Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Биопленкалар созылмалы инфекциялардың дамуының маңызды құрамдас бөлігі болып табылады, әсіресе медициналық құрылғылар тартылған кезде. Бұл мәселе медициналық қауымдастық үшін үлкен мәселе болып табылады, өйткені стандартты антибиотиктер биопленкаларды өте шектеулі деңгейде ғана жоя алады. Биопленканың пайда болуының алдын алу әртүрлі жабу әдістерін және жаңа материалдарды дамытуға әкелді. Бұл әдістер беттерді, әсіресе биологиялық қабықшалар мен шыны түзілуін тежейтіндей етіп жабуға бағытталған. Титан металдары микробқа қарсы мінсіз жабындар ретінде пайда болды. Сонымен бірге суық бүрку технологиясын қолдану температураға сезімтал материалдарды өңдеу үшін қолайлы әдіс болғандықтан артты. Бұл зерттеу мақсатының бір бөлігі механикалық легирленген ұнтақты құрайтын механикалық легирленген материал ретінде қолданылатын үштік Cu-Zr-Ni-ден тұратын жаңа антибактериалды қабықша металл шыныны әзірлеу болды. төмен температурада тот баспайтын болаттан жасалған беттерді бүрку. Металл әйнекпен қапталған субстраттар тот баспайтын болатпен салыстырғанда биопленка түзілуін кем дегенде 1 журналға айтарлықтай азайта алды.
Адамзат тарихында кез келген қоғам жаһанданған экономикадағы өнімділік пен рейтингтің жақсаруына әкелген өзінің нақты талаптарына сәйкес келетін жаңа материалдарды жобалап, енгізуді алға тарта алды аймақ. 2 60 жыл бойы материал ғалымдары уақытының көп бөлігін бір басты мәселеге арнады: жаңа және озық материалдарға ұмтылу. Соңғы зерттеулер бар материалдардың сапасы мен өнімділігін жақсартуға, сондай-ақ материалдардың мүлдем жаңа түрлерін синтездеуге және ойлап табуға бағытталған.
Легірлеуші ​​элементтерді қосу, материалдың микроқұрылымын өзгерту және термиялық, механикалық немесе термомеханикалық өңдеу әдістерін қолдану әртүрлі материалдардың механикалық, химиялық және физикалық қасиеттерін айтарлықтай жақсартуға әкелді. Сонымен қатар, осы уақытқа дейін естілмеген қосылыстар сәтті синтезделді. Материалдар 2. Нанокристалдар, нанобөлшектер, нанотүтіктер, кванттық нүктелер, нөлдік өлшемді, аморфты металдық шынылар және жоғары энтропиялы қорытпалар - өткен ғасырдың ортасынан бастап әлемге енгізілген озық материалдардың кейбір мысалдары ғана. Жоғары қасиеттері бар жаңа қорытпаларды өндіру және әзірлеу кезінде оның соңғы өнімі, не өндірісінің аралық мәселесі, не өндіріс сатысында. теңгерімсіздік жиі қосылады. Тепе-теңдіктен айтарлықтай ауытқу үшін өндірістің жаңа әдістерін енгізу нәтижесінде металдық шынылар деп аталатын метатұрақты қорытпалардың мүлдем жаңа класы ашылды.
Оның 1960 жылы Калтехтегі жұмысы сұйықтықтарды секундына миллион градусқа жуық жылдамдықпен тез қатаю арқылы шыны тәрізді Au-25 % Si қорытпаларын синтездеген кезде металл қорытпалары тұжырымдамасында революция әкелді. қорытпалар. MG қорытпаларының синтезі бойынша ең алғашқы алғашқы зерттеулерден бері барлық дерлік металл шынылар толығымен келесі әдістердің бірін қолдану арқылы өндірілді; (i) балқыманың немесе будың жылдам қатуы, (ii) тордың атомдық ретсізденуі, (iii) таза металл элементтері арасындағы қатты күйдегі аморфизация реакциялары және (iv) метатұрақты фазалардың қатты күйге ауысуы.
MG кристалдармен байланысты ұзақ диапазондағы атом тәртібінің болмауымен ерекшеленеді, бұл кристалдардың айқындаушы сипаттамасы болып табылады. Қазіргі әлемде металдық шыны саласында үлкен прогреске қол жеткізілді. Олар қатты дене физикасында ғана емес, сонымен қатар металлургияда, беттік химияда және басқа да көптеген салаларда қызығушылық тудыратын қызықты қасиеттері бар жаңа материалдар. қатты металдардан ерекше қасиеттері, оны әртүрлі салаларда технологиялық қолдану үшін қызықты үміткер етеді. Олардың кейбір маңызды қасиеттері бар; (i) жоғары механикалық икемділік және аққыштық беріктігі, (ii) жоғары магниттік өткізгіштік, (iii) төмен коэрцивтілік, (iv) әдеттен тыс коррозияға төзімділік, (v) температураға тәуелсіздік Өткізгіштік 6,7.
