Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS-г хязгаарлагдмал дэмждэг. Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Энэ хооронд үргэлжлүүлэн дэмжлэг үзүүлэхийн тулд бид сайтыг загвар болон JavaScript-гүй харуулах болно.
Био хальс нь архаг халдварын хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг, ялангуяа эмнэлгийн багаж хэрэгсэлтэй холбоотой үед энэ асуудал нь анагаах ухааны нийгэмлэгийн өмнө маш том сорилт үүсгэдэг, учир нь стандарт антибиотикууд нь био хальсыг маш хязгаарлагдмал хэмжээгээр устгадаг. Био хальс үүсэхээс урьдчилан сэргийлэх нь янз бүрийн бүрэх арга, шинэ материалыг бий болгоход хүргэсэн. Эдгээр аргууд нь гадаргууг бүрэх зорилготой, ялангуяа биологийн хальс, металлын биологийн хальс, биологийн хальс үүсэхээс сэргийлдэг. , нянгийн эсрэг хамгийн тохиромжтой бүрээс болж гарч ирсэн. Үүний зэрэгцээ температурт мэдрэмтгий материалыг боловсруулахад тохиромжтой арга тул хүйтэн шүрших технологийн хэрэглээ нэмэгдэж байна. Энэхүү судалгааны нэг хэсэг нь механик хайлшлах аргыг ашиглан Cu-Zr-Ni гурвалсан металл шилийг боловсруулах явдал юм. бага температурт. Металл шилээр бүрсэн субстрат нь зэвэрдэггүй гантай харьцуулахад био хальс үүсэхийг дор хаяж 1 логоор мэдэгдэхүйц бууруулж чадсан.
Хүн төрөлхтний түүхийн туршид аль ч нийгэм өөрийн шаардлагад нийцсэн шинэ материалыг боловсруулж, сурталчилж чадсан нь даяаршсан эдийн засагт гүйцэтгэл, чансаа дээшилсээр ирсэн1. Энэ нь хүн төрөлхтний материал, үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж, загвар зохион бүтээх чадвар нь эрүүл мэнд, боловсрол, аж үйлдвэр, эдийн засаг, соёл, бусад бүс нутгаас өөр бүс нутаг, эсвэл бусад бүс нутгаас үл хамааран эрүүл мэнд, боловсрол, аж үйлдвэр, эдийн засаг, хөгжил дэвшилд хүрэхийн тулд материал үйлдвэрлэх, шинж чанарыг тодорхойлох чадвартай холбоотой гэж үргэлж үздэг.2 60 жилийн турш материал судлаачид ихэнх цагаа нэг чухал асуудалд зориулав: шинэлэг, хамгийн сүүлийн үеийн материалыг эрэлхийлэх. Сүүлийн үеийн судалгаанууд нь одоо байгаа материалын чанар, гүйцэтгэлийг сайжруулах, түүнчлэн цоо шинэ төрлийн материалыг нэгтгэж, зохион бүтээхэд чиглэв.
Хайлшийн элементүүдийг нэмж, материалын бичил бүтцийг өөрчлөх, дулааны, механик эсвэл термомеханик боловсруулалтын техникийг ашигласнаар янз бүрийн материалын механик, хими, физик шинж чанар мэдэгдэхүйц сайжирсан. Цаашилбал, өнөөг хүртэл сонсогдоогүй нэгдлүүдийг амжилттай нийлэгжүүлж байна. анокристал, нано бөөмс, нано хоолой, квант цэг, тэг хэмжээст, аморф металл шил, өндөр энтропи хайлш зэрэг нь өнгөрсөн зууны дунд үеэс дэлхий дахинд нэвтэрсэн дэвшилтэт материалын зарим жишээ юм. Дээд зэргийн шинж чанартай шинэ хайлшийг үйлдвэрлэж, хөгжүүлэх нь эцсийн бүтээгдэхүүн эсвэл үйлдвэрлэлийн явцад нэмэгддэг. Тэнцвэрээс ихээхэн хазайх шинэ үйлдвэрлэх техникийг хэрэгжүүлэхийн тулд металл шил гэж нэрлэгддэг метастаз хайлшийн цоо шинэ анги нээгдэв.
