Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз колдонуп жаткан серепчи версиясы CSS үчүн чектелген колдоого ээ. Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүү). Ошол эле учурда, колдоо үзгүлтүксүз болушу үчүн, биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Биоплёнкалар өнөкөт инфекциялардын өнүгүшүндө маанилүү компонент болуп саналат, өзгөчө медициналык аппараттар тартылганда. Бул көйгөй медициналык коомчулукка чоң көйгөй жаратат, анткени стандарттуу антибиотиктер биоплёнканы өтө чектелген өлчөмдө жок кыла алат. Биопленканын пайда болушуна жол бербөө ар кандай жабуу ыкмаларын жана жаңы материалдарды иштеп чыгууга алып келди. Бул ыкмалар беттерди каптоо максатын көздөйт. , идеалдуу антимикробдук каптамалар катары пайда болду. Ошол эле учурда, муздак чачуу технологиясын колдонуу температурага сезгич материалдарды иштетүү үчүн ылайыктуу ыкма болуп саналат. Бул изилдөөнүн бир бөлүгү механикалык эритмелөө ыкмаларын колдонуу менен үчтүк Cu-Zr-Niден турган жаңы антибактериалдык пленка металл айнекти иштеп чыгуу болду. с төмөн температураларда. Металл айнек менен капталган субстраттар дат баспас болоттон караганда, жок дегенде 1 журналга биофильмдин пайда болушун олуттуу кыскарта алган.
Бүткүл адамзат тарыхында ар бир коом өзүнүн спецификалык талаптарына жооп берген жаңы материалдарды долбоорлоо жана жайылтуу мүмкүнчүлүгүнө ээ болгон, анын натыйжасы глобалдашкан экономикада көрсөткүчтөрдүн жана рейтингдин жакшырышына алып келди1. Бул ар дайым адамдын ден соолук, билим берүү, өнөр жай, экономика, маданият жана башка чөлкөмдөгү жетишкендиктерге жетүү үчүн материалдарды жана өндүрүштүк жабдууларды жана конструкцияларды иштеп чыгуу жөндөмдүүлүгүнө байланыштырылып келген.2 60 жыл бою материал таануучулар убактысынын көбүн бир негизги маселеге: жаңы жана алдыңкы материалдарды издөөгө арнашкан. Акыркы изилдөөлөр учурдагы материалдардын сапатын жана натыйжалуулугун жогорулатууга, ошондой эле материалдардын таптакыр жаңы түрлөрүн синтездөө жана ойлоп табууга багытталган.
Легирленген элементтерди кошуу, материалдын микроструктурасын өзгөртүү жана термикалык, механикалык же термомеханикалык иштетүү ыкмаларын колдонуу ар кандай материалдардын механикалык, химиялык жана физикалык касиеттерин олуттуу жакшыртууга алып келди. Мындан тышкары, ушул кезге чейин угулбаган кошулмалар ийгиликтүү синтезделди. анокристалдар, нанобөлүкчөлөр, нанотүтүкчөлөр, кванттык чекиттер, нөл өлчөмдүү, аморфтук металлдык айнектер жана жогорку энтропия эритмелери өткөн кылымдын ортосунан бери дүйнөгө киргизилген алдыңкы материалдардын кээ бир мисалдары гана. Жогорку сапаттагы жаңы эритмелерди жасап чыгарууда жана иштеп чыгууда, же өндүрүштүн акыркы этабында, же болбосо өндүрүштүн натыйжасы болуп саналат. тең салмактуулуктан олуттуу четтөө үчүн өндүрүштүн жаңы ыкмаларын ишке ашыруунун натыйжасында металлдык айнектер деп аталган метастабилдүү эритмелердин жаңы классы ачылды.
Анын 1960-жылы Калтехте жасаган иши, суюктуктарды секундасына миллион градуска жакын ылдамдыкта тез катып, айнек сымал Au-25 at.% Si эритмелерин синтездегенде металл эритмелери түшүнүгүнө революция алып келди. MG эритмелерин синтездөө боюнча эң алгачкы пионердик изилдөөлөр, дээрлик бардык металл айнектер толугу менен төмөнкү ыкмалардын бирин колдонуу менен өндүрүлгөн;(i) эритменин же буунун тез катууланышы, (ii) тордун атомдук бузулушу, (iii) таза металл элементтеринин ортосундагы катуу абалдагы аморфизация реакциялары жана (iv) метастабилдүү фазалардын катуу абалга өтүшү.
MGs кристаллдардын аныктоочу мүнөздөмөсү болуп саналган кристаллдар менен байланышкан узак аралыктагы атомдук тартиптин жоктугу менен айырмаланат. Азыркы дүйнөдө металлдык айнек тармагында зор прогресске жетишилди. Алар кызыктуу касиеттерге ээ жаңы материалдар болуп саналат, алар катуу дененин физикасында гана эмес, ошондой эле металлургияда, ошондой эле металлургияда, жер үстүндөгү химияда жана башка технологиянын жаңы түрлөрүндө, биологиялык химияда жана башка көптөгөн тармактарда кызыгууну туудурат. катуу металлдар, аны ар кандай тармактарда технологиялык колдонмолор үчүн кызыктуу талапкер кылып. Алардын кээ бир маанилүү касиеттери бар;(i) жогорку механикалык ийкемдүүлүк жана ийкемдүүлүк, (ii) жогорку магниттик өткөрүмдүүлүк, (iii) төмөн коэрцивдүүлүк, (iv) адаттан тыш коррозияга туруктуулук, (v) температуранын көз карандысыздыгы 6,7 өткөрүмдүүлүк.
