გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული მხარდაჭერა CSS-ისთვის. საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვაჩენთ საიტს სტილისა და JavaScript-ის გარეშე.
ბიოფილები მნიშვნელოვანი კომპონენტია ქრონიკული ინფექციების განვითარებაში, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე ეხება სამედიცინო მოწყობილობებს. ეს პრობლემა უზარმაზარ გამოწვევას წარმოადგენს სამედიცინო საზოგადოებისთვის, რადგან სტანდარტულ ანტიბიოტიკებს შეუძლიათ ბიოფილების აღმოფხვრა მხოლოდ ძალიან შეზღუდული ზომით. და ტიტანის ლითონები წარმოიქმნა, როგორც იდეალური ანტიმიკრობული საფარები. ამავდროულად, ცივი შესხურების ტექნოლოგიის გამოყენება გაიზარდა, რადგან ეს არის შესაფერისი მეთოდი ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე მასალების დასამუშავებლად. ამ კვლევის მიზნის ნაწილი იყო ახალი ანტიბაქტერიული ფირის შემუშავება მეტალის შუშისგან, რომელიც შედგება სამჯერადი Cu-Zr-Ni. უჟანგავი ფოლადის ზედაპირები დაბალ ტემპერატურაზე. მეტალის მინით დაფარულმა სუბსტრატებმა შეძლეს მნიშვნელოვნად შეამცირონ ბიოფილმის წარმოქმნა უჟანგავი ფოლადთან შედარებით მინიმუმ 1 ლოგით.
კაცობრიობის ისტორიის განმავლობაში, ნებისმიერ საზოგადოებას შეეძლო შეექმნა და ხელი შეუწყო ახალი მასალების დანერგვას, რომელიც აკმაყოფილებს მის სპეციფიკურ მოთხოვნებს, რამაც განაპირობა გაუმჯობესებული შესრულება და რეიტინგი გლობალიზებულ ეკონომიკაში.2 60 წლის განმავლობაში, მასალების მეცნიერები დიდ დროს უთმობდნენ ფოკუსირებას ერთ მთავარ საკითხზე: ახალი და უახლესი მასალების ძიებაზე. ბოლო კვლევები ფოკუსირებული იყო არსებული მასალების ხარისხისა და მუშაობის გაუმჯობესებაზე, ასევე სრულიად ახალი ტიპის მასალების სინთეზზე და გამოგონებაზე.
შენადნობი ელემენტების დამატებამ, მასალის მიკროსტრუქტურის შეცვლამ და თერმული, მექანიკური ან თერმომექანიკური დამუშავების ტექნიკის გამოყენებამ გამოიწვია სხვადასხვა მასალის მექანიკური, ქიმიური და ფიზიკური თვისებების მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება. გარდა ამისა, აქამდე გაუგონარი ნაერთები წარმატებით სინთეზირებულია ამ ეტაპზე. ნანოკრისტალები, ნანონაწილაკები, ნანომილები, კვანტური წერტილები, ნულოვანი განზომილებიანი, ამორფული მეტალის სათვალეები და მაღალი ენტროპიის შენადნობები გასული საუკუნის შუა ხანებიდან მსოფლიოში შემოტანილი მოწინავე მასალების მხოლოდ რამდენიმე მაგალითია. როდესაც ახალი შენადნობების დამზადება და განვითარება ხშირად აუმჯობესებს პროდუქტს, როგორც საბოლოო პროდუქტის დამატებულ სტადიაზე. დამზადების ახალი ტექნიკის დანერგვისას წონასწორობიდან მნიშვნელოვნად გადახრის მიზნით, აღმოჩენილია მეტასტაბილური შენადნობების სრულიად ახალი კლასი, რომელიც ცნობილია მეტალის სათვალეების სახელით.
1960 წელს მისმა მუშაობამ Caltech-ში რევოლუცია მოახდინა ლითონის შენადნობების კონცეფციაში, როდესაც მან მოახდინა მინის Au-25 სინთეზირება. Si შენადნობები სითხეების სწრაფად გამაგრებით თითქმის მილიონ გრადუსზე წამში. MG შენადნობების სინთეზის ყველაზე ადრეული პიონერული კვლევები, თითქმის ყველა მეტალის მინა წარმოებულია მთლიანად ერთ-ერთი შემდეგი მეთოდის გამოყენებით;(i) დნობის ან ორთქლის სწრაფი გამაგრება, (ii) გისოსის ატომური დარღვევა, (iii) მყარ მდგომარეობაში ამორფიზაციის რეაქციები სუფთა მეტალის ელემენტებს შორის და (iv) მეტასტაბილური ფაზების მყარ მდგომარეობაში გადასვლა.