1960 онд Калтек дахь түүний ажил нь шингэнийг секундэд сая орчим градусаар хурдан хатууруулах замаар шилэн Au-25 at.% Si хайлшийг нийлэгжүүлснээр металлын хайлшийн үзэл баримтлалд хувьсгал авчирсан. MG хайлшийн нийлэгжилтийн хамгийн анхны анхдагч судалгаагаар бараг бүх металл шилийг дараахь аргуудын аль нэгийг ашиглан үйлдвэрлэсэн;(i) хайлмал буюу уурын хурдацтай хатуурах, (ii) торны атомын эмх замбараагүй байдал, (iii) цэвэр металлын элементүүдийн хоорондох хатуу төлөвт аморфизацийн урвал, (iv) метастал фазын хатуу төлөвт шилжих.
MG нь талстуудын тодорхойлогч шинж чанар болох талстуудтай холбоотой урт хугацааны атомын дараалалгүй байдгаараа ялгагдана. Өнөөгийн ертөнцөд металл шилний салбарт асар их ахиц дэвшил гарч байна. Эдгээр нь зөвхөн хатуу биетийн физикт төдийгүй металлурги, гадаргын химийн болон бусад олон төрлийн технологи, биологийн материалын шинэ шинж чанаруудыг сонирхож буй сонирхолтой шинж чанартай шинэ материал юм. хатуу металлууд нь янз бүрийн салбарт технологийн хэрэглээнд сонирхолтой нэр дэвшигч болгодог. Тэд зарим чухал шинж чанартай байдаг;(i) механик уян хатан чанар, уналтын бат бэх, (ii) өндөр соронзон нэвчилт, (iii) бага шахалт, (iv) зэврэлтээс хамгаалах ер бусын, (v) температурын бие даасан байдал Дамжуулах чадвар 6,7.
Механик хайлш (MA)1,8 нь харьцангуй шинэ техник бөгөөд анх 19839 онд профессор С.С.Кок болон түүний хамтрагчид нэвтрүүлсэн. Тэд өрөөний температурт маш ойрхон орчны температурт цэвэр элементийн хольцыг нунтаглаж аморф Ni60Nb40 нунтаг бэлтгэсэн.Ихэвчлэн зэвэрдэггүй гангаар хийсэн реактор дахь урвалжийн материалын нунтагыг 10-р бөмбөлөгт тээрэмд тараах хооронд MA урвал явагддаг (Зураг 1a, b). Түүнээс хойш энэхүү механикаар өдөөгдсөн хатуу төлөвт урвалын техникийг шинэ аморф/металл, шилэн хайлш, өндөр энергитэй нунтаг 10-ыг бэлтгэхэд ашиглаж байна. 1,12,13,14,15, 16. Ялангуяа энэ аргыг Cu-Ta17 зэрэг холилдохгүй систем, түүнчлэн аль-шилжилтийн металлын систем (TM; Zr, Hf, Nb, Ta) 18,19, Fe-W20 зэрэг хайлах өндөр температурт хайлшийг бэлтгэхэд ашигласан бөгөөд үүнийг аль нэг уламжлалт техникээр бэлтгэх боломжгүй. металлын исэл, карбид, нитрид, гидрид, нүүрстөрөгчийн нано хоолой, наноалмазын үйлдвэрлэлийн хэмжээний нанокристал ба нанокомпозит нунтаг хэсгүүдийг бэлтгэх, түүнчлэн дээрээс доош чиглэсэн арга 1 ба метастабил үе шаттайгаар өргөн тогтворжуулах.