Механикалык эритмелөө (MA) 1,8 салыштырмалуу жаңы ыкма, биринчи жолу 19839-жылы профессор CC Кок жана кесиптештери тарабынан киргизилген. Алар бөлмө температурасына абдан жакын чөйрө температурасында таза элементтердин аралашмасын майдалоо жолу менен аморфтук Ni60Nb40 порошокторун даярдашкан.Эреже катары, MA реакциясы реактордогу реактивдик материалдын порошокторун диффузиялык бириктирүүнүн ортосунда ишке ашырылат, адатта дат баспас болоттон жасалган шар тегирменине 10 (сүр. 1а, б). Ошондон бери бул механикалык индукцияланган катуу абалдын реакциясы ыкмасы жаңы аморфтуу/металлдуу (энергетикасы аз айнек эритмеси) жана тегирмендерди, ошондой эле аз энергиялуу тегирмендерди даярдоо үчүн колдонулуп келет. 1,12,13,14,15 , 16.Тактап айтканда, бул ыкма Cu-Ta17 сыяктуу аралашпаган системаларды, ошондой эле Al-өткөөл металл системалары (TM; Zr, Hf, Nb жана Ta) 18,19 жана Fe-W20 сыяктуу эрүү температурасы жогору эритмелерди даярдоо үчүн колдонулган. металл оксиддердин, карбиддердин, нитриддердин, гидриддердин, көмүртектин нанотүтүкчөлөрүнүн, наноалмаздардын өнөр жайлык масштабдагы нанокристаллдык жана нанокомпозиттик порошок бөлүкчөлөрүн даярдоо, ошондой эле жогорудан ылдый мамиле 1 жана метастабилдүү этаптар аркылуу кеңири турукташтыруу.
Бул изилдөөдө Cu50(Zr50−xNix) металлдык айнек (MG) каптоо/SUS 304 даярдоо үчүн колдонулган даярдоо ыкмасын көрсөтүүчү схема. (a) Ар кандай Ni концентрациясы x (x; 10, 20, 30 жана 40% менен MG эритмеси порошокторун аз энергия менен фрезерлөө ыкмасын колдонуу менен даярдоо. (a) болоттон жасалган шаймандарды фрезерлөө ыкмасы менен бирге жүктөөчү аспап болуп саналат. Ал атмосферасы толтурулган колкап кутучасында мөөр басылган.(c) майдалоочу идиштин тунук модели, майдалоо учурунда шариктин кыймылын чагылдырган. 50 сааттан кийин алынган порошоктун акыркы продуктусу муздак спрей ыкмасын колдонуу менен SUS 304 субстратын каптоо үчүн колдонулган (d).
Материалдык үстүнкү беттерге (субстраттарга) келгенде, беттик инженерия беттерди (субстраттарды) долбоорлоону жана модификациялоону камтыйт, бул баштапкы жапырт материалда камтылбаган белгилүү бир физикалык, химиялык жана техникалык сапаттарды камсыз кылуу. Кээ бир касиеттерге беттик тазалоонун жардамы менен эффективдүү жакшыртылышы мүмкүн болгон абразияга туруктуулук, кычкылдануу жана коррозияга туруктуулук, сүрүлүү коэффициенти, биоинерттүүлүк, бир аз сапаттар, эбегейсиз сапаттар кирет. металлургиялык, механикалык же химиялык ыкмаларды колдонуу менен өркүндөтүлүшү мүмкүн. Белгилүү процесс катары, каптоо башка материалдан жасалган жапырт объектинин (субстраттын) бетине жасалма жол менен салынган бир же бир нече катмар материал катары аныкталат. Ошентип, каптамалар кээ бир керектүү техникалык же кооздук касиеттерге жетүү үчүн, ошондой эле материалдарды күтүлгөн химиялык жана физикалык чөйрөдөн коргоо үчүн колдонулат23.
Калыңдыгы бир нече микрометрден (10-20 микрометрден төмөн) 30 микрометрге чейин же ал тургай бир нече миллиметрге чейин болгон ылайыктуу беттик коргоо катмарларын салуу үчүн көптөгөн ыкмаларды жана ыкмаларды колдонсо болот. Жалпысынан, каптоо процесстерин эки категорияга бөлүүгө болот: (i) нымдуу каптоо ыкмалары, анын ичинде электропластика, электрсиз каптоо, жана ысык жабуучу ыкмалар, анын ичинде нымдуу каптоо ыкмалары, ысытма менен жабуу ыкмалары). , физикалык буу коюу (PVD), химиялык буу коюу (CVD), термикалык чачуу ыкмалары жана жакында эле муздак чачуу ыкмалары 24 (сүрөт 1d).