MG-ები გამოირჩევიან კრისტალებთან ასოცირებული შორი დისტანციური ატომური რიგის ნაკლებობით, რაც კრისტალების განმსაზღვრელი მახასიათებელია. დღევანდელ მსოფლიოში დიდი პროგრესია მიღწეული მეტალის მინის სფეროში. ისინი საინტერესო თვისებების მქონე ახალი მასალებია, რომლებიც საინტერესოა არა მხოლოდ მყარი მდგომარეობის ფიზიკაში, არამედ მეტალურგიაში, მეტალურგიაში, ზედაპირის ბიტის ახალი ტექნოლოგიიდან და მრავალი სხვა ტექნოლოგიით. s, რაც მას საინტერესო კანდიდატად აქცევს ტექნოლოგიური გამოყენებისთვის სხვადასხვა სფეროში. მათ აქვთ რამდენიმე მნიშვნელოვანი თვისება;(i) მაღალი მექანიკური ელასტიურობა და გამტარუნარიანობა, (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 ტექნიკაა, რომელიც პირველად შემოიღეს 19839 წელს პროფესორ CC Kock-მა და მისმა კოლეგებმა. მათ მოამზადეს ამორფული Ni60Nb40 ფხვნილები სუფთა ელემენტების ნარევის დაფქვით გარემოს ტემპერატურაზე ძალიან ახლოს ოთახის ტემპერატურაზე.როგორც წესი, MA რეაქცია ტარდება რეაქტორში, როგორც წესი, უჟანგავი ფოლადისგან დამზადებულ რეაქტორში ფხვნილების დიფუზიურ შეერთებას შორის, ბურთის წისქვილში 10 (ნახ. 1a, b). 2,13,14,15, 16. კერძოდ, ეს მეთოდი გამოიყენებოდა შეურევადი სისტემების მოსამზადებლად, როგორიცაა Cu-Ta17, ისევე როგორც მაღალი დნობის წერტილის შენადნობები, როგორიცაა Al-გარდამავალი ლითონის სისტემები (TM; Zr, Hf, Nb და Ta) 18,19 და Fe-W20, რომელიც არ არის მიჩნეული ყველაზე მძლავრი ტექნიკის მომზადების მეთოდით. ​​სამრეწველო მასშტაბის ნანოკრისტალური და ნანოკომპოზიტური ფხვნილის ნაწილაკები ლითონის ოქსიდები, კარბიდები, ნიტრიდები, ჰიდრიდები, ნახშირბადის ნანომილები, ნანობრილიანტები, ასევე ფართო სტაბილიზაცია ზემოდან ქვევით მიდგომის 1 და მეტასტაბილური ეტაპების მეშვეობით.
სქემა, რომელიც გვიჩვენებს Cu50(Zr50−xNix) მეტალის მინის (MG) საფარის/SUS 304-ის დასამზადებლად გამოყენებული დამზადების მეთოდს ამ კვლევაში. დალუქულია ხელთათმანის ყუთში, სავსე He ატმოსფეროთი. (c) სახეხი ჭურჭლის გამჭვირვალე მოდელი, რომელიც ასახავს ბურთის მოძრაობას დაფქვის დროს. 50 საათის შემდეგ მიღებული ფხვნილის საბოლოო პროდუქტი გამოიყენებოდა SUS 304 სუბსტრატის დასაფარად ცივი შესხურების მეთოდით (d).
როდესაც საქმე ეხება ნაყარი მასალის ზედაპირებს (სუბსტრატებს), ზედაპირების ინჟინერია მოიცავს ზედაპირების (სუბსტრატების) დიზაინს და მოდიფიკაციას გარკვეული ფიზიკური, ქიმიური და ტექნიკური თვისებების უზრუნველსაყოფად, რომლებიც არ შეიცავს თავდაპირველ ნაყარ მასალას. ზოგიერთი თვისება, რომელიც შეიძლება ეფექტურად გაუმჯობესდეს ზედაპირული დამუშავებით, მოიცავს აბრაზიულ წინააღმდეგობას, ჟანგვის და კოროზიის წინააღმდეგობას, კოეფიციენტს, ხახუნისა და ელექტრული ხარისხის, ელექტრული თვისებების მცირე რაოდენობას. შეიძლება გაუმჯობესდეს მეტალურგიული, მექანიკური ან ქიმიური ტექნიკის გამოყენებით. როგორც კარგად ცნობილი პროცესი, საფარი უბრალოდ განისაზღვრება, როგორც მასალის ერთი ან მრავალჯერადი ფენა, რომელიც ხელოვნურად არის დეპონირებული სხვა მასალისგან დამზადებული ნაყარი ობიექტის (სუბსტრატის) ზედაპირზე. ამრიგად, საფარები გამოიყენება ნაწილობრივ სასურველი ტექნიკური ან დეკორატიული თვისებების მისაღწევად, აგრეთვე გარემოს ფიზიკური გარემოს დასაცავად2.
ზედაპირული დამცავი ფენების სისქის რამდენიმე მიკრომეტრიდან (10-20 მიკრომეტრამდე) 30 მიკრომეტრამდე ან თუნდაც რამდენიმე მილიმეტრამდე დასაფენად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალი მეთოდი და ტექნიკა. ზოგადად, დაფარვის პროცესები შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: (i) სველი საფარის მეთოდები, მათ შორის ელექტრული მოპირკეთება, ელექტრული საფარის მეთოდები cing, ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (PVD), ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD), თერმული შესხურების ტექნიკა და ახლახან ცივი შესხურების ტექნიკა 24 (ნახ. 1დ).
ბიოფილები განისაზღვრება, როგორც მიკრობული საზოგადოებები, რომლებიც შეუქცევადად არის მიმაგრებული ზედაპირებზე და გარშემორტყმულია თვითწარმოებული უჯრედგარე პოლიმერებით (EPS). ზედაპირულად მომწიფებული ბიოფილმის წარმოქმნამ შეიძლება გამოიწვიოს მნიშვნელოვანი დანაკარგები ბევრ ინდუსტრიულ სექტორში, მათ შორის კვების მრეწველობაში, წყლის სისტემებში და ჯანდაცვის გარემოში. teriaceae და Staphylococci) ძნელია მკურნალობა. გარდა ამისა, მომწიფებული ბიოფილები ცნობილია, რომ 1000-ჯერ უფრო მდგრადია ანტიბიოტიკების მიმართ პლანქტონურ ბაქტერიულ უჯრედებთან შედარებით, რაც განიხილება მთავარ თერაპიულ გამოწვევად. ჩვეულებრივი ორგანული ნაერთებისგან მიღებული ანტიმიკრობული ზედაპირის დაფარვის მასალები2, ისტორიულად ისეთ პოტენციურ რისკ კომპონენტებს2 შეიცავს ადამიანისათვის6. შეიძლება ხელი შეუწყოს ბაქტერიების გადაცემას და მასალის განადგურებას.