Механикалық легирлеу (MA)1,8 – салыстырмалы түрде жаңа әдіс, оны алғаш рет 19839 жылы профессор С.С. Кок және әріптестері енгізді. Олар бөлме температурасына өте жақын қоршаған орта температурасында таза элементтер қоспасын ұнтақтау арқылы аморфты Ni60Nb40 ұнтақтарын дайындады. Әдетте, MA реакциясы реактордағы реактивті материал ұнтақтарының диффузиялық қосылуы арасында жүзеге асырылады, әдетте тот баспайтын болаттан жасалған шарикті диірменге 10 (сурет 1а, б). Содан бері, бұл механикалық индукцияланған қатты күйдегі реакция әдісі жаңа аморфты/металлдық қатты күйдегі реакция әдістемесі жаңа аморфты/металлдық (әйнек қоспасы) және энергиясы төмен әйнек қорытпалары, сондай-ақ 1 бал қоспасы 1, қышқыл қоспаларын пайдалана отырып, пайдаланылады. штангалы диірмендер11,12,13,14,15 , 16. Атап айтқанда, бұл әдіс Cu-Ta17 сияқты араласпайтын жүйелерді, сондай-ақ Al-өтпелі металл жүйелері (TM; Zr, Hf, Nb және Ta) 18,19 және Fe-W20 сияқты жоғары балқу температурасы бар қорытпаларды дайындау үшін қолданылған, оларды MAF әдісінің басқа әдісін пайдалана отырып алуға болмайды. металл оксидтерінің, карбидтердің, нитридтердің, гидридтердің, көміртегі нанотүтіктерінің, наноалмастардың өнеркәсіптік ауқымдағы нанокристалды және нанокомпозитті ұнтақ бөлшектерін дайындауға арналған ең қуатты нанотехнологиялық құралдар, сонымен қатар жоғарыдан төмен көзқарас 1 және метастабилді сатылар арқылы кең тұрақтандыру.
Осы зерттеуде Cu50(Zr50−xNix) металдық шыны (MG) жабыны/SUS 304 дайындау үшін қолданылған дайындау әдісін көрсететін сызба.(a) Төмен энергиялы шарикті фрезерлеу техникасын қолдана отырып, әртүрлі Ni концентрациясы x (x; 10, 20, 30 және 40 %) MG қорытпасының ұнтақтарын дайындау. және (b) He атмосферасымен толтырылған қолғап қорапшасында тығыздалған. (c) Ұнтақтау кезінде шардың қозғалысын бейнелейтін ұнтақтау ыдысының мөлдір үлгісі. 50 сағаттан кейін алынған ұнтақтың соңғы өнімі суық бүрку әдісімен SUS 304 субстратын жабу үшін пайдаланылды (d).
Сусымалы материалдың беттеріне (субстраттарына) келетін болсақ, беттік инженерия бастапқы сусымалы материалда жоқ белгілі бір физикалық, химиялық және техникалық қасиеттерді қамтамасыз ету үшін беттерді (субстраттарды) жобалауды және өзгертуді қамтиды. Беттік өңдеулер арқылы тиімді түрде жақсартуға болатын кейбір қасиеттерге тозуға төзімділік, тотығу және коррозияға төзімділік, үйкеліс коэффициенті, биоинерттілік, этикалық атаулар жатады. Металлургиялық, механикалық немесе химиялық әдістерді қолдану арқылы беттің сапасын жақсартуға болады. Белгілі процесс ретінде жабын жай ғана басқа материалдан жасалған сусымалы объектінің (субстраттың) бетіне жасанды түрде тұндырылған материалдың бір немесе бірнеше қабаты ретінде анықталады. Осылайша, жабындар кейбір қажетті техникалық немесе сәндік қасиеттерге қол жеткізу үшін ішінара, сондай-ақ қоршаған ортаның химиялық және физикалық әсерлесуінен күтілетін қоршаған ортаны қорғау үшін қолданылады23.
Қалыңдығы бірнеше микрометрден (10-20 микрометрден төмен) 30 микрометрден асатын немесе тіпті бірнеше миллиметрге дейін болатын қолайлы бетті қорғау қабаттарын тұндыру үшін көптеген әдістер мен әдістерді қолдануға болады. Жалпы алғанда, жабу процестерін екі санатқа бөлуге болады: (i) дымқыл жабын әдістері, оның ішінде электропландау, электрсіз қаптау және ыстықтай өңдеу әдістері, дәнекерлеу, төсеу , физикалық бу тұндыру (PVD), химиялық бу тұндыру (CVD), термиялық бүрку әдістері және жақында суық бүрку әдістері 24 (сурет 1d).
Биопленкалар беттерге қайтымсыз бекітілген және өзін-өзі өндіретін жасушадан тыс полимерлермен (EPS) қоршалған микробтық қауымдастық ретінде анықталады. Беткей піскен биоқабықшаның түзілуі тамақ өнеркәсібін, су жүйелерін және денсаулық сақтау ортасын қоса алғанда, көптеген өнеркәсіп салаларында елеулі шығындарға әкелуі мүмкін. Адамдарда биофильмдер пайда болған кезде, микробиологиялық инфекциялардың 80%-дан астамы бар. Enterobacteriaceae және Staphylococci) емдеу қиын.Сонымен қатар, піскен биоқабықшалардың планктондық бактерия жасушаларымен салыстырғанда антибиотиктермен емдеуге төзімділігі 1000 есе жоғары екендігі хабарланды, бұл негізгі емдік қиындық болып саналады. Кәдімгі органикалық қосылыстардан алынған антимикробтық беттік жабын материалдары бұрыннан мұндай әлеуетті улы құрамдас бөліктерде жиі қолданылған. адамдар,25,26 ол бактериялардың берілуін және материалдың жойылуын болдырмауға көмектеседі.