Биофильмдер беттерге кайтарылгыс түрдө жабышып, өзүн өзү өндүргөн клеткадан тышкаркы полимерлер (EPS) менен курчалган микробдук жамааттар катары аныкталат. Үстүртөн жетилген биопленканын пайда болушу көптөгөн өнөр жай тармактарында, анын ичинде тамак-аш өнөр жайы, суу тутумдары жана саламаттыкты сактоо чөйрөлөрүндө олуттуу жоготууларга алып келиши мүмкүн. Адамдарда биофильмдер пайда болгондо, микробдордон ашыкча инфекциялар пайда болот. lococci) дарылоо кыйын. Мындан тышкары, жетилген биоплёнкалар планктондук бактерия клеткаларына салыштырмалуу антибиотиктерди дарылоого 1000 эсе туруктуураак экени кабарланган, бул негизги терапиялык кыйынчылык болуп эсептелет. Кадимки органикалык кошулмалардан алынган антимикробдук беттик каптоочу материалдар тарыхта колдонулуп келген. Мындай материалдар көп учурда адамдын уулуу компоненттерин камтыганына карабастан, анын организмге өтүшү мүмкүн болгон потенциалдуу компоненттерди камтышы мүмкүн25 жок кылуу.
Биоплёнканын пайда болушунан улам бактериялардын антибиотиктик дарылоого кеңири жайылган туруктуулугу коопсуз колдонула турган эффективдүү микробго каршы мембрана менен капталган бетти иштеп чыгуу зарылдыгына алып келди. жогорку концентрацияланган жана ылайыкташтырылган өлчөмдөрдө талап кылынат. Буга бактерияларга туруктуу болгон графен/германий28, кара алмаз29 жана ZnO кошулган алмаз сымал көмүртек сыяктуу уникалдуу жабуу материалдарын иштеп чыгуу аркылуу жетишилет. Бул технология Уулуулугун жана биопленканын пайда болушуна байланыштуу туруктуулукту жогорулатууну камсыз кылат. -бактериалдык булгануудан коргоонун мөөнөтү барган сайын популярдуу болуп баратат. Үч процедура тең капталган беттерге микробго каршы таасир көрсөтүүгө жөндөмдүү болсо да, алардын ар бири колдонуу стратегияларын иштеп чыгууда эске алынышы керек болгон өзүнүн чектөөлөрүнө ээ.
Учурда рынокто өндүрүлгөн продуктыларга биологиялык активдүү ингредиенттер үчүн коргоочу жабындарды талдоо жана сыноо үчүн жетишсиз убакыт тоскоол болууда. Компаниялар алардын өнүмдөрү колдонуучуларга керектүү функционалдык аспектилерди берет деп ырасташат;бирок, бул азыркы учурда рынокто өнүмдөрдүн ийгилиги үчүн тоскоолдук болуп калды. Күмүштөн алынган кошулмалар азыр керектөөчүлөргө жеткиликтүү болгон антимикробдук терапиялардын басымдуу көпчүлүгүндө колдонулат. Бул продуктылар колдонуучуларды микроорганизмдердин потенциалдуу коркунучтуу таасиринен коргоо үчүн иштелип чыккан. Кечигип калган микробго каршы таасир жана күмүш кошулмаларынын аны менен байланышкан уулуулугу глобалдык изилдөөлөргө каршы альтернативалуу антимикробдук таасирди жогорулатат. Ичинде жана сыртында иштеген биал каптоо дагы эле оор милдет болуп саналат. Бул ден-соолукка жана коопсуздукка байланыштуу коркунучтардан улам. Адамдарга анча зыяны жок антимикробдук агентти табуу жана аны сактоо мөөнөтү узун каптоочу субстраттарга кантип киргизүүнү аныктоо абдан изденүүчү жана бактерияга каршы түздөн-түз антимикробдорду жок кылуу үчүн эң акыркы максат болуп саналат38. байланышта же активдүү агент бошотулгандан кийин. Алар муну баштапкы бактериялык адгезияны (анын ичинде бетинде белок катмарынын пайда болушуна каршы туруу) бөгөт коюу же клетка дубалына кийлигишүү аркылуу бактерияларды өлтүрүү аркылуу жасай алышат.
Негизинен, беттик каптоо - бул бетке тиешелүү сапаттарды жогорулатуу үчүн компоненттин бетине дагы бир катмарды коюу процесси. Беттик жабуунун максаты компоненттин бетине жакын аймактын микроструктурасын жана/же курамын ыңгайлаштыруу болуп саналат39. Беттик каптоо ыкмаларын ар кандай методдорго бөлүүгө болот. жабууну түзүү үчүн колдонулган ыкма.
(а) бет үчүн колдонулган негизги даярдоо ыкмаларын көрсөтүүчү инсет, жана (б) муздак чачуу техникасынын тандалган артыкчылыктары жана кемчиликтери.