ბაქტერიების ფართოდ გავრცელებულმა წინააღმდეგობამ ანტიბიოტიკების მიმართ ბიოფილმის წარმოქმნის გამო გამოიწვია ეფექტური ანტიმიკრობული მემბრანით დაფარული ზედაპირის შემუშავების აუცილებლობა, რომელიც შეიძლება უსაფრთხოდ იქნას გამოყენებული27. ფიზიკური ან ქიმიური ანტი-ადჰერენტული ზედაპირის განვითარება, რომელზედაც ბაქტერიული უჯრედები აფერხებენ შეკვრას და ბიოფილების შექმნას ადჰეზიის გამო. მიეწოდება ზუსტად იქ, სადაც საჭიროა, უაღრესად კონცენტრირებული და მორგებული რაოდენობით. ეს მიიღწევა უნიკალური საფარის მასალების შემუშავებით, როგორიცაა გრაფენი/გერმანიუმი28, შავი ბრილიანტი29 და ZnO-დოპირებული ალმასის მსგავსი ნახშირბადის საფარები30, რომლებიც მდგრადია ბაქტერიების მიმართ. ბაქტერიციდული ქიმიკატები ზედაპირებზე ბაქტერიული დაბინძურებისგან გრძელვადიანი დაცვის უზრუნველსაყოფად სულ უფრო პოპულარული ხდება. მიუხედავად იმისა, რომ სამივე პროცედურას აქვს ანტიმიკრობული ეფექტი დაფარულ ზედაპირებზე, მათ თითოეულს აქვს საკუთარი შეზღუდვები, რომლებიც გასათვალისწინებელია გამოყენების სტრატეგიების შემუშავებისას.
ამჟამად ბაზარზე არსებულ პროდუქტებს აფერხებს არასაკმარისი დრო ბიოლოგიურად აქტიური ინგრედიენტების დამცავი საფარის ანალიზისა და შესამოწმებლად. კომპანიები აცხადებენ, რომ მათი პროდუქცია მომხმარებლებს მიაწვდის სასურველ ფუნქციურ ასპექტებს;თუმცა, ეს იყო დაბრკოლება ბაზარზე არსებული პროდუქტების წარმატებისთვის. ვერცხლისგან მიღებული ნაერთები გამოიყენება მომხმარებლებისთვის ხელმისაწვდომი ანტიმიკრობული თერაპიის აბსოლუტურ უმრავლესობაში. ეს პროდუქტები შექმნილია მომხმარებლების დასაცავად მიკროორგანიზმების პოტენციურად საშიში ზემოქმედებისგან. დაგვიანებული ანტიმიკრობული ეფექტი და ვერცხლის ასოცირებული ტოქსიკურობა აძლიერებს გლობალურ მავნე ზეწოლას3. დაფარვა, რომელიც მუშაობს შენობაში და გარეთ, კვლავ რთული ამოცანაა. ეს გამოწვეულია როგორც ჯანმრთელობისთვის, ასევე უსაფრთხოებისთვის დაკავშირებული რისკების გამო. ადამიანებისთვის ნაკლებად საზიანო ანტიმიკრობული აგენტის აღმოჩენა და მისი შერწყმა უფრო ხანგრძლივი შენახვის ვადის მქონე საფარის სუბსტრატებში არის უაღრესად მოთხოვნადი და უახლესი მიზანმიმართული ბაქტერიების საწინააღმდეგოდ38. კონტაქტი ან აქტიური ნივთიერების გამოყოფის შემდეგ.მათ შეუძლიათ ამის გაკეთება საწყისი ბაქტერიული ადჰეზიის დათრგუნვით (მათ შორის, პროტეინის ფენის წარმოქმნას ზედაპირზე) ან ბაქტერიების მოკვლით უჯრედის კედელში ჩარევით.
ფუნდამენტურად, ზედაპირის საფარი არის კომპონენტის ზედაპირზე სხვა ფენის დაყენების პროცესი ზედაპირთან დაკავშირებული თვისებების გასაუმჯობესებლად. ზედაპირის საფარის მიზანია კომპონენტის ზედაპირული რეგიონის მიკროსტრუქტურის და/ან შემადგენლობის მორგება39. ზედაპირის დაფარვის ტექნიკა შეიძლება დაიყოს სხვადასხვა მეთოდებად, რომლებიც შეჯამებულია ნახ. 2a-ში. შექმენით საფარი.
(ა) ჩანართი, რომელიც გვიჩვენებს ზედაპირის დამზადების ძირითად ტექნიკას და (ბ) ცივი შესხურების ტექნიკის შერჩეულ უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებს.