Биопленканың түзілуіне байланысты бактериялардың антибиотикалық емдеуге кең тараған төзімділігі қауіпсіз жағуға болатын тиімді микробқа қарсы мембранамен қапталған бетті жасау қажеттілігіне әкелді27. Бактерия жасушаларының адгезияға байланысты биоқабықшаларды байланыстыру және құруы тежелетін физикалық немесе химиялық жабыспайтын беттің дамуы осы процестегі бірінші тәсіл болып табылады. дәл олар қажет жерде, жоғары концентрацияланған және бейімделген мөлшерде. Бұған бактерияларға төзімді графен/германий28, қара алмаз29 және ZnO қоспасы бар алмаз тәрізді көміртекті жабындар30 сияқты бірегей жабын материалдарын әзірлеу арқылы қол жеткізіледі. Бұл технология, биопленкалардың түзілуіне байланысты токсикозды және төзімділікті барынша азайтады. Бактериялық ластанудан ұзақ мерзімді қорғауды қамтамасыз ету үшін беттерге бактерицидтік химиялық заттарды енгізу танымал болып келеді. Үш процедураның барлығы да жабынмен қапталған беттерге микробқа қарсы әсер ету мүмкіндігіне ие болғанымен, олардың әрқайсысында қолдану стратегияларын әзірлеу кезінде ескеру қажет өз шектеулері бар.
Қазіргі уақытта нарықтағы өнімдерге биологиялық белсенді ингредиенттерге арналған қорғаныс жабындарын талдау және сынау үшін уақыттың жеткіліксіздігі кедергі келтіреді. Компаниялар өз өнімдері пайдаланушыларға қажетті функционалдық аспектілерді қамтамасыз етеді деп мәлімдейді; дегенмен, бұл қазіргі уақытта нарықтағы өнімдердің жетістігіне кедергі болды. Күмістен алынған қосылыстар қазір тұтынушыларға қолжетімді микробқа қарсы терапияның басым көпшілігінде пайдаланылады. Бұл өнімдер пайдаланушыларды микроорганизмдердің ықтимал қауіпті әсерінен қорғау үшін әзірленген. Микробқа қарсы кешіктірілген әсер және күміс қосылыстарының ілеспе уыттылығы балама зерттеушілерге қысымды арттырады36. Үй ішінде және сыртында жұмыс істейтін жаһандық микробқа қарсы жабын әлі де күрделі міндет болып табылады. Бұл денсаулық пен қауіпсіздікке байланысты қауіптерге байланысты.Адамға зияны аз микробқа қарсы агентті табу және оны сақтау мерзімі ұзағырақ жабын субстраттарына қалай енгізу керектігін анықтау - микробқа қарсы материалдардың сұранысқа ие және ең соңғы мақсаты болып табылады. бактерияларды тікелей байланыс арқылы немесе белсенді агент босатылғаннан кейін жақын қашықтықта өлтіру. Олар мұны бастапқы бактериялық адгезияны тежеу ​​(соның ішінде бетіндегі ақуыз қабатының пайда болуына қарсы әрекет ету) немесе жасуша қабырғасына кедергі жасау арқылы бактерияларды өлтіру арқылы жасай алады.
Негізінде, беттік жабын - бұл бетке қатысты қасиеттерді жақсарту үшін құрамдас бөліктің бетіне басқа қабат қою процесі. Беттік жабынның мақсаты компоненттің бетке жақын аймағының микроқұрылымын және/немесе құрамын бейімдеу болып табылады39. Беттік жабын әдістерін әртүрлі әдістерге бөлуге болады, олар 2а-суретте қысқаша түрде келтірілген, физикалық және химиялық, ішкі бөлімдер. жабынды жасау үшін қолданылатын әдіске байланысты электрохимиялық категориялар.
(a) Беткі қабат үшін қолданылатын негізгі дайындау әдістерін көрсететін кірістірілген және (b) суық бүрку техникасының таңдалған артықшылықтары мен кемшіліктері.