Муздак спрей технологиясы кадимки термикалык чачыратуу ыкмалары менен көптөгөн окшоштуктарды бөлүшөт. Бирок, муздак чачуу процессин жана муздак спрей материалдарын өзгөчө уникалдуу кылган кээ бир негизги фундаменталдык касиеттери бар. Муздак спрей технологиясы али өнүккөн, бирок жаркын келечекке ээ. Кээ бир колдонмолордо муздак спрейдин уникалдуу касиеттери чоң пайдаларды сунуштайт, салттуу ыкмалардын чектелүү чектөөлөрүн жеңип, типтүү жылуулук чачыратуу технологиясын камсыз кылат. анын жүрүшүндө порошок substrat.Obvious үстүнө кени үчүн эритүү керек, бул салттуу каптоо жараяны, мисалы, нанокристаллдар, нанобөлүкчөлөр, аморфтук жана металлдык glasses40, 41, 42.Furthermore, жылуулук брызги каптоо материалдары сыяктуу абдан температура сезгич материалдар үчүн ылайыктуу эмес. (i) субстрат үчүн минималдуу жылуулук киргизүү, (ii) субстрат каптоо тандоодо ийкемдүүлүк, (iii) фазалык трансформациянын жана дандын өсүшүнүн жоктугу, (iv) жогорку байланыш бекемдиги1,39 (сүрөт).2b).Мындан тышкары, муздак чачыратуучу каптоочу материалдар жогорку коррозияга туруктуулукка, жогорку күчкө жана катуулукка, жогорку электр өткөрүмдүүлүккө жана жогорку density41.Contrary муздак чачуу жараянынын артыкчылыктарына ээ, бул ыкманы колдонуунун дагы эле кээ бир кемчиликтери бар, Сүрөт 2b.When каптоо таза керамикалык порошок, мисалы, Al2O3, TiO 2, мисалы, Al2O3, TiO 2 сыяктуу таза керамикалык порошокту колдонууга мүмкүн эмес. башка жагынан, керамикалык/металл композит порошоктору каптоо үчүн чийки зат катары колдонулушу мүмкүн. Ошол эле башка термикалык брызги методдоруна да тиешелүү. Татаал беттерге жана ички түтүк беттерине чачуу дагы эле кыйын.
Учурдагы иш металлдык айнек порошокторду сырье катары колдонууга багытталганын эске алсак, кадимки термикалык чачууну бул максатта колдонууга болбойт. Мунун себеби, металлдык айнек порошок жогорку температурада кристаллдашат1.
Медициналык жана тамак-аш өнөр жайларында колдонулган шаймандардын көбү хирургиялык аспаптарды өндүрүү үчүн хромдун курамы 12 жана 20 масса% га чейин болгон аустениттик дат баспас болоттон жасалган эритмелерден (SUS316 жана SUS304) жасалган. алардын жогорку коррозияга туруктуулугу, олуттуу антимикробдук касиеттерин көрсөтпөйт38,39.Бул алардын жогорку коррозияга туруктуулугу менен карама-каршы келет. Мындан кийин инфекциянын жана сезгенүүнүн өнүгүшүн алдын ала айтууга болот, бул негизинен дат баспас болоттон жасалган биоматериалдардын бетинде бактериялык адгезия жана колонизация менен шартталган. адамдын ден соолугуна түздөн-түз же кыйыр түрдө таасир этиши мүмкүн болгон көптөгөн кесепеттерге алып келиши мүмкүн болгон ден соолуктун начарлашына.
Бул изилдөө Кувейттин Илимди Өркүндөтүү Фонду (KFAS) тарабынан каржыланган долбоордун биринчи этабы, Контракт № 2010-550401, MA технологиясын колдонуу менен металлдык айнектүү Cu-Zr-Ni үчтүк порошокторду өндүрүүнүн максатка ылайыктуулугун иликтөө үчүн (1-таблица) бактерияга каршы пленканы өндүрүү үчүн, 302-жылдын январь айынан баштап 4-жылдын 2-фазасынан коргоо долбоору. 3, системанын электрохимиялык коррозия мүнөздөмөлөрүн жана механикалык касиеттерин майда-чүйдөсүнө чейин карап чыгат. Деталдаштырылган микробиологиялык тесттер ар кандай бактерия түрлөрү үчүн жүргүзүлөт.
Бул макалада Zr эритмелөөчү элементтин мазмунунун айнек түзүүчү жөндөмдүүлүгүнө (GFA) тийгизген таасири морфологиялык жана структуралык мүнөздөмөлөрдүн негизинде талкууланат. Мындан тышкары, капталган металл айнек порошок каптоосунун/SUS304 композиттин антибактериалдык касиеттери да талкууланды. Мындан тышкары, суюк айнектин суюктуктун порошоктун муздак структуралык түргө айланышы процессинде пайда болушун изилдөө боюнча учурдагы иштер жүргүзүлдү. Жасалма металл айнек системаларынын. Мисал катары, бул изилдөөдө Cu50Zr30Ni20 жана Cu50Zr20Ni30 металлдык айнек эритмелери колдонулган.