ცივი შესხურების ტექნოლოგიას ბევრი მსგავსება აქვს ჩვეულებრივ თერმული შესხურების მეთოდებთან. თუმცა, ასევე არსებობს რამდენიმე ძირითადი ფუნდამენტური თვისება, რაც ცივ შესხურების პროცესს და ცივ შესხურების მასალებს განსაკუთრებულად უნიკალურს ხდის. ცივი შესხურების ტექნოლოგია ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, მაგრამ აქვს ნათელი მომავალი. გარკვეულ აპლიკაციებში, ცივი შესხურების უნიკალური თვისებები დიდ სარგებელს გვთავაზობს. რომელიც ფხვნილი უნდა დნება სუბსტრატზე დასაფენად. ცხადია, ეს ტრადიციული დაფარვის პროცესი არ არის შესაფერისი ძალიან ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე მასალებისთვის, როგორიცაა ნანოკრისტალები, ნანონაწილაკები, ამორფული და მეტალის სათვალეები40, 41, 42. გარდა ამისა, თერმული სპრეის საფარის მასალებს ყოველთვის გააჩნიათ მაღალი ჟანგვის ტექნოლოგია. ) სუბსტრატში მინიმალური სითბოს შეყვანა, (ii) სუბსტრატის საფარის არჩევის მოქნილობა, (iii) ფაზური ტრანსფორმაციის და მარცვლის ზრდის არარსებობა, (iv) კავშირის მაღალი სიმტკიცე1,39 (ნახ.2b). გარდა ამისა, ცივი შესხურების მასალებს აქვთ მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა, მაღალი სიმტკიცე და სიმტკიცე, მაღალი ელექტრული გამტარობა და მაღალი სიმკვრივე41. ცივი შესხურების პროცესის უპირატესობების საპირისპიროდ, ამ ტექნიკის გამოყენებას ჯერ კიდევ აქვს გარკვეული უარყოფითი მხარეები, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2b. როდესაც სუფთა კერამიკული ფხვნილების დაფარვა შეუძლებელია, როგორიცაა: მეორეს მხრივ, კერამიკული/ლითონის კომპოზიტური ფხვნილები შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ნედლეული საფარისთვის. იგივე ეხება თერმული შესხურების სხვა მეთოდებს. რთული ზედაპირები და შიდა მილების ზედაპირები ჯერ კიდევ რთულია შესხურება.
იმის გათვალისწინებით, რომ ამჟამინდელი სამუშაო მიზნად ისახავს ლითონის მინის ფხვნილების გამოყენებას ნედლეულ საფარად, ცხადია, რომ ამ მიზნით ჩვეულებრივი თერმული შესხურება შეუძლებელია. ეს იმიტომ ხდება, რომ მეტალის მინის ფხვნილები კრისტალდება მაღალ ტემპერატურაზე1.
სამედიცინო და კვების მრეწველობაში გამოყენებული ხელსაწყოების უმეტესობა დამზადებულია ავსტენიტური უჟანგავი ფოლადის შენადნობებისგან (SUS316 და SUS304) ქრომის შემცველობით 12-დან 20 wt% შორის ქირურგიული ინსტრუმენტების წარმოებისთვის. ზოგადად მიღებულია, რომ ქრომის ლითონის გამოყენებამ, როგორც შენადნობ ელემენტად, მათ უჟანგავი ფოლადის სტანდარტებს შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ფოლადის ყველა შენადნობის შენადნობი. კოროზიისადმი მდგრადობა, არ ავლენს მნიშვნელოვან ანტიმიკრობულ თვისებებს38,39. ეს ეწინააღმდეგება მათ მაღალ კოროზიულ რეზისტენტობას. ამის შემდეგ შეიძლება იწინასწარმეტყველოს ინფექციისა და ანთების განვითარება, რაც ძირითადად გამოწვეულია უჟანგავი ფოლადის ბიომასალების ზედაპირზე ბაქტერიების ადჰეზიითა და კოლონიზაციის შედეგად. ბევრი შედეგი, რომელიც შეიძლება პირდაპირ ან ირიბად იმოქმედოს ადამიანის ჯანმრთელობაზე.
ეს კვლევა არის ქუვეითის მეცნიერების განვითარების ფონდის (KFAS) მიერ დაფინანსებული პროექტის პირველი ეტაპი, კონტრაქტი No. 2010-550401, რათა გამოიკვლიოს მეტალის მინის Cu-Zr-Ni სამჯერადი ფხვნილების წარმოების მიზანშეწონილობა MA ტექნოლოგიის გამოყენებით (ცხრილი 1) ანტიბაქტერიული ფენის წარმოებისთვის. , დეტალურად შეისწავლის სისტემის ელექტროქიმიური კოროზიის მახასიათებლებს და მექანიკურ თვისებებს. დეტალური მიკრობიოლოგიური ტესტები ჩატარდება სხვადასხვა ბაქტერიების სახეობებზე.
ამ ნაშრომში, Zr შენადნობი ელემენტის შემცველობის ეფექტი მინის წარმოქმნის უნარზე (GFA) განიხილება მორფოლოგიურ და სტრუქტურულ მახასიათებლებზე დაყრდნობით. გარდა ამისა, ასევე განხილული იყო დაფარული მეტალის შუშის ფხვნილის საფარის/SUS304 კომპოზიტის ანტიბაქტერიული თვისებები. გარდა ამისა, მიმდინარე სამუშაოები ჩატარდა, რათა გამოიკვლიოს შუშის ფხვნილი თხევადი თხევადი სისტემის სტრუქტურული ტრანსფორმაციის შესაძლებლობა მინის ქსოვილის ცივ ფრქვევის სისტემაში. როგორც წარმომადგენლობითი მაგალითები, Cu50Zr30Ni20 და Cu50Zr20Ni30 მეტალის მინის შენადნობები გამოყენებული იქნა ამ კვლევაში.
ამ განყოფილებაში წარმოდგენილია ელემენტარული Cu, Zr და Ni ფხვნილების მორფოლოგიური ცვლილებები დაბალი ენერგიის ბურთულების დაფქვისას. საილუსტრაციო მაგალითების სახით, ორი განსხვავებული სისტემა, რომელიც შედგება Cu50Zr20Ni30 და Cu50Zr40Ni10, გამოყენებული იქნება, როგორც წარმომადგენლობითი მაგალითები. MA პროცესი შეიძლება დაიყოს სამ განსხვავებულ ეტაპად, როგორც ნაჩვენებია ლითონის ფხვნილის დაფქვის დროს ნახაზი3.
მექანიკური შენადნობის (MA) ფხვნილების მეტალოგრაფიული მახასიათებლები, რომლებიც მიღებულია ბურთის დაფქვის დროის 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 სთ. დროის შემდეგ გადაღებული Cu50Zr40Ni10 სისტემის სურათები ნაჩვენებია (b), (d) და (f).