Суық бүрку технологиясының кәдімгі термиялық бүрку әдістерімен көптеген ұқсастықтары бар. Дегенмен, суық бүрку процесі мен суық бүріккіш материалдарын ерекше бірегей ететін кейбір негізгі іргелі қасиеттері бар. Суық бүрку технологиясы әлі қалыптасу кезеңінде, бірақ жарқын болашағы бар. Белгілі бір қолданбаларда суық бүріккіштің бірегей қасиеттері әдеттегі термиялық бүрку әдістеріне тән шектеулерді еңсере отырып, үлкен артықшылықтар береді. термиялық бүрку технологиясы, оның барысында ұнтақты субстратқа қою үшін балқыту керек. Әлбетте, бұл дәстүрлі жабын процесі нанокристалдар, нанобөлшектер, аморфты және металл шынылар40, 41, 42 сияқты температураға өте сезімтал материалдарға жарамайды.Сонымен қатар, термиялық бүріккіш жабынның жоғары деңгейлері әрқашан экстросC өте көп тотықтырғыш жабынға ие. (i) субстратқа минималды жылу беру, (ii) субстрат жабыны таңдаудағы икемділік, (iii) фазалық түрлендіру мен дәннің өсуінің болмауы, (iv) жоғары байланыс беріктігі1,39 (2б-сурет).Сонымен қатар, суық бүріккіш жабын материалдарының коррозияға төзімділігі, жоғары беріктігі және жоғары беріктігі бар. тығыздық41. Суық бүрку процесінің артықшылықтарына қарамастан, 2b-суретте көрсетілгендей, бұл әдісті пайдаланудың әлі де кейбір кемшіліктері бар. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC және т.б. сияқты таза керамикалық ұнтақтарды қаптау кезінде суық бүрку әдісін қолдануға болмайды. Екінші жағынан, керамикалық/метал композициялық материалдармен бірдей ұнтақтарды қолдануға болады. басқа термиялық бүрку әдістері. Күрделі беттерді және ішкі құбыр беттерін бүрку әлі де қиын.
Ағымдағы жұмыс металл шыны тәрізді ұнтақтарды шикізат ретінде жабын материалдары ретінде пайдалануға бағытталғанын ескерсек, бұл мақсат үшін әдеттегі термиялық бүрку әдісін қолдануға болмайтыны анық. Бұл металл шыны тәрізді ұнтақтардың жоғары температурада кристалданатындығына байланысты1.
Медициналық және тамақ өнеркәсібінде қолданылатын құралдардың көпшілігі хирургиялық аспаптарды өндіру үшін хром мөлшері 12 және 20 масса% аралығындағы аустенитті баспайтын болаттан жасалған қорытпалардан (SUS316 және SUS304) жасалған. Хром металын легирлеуші ​​элемент ретінде пайдалану болаттың барлық стандартты қорытпаларының төзімділігін жоғарылататыны жалпы қабылданған. қорытпалар, олардың жоғары коррозияға төзімділігіне қарамастан, айтарлықтай антимикробтық қасиеттерді көрсетпейді38,39. Бұл олардың жоғары коррозияға төзімділігіне қарама-қайшы келеді.Осыдан кейін инфекция мен қабынудың дамуын болжауға болады, бұл негізінен тот баспайтын болаттан жасалған бетінде бактериялық адгезия мен колонизациядан туындайды. адам денсаулығына тікелей немесе жанама әсер етуі мүмкін көптеген салдары болуы мүмкін денсаулықтың нашарлауына әкелуі мүмкін биоқабықша түзілу жолдары.
Бұл зерттеу Кувейт ғылымды дамыту қоры (KFAS) қаржыландыратын жобаның бірінші кезеңі болып табылады, келісім-шарт № 2010-550401, MA технологиясын (1-кесте) пайдаланып, металл шыны тәрізді Cu-Zr-Ni үштік ұнтақтарын өндірудің орындылығын зерттеуге арналған. 2023 жылдың қаңтарында жүйенің электрохимиялық коррозиялық сипаттамалары мен механикалық қасиеттері егжей-тегжейлі зерттеледі. Әртүрлі бактерия түрлері үшін егжей-тегжейлі микробиологиялық сынақтар жүргізіледі.
Бұл жұмыста Zr легирленген элемент құрамының шыны түзу қабілетіне (GFA) әсері морфологиялық және құрылымдық сипаттамалар негізінде талқыланады. Сонымен қатар, қапталған металл шыны ұнтақ жабынының/SUS304 композитінің бактерияға қарсы қасиеттері де талқыланды. Бұдан басқа, металдық құрылымдық ұнтақтардың салқын әйнек спрейінің түрленуі кезінде пайда болу мүмкіндігін зерттеу бойынша ағымдағы жұмыстар жүргізілді. дайындалған металл шыны жүйелерінің суытылған сұйық аймағы. Өкілдік мысалдар ретінде бұл зерттеуде Cu50Zr30Ni20 және Cu50Zr20Ni30 металдық шыны қорытпалары қолданылды.
Бұл бөлімде төмен энергиялы шарикті фрезерлеудегі элементар Cu, Zr және Ni ұнтақтарының морфологиялық өзгерістері ұсынылған. Көрнекілік мысалдар ретінде Cu50Zr20Ni30 және Cu50Zr40Ni10 құрайтын екі түрлі жүйе репрезентативті мысалдар ретінде пайдаланылады. MA процесін үш түрлі кезеңге бөлуге болады, бұл металлурографиялық сипаттаманы өндіру кезінде көрсетілгендей, үш түрлі кезеңге бөлуге болады.
