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 дәрежеде жоя алады. Биопленканың пайда болуының алдын алу әртүрлі жабын әдістері мен жаңа материалдарды дамытуға әкелді. Бұл әдістер беттерді жабуға бағытталған, әсіресе биологиялық металдар мен шыны металдарының түзілуін тежейтіндей. , мінсіз микробқа қарсы жабындар ретінде пайда болды. Сонымен бірге, температураға сезімтал материалдарды өңдеу үшін қолайлы әдіс болғандықтан, суық бүрку технологиясын пайдалану артты. Бұл зерттеудің бір бөлігі механикалық легірлеу әдістерін қолдана отырып, Cu-Zr-Ni үштікінен тұратын жаңа антибактериалды қабықша металл шынысын жасау болды. s төмен температураларда. Металл әйнекпен қапталған субстраттар тот баспайтын болатпен салыстырғанда биопленка түзілуін кем дегенде 1 журналға азайта алды.
Адамзат тарихында кез келген қоғам жаһанданған экономикадағы өнімділік пен рейтингтің жақсаруына әкеліп соқтырған өзінің нақты талаптарына жауап беретін жаңа материалдарды жобалап, енгізуді алға тарта алды2 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. анокристалдар, нанобөлшектер, нанотүтіктер, кванттық нүктелер, нөлдік өлшемді, аморфты металдық шынылар және жоғары энтропиялық қорытпалар - өткен ғасырдың ортасынан бастап әлемге енгізілген озық материалдардың кейбір мысалдары ғана. Жоғары қасиеттері бар жаңа қорытпаларды өндіру және әзірлеу кезінде, не соңғы өнімде, не өндірістің аралық сатысында жиі қосылатын мәселе болып табылады. 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 жылдам қатаю арқылы шыны тәрізді Au-25 % Si қорытпаларын синтездеген кезде металл қорытпалары тұжырымдамасында революция әкелді. MG қорытпаларын синтездеудегі ең алғашқы алғашқы зерттеулер, 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 анықтаушы сипаттамасы болып табылады. Қазіргі әлемде металл шыны саласында үлкен прогреске қол жеткізілді. Олар қатты дене физикасында ғана емес, сонымен қатар металлургияда, беттік химияда және оның басқа да көптеген салаларында қызығушылық тудыратын қызықты қасиеттері бар жаңа материалдар. қатты металдар, 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 реагент материалының 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 әдісін дайындау үшін қолданылады (энергиясы төмен шыны қорытпалары, сондай-ақ төмен энергиялы шыны құймаларын, сондай-ақ диірмендер 11). 1,12,13,14,15 , 16. Атап айтқанда, бұл әдіс Cu-Ta17 сияқты араласпайтын жүйелерді, сондай-ақ Al-өтпелі металдар жүйелері (TM; Zr, Hf, Nb және Ta) 18,19 және Fe-W20 сияқты балқу температурасы жоғары қорытпаларды дайындау үшін қолданылған, оларды MAF үшін ең қуатты құралдарды пайдалана отырып алу мүмкін емес. металл оксидтерінің, карбидтердің, нитридтердің, гидридтердің, көміртекті нанотүтіктердің, наноалмастардың өнеркәсіптік ауқымдағы нанокристалды және нанокомпозиттік ұнтақ бөлшектерін дайындау, 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 шарларды фрезерлеу техникасын пайдаланып, әр түрлі Ni концентрациясы x (x; 10, 20, 30 және 40 %) MG қорытпасын ұнтақтарды дайындау. Ол атмосферасы толтырылған қолғап қорапшасында тығыздалған.(c) Тегістеу 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 жақсартуға болатын кейбір қасиеттерге тозуға төзімділік, тотығу және коррозияға төзімділік, үйкеліс коэффициенті, биоинерттілік, аздаған сапа қасиеттері, этикалық атаулар жатады. металлургиялық, механикалық немесе химиялық әдістерді қолдану арқылы жақсартуға болады. Белгілі процесс ретінде жабын жай ғана басқа материалдан жасалған сусымалы объектінің (субстраттың) бетіне жасанды түрде тұндырылған материалдың бір немесе бірнеше қабаттары ретінде анықталады. Осылайша, жабындар кейбір қажетті техникалық немесе сәндік қасиеттерге қол жеткізу үшін, сондай-ақ материалдарды күтілетін химиялық және физикалық ортамен өзара әрекеттесуден қорғау үшін қолданылады23.