Энэ судалгаанд Cu50(Zr50−xNix) металл шил (MG) бүрэх/SUS 304 бэлтгэхэд ашигласан үйлдвэрлэлийн аргыг харуулсан бүдүүвч зураг.(a) Бага эрчим хүч бүхий бөмбөлөг тээрэмдэх техник, ган бөмбөлөгтэй тээрэмдэх техник ашиглан өөр өөр Ni концентрацитай MG хайлшны нунтаг бэлтгэх x (x; 10, 20, 30 ба 40 at.). Хэ агаараар дүүргэсэн бээлий хайрцагт битүүмжилсэн.(в) Нунтаглалтын явцад бөмбөлөгний хөдөлгөөнийг харуулсан нунтаглах савны тунгалаг загвар. 50 цагийн дараа гаргаж авсан нунтгийн эцсийн бүтээгдэхүүнийг хүйтэн шүрших аргыг (d) ашиглан SUS 304 субстратыг бүрэхэд ашигласан.
Бөөн материалын гадаргуу (субстрат) -ын тухай ярихад гадаргуугийн инженерчлэл нь анхны задгай материалд агуулагдахгүй тодорхой физик, хими, техникийн шинж чанарыг хангахын тулд гадаргууг (субстрат) загварчлах, өөрчлөхөд оршино. Гадаргуугийн боловсруулалтаар үр дүнтэй сайжруулж болох зарим шинж чанарууд нь элэгдэлд тэсвэртэй, исэлдэлт, зэврэлтэнд тэсвэртэй, үрэлтийн коэффициент, био идэвхгүй байдал, бага зэргийн чанар, сул чанар зэрэг орно. Металлурги, механик эсвэл химийн арга техникийг ашиглан сайжруулж болно. Сайн мэдэх үйл явцын хувьд бүрэх нь өөр материалаар хийсэн задгай объектын (субстрат) гадаргуу дээр зохиомлоор нэг буюу олон давхаргын материалаар тогтсон гэж тодорхойлогддог. Иймээс бүрээсийг зарим талаар хүссэн техникийн болон гоёл чимэглэлийн шинж чанарыг олж авах, түүнчлэн материалыг хүрээлэн буй орчны химийн болон харилцан үйлчлэлээс хамгаалах зорилгоор ашигладаг.
Хэдхэн микрометрээс (10-20 микрометрээс доош) 30 микрометрээс дээш эсвэл бүр хэдэн миллиметр хүртэл зузаантай тохиромжтой гадаргууг хамгаалах давхаргыг буулгахын тулд олон арга, арга техникийг хэрэглэж болно. Ерөнхийдөө бүрэх процессыг хоёр төрөлд хувааж болно: (i) нойтон бүрэх аргууд, үүнд цахилгаанаар бүрэх, цахилгаангүй бүрэх, халуунаар бүрэх, хуурай аргаар түрхэх, хатаах арга гэх мэт. , физик уурын хуримтлал (PVD), химийн уурын хуримтлал (CVD), дулаанаар шүрших арга техник, сүүлийн үед хүйтэн шүрших арга 24 (Зураг 1d).
Био хальс нь гадаргууд эргэлт буцалтгүй наалдсан, өөрөө үйлдвэрлэсэн эсийн гаднах полимерүүдээр (EPS) хүрээлэгдсэн бичил биетний бүлгэмдэл гэж тодорхойлогддог. Өнгөц боловсорч гүйцсэн био хальс үүсэх нь хүнсний үйлдвэр, усны систем, эрүүл мэндийн орчин зэрэг аж үйлдвэрийн олон салбарт ихээхэн алдагдалд хүргэдэг. Хүний хувьд био хальс үүсэх үед бичил биетний халдвар (Stabia 80% -иас илүү). lococci) эмчлэхэд хэцүү байдаг. Цаашилбал, боловсорч гүйцсэн био хальс нь планктон бактерийн эсүүдтэй харьцуулахад антибиотик эмчилгээнд 1000 дахин илүү тэсвэртэй байдаг нь эмчилгээний томоохон сорилт гэж тооцогддог. Уламжлалт органик нэгдлүүдээс гаргаж авсан нянгийн эсрэг гадаргууг бүрэх материалыг урьд өмнө хэрэглэж ирсэн. Хэдийгээр ийм материалууд нь ихэвчлэн нян дамжуулах, хүний ​​биед халдвар дамжих эрсдэлээс зайлсхийхэд тусалдаг26. сүйрэл.