Шарикті ұнтақтау уақытының әртүрлі кезеңдерінен кейін алынған механикалық қорытпа (МА) ұнтақтарының металлографиялық сипаттамалары. 3, 12 және 50 сағаттық төмен энергиялы шарикті фрезерлеуден кейін алынған MA және Cu50Zr40Ni10 ұнтақтарының далалық эмиссиялық сканерлеуші ​​электрондық микроскопия (FE-SEM) кескіндері (a), (c) және (e) тармақтарында Cu0i03 жүйесінде көрсетілген. Уақыттан кейін түсірілген Cu50Zr40Ni10 жүйесінің сәйкес суреттері (b), (d) және (f) тармақтарында көрсетілген.
Шарлы фрезерлеу кезінде металл ұнтағына берілуі мүмкін тиімді кинетикалық энергияға 1а-суретте көрсетілгендей параметрлердің комбинациясы әсер етеді. Бұған шарлар мен ұнтақтар арасындағы соқтығыстар, ұнтақтау ортасының арасында немесе арасында тұрып қалған ұнтақтың қысылып қырылуы, құлап жатқан шарлардың соққысы, шардың қозғалатын тастары арқылы өтуі және шар толқынды фрезерлеу арасындағы ұнтақты сүйреу салдарынан ығысу және тозу кіреді. жүктемелер (1а-сурет). Элементтік Cu, Zr және Ni ұнтақтары MA ерте сатысында (3 сағ) суық дәнекерлеу салдарынан қатты деформацияланды, нәтижесінде үлкен ұнтақ бөлшектері (диаметрі > 1 мм) пайда болды. Бұл ірі композиттік бөлшектер легірлеуші ​​элементтердің қалың қабаттарының пайда болуымен сипатталады (Cu, Zr, Ni). h (аралық кезең) шар диірменінің кинетикалық энергиясының жоғарылауына әкелді, нәтижесінде композициялық ұнтақ жұқа ұнтақтарға (200 мкм-ден аз) ыдырауы пайда болды. тазарту, қатты фазалық реакциялар жаңа фазаларды генерациялау үшін қабыршақтардың интерфейсінде жүреді.
MA процесінің шарықтау шегінде (50 сағаттан кейін) қабыршақты металлография әлсіз ғана көрінді (3e,f-сурет), бірақ ұнтақтың жылтыратылған беті айна металлографиясын көрсетті.Бұл MA процесі аяқталды және бір реакциялық фазаның құрылуы орын алды дегенді білдіреді. Өңірлердің элементтік құрамы II, 3e-суретте индекстелген аймақтардың элементтік құрамы, 3e, v сканерлеу арқылы анықталды. электронды микроскопия (FE-SEM) энергетикалық дисперсиялық рентгендік спектроскопиямен (EDS) біріктірілген (IV).
2-кестеде легирленген элементтердің элементтік концентрациясы 3e,f-суретте таңдалған әрбір аймақтың жалпы салмағына пайызбен көрсетілген. Бұл нәтижелерді 1-кестеде келтірілген Cu50Zr20Ni30 және Cu50Zr40Ni10 бастапқы номиналды құрамдарымен салыстырған кезде, бұл екі түпкілікті өнім құрамының номиналды мәніне өте ұқсас екенін көруге болады. композициялар.Сонымен қатар, 3e,f-суретте келтірілген аймақтар үшін салыстырмалы құрамдас мәндер бір аймақтан екінші аймаққа әрбір үлгінің құрамының айтарлықтай нашарлауын немесе ауытқуын білдірмейді. Бұл бір аймақтан екінші аймаққа құрамның өзгермейтіндігімен дәлелденеді. Бұл Table 2-де көрсетілгендей біртекті қорытпа ұнтақтарының өндірісін көрсетеді.
Соңғы өнім Cu50(Zr50−xNix) ұнтағының FE-SEM микросуреттері 4a–d-суретте көрсетілгендей 50 MA уақыттан кейін алынды, мұнда x сәйкесінше 10, 20, 30 және 40 %.% құрайды. Осы ұнтақтау қадамынан кейін ұнтақ агрегаттары үлкен вандер-Ваальс әсерінен ультраагрегацияның түзілуінен тұрады. 4-суретте көрсетілгендей диаметрі 73-тен 126 нм-ге дейінгі бөлшектер.
50 сағ MA уақытынан кейін алынған Cu50(Zr50−xNix) ұнтақтарының морфологиялық сипаттамалары. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 жүйелері үшін алынған ұнтақтардың FE-SEM кескіндері (MA (5 рет), және (5 рет), b) ac түрінде көрсетілген. тиісінше.
Ұнтақтарды суық бүріккіш фидерге салмас бұрын, олар алдымен аналитикалық сортты этанолда 15 минут бойы ультрадыбыстық күйде өңделді, содан кейін 2 сағат бойы 150°C температурада кептірілді. Бұл қадам жабу процесінде жиі көптеген маңызды проблемаларды тудыратын агломерациямен сәтті күресу үшін жасалуы керек. MA процесі аяқталғаннан кейін, барлық гомогендік сипаттамаларға қосымша зерттеулер жүргізілді. ұнтақтар. 5a–d суретте FE-SEM микросуреттері және сәйкесінше 50 сағат М уақыт өткеннен кейін алынған Cu50Zr30Ni20 қорытпасының Cu, Zr және Ni легирлеуші ​​элементтерінің сәйкес EDS кескіндері көрсетілген. Осы қадамнан кейін алынған қорытпа ұнтақтары біртекті екенін атап өткен жөн, өйткені олар кез келген субметриялық құрамын көрсетпейді. 5-суретте.