Қалыңдығы бірнеше микрометрден (10-20 микрометрден төмен) 30 микрометрден асатын немесе тіпті бірнеше миллиметрге дейінгі қолайлы бетті қорғау қабаттарын тұндыру үшін көптеген әдістер мен әдістерді қолдануға болады. Жалпы алғанда, жабын процестерін екі санатқа бөлуге болады: (i) дымқыл жабын әдістері, соның ішінде электропландау, электрсіз қаптау және ыстықтай жабындау әдістері), ыстықтай жабынмен қаптау әдістері. , физикалық бу тұндыру (PVD), химиялық бу тұндыру (CVD), термиялық бүрку әдістері және жақында суық бүрку әдістері 24 (сурет 1d).
Биопленкалар беттерге қайтымсыз жабысатын және өзін-өзі өндіретін жасушадан тыс полимерлермен (EPS) қоршалған микробтық қауымдастық ретінде анықталады. Беткей жетілген биоқабықшаның түзілуі тамақ өнеркәсібін, су жүйелерін және денсаулық сақтау ортасын қоса алғанда, көптеген өнеркәсіп салаларында елеулі шығындарға әкелуі мүмкін. lococci) емдеу қиын.Сонымен қатар, үлкен терапевтік міндет болып саналатын планктондық бактерия жасушаларымен салыстырғанда жетілген биоқабықшалар антибиотиктермен емдеуге 1000 есе төзімдірек екені хабарланды. Кәдімгі органикалық қосылыстардан алынған антимикробтық беттік жабын материалдары бұрыннан қолданылған. Мұндай материалдар көбінесе адам ағзасына улы құрамдас және оның трансмиссиялық қаупін болдырмауға көмектесуі мүмкін25, жойылу.
Биопленканың түзілуіне байланысты бактериялардың антибиотикалық емдеуге кең тараған тұрақтылығы 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 бұл процесте бірінші тәсіл болып табылады, бұл жерде олар кокробиозға қарсы химиялық заттарды әзірлеуге мүмкіндік береді. Бұл жоғары концентрацияланған және бейімделген мөлшерде қажет. Бұған бактерияларға төзімді графен/германий28, қара алмаз29 және ZnO қоспасы бар алмаз тәрізді көміртекті жабындар30 сияқты бірегей жабын материалдарын әзірлеу арқылы қол жеткізіледі, бұл уыттылықты және биоқапка түзілуіне байланысты төзімділікті арттыруды арттыратын технология. Бактериялық ластанудан - мерзімді қорғау танымал бола бастады. 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 қолданылады. Бұл өнімдер пайдаланушыларды микроорганизмдердің ықтимал қауіпті әсерінен қорғау үшін әзірленген. Микробқа қарсы кешіктірілген әсер және күміс қосылыстарының ілеспе уыттылығы жаһандық зерттеулерге қарсы альтернативті36,36-ға қарсы қысымды арттырады. Үй ішінде және сыртында жұмыс істейтін биальді жабын әлі де қиын міндет болып табылады. Бұл денсаулық пен қауіпсіздікке байланысты тәуекелдерге байланысты. Адамдарға азырақ зиян келтіретін микробқа қарсы агентті табу және оны сақтау мерзімі ұзағырақ жабын субстраттарына қалай енгізу керектігін анықтау - бұл өте сұранысқа ие, микробқа қарсы және микробқа қарсы ең соңғы материалдар арқылы микробқа қарсы мақсатқа жақын. жанасу немесе белсенді агент босатылғаннан кейін. 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. Беткі жабынның мақсаты компоненттің бетке жақын аймағының микроқұрылымын және/немесе құрамын бейімдеу болып табылады39. Беттік жабу әдістерін әртүрлі әдістерге бөлуге болады, олар 2-суретте жинақталған. жабынды жасау үшін қолданылатын әдіс.
(a) Беткі қабат үшін қолданылатын негізгі дайындау әдістерін көрсететін кірістірілген және (b) суық бүрку техникасының таңдалған артықшылықтары мен кемшіліктері.