ბურთის დაფქვის დროს ეფექტურ კინეტიკურ ენერგიაზე, რომელიც შეიძლება გადავიდეს ლითონის ფხვნილზე, გავლენას ახდენს პარამეტრების ერთობლიობა, როგორც ნაჩვენებია ნახატ 1a-ში. ეს მოიცავს ბურთებსა და ფხვნილებს შორის შეჯახებას, ფხვნილის კომპრესიულ დანაწევრებას დაფქვას შორის ან მათ შორის, დაცემის ბურთულების ზემოქმედებას, ცვეთას და ცვეთას ფხვნილის გადაწევის გამო. Cu, Zr და Ni ფხვნილები ძლიერ დეფორმირებული იყო ცივი შედუღების გამო MA-ს ადრეულ ეტაპზე (3 სთ), რის შედეგადაც წარმოიქმნა დიდი ფხვნილის ნაწილაკები (>1 მმ დიამეტრით). ეს დიდი კომპოზიტური ნაწილაკები ხასიათდება შენადნობის ელემენტების სქელი ფენების წარმოქმნით (Cu, Zr, Ni), როგორც ნაჩვენებია ნახატზე 3a,b. ბურთის წისქვილის ენერგია, რაც იწვევს კომპოზიტური ფხვნილის დაშლას უფრო წვრილ ფხვნილებად (200 μm-ზე ნაკლები), როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3c,d. ამ ეტაპზე, გამოყენებული ათვლის ძალა იწვევს ლითონის ახალი ზედაპირის ფორმირებას წვრილი Cu, Zr, Ni მინიშნებული ფენებით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3c, დ. დ.
MA პროცესის კულმინაციაზე (50 საათის შემდეგ), ქერცლიანი მეტალოგრაფია მხოლოდ სუსტად ჩანდა (ნახ. 3e,f), მაგრამ ფხვნილის გაპრიალებულმა ზედაპირმა აჩვენა სარკისებური მეტალოგრაფია. ეს ნიშნავს, რომ MA პროცესი დასრულებულია და მოხდა ერთი რეაქციის ფაზის შექმნა. რეგიონების ელემენტარული შემადგენლობა ინდექსირებული იყო ნახ. py (FE-SEM) შერწყმულია ენერგიის დისპერსიულ რენტგენის სპექტროსკოპიასთან (EDS) (IV).
ცხრილში 2, შენადნობის ელემენტების ელემენტარული კონცენტრაციები ნაჩვენებია, როგორც პროცენტი შერჩეული თითოეული რეგიონის მთლიანი წონისა, ნახაზი 3e,f. როდესაც შევადარებთ ამ შედეგებს 1-ში ჩამოთვლილ Cu50Zr20Ni30 და Cu50Zr40Ni10 საწყის ნომინალურ კომპოზიციებთან, ჩანს, რომ ამ კომპოზიციებს 1-ლ პროდუქტთან შედარებით მეტი მნიშვნელობა აქვს. კომპონენტის მნიშვნელობები ნახ. 3e,f-ში ჩამოთვლილი რეგიონებისთვის არ გულისხმობს თითოეული ნიმუშის შემადგენლობის მნიშვნელოვან გაუარესებას ან რყევას ერთი რეგიონიდან მეორეში. ამას მოწმობს ის ფაქტი, რომ შემადგენლობაში არ არის ცვლილება ერთი რეგიონიდან მეორეში. ეს მიუთითებს ერთგვაროვანი შენადნობის ფხვნილების წარმოებაზე, როგორც ნაჩვენებია ცხრილში 2.
საბოლოო პროდუქტის Cu50(Zr50−xNix) ფხვნილის FE-SEM მიკროგრაფები მიღებულ იქნა 50 MA-ჯერ შემდეგ, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4a–d, სადაც x არის 10, 20, 30 და 40 ზე, შესაბამისად. 73-დან 126 ნმ-მდე, როგორც ნაჩვენებია 4-ზე.
Cu50(Zr50−xNix) ფხვნილების მორფოლოგიური მახასიათებლები მიღებული MA დროის 50 სთ-ის შემდეგ. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 სისტემებისთვის, FE-SEM გამოსახულებები ნაჩვენებია ფხვნილების (50-ჯერ) და 5-ჯერ მიღების შემდეგ .
ფხვნილების ცივ სპრეის მიმწოდებელში ჩატვირთვამდე ისინი ჯერ ამუშავებდნენ ანალიტიკური ხარისხის ეთანოლში 15 წუთის განმავლობაში და შემდეგ აშრობდნენ 150°C-ზე 2 საათის განმავლობაში. ეს ნაბიჯი უნდა გადაიდგას აგლომერაციის წარმატებით წინააღმდეგ ბრძოლისთვის, რომელიც ხშირად იწვევს ბევრ მნიშვნელოვან პრობლემას საფარის პროცესში. მას შემდეგ, რაც MA პროცესი დასრულდა, შემდგომი დახასიათება ჩატარდა. FE-SEM მიკროგრაფები და Cu50Zr30Ni20 შენადნობის Cu50Zr30Ni20 შენადნობი ელემენტების Cu, Zr და Ni20 შენადნობი ელემენტების FE-SEM მიკროგრაფები და შესაბამისი EDS გამოსახულებები, რომლებიც მიღებულია M დროის 50 საათის შემდეგ, შესაბამისად. უნდა აღინიშნოს, რომ ამ ეტაპის შემდეგ წარმოებული შენადნობის ფხვნილები ერთგვაროვანია, რადგან ისინი არ აჩვენებენ კომპოზიციურ რყევებს ქვე-მეტრის დონის მიღმა.