FE-SEM/энергетикалық дисперсиялық рентгендік спектроскопия (EDS) арқылы 50 MA уақыттан кейін алынған MG Cu50Zr30Ni20 ұнтағының морфологиясы және жергілікті элементтік таралуы. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα және (d) Ni-Kα кескіндерінің SEM және рентгендік EDS картасы.
50 сағ MA уақытынан кейін алынған механикалық легирленген Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 және Cu50Zr20Ni30 ұнтақтарының XRD үлгілері сәйкесінше 6a–d-суретте көрсетілген. Осы кезеңнен кейін фрезерлеудің әр түрлі концентрациясы бар Zmorph сынамалары әр түрлі сипаттағы үлгілерді көрсетеді. гало диффузия үлгілері 6-суретте көрсетілген.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 және (d) Cu50Zr20Ni30 ұнтақтарының MA уақытынан 50 сағат өткеннен кейін XRD үлгілері. Барлық үлгілер ерекшеліксіз, имморфтың гало диффузиялық фазасының түзілу үлгісін көрсетті.
Құрылымдық өзгерістерді байқау және әртүрлі MA уақыттарында шарикті фрезерлеу нәтижесінде пайда болатын ұнтақтардың жергілікті құрылымын түсіну үшін далалық эмиссиялық жоғары ажыратымдылықтағы трансмиссиялық электронды микроскопия (FE-HRTEM) пайдаланылды. Cu52Zr30Nr және Cu520Nr ұнтағы үшін фрезерлеудің ерте (6 сағ) және аралық (18 сағ) кезеңдерінен кейін алынған ұнтақтардың FE-HRTEM кескіндері көрсетілген. Сәйкесінше 7a,c-сурет. MA​​ 6 сағаттан кейін алынған ұнтақтың жарқын өріс кескініне (BFI) сәйкес, ұнтақ fcc-Cu, hcp-Zr және fcc-Ni элементтерінің жақсы анықталған шекаралары бар ірі түйіршіктерден тұрады және тағы да таңдалған аймақта көрсетілгендей, реакция фазасының пайда болғанының белгісі жоқ. (а) ортаңғы аймағынан алынған дифракциялық сурет (SADP) үлкен кристаллиттер бар екенін және реактивті фазаның жоқтығын көрсететін шыңдық дифракция үлгісін көрсетті (7б-сурет).
Ерте (6 сағ) және аралық (18 сағ) кезеңдерден кейін алынған MA ұнтағының жергілікті құрылымдық сипаттамасы. (a) Өріс эмиссиясы жоғары ажыратымдылықтағы трансмиссиялық электронды микроскопия (FE-HRTEM) және (b) Cu50Zr30Ni20 ұнтағының сәйкес таңдалған аумақтық дифракция үлгісі (SADP) 6 сағ. 18 сағаттық MA уақытынан кейін алынған (c) тармағында көрсетілген.
7c-суретте көрсетілгендей, MA ұзақтығын 18 сағатқа дейін ұзарту пластикалық деформациямен біріктірілген ауыр тор ақауларына әкелді. MA процесінің осы аралық сатысында ұнтақ әртүрлі ақауларды көрсетеді, соның ішінде қабаттасу ақаулары, тор ақаулары және нүктелік ақаулар (7-сурет). өлшемдері 20 нм-ден аз астыңғы түйіршіктер (7c-сурет).
36 сағат MA уақытында ұнтақталған Cu50Z30Ni20 ұнтағының жергілікті құрылымында аморфты жұқа матрицаға енгізілген ультра жұқа нано түйіршіктердің түзілуі бар, 8а-суретте көрсетілген. Жергілікті EDS талдауы 8а-суретте көрсетілген нанокластерлердің өңделмеген Cu, Zr және NiAxt мазмұнымен байланысты екенін көрсетті. гетерогенді өнімдердің түзілуін көрсете отырып, ~32 at.% (арық аумақ) ~ 74 at.% (бай аумақ) дейін ауытқиды. Бұдан басқа, осы кезеңде ұнтақтаудан кейін алынған ұнтақтардың сәйкес SADPs аморфты фазаның гало-диффузиялық бастапқы және қайталама сақиналарын көрсетеді.
36 h-Cu50Zr30Ni20 ұнтағының наноөлшемді жергілікті құрылымдық ерекшеліктерінен тыс. (a) Жарқын өріс кескіні (BFI) және сәйкес (b) 36 сағат MA уақытында ұнтақтаудан кейін алынған Cu50Zr30Ni20 ұнтағының SADP.