Био хальс үүссэний улмаас нянгийн антибиотик эмчилгээнд өргөн тархсан эсэргүүцэл нь найдвартай түрхэх боломжтой нянгийн эсрэг мембранаар бүрсэн үр дүнтэй гадаргууг боловсруулах хэрэгцээг бий болгож байна27. Бактерийн эсүүд наалдсанаас болж био хальс үүсгэхийг хориглодог физик болон химийн эсрэг наалдсан гадаргууг бий болгох нь энэ үйл явцын эхний арга юм. Бактерид тэсвэртэй графен/германий28, хар алмаз29, ZnO-тэй төстэй алмаз шиг нүүрстөрөгчийн бүрээс30 зэрэг өвөрмөц өнгөлгөөний материалыг боловсруулж, био хальс үүсэхээс үүсэх хордлого, эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх технологиор бүтээгдсэний үндсэн дээр химийн бодисын гадаргуугийн агууламжийг эрс багасгадаг. -Бактерийн бохирдлоос хамгаалах хугацаа улам бүр түгээмэл болж байна. Хэдийгээр гурван процедур нь бүрсэн гадаргуу дээр нянгийн эсрэг үйлчилгээ үзүүлэх чадвартай боловч тус бүрдээ хэрэглэх стратеги боловсруулахдаа анхаарах ёстой өөрийн гэсэн хязгаарлалттай байдаг.
Одоогоор зах зээл дээр байгаа бүтээгдэхүүнүүд нь биологийн идэвхт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамгаалалтын бүрхүүлд дүн шинжилгээ хийх, турших хугацаа хангалтгүй байгаагаас саад болж байна. Компаниуд бүтээгдэхүүнээ хэрэглэгчдэд шаардлагатай функцээр хангана гэж мэдэгддэг;Гэсэн хэдий ч энэ нь одоо зах зээл дээр байгаа бүтээгдэхүүний амжилтанд саад болж байна. Мөнгөнөөс гаргаж авсан нэгдлүүдийг одоо хэрэглэгчдэд хүртээмжтэй байгаа нянгийн эсрэг эмчилгээний дийлэнх хэсэгт ашигладаг. Эдгээр бүтээгдэхүүн нь хэрэглэгчдийг бичил биетний болзошгүй аюултай нөлөөллөөс хамгаалах зорилгоор бүтээгдсэн. Нянгийн эсрэг үйлчилгээ хойшлогдож, мөнгөний нэгдлүүдийн хоруу чанар нь дэлхий даяар нянгийн эсрэг үйлчилгээ үзүүлэх нөлөөг сайжруулдаг36. Дотор болон гадаа үйлчилдэг биаль бүрэх нь хэцүү ажил байсаар байна. Энэ нь эрүүл мэнд, аюулгүй байдлын аль алинд нь эрсдэл учруулдагтай холбоотой юм. Хүний биед бага хор хөнөөлтэй нянгийн эсрэг бодисыг олж илрүүлэх, удаан хадгалах хугацаатай бүрхүүлийн субстратыг хэрхэн яаж оруулахыг олж мэдэх нь маш эрэлт хэрэгцээтэй байгаа бөгөөд нянгийн эсрэг хамгийн сүүлийн үеийн зорилго юм. холбоо барих эсвэл идэвхтэй бодисыг сулласны дараа. Тэд бактерийн анхны наалдацыг дарангуйлах (гадаргуу дээр уургийн давхарга үүсэхээс сэргийлж) эсвэл эсийн хананд саад учруулж бактерийг устгах замаар үүнийг хийж чадна.