Бул бөлүмдө аз энергиялуу шариктүү фрезерлөөдө элементардык Cu, Zr жана Ni порошоктарынын морфологиялык өзгөрүүлөрү көрсөтүлөт. Иллюстративдик мисалдар катары Cu50Zr20Ni30 жана Cu50Zr40Ni10дан турган эки түрдүү система репрезентативдик мисалдар катары колдонулат. MA процессин үч түрдүү баскычка бөлүүгө болот.
Шарты фрезерлөөнүн ар кандай этаптарынан кийин алынган механикалык эритме (MA) порошоктарынын металлографиялык мүнөздөмөлөрү. Талаа эмиссиясын сканерлөөчү электрондук микроскопиянын (FE-SEM) MA жана Cu50Zr40Ni10 порошоктарынын 3, 12 жана 50 сааттык аз энергиялуу шариктүү фрезерлөө убактысынан кийин алынган сүрөттөрү (a), (c) жана (e) сүрөттөлүштөрүндө көрсөтүлгөн, ал эми Cupon30 системасынын Cupon03 системасынын сүрөттөрү, Убакыттын өтүшү менен алынган 50Zr40Ni10 системасы (b), (d) жана (f) көрсөтүлгөн.
Шарлуу фрезерлөө учурунда металл порошокуна бериле турган эффективдүү кинетикалык энергияга 1а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, параметрлердин айкалышы таасир этет. Буга шарлар менен порошоктордун ортосундагы кагылышуулар, майдалоочу чөйрөнүн ортосунда же ортосуна тыгылып калган порошоктун кысуу менен кырылышы, кулап түшкөн топтордун таасири, кесүү жана эскирүү кирет. 1a).Элементтик Cu, Zr жана Ni порошоктору MAнын алгачкы стадиясында (3 ч) муздак ширетүүдөн улам катуу деформацияланып, натыйжада чоң порошок бөлүкчөлөрү пайда болгон (диаметри >1 мм). Бул чоң курама бөлүкчөлөр легирленген элементтердин калың катмарларынын пайда болушу менен мүнөздөлөт (Cu, Zr, Ni), сүрөттө көрсөтүлгөндөй. шар тегирмендин кинетикалык энергиясынын көбөйүшү, натыйжада композициялык порошок майда порошокторго (200 мкмден аз) ажырайт. Бул этапта колдонулган кесүү күчү майда Cu, Zr, Ni кыйыр катмарлары менен жаңы металл бетинин пайда болушуна алып келет, 3c сүрөттө көрсөтүлгөндөй. жаңы фазаларды жаратат.
MA процессинин туу чокусунда (50 сааттан кийин) кабыкча металлография анча-мынча көрүнгөн (3e,f-сүрөт), бирок порошоктун жылмаланган бети күзгү металлографиясын көрсөттү.Бул MA процесси аяктаганын жана бирдиктүү реакция фазасын түзүү болгонун билдирет.Аймактардын элементардык курамы II, 3e-сүрөттө индекстелген аймактардын элементардык курамы, II, III-и скандоо аркылуу электрондук сканерлөө (I, vipy) электрондук талаанын жардамы менен аныкталды. (FE-SEM) энергетикалык дисперсиялык рентген спектроскопиясы (EDS) (IV) менен айкалышкан.
2-таблицада легирлөөчү элементтердин элементардык концентрациялары 3e,f-сүрөттө тандалган ар бир аймактын жалпы салмагына карата пайыз катары көрсөтүлгөн. Бул натыйжаларды 1-таблицада келтирилген Cu50Zr20Ni30 жана Cu50Zr40Ni10 баштапкы номиналдык курамы менен салыштырганда, бул эки продуктунун акыркы курамдык баалуулуктары F-нын курамына карата бир кыйла окшош экенин көрүүгө болот. 3e,f-сүрөттө келтирилген аймактар ​​үчүн ар бир үлгүнүн курамынын бир региондон экинчисине олуттуу начарлашын же термелүүсүн билдирбейт. Бул бир региондон экинчисине курамында эч кандай өзгөрүү жок экендиги менен далилденет. Бул 2-таблицада көрсөтүлгөндөй, бир тектүү эритме порошоктун өндүрүшүн көрсөтүп турат.
Акыркы продукт Cu50(Zr50−xNix) порошоктун FE-SEM микросүрөттөрү 4a–d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 50 MA жолудан кийин алынган, мында x тиешелүүлүгүнө жараша 10, 20, 30 жана 40 %.% түзөт. Бул фрезерлөө кадамынан кийин порошок агрегаттары ван дер-Ваальстын чоң диагрегациясынын эффектисинин натыйжасында пайда болгон ван дер-Ваальстын ультраагрегаттарынын пайда болушунан турат. 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй 73төн 126 нмге чейин.
50 саат MA убакыттан кийин алынган Cu50(Zr50−xNix) порошоктарынын морфологиялык мүнөздөмөлөрү. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 системалары үчүн, порошоктордун FE-SEM сүрөттөрү (5 жолу алынган), ac (5 жолу көрсөтүлгөн) жана c).