Суық бүрку технологиясының әдеттегі термиялық бүріккіш әдістерімен көптеген ұқсастықтары бар. Дегенмен, суық бүрку процесі мен суық бүріккіш материалдарын ерекше бірегей ететін кейбір негізгі іргелі қасиеттері де бар. Суық бүрку технологиясы әлі қалыптасу сатысында, бірақ жарқын болашағы бар. Кейбір қолданбаларда суық бүріккіштің бірегей қасиеттері дәстүрлі термиялық шашырату әдістеріне тән шектеулерді еңсере отырып, үлкен артықшылықтар береді. оның барысында ұнтақты субстратқа шөгу үшін балқыту керек. Әлбетте, бұл дәстүрлі жабын процесі нанокристалдар, нанобөлшектер, аморфты және металл шынылар40, 41, 42 сияқты температураға өте сезімтал материалдарға жарамайды. Бұдан басқа, термиялық бүріккіш жабын материалдары әрқашан спрей технологиясына қарағанда көптеген артықшылықтарға ие және спрейдің жоғары деңгейін көрсетеді. (i) субстратқа минималды жылу беру, (ii) субстрат жабыны таңдаудағы икемділік, (iii) фазалық трансформацияның және дәннің өсуінің болмауы, (iv) жоғары байланыс беріктігі1,39 (Cурет).2b).Сонымен қатар, суық бүріккіш жабын материалдарының коррозияға төзімділігі, жоғары беріктігі мен қаттылығы, жоғары электрөткізгіштігі және жоғары тығыздығы бар41. Суық бүрку процесінің артықшылықтарына қарамастан, 2b-суретте көрсетілгендей, бұл әдісті қолданудың әлі де кейбір кемшіліктері бар. Таза керамикалық ұнтақтарды жабу кезінде, мысалы, Al2, Zr, WC, т.б. суық спрей әдісін қолдануға болмайды. екінші жағынан, керамикалық/металл композициялық ұнтақтарды жабындар үшін шикізат ретінде пайдалануға болады. Басқа термиялық бүрку әдістеріне де қатысты. Күрделі беттер мен құбырдың ішкі 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 құрамында 12 және 20 масса% аралығындағы хромы бар аустенитті тот баспайтын болаттан жасалған қорытпалардан (SUS316 және SUS304) жасалған. Хром металын легирлеуші ​​элемент ретінде пайдалану болаттың барлық стандартты қорытпаларының төзімділігін жоғарылататыны жалпы қабылданған. олардың жоғары коррозияға төзімділігі, айтарлықтай микробқа қарсы қасиеттерін көрсетпейді38,39. Бұл олардың жоғары коррозияға төзімділігінен қайшы келеді.Осыдан кейін инфекция мен қабынудың дамуын болжауға болады, бұл негізінен тот баспайтын болаттан жасалған биоматериалдардың бетінде бактериялық адгезия мен колонизациядан туындайды. адам денсаулығына тікелей немесе жанама әсер етуі мүмкін көптеген салдары болуы мүмкін денсаулықтың нашарлауына.
Бұл зерттеу Кувейт ғылымды дамыту қоры (KFAS) қаржыландыратын жобаның бірінші кезеңі, № 2010-550401 келісім-шарт, MA технологиясын (1-кесте) пайдаланып, металл шыны тәрізді Cu-Zr-Ni үштік ұнтақтарын өндірудің орындылығын зерттеуге арналған. 3, жүйенің электрохимиялық коррозия сипаттамалары мен механикалық қасиеттерін егжей-тегжейлі зерттейді. 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, сұйық әйнек ұнтағының суық спрейдің субстратиялық түрленуі кезінде металды спрейдің субстратиялық түрленуі кезінде пайда болу мүмкіндігін зерттеу бойынша ағымдағы жұмыстар жүргізілді. Өкілдік мысалдар ретінде бұл зерттеуде Cu50Zr30Ni20 және Cu50Zr20Ni30 металдық шыны қорытпалары қолданылған.
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 фрезерлеу уақытынан кейін алынған MA және Cu50Zr40Ni10 ұнтақтарының далалық эмиссиялық сканерлеуші ​​электронды микроскопия (FE-SEM) кескіндері Cupon3 жүйесінде Cupon3 және Cupon3 үшін бірдей кескіндерде (a), (c) және (e) тармақтарында көрсетілген. Уақыт өткеннен кейін алынған 50Zr40Ni10 жүйесі (b), (d) және (f) тармақтарында көрсетілген.