Үндсэндээ гадаргууг бүрэх нь гадаргуутай холбоотой чанарыг сайжруулахын тулд эд ангиудын гадаргуу дээр өөр давхарга тавих үйл явц юм. Гадаргууг бүрэх зорилго нь бүрэлдэхүүн хэсгийн гадаргуугийн ойролцоох бүсийн бичил бүтэц ба/эсвэл найрлагыг тохируулах явдал юм39. Гадаргууг бүрэх техникийг 2-р зурагт нэгтгэн дүгнэсэн янз бүрийн аргад хувааж болно. бүрээсийг бий болгоход ашигласан арга.
(a) Гадаргуунд ашигласан үндсэн үйлдвэрлэлийн техникийг харуулсан оруулга, (б) хүйтэн шүрших техникийн сонгосон давуу болон сул талууд.
Хүйтэн шүрших технологи нь уламжлалт дулааны шүрших аргуудтай ижил төстэй олон талтай. Гэсэн хэдий ч хүйтэн шүрших үйл явц болон хүйтэн шүрших материалыг онцгой өвөрмөц болгодог үндсэн үндсэн шинж чанарууд байдаг. Хүйтэн шүрших технологи нь анхан шатандаа байгаа хэдий ч гэрэлт ирээдүйтэй. Зарим хэрэглээнд хүйтэн шүрших өвөрмөц шинж чанар нь уламжлалт аргын хязгаарлагдмал хязгаарлалтыг даван туулах, дулаан шүрших технологийн хязгаарыг даван туулах боломжийг олгодог. Энэ хугацаанд нунтаг нь субстрат дээр тунадасжихын тулд хайлж байх ёстой. Мэдээжийн хэрэг, энэхүү уламжлалт бүрэх процесс нь нанокристал, нано бөөмс, аморф болон металл шил зэрэг температурт маш мэдрэмтгий материалуудад тохиромжгүй нь ойлгомжтой. Цаашилбал, дулааны шүршигч бүрэх материал нь шүршигч, исэлдүүлэх технологиос байнга давуу талтай байдаг. (i) субстратын дулааны хамгийн бага оролт, (ii) субстратын бүрээсийн сонголтын уян хатан байдал, (iii) фазын хувирал болон үр тарианы өсөлт байхгүй, (iv) өндөр холболтын бат бэх1,39 (Зураг 2).2b).Үүнээс гадна хүйтэн шүршигч бүрэх материал нь зэврэлтэнд тэсвэртэй, өндөр бат бэх, хатуулаг, цахилгаан дамжуулах чанар өндөр, нягтрал ихтэй байдаг41. Хүйтэн шүрших үйл явцын давуу талуудаас ялгаатай нь энэ аргыг ашиглахад зарим сул талууд байсаар байгааг Зураг 2b-д үзүүлэв. Цэвэр керамик нунтагыг бүрэх үед Al2, ZrO3, WC, O2 гэх мэт хүйтэн шүрших аргыг хэрэглэх боломжгүй. нөгөө талаас керамик/металл нийлмэл нунтагыг бүрэх түүхий эд болгон ашиглаж болно. Дулаан шүрших бусад аргуудад мөн адил хамаарна. Нарийн төвөгтэй гадаргуу болон дотоод хоолойн гадаргууг шүршихэд хэцүү хэвээр байна.
Одоогийн ажил нь металл шилэн нунтагыг түүхий бүрэх материал болгон ашиглахыг зорьж байгаа тул уламжлалт дулааны шүрших аргыг энэ зорилгоор ашиглах боломжгүй нь тодорхой байна. Учир нь металл шилэн нунтаг нь өндөр температурт талстждаг1.
Эмнэлгийн болон хүнсний үйлдвэрлэлд ашигладаг ихэнх багаж хэрэгсэл нь мэс заслын багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд жингийн 12-20% хромын агууламжтай аустенитийн зэвэрдэггүй ган хайлшаар (SUS316 ба SUS304) хийгдсэн байдаг. Хромын металыг хайлш болгон ашиглах нь гангийн бүх хайлш, бүх төрлийн ган хайлшийн эсэргүүцлийг эрс сайжруулдаг гэдгийг ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг. өндөр зэврэлтэнд тэсвэртэй, нянгийн эсрэг мэдэгдэхүйц шинж чанартай байдаггүй38,39. Энэ нь тэдний зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлаас ялгаатай. Үүний дараа голчлон зэвэрдэггүй ган биоматериалын гадаргуу дээр бактерийн наалдац, колоничлолын улмаас үүсдэг халдвар, үрэвсэл үүсэхийг урьдчилан таамаглах боломжтой. хүний ​​эрүүл мэндэд шууд болон шууд бусаар нөлөөлж болох олон үр дагаварт хүргэж болзошгүй эрүүл мэнд муудах.
