რასაც მოწმობს ნანონაწილაკები, რომლებიც შედის MG-დაფარულ ფხვნილის მატრიცაში (ნახ. 12a).სურათი 12c გვიჩვენებს ინდექსირებული ნანოსხივის დიფრაქციის ნიმუში (NBDP), რომელიც დაკავშირებულია I რეგიონთან (სურათი 12a).როგორც ნაჩვენებია ნახ.12c, NBDP ავლენს ამორფული სტრუქტურის სუსტ ჰალო-დიფუზიურ შაბლონს და თანაარსებობს მკვეთრ ლაქებთან, რომლებიც შეესაბამება კრისტალური დიდი კუბური მეტასტაბილური Zr2Ni ფაზას პლუს ტეტრაგონალური CuO ფაზას.CuO-ს წარმოქმნა შეიძლება აიხსნას ფხვნილის დაჟანგვით, როდესაც სპრეის იარაღის საქშენიდან SUS 304-ზე გადაადგილდება ღია ცის ქვეშ ზებგერითი ნაკადით.მეორეს მხრივ, ლითონის შუშის ფხვნილების დევიტრიფიკაციამ გამოიწვია დიდი კუბური ფაზების წარმოქმნა ცივი შესხურებით დამუშავების შემდეგ 550°C ტემპერატურაზე 30 წუთის განმავლობაში.
(ა) MG ფხვნილის FE-HRTEM გამოსახულება დეპონირებული (ბ) SUS 304 სუბსტრატზე (სურათის ჩასმა).(a)-ში ნაჩვენები მრგვალი სიმბოლოს NBDP ინდექსი ნაჩვენებია (c).
დიდი კუბური Zr2Ni ნანონაწილაკების ფორმირების ამ პოტენციური მექანიზმის შესამოწმებლად, დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი ჩატარდა.ამ ექსპერიმენტში ფხვნილები დაასხურეს ატომიზატორიდან 550°C ტემპერატურაზე SUS 304 სუბსტრატის მიმართულებით;თუმცა, ანეილირების ეფექტის დასადგენად, ფხვნილები ამოღებულ იქნა SUS304 ზოლიდან რაც შეიძლება სწრაფად (დაახლოებით 60 წმ).).ჩატარდა ექსპერიმენტების კიდევ ერთი სერია, რომელშიც ფხვნილი ამოიღეს სუბსტრატიდან დაახლოებით 180 წამის შემდეგ.
ნახატები 13a,b გვიჩვენებს სკანირების გადაცემის ელექტრონული მიკროსკოპის (STEM) ბნელი ველის (DFI) გამოსახულებებს SUS 304 სუბსტრატებზე, შესაბამისად, 60 წმ და 180 წმ.60 წამის განმავლობაში დეპონირებული ფხვნილის გამოსახულებას მოკლებულია მორფოლოგიური დეტალები, რაც აჩვენებს უხასიათობას (ნახ. 13a).ეს ასევე დადასტურდა XRD-ით, რომელმაც აჩვენა, რომ ამ ფხვნილების საერთო სტრუქტურა იყო ამორფული, რაც ნაჩვენებია 14a-ზე ნაჩვენები ფართო პირველადი და მეორადი დიფრაქციული მწვერვალებით.ეს მიუთითებს მეტასტაბილური/მეზოფაზის ნალექების არარსებობაზე, რომლებშიც ფხვნილი ინარჩუნებს თავდაპირველ ამორფულ სტრუქტურას.ამის საპირისპიროდ, იმავე ტემპერატურაზე (550°C) დეპონირებული ფხვნილი, რომელიც სუბსტრატზე დარჩა 180 წამის განმავლობაში, აჩვენა ნანო ზომის მარცვლების დეპონირება, როგორც ნაჩვენებია 13b ისრებით.