Порошокторду муздак спрей фидерине жүктөөдөн мурун, алар адегенде аналитикалык класстагы этанолдо 15 мүнөткө ультрадыбыс менен иштетилип, андан кийин 2 саат бою 150°Cде кургатылган. Бул кадам каптоо процессинде көп учурда көптөгөн олуттуу көйгөйлөрдү жаратуучу агломерация менен ийгиликтүү күрөшүү үчүн жасалышы керек. MA процесси аяктагандан кийин, порошоктун бардык мүнөздөмөлөрү жүргүзүлдү. –d FE-SEM микросүрөттөрүн жана 50 саат М убакыттан кийин алынган Cu50Zr30Ni20 эритмесинин Cu, Zr жана Ni легирлөөчү элементтеринин тиешелүү EDS сүрөттөрүн көрсөтөт. Бул кадамдан кийин өндүрүлгөн эритме порошоктору бир тектүү экенин белгилей кетүү керек.
Morphology жана MG Cu50Zr30Ni20 порошок жергиликтүү элементтик бөлүштүрүү FE-SEM / энергетикалык дисперсиялык рентген спектроскопия (EDS) менен 50 MA жолу кийин алынган. (а) SEM жана рентген EDS карта (б) Cu-Kα, (с) Zr-Lα жана (г) Ni-Kα сүрөттөр.
50 саат MA убакыттан кийин алынган механикалык эритмеленген Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 жана Cu50Zr20Ni30 порошоктарынын XRD үлгүлөрү тиешелүүлүгүнө жараша 6a–d-сүрөттө көрсөтүлгөн. 6-сүрөттө көрсөтүлгөн sion үлгүлөрү.
(а) Cu50Zr40Ni10, (б) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 жана (г) Cu50Zr20Ni30 порошоктарынын MA убакыты 50 сааттан кийин XRD үлгүлөрү. Бардык үлгүлөр кошпогондо, бир иморфтун гало диффузия фазасын көрсөттү.
Field эмиссиясы жогорку резолюциядагы электрондук микроскоп (FE-HRTEM) структуралык өзгөрүүлөрдү байкоо жана ар кандай MA times.FE-HRTEM майдалоонун натыйжасында порошок жергиликтүү түзүмүн түшүнүү үчүн колдонулган, эрте (6 ч) жана орто (18 ч) этаптары Cu520Zr30NZ үчүн майдалоонун кийин алынган сүрөттөрү жана Cu520Zr30NZ көрсөтүлгөн. a,c, тиешелүүлүгүнө жараша. MA​​ 6 сааттан кийин пайда болгон порошоктун жаркыраган талаа сүрөтүнө (BFI) ылайык, порошок fcc-Cu, hcp-Zr жана fcc-Ni элементтеринин так аныкталган чек аралары бар чоң бүртүкчөлөрдөн турат жана реакция фазасынын пайда болгондугунун белгиси жок. (а) нын ортоңку аймагы чоң кристаллиттердин бар экендигин жана реактивдүү фазанын жоктугун көрсөтүүчү туудурган дифракциялык схеманы аныктады (7б-сүрөт).
эрте (6 саат) жана орто (18 ч) этаптарынан кийин алынган MA порошок жергиликтүү структуралык мүнөздөмөсү. (а) Талаа эмиссиясы жогорку чечим берүү электрондук микроскопия (FE-HRTEM), жана (б) Cu50Zr30Ni20 тиешелүү тандалган аймактын дифракция үлгүсү (SADP) 6 чат MAFE-104 үчүн MA дарылоо кийин MAFE-140r үчүн сүрөт алуу. 18 сааттын убактысы (c) көрсөтүлгөн.
Сүрөттө 7c көрсөтүлгөндөй, MA узактыгын 18 саатка чейин узартуу пластикалык deformation.During менен айкалышкан катуу тор кемчиликтерине алып келди. MA процессинин бул аралык стадиясында, порошок ар кандай кемчиликтерди, анын ичинде үймөлүү каталарды, тор кемчиликтерин жана чекит кемчиликтерин көрсөтөт (Figure 7). 20 нмден аз (7c-сүрөт).
36 саат MA убакытта майдаланган Cu50Z30Ni20 порошокунун жергиликтүү түзүмү 8а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, аморфтук майда матрицага камтылган өтө майда нано бүртүкчөлөрдүн пайда болушуна ээ. 32 at.% (арык аянт) ~ 74 at.% (бай аймак), гетерогендүү продуктулардын пайда болушун көрсөтүп турат. Мындан тышкары, бул этапта майдалоодон кийин алынган порошоктордун тиешелүү SADPs аморфтук фазанын гало-диффузиялык баштапкы жана экинчилик шакекчелерин көрсөтөт, ошол чийки элементтер менен байланышкан курч чекиттер менен бири-бирине дал келет, 8б-де көрсөтүлгөн.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 порошок nanoscale жергиликтүү структуралык өзгөчөлүктөрү. (а) Жаркын талаа сүрөтү (BFI) жана тиешелүү (б) Cu50Zr30Ni20 порошок SADP 36 ч MA убакыт үчүн тегирменден кийин алынган.