MG Cu50Zr30Ni20 ფხვნილის მორფოლოგია და ადგილობრივი ელემენტარული განაწილება, მიღებული 50 MA-ჯერ შემდეგ FE-SEM/ენერგეტიკული დისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიით (EDS).
მექანიკურად შენადნობი Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 და Cu50Zr20Ni30 ფხვნილების XRD ნიმუშები, რომლებიც მიღებულია MA დროის 50 სთ-ის შემდეგ, ნაჩვენებია სურათზე, შესაბამისად. 6-ზე ნაჩვენები სიონის შაბლონები.
(ა) Cu50Zr40Ni10, (ბ) Cu50Zr30Ni20, (გ) Cu50Zr20Ni30 და (დ) Cu50Zr20Ni30 ფხვნილების XRD შაბლონები MA დროის 50 სთ-ის შემდეგ. ყველა ნიმუშმა გამონაკლისის გარეშე აჩვენა ჰალო დიფუზიური ფაზის ნიმუში, რაც გულისხმობს aph-ს.
საველე ემისიის მაღალი გარჩევადობის გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია (FE-HRTEM) გამოყენებული იყო სტრუქტურულ ცვლილებებზე დასაკვირვებლად და ფხვნილების ლოკალური სტრუქტურის გასაგებად, რომლებიც წარმოიქმნება ბურთის დაფქვის შედეგად სხვადასხვა MA დროს. FE-HRTEM ფხვნილების გამოსახულებები, რომლებიც მიღებულია დაფქვის ადრეული (6 სთ) და შუალედური (18 სთ) ეტაპების შემდეგ, ნაჩვენებია Cu50Zr70ii ფხვნილისთვის Fig20Zr30N. a,c, შესაბამისად. MA​6 საათის შემდეგ წარმოქმნილი ფხვნილის ნათელი ველის გამოსახულების (BFI) მიხედვით, ფხვნილი შედგება მსხვილი მარცვლებისგან fcc-Cu, hcp-Zr და fcc-Ni ელემენტების კარგად განსაზღვრული საზღვრებით, და არ არსებობს ნიშანი იმისა, რომ რეაქციის ფაზა ჩამოყალიბდა, როგორც ნაჩვენებია DPF-ზე მეტი კორექტირების არედან. შუა რეგიონში (a) გამოვლინდა კუსპის დიფრაქციის ნიმუში (ნახ. 7b), რაც მიუთითებს დიდი კრისტალების არსებობაზე და რეაქტიული ფაზის არარსებობაზე.
MA ფხვნილის ლოკალური სტრუქტურული დახასიათება მიღებული ადრეული (6 სთ) და შუალედური (18 სთ) ეტაპების შემდეგ. (ა) საველე ემისიის მაღალი გარჩევადობის გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია (FE-HRTEM) და (ბ) შესაბამისი შერჩეული ფართობის დიფრაქციული ნიმუში (SADP) Cu50Zr30Ni20 MA დამუშავების შემდეგ MA დამუშავების შემდეგ MAFE000Z 6-5 საათის შემდეგ. 18 საათი ნაჩვენებია (c).
როგორც ნაჩვენებია 7c-ზე, MA-ს ხანგრძლივობის 18 საათამდე გახანგრძლივებამ გამოიწვია მძიმე გისოსების დეფექტები, რომლებიც შერწყმულია პლასტიკურ დეფორმაციასთან. MA პროცესის ამ შუალედური ეტაპის დროს ფხვნილი ავლენს სხვადასხვა დეფექტებს, მათ შორის დაწყობის ხარვეზებს, გისოსების დეფექტებს და წერტილოვან დეფექტებს (სურათი 7). 20 ნმ-ზე (ნახ. 7c).
Cu50Z30Ni20 დაფქული ფხვნილის ლოკალურ სტრუქტურას 36 სთ MA დროში აქვს ულტრა წვრილ ნანომარცვლების ფორმირება, რომლებიც ჩაშენებულია ამორფულ წვრილ მატრიცაში, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 8a. ლოკალური EDS ანალიზმა აჩვენა, რომ ნანოკლასტერები, რომლებიც ნაჩვენებია ნახ. 8a-ში, ასოცირდებოდა დაუმუშავებელ Nio-ს შემცველობასთან, Cuoyx-ის ყველა ელემენტის დაუმუშავებელ დროს. ~32 at.% (მჭლე ფართობი) ~74 at.% (მდიდარი ფართობი), რაც მიუთითებს ჰეტეროგენული პროდუქტების ფორმირებაზე. გარდა ამისა, ამ ეტაპზე დაფქვის შემდეგ მიღებული ფხვნილების შესაბამისი SADPs აჩვენებს ამორფული ფაზის ჰალო-დიფუზიურ პირველად და მეორად რგოლებს, რომლებიც გადახურულია ყველა ბასრი წერტილებით, რომლებიც დაკავშირებულია მათთან.
36 h-Cu50Zr30Ni20 ფხვნილის ნანომასშტაბის ადგილობრივი სტრუქტურული მახასიათებლების მიღმა. (ა) ნათელი ველის გამოსახულება (BFI) და შესაბამისი (ბ) Cu50Zr30Ni20 ფხვნილის SADP, მიღებული 36 სთ MA დროში დაფქვის შემდეგ.
MA პროცესის დასასრულის მახლობლად (50 სთ), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 და 40 at.% ფხვნილებს უცვლელად აქვთ ლაბირინთური ამორფული ფაზის მორფოლოგია, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 9a–d. თითოეული კომპოზიციის შესაბამის SADP-ში, არც წერტილის მსგავსი დიფრაქციები და არც მკვეთრი რგოლოვანი შაბლონები არ არის გამოვლენილი. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ არ არის დაუმუშავებელი ლითონის ფხვნილი, მაგრამ დპ-ის ყველა კრისტალი. ჰალო დიფუზიის ნიმუშების ჩვენება ასევე გამოყენებული იქნა როგორც მტკიცებულება საბოლოო პროდუქტის მასალაში ამორფული ფაზების განვითარებისათვის.