Шарлы фрезерлеу кезінде метал 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 әсер етуі, ығысу және тозуы жатады. 1a). Элементтік Cu, Zr және Ni ұнтақтары MA ерте сатысында (3 сағ) суық дәнекерлеу нәтижесінде қатты деформацияланды, нәтижесінде үлкен ұнтақ бөлшектері пайда болды (диаметрі >1 мм). Бұл ірі композициялық бөлшектер легирлеуші ​​элементтердің қалың қабаттарының (Cu, Zr, Ni) түзілуімен сипатталады. шар диірменінің кинетикалық энергиясының жоғарылауы, нәтижесінде композициялық ұнтақтың жұқа ұнтақтарға (200 мкм-ден аз) ыдырауы 3c,d-суретте көрсетілгендей. Бұл кезеңде қолданылған ығысу күші жұқа Cu, Zr, Ni икемді қабаттары бар жаңа металл бетінің пайда болуына әкеледі, 3c суретте көрсетілгендей, A-суретте көрсетілгендей, қабаттың қатты фазасының реакциясы пайда болады. жаңа кезеңдерді тудырады.
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. Индекстелген аймақтардың элементтік құрамы II, 3e-суретте индекстелген аймақтардың элементтік құрамы, e, микроскоп арқылы (I, vi, e) сканерлеу арқылы микроскоп арқылы анықталды. (FE-SEM) энергетикалық дисперсиялық рентгендік спектроскопиямен (EDS) біріктірілген (IV).
2-кестеде легирлеуші ​​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 өнім құрамдастарының номиналды мәндерінің F құрамдастарына қатысты соңғы мәндерінің тағы да ұқсас екенін көруге болады. 3e,f-суретте келтірілген аймақтар үшін бір аймақтан екінші аймаққа әрбір үлгінің құрамының айтарлықтай нашарлауын немесе ауытқуын білдірмейді. Бұл бір аймақтан екінші аймаққа құрамның өзгерісінің жоқтығымен дәлелденеді. Бұл 2-кестеде көрсетілгендей біртекті қорытпа ұнтақтарының өндірісін көрсетеді.
Соңғы өнім Cu50(Zr50−xNix) ұнтағының FE-SEM микросуреттері 4a–d-суретте көрсетілгендей 50 MA уақыттан кейін алынды, мұндағы x сәйкесінше 10, 20, 30 және 40 %.%. Бұл ұнтақтау қадамынан кейін ұнтақ агрегаттары вандер-Ваальс әсерінің үлкен диагрегациясының әсерінен вандер-Ваальстардың пайда болуының нәтижесінде ұнтақ агрегаттары тұрады. 4-суретте көрсетілгендей 73-тен 126 нм-ге дейін.
50 сағат MA уақытынан кейін алынған Cu50(Zr50−xNix) ұнтақтарының морфологиялық сипаттамалары. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 жүйелері үшін, алынған ұнтақтардың FE-SEM суреттері (сәйкесінше (5 рет MA) және (5 рет көрсетілген), b.c).
Ұнтақтарды суық шашыратқышқа салмас бұрын, олар алдымен аналитикалық сортты этанолда 15 минут бойы ультрадыбыстық әсерге ұшырады, 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, ұнтақтың барлық сипаттамаларын анықтау үшін барлық гомогендік сипаттамалар жүргізілді5. –d FE-SEM микросуреттерін және сәйкесінше 50 сағат M уақытынан кейін алынған Cu50Zr30Ni20 қорытпасының Cu, Zr және Ni легирлеуші ​​элементтерінің сәйкес EDS кескіндерін көрсетеді. Осы қадамнан кейін алынған қорытпа ұнтақтары біртекті екенін атап өткен жөн, өйткені олар ешқандай құрамдық ауытқуларды көрсетпейді, 5-суретте көрсетілгендей.
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 сағат 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 Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 сызбалары көрсетілген. 6-суретте көрсетілген сиондық үлгілер.