Энэхүү судалгаа нь Кувейтийн Шинжлэх Ухааны Сангийн (KFAS) санхүүжүүлсэн 2010-550401 тоот гэрээний төслийн эхний үе шат бөгөөд 2010-550401 тоот гэрээний дагуу бактерийн эсрэг хальс үйлдвэрлэхэд зориулж MA технологи ашиглан Cu-Zr-Ni гурвалсан нунтаг үйлдвэрлэх боломжийг судлах (Хүснэгт 1) юм. 3, системийн цахилгаан химийн зэврэлтийн шинж чанар, механик шинж чанарыг нарийвчлан судлах болно. Янз бүрийн бактерийн төрөл зүйлд микробиологийн нарийвчилсан туршилтыг явуулна.
Энэхүү нийтлэлд Zr хайлшийн элементийн агууламжийн шил үүсгэх чадварт үзүүлэх нөлөөг морфологи, бүтцийн шинж чанарт үндэслэн авч үзсэн. Үүнээс гадна бүрсэн металл шилний нунтаг бүрэх/SUS304 нийлмэл материалын нянгийн эсрэг шинж чанарыг мөн авч үзсэн. Цаашилбал, шингэн шилний нунтаг туяаны хүйтнээр хувирах хэсэгт металлын нунтаг туяа үүсэх боломжийг судлахаар одоогийн ажил хийгдэж байна. үйлдвэрлэсэн металл шилний системүүдийн жишээ болгон Cu50Zr30Ni20 болон Cu50Zr20Ni30 металл шилэн хайлшийг энэхүү судалгаанд ашигласан болно.
Энэ хэсэгт бага энергитэй бөөрөнхий тээрэмдэх үед Cu, Zr, Ni элементийн нунтагуудын морфологийн өөрчлөлтийг үзүүлэв. Жишээ болгон Cu50Zr20Ni30 ба Cu50Zr40Ni10-аас бүрдэх хоёр өөр системийг төлөөлөх жишээ болгон ашиглах болно. MA процессыг гурван өөр үе шатанд хувааж болно.
Бөмбөлөгт тээрэмдэх янз бүрийн үе шатуудын дараа олж авсан механик хайлш (MA) нунтагуудын металлографийн шинж чанарууд. 3, 12, 50 цагийн бага энергитэй бөмбөлөг тээрэмсний дараа авсан MA ба Cu50Zr40Ni10 нунтагуудын хээрийн ялгаралт сканнерийн электрон микроскоп (FE-SEM) зургийг Cupon 03 системийн Cupon 03-ын хувьд (a), (c) ба (e)-д үзүүлэв. Цаг хугацааны дараа авсан 50Zr40Ni10 системийг (b), (d) ба (f) хэсэгт үзүүлэв.