MA процессинин аягына жакын (50 с), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 жана 40% порошоктары 9a–d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, дайыма лабиринттик аморфтук фазалык морфологияга ээ. Ар бир курамдын тиешелүү SADPинде чекит сымал дифракциялар да, курч тегерек формалар да байкалбайт. гало диффузия үлгүлөрүн көрсөткөн се корреляцияланган SADPs да акыркы продукт материалында аморфтук фазалардын өнүгүшү үчүн далил катары колдонулган.
MG Cu50 (Zr50−xNix) системасынын акыркы продуктунун жергиликтүү түзүмү. FE-HRTEM жана (a) Cu50Zr40Ni10, (б) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni3Ni20, (c) Cu50Zr20Ni350 жана (c) Cu50Zr20Ni340 жана MA150 алынган.
Аморфтуу Cu50(Zr50−xNix) системасынын Ni (x) функциясы катары айнек өтүү температурасынын (Tg), муздатылган суюктук аймагынын (ΔTx) жана кристаллдашуу температурасынын (Tx) жылуулук туруктуулугу Cu50(Zr50−xNix) аморфтук системасынын дифференциалдык сканерлөөчү калориметриясынын (DSC) жардамы менен изилденген. 50 саат MA убакыттан кийин алынган Ni20 жана Cu50Zr10Ni40 аморфтук эритме порошоктары тиешелүүлүгүнө жараша 10a, b, e-сүрөттө көрсөтүлгөн. Аморфтуу Cu50Zr20Ni30дун DSC ийри сызыгы 10c-сүрөттө өзүнчө көрсөтүлгөн. Ошол эле учурда, Cu50Zr20Cр үлгүсү D3002ге чейин жылытылат. 10d-сүрөттө.
Айнек өтүү температурасы (Tg), кристаллдашуу температурасы (Tx) жана муздатылган суюктук аймак (ΔTx) менен индекстелген 50 саат MA убакыттан кийин алынган Cu50 (Zr50−xNix) MG порошоктарынын жылуулук туруктуулугу. (c) Cu50Zr20Ni30 жана (д) Cu50Zr10Ni40 MG эритме порошок MA убакыт 50 h.The рентген нурлары дифракция (XRD) үлгүсү Cu50Zr30Ni20 үлгүсүнүн DSC менен ~ 700 ° C чейин ысытылган (г) көрсөтүлгөн.
10-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ар кандай Ni (x) концентрациялары бар бардык курамдардын DSC ийри сызыктары эки башка жагдайды көрсөтөт, бири эндотермикалык жана экинчи экзотермикалык. Биринчи эндотермикалык окуя Tg менен туура келет, ал эми экинчиси Tx менен байланыштуу. Tg менен Tx ортосунда орун алган горизонталдык аралык аймагы муздатылган суюктук аймагы деп аталат (Tx00 жана Tx00 натыйжаларын көрсөткөн Tx). Ni10 үлгүсү (10а-сүрөт), 526°C жана 612°C температурада жайгаштырылган, мазмунду (x) 20 %.% га 482°C жана 563°C төмөн температура тарапка жылдыруу, 10b-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 563°C, 10b-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. а) Cu50Zr30Ni20 үчүн 81 °Cге чейин (10б-сүрөт). MG Cu50Zr40Ni10 эритмеси үчүн, ошондой эле Tg, Tx жана ΔTx маанилери 447°C, 526°C жана 79°C деңгээлине чейин төмөндөгөндүгү байкалган, бул анын Ni11 көрсөткүчүнүн төмөндөшүнө көрсөткөн туруктуулугун көрсөтүп турат. MG эритмесинин. Ал эми, MG Cu50Zr20Ni30 эритмесинин Tg мааниси (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 эритмесинен төмөн;ошентсе да, анын Tx мурункуга (612 °C) салыштырмалуу маанини көрсөтөт. Ошондуктан, ΔTx жогорураак маанини (87 °C) көрсөтөт, 10c-сүрөттө көрсөтүлгөн.
MG Cu50(Zr50−xNix) системасы MG Cu50Zr20Ni30 эритмесин мисал катары алып, курч экзотермикалык чоку аркылуу fcc-ZrCu5, орторомбиялык-Zr7Cu10 жана орторомбиялык-Zr7Cu10 кристаллдык фазаларына кристаллдашат. MG үлгүсүнүн XRD тарабынан жасалган (сүрөт 10d), ал DSCде 700 °C чейин ысытылган.
11-сүрөттө учурдагы иште аткарылган муздак чачуу процессинде тартылган сүрөттөр көрсөтүлгөн. Бул изилдөөдө 50 саат MA убакыттан кийин синтезделген металл айнек сымал порошок бөлүкчөлөрү (мисалы Cu50Zr20Ni30 алынган) антибактериалдык чийки зат катары колдонулган жана дат баспас болоттон жасалган табак (SUS304) муздак чачыратуу технологиясы менен капталган. бул термикалык спрей сериясындагы эң эффективдүү ыкма жана фазалык өтүүлөргө дуушар болбогон аморфтук жана нанокристаллдык порошок сыяктуу металлдын метастабилдүү температурага сезгич материалдары үчүн колдонулушу мүмкүн. Бул ыкманы тандоодо негизги фактор болуп саналат. Муздак чачуу процесси жогорку ылдамдыктагы бөлүкчөлөрдү колдонуу менен жүзөгө ашырылат. бөлүкчөлөр.