(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 Cu50Zr30Nr ұнтағы үшін фрезерлеудің ерте (6 сағ) және аралық (18 сағ) кезеңдерінен кейін алынған ұнтақтардың FE-HRTEM кескіндері көрсетілген. a,c, тиісінше. 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 реакция фазасының пайда болғанының белгісі жоқ. (а) ортаңғы аймағында үлкен кристаллиттер бар екенін және реактивті фазаның жоқтығын көрсететін шыңдық дифракция үлгісі (7б-сурет) анықталды.
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 (б) Cu50Zr30Ni20 ұнтағының сәйкес таңдалған аумақтық дифракция үлгісі (SADP) 6 сағ MA FE-50N0Z өңдеуден кейін MA FE-50N0Z кескінін алудан кейін. 18 сағаттық уақыт (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 (сурет 7). 20 нм-ден аз (7c-сурет).
36 сағат MA уақытында ұнтақталған Cu50Z30Ni20 ұнтағының жергілікті құрылымы аморфты жұқа матрицаға енгізілген ультра жұқа нано түйіршіктердің түзілуіне ие, 8a-суретте көрсетілген. Жергілікті EDS талдауы 8a-суретте көрсетілген нанокластерлердің өңделмеген Cu, Zr және Ni20 элементтерімен байланысты екенін көрсетті. 32 at.% (арық аумақ) ~74 at.% (бай аумақ), бұл гетерогенді өнімдердің түзілуін көрсетеді. Сонымен қатар, осы кезеңде ұнтақтаудан кейін алынған ұнтақтардың сәйкес SADPs аморфты фазаның гало-диффузиялық бастапқы және қайталама сақиналарын көрсетеді, сол шикізатпен байланысты үшкір нүктелермен қабаттасады, 8b суретінде көрсетілген.
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 болады. Әрбір құрамның сәйкес SADP-де нүкте тәрізді дифракциялар да, өткір сақиналы үлгілер де анықталмады. Бұл металдың сызықты емес пішіні бар екенін көрсетеді. Сондай-ақ, соңғы өнім материалында аморфты фазалардың дамуының дәлелі ретінде гало диффузия үлгілерін көрсететін се корреляцияланған SADPs пайдаланылды.
MG Cu50 (Zr50−xNix) жүйесінің түпкілікті өнімінің жергілікті құрылымы.FE-HRTEM және (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni350Z және (c) Cu50Zr20Ni350Z алынғаннан кейін (c) Cu50Zr20Ni350 және алынған.
Аморфты Cu50(Zr50−xNix) жүйесінің Ni мазмұнына (x) функциясы ретінде шыны ауысу температурасының (Tg), суыған сұйық аймағының (ΔTx) және кристалдану температурасының (Tx) термиялық тұрақтылығы Cu50(Zr50−xNix) He газ ағынының Cu140Z, Cu130N ағыны кезіндегі дифференциалды сканерлеу Калориметриясының (DSC) көмегімен зерттелді. 50 сағат MA уақытынан кейін алынған Ni20 және Cu50Zr10Ni40 аморфты қорытпасы ұнтақтары сәйкесінше 10a, b, e-суретте көрсетілген. Аморфты Cu50Zr20Ni30-ның DSC қисығы 10c-суретте бөлек көрсетілген. Сонымен бірге, Cu50Zr20Ni30 аморфты DSC қисығы көрсетілген. 10d-суретте.
50 сағ 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. (c) Cu50Zr20Ni30 және (e) 50 сағат MA уақытынан кейін Cu50Zr10Ni40 MG қорытпасы ұнтақтары. DSC ішінде ~700 °C дейін қыздырылған Cu50Zr30Ni20 үлгісінің рентгендік дифракция (XRD) үлгісі (d) 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 аймақ субсудатылған сұйықтық аймағы деп аталады (Tx = Tx0 және Tx0 нәтижелерін көрсететін Tg5). 526°C және 612°C температурада орналастырылған Ni10 үлгісі (10а-сурет), 10b-суретте көрсетілгендей Ni (x) жоғарылауымен (x) төмен температура жағына қарай (x) 20 at.%-ға ығыстырыңыз. a) Cu50Zr30Ni20 үшін 81 °C-қа дейін (10б-сурет). MG Cu50Zr40Ni10 қорытпасы үшін Tg, Tx және ΔTx мәндері 447°C, 526°C және 79°C деңгейіне дейін төмендегені байқалды, бұл оның NiT деңгейінің тұрақтылығын төмендететінін көрсетеді (b1-сурет). MG қорытпасының. 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.