MG Cu50 (Zr50−xNix) სისტემის საბოლოო პროდუქტის ადგილობრივი სტრუქტურა. FE-HRTEM და კორელირებული ნანოსხივის დიფრაქციის ნიმუშები (NBDP) (a) Cu50Zr40Ni10, (ბ) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Nih) Cu50-დან მიღებული Cu50Zr20Ni30 და (Cu50Zr20Ni30Z) შემდეგ მიღებული.
მინის გარდამავალი ტემპერატურის (Tg), სუბგაციებული სითხის რეგიონის (ΔTx) და კრისტალიზაციის ტემპერატურის (Tx) თერმული სტაბილურობა ამორფული Cu50(Zr50−xNix) სისტემის Ni-ის შემცველობის (x) ფუნქცია გამოკვლეულია თვისებების დიფერენციალური სკანირების კალორიმეტრიის (DSC) გამოყენებით He გაზის ნაკადის, Cu50iZ0, Cu50iZ0,40N30Z0, 500Z0, 500Z0, 50Z0, 500Zr, 400Z0 აირების ნაკადის მიხედვით. 0 და Cu50Zr10Ni40 ამორფული შენადნობის ფხვნილები მიღებული MA დროის შემდეგ 50 საათის შემდეგ ნაჩვენებია ნახ. სურ. 10დ.
Cu50(Zr50−xNix) MG ფხვნილების თერმული სტაბილურობა, მიღებული MA დროის შემდეგ 50 სთ, როგორც ინდექსირებულია მინის გადასვლის ტემპერატურით (Tg), კრისტალიზაციის ტემპერატურით (Tx) და სუბგაციებული სითხის რეგიონით (ΔTx). ) Cu50Zr20Ni30 და (ე) Cu50Zr10Ni40 MG შენადნობის ფხვნილები MA დროის შემდეგ 50 სთ. რენტგენის დიფრაქციის ნიმუში (XRD) Cu50Zr30Ni20 ნიმუშის გაცხელებული ~700 °C-მდე DSC ნაჩვენებია (დ).
როგორც 10-ზე ნაჩვენებია, ყველა შემადგენლობის DSC მრუდები Ni-ს სხვადასხვა კონცენტრაციით (x) მიუთითებს ორ განსხვავებულ შემთხვევას, ერთი ენდოთერმული და მეორე ეგზოთერმული. პირველი ენდოთერმული მოვლენა შეესაბამება Tg-ს, ხოლო მეორე დაკავშირებულია Tx-ს. 10 ნიმუში (ნახ. 10a), განთავსებული 526°C-ზე და 612°C-ზე, გადააქვთ შემცველობა (x) 20 at.%-ზე დაბალი ტემპერატურული მხარისკენ 482°C და 563°C შესაბამისად Ni-ის შემცველობის (x) გაზრდით, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 10b.შესაბამისად, ნახ. 81 °C Cu50Zr30Ni20-სთვის (ნახ. 10b). MG Cu50Zr40Ni10 შენადნობისთვის ასევე დაფიქსირდა, რომ Tg, Tx და ΔTx-ის მნიშვნელობები შემცირდა 447°C, 526°C და 79°C დონემდე (ნახ. ამის საპირისპიროდ, MG Cu50Zr20Ni30 შენადნობის Tg მნიშვნელობა (507 °C) უფრო დაბალია, ვიდრე MG Cu50Zr40Ni10 შენადნობისა;მიუხედავად ამისა, მისი Tx აჩვენებს წინასთან შესადარებელ მნიშვნელობას (612 °C). შესაბამისად, ΔTx აჩვენებს უფრო მაღალ მნიშვნელობას (87 °C), როგორც ნაჩვენებია ნახ. 10c.
MG Cu50(Zr50−xNix) სისტემა, MG Cu50Zr20Ni30 შენადნობის მაგალითით, მკვეთრი ეგზოთერმული მწვერვალის მეშვეობით კრისტალიზდება fcc-ZrCu5, ორთორმბული-Zr7Cu10 და ორთორმბული-Zr1N ფაზაზე დადასტურებული კრისტალურ ფაზებში. MG ნიმუშის XRD (ნახ. 10d), რომელიც გაცხელდა 700 °C-მდე DSC-ში.
სურათი 11 გვიჩვენებს ამჟამინდელ სამუშაოში ჩატარებული ცივი შესხურების პროცესის დროს გადაღებულ ფოტოებს. ამ კვლევაში, ლითონის შუშის მსგავსი ფხვნილის ნაწილაკები სინთეზირებული 50 საათის MA დროის შემდეგ (მაგალითად Cu50Zr20Ni30) გამოყენებული იქნა ანტიბაქტერიულ ნედლეულად, ხოლო უჟანგავი ფოლადის ფირფიტა (SUS304) არჩეული იყო ცივი შესხურების ტექნოლოგიით. არის ყველაზე ეფექტური მეთოდი თერმული შესხურების სერიაში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლითონის მეტასტაბილური ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე მასალებისთვის, როგორიცაა ამორფული და ნანოკრისტალური ფხვნილები, რომლებიც არ ექვემდებარება ფაზურ გადასვლებს. ეს არის ამ მეთოდის არჩევის მთავარი ფაქტორი. ცივი შესხურების პროცესი ხორციელდება მაღალი სიჩქარის ნაწილაკების გამოყენებით, რომლებიც გარდაქმნის კინეტიკურ ენერგიას და სითბოსფორმულ ნაწილაკებს წინა ზემოქმედებით ან პლასტმასის ნაწილაკებზე.