Бөмбөлөгийг тээрэмдэх үед металл нунтаг руу шилжих үр дүнтэй кинетик энерги нь 1а-р зурагт үзүүлсэн шиг параметрүүдийн хослолоор нөлөөлдөг. Үүнд бөмбөлөг ба нунтаг хоорондын мөргөлдөөн, нунтаглах материалын хооронд болон нунтаглах материалын хооронд гацсан нунтаг шахалтын зүсэлт, унасан бөмбөлөгт үзүүлэх нөлөөлөл, бөмбөлөгийн тээрэмдэх материалаар дамжих нунтаг чирэх ба бөмбөлөгийг тараах зөөвөрлөгчөөр дамжих зэргээс шалтгаалсан зүсэлт, элэгдэл зэрэг орно. 1a).Элементийн Cu, Zr, Ni нунтагууд нь MA-ийн эхний үе шатанд (3 цаг) хүйтэн гагнуурын улмаас хүчтэй гажигтай болж, том нунтаг хэсгүүд (>1 мм диаметртэй) үүссэн. Эдгээр том нийлмэл хэсгүүд нь хайлшлах элементүүдийн (Cu, Zr, Ni) зузаан давхарга үүсгэснээр тодорхойлогддог. бөмбөлөгт тээрмийн кинетик энерги нэмэгдэж, улмаар нийлмэл нунтаг нь илүү нарийн нунтаг (200 μм-ээс бага) болж задрахад хүргэдэг. Энэ үе шатанд огтлох хүч нь Cu, Zr, Ni нарийн давхаргууд бүхий шинэ металл гадаргуу үүсэхэд хүргэдэг. шинэ үе шатуудыг бий болгох.
MA үйл явцын оргил үед (50 цагийн дараа) үйрмэг металлографи нь үл ялиг харагдаж байсан (Зураг 3e,f), харин нунтагны өнгөлсөн гадаргуу нь толин тусгал металлографийг харуулсан. Энэ нь MA үйл явц дуусч, нэг урвалын үе шат үүссэн гэсэн үг юм. II, 3e, e) микроскоп (I, e) сканнерийн аргаар электрон сканнердсан бүс нутгуудын элементийн найрлагыг II, 3e, v) сканнерийн аргаар тодорхойлсон. (FE-SEM) эрчим хүчний тархалттай рентген спектроскопи (EDS) (IV) -тай хослуулсан.
Хүснэгт 2-т хайлшлагч элементүүдийн элементийн концентрацийг Зураг 3e,f-д сонгосон бүс тус бүрийн нийт жингийн хувиар үзүүлэв. Эдгээр үр дүнг 1-р хүснэгтэд жагсаасан Cu50Zr20Ni30 ба Cu50Zr40Ni10-ийн эхлэлийн нэрлэсэн найрлагатай харьцуулж үзэхэд эдгээр хоёр бүтээгдэхүүний найрлага F-ийн эцсийн найрлагатай харьцангуй ижил утгатай болохыг харж болно. Зураг 3e,f-д жагсаасан бүс нутгуудын хувьд дээж тус бүрийн найрлага нь нэг бүсээс нөгөөд мэдэгдэхүйц муудах, хэлбэлзэх гэсэн үг биш юм. Энэ нь нэг бүсээс нөгөөд найрлага өөрчлөгдөөгүй байгаагаар нотлогддог. Энэ нь Хүснэгт 2-т үзүүлсэн шиг нэгэн төрлийн хайлш нунтаг үйлдвэрлэж байгааг харуулж байна.
Эцсийн бүтээгдэхүүн Cu50(Zr50−xNix) нунтагны FE-SEM микрографикийг Зураг 4a–d-д үзүүлсний дагуу 50 MA дахин дараа авсан бөгөөд энд x нь 10, 20, 30, 40%.% байна. Энэ тээрэмдэх алхамын дараа нунтаг дүүргэгч нь ван дер ваалсын нөлөөгөөр их хэмжээний ван дер ваалсын нөлөөгөөр хэт бөөгнөрөл үүсэхээс тогтоно. Зураг 4-т үзүүлсэн шиг 73-аас 126 нм хооронд хэлбэлздэг.
50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан Cu50(Zr50−xNix) нунтагуудын морфологийн шинж чанар. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 системүүдийн хувьд нунтагуудын FE-SEM зургийг (5 удаа) (b)-д (5 удаа) үзүүлэв.