Талаа сүрөттөрү 550 °Cде MG каптоо/SUS 304 ырааттуу беш даярдоо үчүн колдонулган муздак чачуу процедурасын көрсөтөт.
Бөлүкчөлөрдүн кинетикалык энергиясы, демек, каптоо түзүмүндөгү ар бир бөлүкчөнүн импульсу, пластикалык деформация (баштапкы бөлүкчө жана бөлүкчөлөрдүн субстраттагы өз ара аракеттешүүсү жана бөлүкчөлөрдүн өз ара аракеттенүүсү), боштуктар Консолидация, бөлүкчөлөрдүн бөлүкчөлөрүнүн айлануусу, штамм жана кинетикалык энергияга айланбаса, энергиянын башка түрлөрүнө айландырылууга тийиш. жылуулук жана штамм энергиясын, натыйжада ийкемдүү кагылышуу болуп саналат, бул бөлүкчөлөр жөн эле соккудан кийин кайра секирип дегенди билдирет. Бөлүкчө/субстрат материалына колдонулган таасир энергиясынын 90% жергиликтүү жылуулукка айландырылат 40 .Андан тышкары, таасир стресс колдонулганда, пластикалык штаммдын жогорку ылдамдыгы контакт бөлүкчөлөрүнүн абдан кыска убакытта жетишилет.
Пластикалык деформация жалпысынан энергияны диссипациялоо процесси, тагыраак айтканда, фаза аралык аймактагы жылуулук булагы болуп эсептелет. Бирок, фаза аралык аймактагы температуранын жогорулашы, адатта, фаза аралык эрүүнү пайда кылуу үчүн же атом аралык диффузияны олуттуу илгерилетүү үчүн жетишсиз.
MG Cu50Zr20Ni30 эритмеси порошоктун BFI 12а-сүрөтүнөн көрүүгө болот, ал SUS 304 субстратына капталган (сүрөт. 11, 12б). Сүрөттөн көрүнүп тургандай, капталган порошок баштапкы аморфтук түзүлүшүн сактап турат, анткени алар назик лабиринттик түзүлүшкө ээ, колдун башка дефекттик өзгөчөлүктөрүн көрсөтөт. MG капталган порошок матрицасына киргизилген нанобөлүкчөлөр тарабынан сунушталган бөтөн фаза (сүрөт. 12a) .Figure 12c I аймак менен байланышкан индекстелген nanobeam дифракция үлгүсүн (NBDP) сүрөттөйт (Figure 12a). Сүрөттө көрсөтүлгөндөй. кристаллдык чоң куб Zr2Ni метастабилдүү плюс тетрагоналдык CuO фазасына туура келген p тактар. CuO түзүлүшү ачык абада чачыраткыч пистолеттин соплосунан SUS 304 ге чейин үндүн ылдам агымынын астында баратканда порошоктун кычкылданышына байланыштуу болушу мүмкүн. 30 мин.
(а) MG порошоктун FE-HRTEM сүрөтү (б) SUS 304 субстратында капталган (сүрөттүн ичи).
Чоң куб Zr2Ni нанобөлүкчөлөрүнүн пайда болушунун бул потенциалдуу механизмин текшерүү үчүн көз карандысыз эксперимент жүргүзүлдү. Бул экспериментте порошоктар SUS 304 субстрат багытында 550 °C спрей пистолетинен чачылган;бирок, порошоктордун күйгүзүүчү таасирин түшүндүрүү үчүн, алар SUS304 тилкесинен мүмкүн болушунча тезирээк (болжол менен 60 секунд) алынып салынды. Башка эксперименттер топтому жүргүзүлдү, анда порошок субстраттан болжол менен 180 секунддан кийин түшүрүлгөн.
13a,b фигуралары SUS 304 субстраттарында тиешелүүлүгүнө жараша 60 жана 180 сек сакталган эки чачылган материалдын өткөргүч электрондук микроскопиясын (STEM) сканерлөө жолу менен алынган караңгы талаа сүрөттөрүн (DFI) көрсөтөт. 60 секундага сакталган порошок сүрөтүнүн морфологиялык деталдары жок, бул XT1aнын жалпы структурасын тастыктаган өзгөчөлүксүздүгүн көрсөтүп турат. s аморфтук болгон, 14a-сүрөттө көрсөтүлгөн кеңири негизги жана экинчилик дифракциялык максимум менен көрсөтүлгөн. Булар метастабилдүү/мезофазалык жаан-чачындын жоктугун көрсөтүп турат, мында порошок өзүнүн баштапкы аморфтук структурасын сактайт. Ал эми порошок ошол эле температурада (550 °C) чачылган, бирок на субстрат8 көрсөтүлөт, ал эми субстрат8 көрсөтүлөт. 13b-сүрөттөгү жебелер менен d.