საველე ფოტოებზე ნაჩვენებია ცივი შესხურების პროცედურა, რომელიც გამოიყენება MG საფარის/SUS 304 ზედიზედ ხუთი მომზადებისთვის 550 °C ტემპერატურაზე.
ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია და, შესაბამისად, თითოეული ნაწილაკების იმპულსი საფარის ფორმირებაში, უნდა გარდაიქმნას ენერგიის სხვა ფორმებად ისეთი მექანიზმებით, როგორიცაა პლასტიკური დეფორმაცია (საწყისი ნაწილაკები და ნაწილაკები ნაწილაკების ურთიერთქმედება სუბსტრატში და ნაწილაკების ურთიერთქმედება), სიცარიელეები კონსოლიდაცია, ნაწილაკები-ნაწილაკების ბრუნვა, თუ სხვაგვარად როტაცია. ეთიკური ენერგია გარდაიქმნება სითბოს და დაძაბულობის ენერგიად, შედეგი არის ელასტიური შეჯახება, რაც ნიშნავს, რომ ნაწილაკები უბრალოდ ბრუნდებიან უკან დარტყმის შემდეგ. აღინიშნა, რომ ნაწილაკზე/სუბსტრატის მასალაზე გამოყენებული ზემოქმედების ენერგიის 90% გარდაიქმნება ადგილობრივ სიცხეში 40 . გარდა ამისა, ზემოქმედების სტრესის გამოყენებისას, პლასტმასის დაძაბულობის მაღალი სიხშირე მიიღწევა ნაწილაკების 1 მოკლე დროში.
პლასტიკური დეფორმაცია ზოგადად განიხილება ენერგიის გაფრქვევის პროცესად, ან უფრო კონკრეტულად, სითბოს წყაროდ ინტერფეისულ რეგიონში. თუმცა, ზედაპირული რეგიონის ტემპერატურის მატება, როგორც წესი, არ არის საკმარისი ინტერფეისის დნობის წარმოქმნის ან ატომური ინტერდიფუზიის მნიშვნელოვანი ხელშეწყობისთვის. ავტორებისთვის ცნობილი არცერთი პუბლიკაცია არ იკვლევს ამ მეტალის ფხვნილის განლაგების თვისებებს, რომლებიც გამოიყენება ცივ ფხვნილზე.
MG Cu50Zr20Ni30 შენადნობის ფხვნილის BFI ჩანს ნახ. გარე ფაზა, როგორც შემოთავაზებულია MG-დაფარული ფხვნილის მატრიცაში ჩართული ნანონაწილაკებით (ნახ. 12a). ნახაზი 12c ასახავს ინდექსირებული ნანოსხივის დიფრაქციის შაბლონს (NBDP), რომელიც ასოცირდება I რეგიონთან (სურათი 12a). როგორც ნაჩვენებია ნახ. კრისტალური დიდი კუბური Zr2Ni მეტასტაბილური პლუს ტეტრაგონალური CuO ფაზა. CuO-ს წარმოქმნა შეიძლება მიეწეროს ფხვნილის დაჟანგვას სპრეის იარაღის საქშენიდან SUS 304-მდე მგზავრობისას ღია ცის ქვეშ ზებგერითი ნაკადის ქვეშ. მეორეს მხრივ, მეტალის დევიტრიფიკაცია მიიღწევა ცივ მინის ფაზაზე30 დიდი ფხვნილების ცივი დამუშავების შემდეგ50C-ზე. 0 წთ.
(ა) MG ფხვნილის FE-HRTEM გამოსახულება დაფარული (ბ) SUS 304 სუბსტრატზე (სურათის ჩასმა). (a)-ში ნაჩვენები წრიული სიმბოლოს NBDP ინდექსი ნაჩვენებია (c).
დიდი კუბური Zr2Ni ნანონაწილაკების წარმოქმნის ამ პოტენციური მექანიზმის შესამოწმებლად ჩატარდა დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი. ამ ექსპერიმენტში ფხვნილები შეისხურეს სპრეის იარაღიდან 550 °C ტემპერატურაზე SUS 304 სუბსტრატის მიმართულებით;თუმცა, ფხვნილების ანეილირების ეფექტის გასარკვევად, ისინი ამოიღეს SUS304 ზოლიდან რაც შეიძლება სწრაფად (დაახლოებით 60 წამი). ჩატარდა ექსპერიმენტების კიდევ ერთი ნაკრები, რომელშიც ფხვნილი ამოღებულ იქნა სუბსტრატიდან დეპონირების შემდეგ დაახლოებით 180 წამის შემდეგ.
ნახაზები 13a,b გვიჩვენებს ბნელი ველის გამოსახულებებს (DFI), რომლებიც მიღებულია გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (STEM) სკანირებით SUS 304 სუბსტრატზე დეპონირებული SUS 304 სუბსტრატზე შესაბამისად 60 წმ. და 180 წმ. ფხვნილები იყო ამორფული, როგორც ნაჩვენებია ნახატ 14a-ში ნაჩვენები ფართო პირველადი და მეორადი დიფრაქციული მაქსიმუმებით. ეს მიუთითებს მეტასტაბილური/მეზოფაზის ნალექის არარსებობაზე, სადაც ფხვნილი ინარჩუნებს თავდაპირველ ამორფულ სტრუქტურას. ამის საპირისპიროდ, ფხვნილი შესხურებულია იმავე ტემპერატურაზე (550 °C), მაგრამ დატოვებულია სუბსტრატზე 180-მდე, როგორც სუბსტრატზე. ისრები ნახ. 13ბ.