MG Cu50(Zr50−xNix) жүйесі MG Cu50Zr20Ni30 қорытпасын мысалға алып, өткір экзотермиялық шың арқылы fcc-ZrCu5, орторомбты-Zr7Cu10 және орторомбиялық-Zr7Cu10 кристалдық фазаларына кристалданады. DSC-де 700 °C дейін қыздырылған MG үлгісінің XRD арқылы өңделген (10d-сурет).
11-суретте ағымдағы жұмыста орындалған суық бүрку процесі кезінде түсірілген фотосуреттер көрсетілген. Бұл зерттеуде 50 сағаттық MA уақытынан кейін синтезделген металл шыны тәрізді ұнтақ бөлшектері (мысалы, Cu50Zr20Ni30) бактерияға қарсы шикізат ретінде пайдаланылды, ал тот баспайтын болаттан жасалған пластина (SUS304) суықпен шашырату технологиясымен қапталған. бұл термиялық спрей сериясындағы ең тиімді әдіс және фазалық ауысуға жатпайтын аморфты және нанокристалды ұнтақтар сияқты металдың метатұрақты температураға сезімтал материалдары үшін қолданылуы мүмкін. Бұл әдісті таңдаудағы негізгі фактор. Суық бүрку процесі жоғары жылдамдықты бөлшектерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады. бөлшектер.
Далалық фотосуреттер MG жабынының/SUS 304 550 °C температурасында бес қатарынан дайындалған суық бүрку процедурасын көрсетеді.
Бөлшектердің кинетикалық энергиясы, 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 жылулық энергияның толық емес, ақырғы күйде киюге айналуы сияқты механизмдер арқылы энергияның басқа түрлеріне айналуы керек. жылу және деформация энергиясы, нәтиже серпімді соқтығыс болып табылады, бұл бөлшектер соққыдан кейін жай ғана кері секіреді. Бөлшекке/субстрат материалына қолданылатын соққы энергиясының 90%-ы 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 әсер етуін зерттейді.
MG Cu50Zr20Ni30 қорытпасының 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 олар нәзік лабиринттік құрылымға ие, қолдың басқа дефекттік ерекшеліктерін көрсетеді. MG қапталған ұнтақ матрицасына енгізілген нанобөлшектермен ұсынылған бөгде фаза (12а-сурет). 12c суретте I аймағымен байланысты индекстелген нано сәулелік дифракция үлгісі (NBDP) бейнеленген (12а-сурет). p патчтары кристалды үлкен текше Zr2Ni метатұрақты плюс тетрагональды CuO фазасына сәйкес келеді. CuO түзілуі дыбыстан жоғары ағынмен ашық ауада бүріккіш пистолеттің саптамасынан SUS 304-ке дейін қозғалған кезде ұнтақтың тотығуымен байланысты болуы мүмкін. Екінші жағынан, металды әйнекпен өңделген үлкен фазаның девитрификациясы 5 °C температурасында үлкен спрейлі спрей түзілуіне жетеді. 30 мин.
(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 суреттерінде SUS 304 субстраттарында сәйкесінше 60 және 180 с ішінде тұндырылған екі шашыратылған материалдың трансмиссиялық электрондық микроскопиясын (STEM) сканерлеу арқылы алынған қараңғы өріс кескіндері (DFI) көрсетілген. 60 секунд ішінде тұндырылған ұнтақ кескінінің морфологиялық детальдары жоқ, бұл жалпы құрылымның ерекшелігін көрсететін XT1, бұл ұнтақтың жалпы құрылымын көрсетеді (Cурет 1). s аморфты болды, бұл 14a-суретте көрсетілген кең бастапқы және қайталама дифракция максимумымен көрсетілген. Бұл ұнтақ өзінің бастапқы аморфты құрылымын сақтайтын метатұрақты/мезофазалық жауын-шашынның жоқтығын көрсетеді. Керісінше, ұнтақ бірдей температурада (550 °C) шашыратылады, бірақ субстраттың 0-сызы 1 үшін қалдырылғанын көрсетеді. d 13b-суреттегі көрсеткілер арқылы.