MA процесінің соңына жақын (50 сағ), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 және 40% ұнтақтардың 9a–d-суретте көрсетілгендей лабиринттік аморфты фазалық морфологиясы бар. Әр композицияның сәйкес SADP-де нүкте тәрізді дифракциялар да, өткір сақиналы үлгілер де анықталмады. Бұл металдың сызықты емес ұнтағы жоқ екенін көрсетеді. Қалыптастырылған. Гало диффузия үлгілерін көрсететін осы корреляцияланған SADP-лар соңғы өнім материалында аморфты фазалардың дамуының дәлелі ретінде де пайдаланылды.
MG Cu50 (Zr50−xNix) жүйесінің түпкілікті өнімінің жергілікті құрылымы.FE-HRTEM және (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni350Z алынған (c) Cu50Zr20Ni350Z және Cu50Zr20Ni350Z алынған (a) корреляциялық нано сәулелік дифракция үлгілері (NBDP) сағ.
Аморфты Cu50(Zr50−xNix) жүйесінің Ni мазмұнына (x) функциясы ретінде шыны ауысу температурасының (Tg), суыған сұйық аймағының (ΔTx) және кристалдану температурасының (Tx) термиялық тұрақтылығы He газ ағыны, DSC140i газ ағыны кезінде дифференциалды сканерлеу Калориметриясының (DSC) көмегімен зерттелді. 50 сағат MA уақытынан кейін алынған Cu50Zr30Ni20 және Cu50Zr10Ni40 аморфты қорытпасы ұнтақтары сәйкесінше 10a, b, e-суретте көрсетілген. Аморфты Cu50Zr20Ni30 DSC қисығы 10hiZr20Ni30-суретте бөлек көрсетілген, Cu50Zr10Ni40 сынама қыздырылған. DSC-де ~700 °C дейін 10d-суретте көрсетілген.
50 сағат MA уақытынан кейін алынған Cu50(Zr50−xNix) MG ұнтақтарының термиялық тұрақтылығы шыныдан өту температурасы (Tg), кристалдану температурасы (Tx) және суытылған сұйықтық аймағы (ΔTx) арқылы индекстелген. Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 және (e) Cu50Zr10Ni40 MG қорытпасы ұнтақтары 50 сағаттық MA уақытынан кейін. ~700 °C дейін қыздырылған Cu50Zr30Ni20 үлгісінің рентгендік дифракциялық (XRD) үлгісі DSC ішінде (DSC) көрсетілген.
10-суретте көрсетілгендей, әр түрлі Ni (x) концентрациясы бар барлық құрамдардың DSC қисықтары екі түрлі жағдайды көрсетеді, бірі эндотермиялық және екіншісі экзотермиялық. Бірінші эндотермиялық оқиға Tg-ге сәйкес болса, екіншісі Tx-ке қатысты. Tg мен Tx арасында болатын көлденең аралық аймағы суытылған сұйықтық аймағы деп аталады (Tx және Tx нәтижелерін көрсететін Tx). 526°C және 612°C температурада орналастырылған Cu50Zr40Ni10 үлгісі (10а-сурет), 10b-суретте көрсетілгендей (x) Ni мазмұнын (x) арттыра отырып, мазмұнды (x) 20 at.%-ға 482°C және 563°C төмен температура жағына жылжытыңыз. Cu50Zr30Ni20 үшін 86 °C (10а-сурет) - 81 °C (10б-сурет). MG Cu50Zr40Ni10 қорытпасы үшін Tg, Tx және ΔTx мәндерінің 447°C деңгейіне дейін төмендегені байқалды (бұл Fi, 579°C және Fi 5710b). Ni мазмұнының жоғарылауы MG қорытпасының термиялық тұрақтылығының төмендеуіне әкеледі. Керісінше, MG Cu50Zr20Ni30 қорытпасының Tg мәні (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 қорытпасынан төмен; дегенмен, оның Tx бұрынғыға (612 °C) салыстырмалы мәнді көрсетеді. Сондықтан, ΔTx 10c-суретте көрсетілгендей жоғары мәнді (87 °C) көрсетеді.
Мысал ретінде MG Cu50Zr20Ni30 қорытпасын алатын MG Cu50(Zr50−xNix) жүйесі күрт экзотермиялық шың арқылы fcc-ZrCu5, орторомбты-Zr7Cu10 және орторомбиялық-Zr7Cu10 (орторомбиялық-Zr7Cu10) кристалдық фазаларына кристалданады. фазалық ауысу DSC-де 700 °C дейін қыздырылған MG үлгісінің XRD арқылы расталды (10d-сурет).
11-суретте ағымдағы жұмыста орындалған суық бүрку процесі кезінде түсірілген фотосуреттер көрсетілген. Бұл зерттеуде 50 сағат MA уақытынан кейін синтезделген металл шыны тәрізді ұнтақ бөлшектері (мысал ретінде Cu50Zr20Ni30 алынған) бактерияға қарсы шикізат ретінде пайдаланылды, ал тот баспайтын болаттан жасалған пластина (SUS304) салқын бүрку әдісімен салқын бүрку әдісімен қапталған. бүрку технологиясының сериясы, себебі бұл термиялық бүріккіш сериялардағы ең тиімді әдіс және фазалық ауысуға жатпайтын аморфты және нанокристалды ұнтақтар сияқты металға төзімді температураға сезімтал материалдар үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл әдісті таңдаудағы негізгі фактор болып табылады. Суық бүрку процесі жоғары жылдамдықты бөлшектерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады. субстратқа немесе бұрын тұндырылған бөлшектерге әсер ету.
Далалық фотосуреттер MG жабынының/SUS 304 550 °C температурасында бес қатарынан дайындалған суық бүрку процедурасын көрсетеді.
Бөлшектердің кинетикалық энергиясы және осылайша жабын түзілу кезіндегі әрбір бөлшектің импульсі пластикалық деформация (бастапқы бөлшектер мен бөлшектердің субстраттағы өзара әрекеттесулері және бөлшектердің өзара әрекеттесулері), бос орындар Консолидация, бөлшек-бөлшектердің айналуы, деформация және кинетикалық емес болса, кинетикалық емес тетіктер арқылы энергияның басқа түрлеріне айналуы керек. энергия жылуға және деформацияға айналады, нәтижесінде серпімді соқтығыс болады, бұл бөлшектер соққыдан кейін жай ғана кері секіреді. Бөлшекке/субстрат материалына қолданылатын соққы энергиясының 90% жергілікті жылуға айналатыны атап өтілді.
Пластикалық деформация әдетте энергияның диссипациялану процесі немесе дәлірек айтқанда, фазааралық аймақтағы жылу көзі болып саналады. Алайда, фазааралық аймақтағы температураның жоғарылауы әдетте фазааралық балқуды тудыру үшін немесе атомаралық диффузияны айтарлықтай ынталандыру үшін жеткіліксіз. Авторларға белгілі бірде-бір жарияланым осы металдық және шыны тәрізді ұнтақтарды деформациялау әдістерінің қасиеттерінің әсерін зерттемейді.
MG Cu50Zr20Ni30 қорытпасы ұнтағының BFI-ны SUS 304 субстратында қапталған 12а-суретте көруге болады (11, 12б-суреттер). Суреттен көрініп тұрғандай, қапталған ұнтақтар өздерінің бастапқы аморфты құрылымын сақтайды, өйткені оларда нәзік лабиринттік құрылымы бар немесе қолмен дефекттік ерекшеліктері жоқ. MG қапталған ұнтақ матрицасына енгізілген нанобөлшектермен ұсынылған бөгде фазаның болуын көрсетеді (12а-сурет). 12c-сурет I аймағымен байланысты индекстелген нано сәулелік дифракция үлгісін (NBDP) бейнелейді (12а-сурет). B суретте көрсетілгендей, NDP-ның әлсіз үлгісін көрсетеді. аморфты құрылым және кристалды үлкен текше Zr2Ni метатұрақты плюс тетрагональды CuO фазасына сәйкес өткір бөртпелермен бірге өмір сүреді. CuO түзілуі дыбыстан жоғары ағынмен ашық ауада SUS 304 саптамасынан өту кезінде ұнтақтың тотығуымен байланысты болуы мүмкін. текше фазалар 30 минут бойы 550 °C температурада суық бүріккішпен өңдеуден кейін.
(a) (b) SUS 304 субстратында қапталған MG ұнтағының FE-HRTEM кескіні (суреттің кірісі). (a) тармағында көрсетілген дөңгелек таңбаның NBDP индексі (c) көрсетілген.
Үлкен текше Zr2Ni нанобөлшектерін қалыптастырудың осы әлеуетті механизмін тексеру үшін тәуелсіз эксперимент жүргізілді. Бұл тәжірибеде ұнтақтар бүріккіш пистолеттен 550 °C температурада SUS 304 субстратының бағытымен шашыранды; дегенмен, ұнтақтардың жасыту әсерін анықтау үшін олар SUS304 жолағынан мүмкіндігінше тезірек (шамамен 60 секунд) жойылды. Басқа эксперименттер жинағы жүргізілді, онда ұнтақ тұндырылғаннан кейін шамамен 180 секундтан кейін субстраттан шығарылды.
13a,b-суреттер SUS 304 субстраттарында сәйкесінше 60 және 180 секунд ішінде тұндырылған екі шашыратылған материалдың трансмиссиялық электронды микроскопиясын (STEM) сканерлеу арқылы алынған қараңғы өріс кескіндерін (DFI) көрсетеді. 60 секунд ішінде тұндырылған ұнтақ кескінінде морфологиялық деталь жоқ, бұл XD3a суреті де оның ерекшелігі жоқтығын көрсетеді. бұл ұнтақтардың жалпы құрылымы аморфты болды, бұл 14а-суретте көрсетілген негізгі және қайталама дифракцияның кең максимумымен көрсетілген. Бұл ұнтақ өзінің бастапқы аморфты құрылымын сақтайтын метатұрақты/мезофазалық жауын-шашынның жоқтығын көрсетеді. Керісінше, ұнтақ бірдей температурада (550 °C) шашыратылады, бірақ субстратқа қалдырылған 18 0 көрсетеді. нано өлшемді дәндер, 13b-суреттегі көрсеткілермен көрсетілген.