Нунтаг бодисыг хүйтэн шүршигч тэжээгч рүү ачаалахын өмнө эхлээд аналитик зэрэглэлийн этилийн спиртэнд 15 минутын турш дуу чимээ гаргаж, дараа нь 150°С-т 2 цагийн турш хатаана. Бүрэх явцад олон чухал асуудал үүсгэдэг бөөгнөрөлтэй амжилттай тэмцэхийн тулд энэ алхмыг хийх шаардлагатай. MA процесс дууссаны дараа нунтаг бодисын шинж чанарыг тодорхойлохын тулд бүх төрлийн шинж чанарыг тодорхойлох ажлыг хийж гүйцэтгэсэн. –d нь FE-SEM микрографик болон 50 цагийн дараа олж авсан Cu50Zr30Ni20 хайлшны Cu, Zr, Ni хайлшийн элементүүдийн харгалзах EDS зургийг үзүүлэв. Энэ алхамын дараа үүссэн хайлшийн нунтаг нь нэг төрлийн байна гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
MG Cu50Zr30Ni20 нунтагны морфологи ба орон нутгийн элементийн тархалт FE-SEM/эрчим хүчний тархалттай рентген спектроскопи (EDS) ашиглан 50 MA удаа олж авсан. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα ба (г) Ni-Kα дүрсийн SEM болон рентген EDS зураглал.
50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан механик хайлштай Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 ба Cu50Zr20Ni30 нунтагуудын XRD загварыг Зураг 6a-d-д тус тус үзүүлэв. Энэ үе шат нь тээрэмдэх янз бүрийн концентраци бүхий бүх төрлийн ZRD бүтэцтэй байна. 6-р зурагт үзүүлсэн сионы хэв маяг.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ба (г) Cu50Zr20Ni30 нунтагуудын 50 цагийн MA хугацаанаас хойшхи XRD загварууд. Үл хамаарах зүйлгүй бүх дээжүүд нь имморфийн гало диффузийн хэлбэрийг харуулсан.
Талбайн ялгаралт өндөр нарийвчлалтай дамжуулагч электрон микроскоп (FE-HRTEM) нь бүтцийн өөрчлөлтийг ажиглаж, янз бүрийн MA хугацаанд бөмбөлөгт тээрэмсний үр дүнд үүссэн нунтагуудын орон нутгийн бүтцийг ойлгоход ашигласан. Cu52Zr30Nr-д тээрэмдэх эхний (6 цаг) ба завсрын (18 цаг) үе шатуудын дараа олж авсан нунтагуудын FE-HRTEM дүрсийг Cu52Zr30NZ-д үзүүлэв. a,c тус тус. MA​​ 6 цагийн дараа үүссэн нунтаг талбайн тод дүрсний (BFI) дагуу нунтаг нь fcc-Cu, hcp-Zr болон fcc-Ni элементүүдийн тодорхой хил хязгаартай том ширхэгүүдээс тогтсон бөгөөд урвалын үе шат үүссэн гэсэн шинж тэмдэг байхгүй. (а)-ийн дунд хэсэгт том талстууд байгаа ба реактив фаз байхгүй байгааг харуулсан оргилын дифракцийн хэв маяг (Зураг 7б) илэрсэн.
Эрт (6 цаг) ба завсрын (18 цаг) үе шатуудын дараа олж авсан MA нунтагны орон нутгийн бүтцийн шинж чанар. (a) Талбайн ялгаруулалтын өндөр нарийвчлалтай дамжуулагч электрон микроскоп (FE-HRTEM), (б) Cu50Zr30Ni20-ийн харгалзах сонгосон талбайн дифракцийн загвар (SADP) Cu50Zr30Ni20-ийн харгалзах сонгосон талбайн дифракцийн хэв маяг (SADP) Cu50Zr30Ni20 нунтагыг MAFE-50N0Z-ийн 6 цагийн турш MAFE-50NZ0r-ийн боловсруулсны дараа авна. 18 цагийн хугацааг (c) -д үзүүлэв.
Зураг 7c-д үзүүлснээр MA-ийн үргэлжлэх хугацааг 18 цаг хүртэл сунгаснаар хуванцар хэв гажилттай хосолсон торны ноцтой согог бий болсон. MA процессын энэ завсрын үе шатанд нунтаг нь овоолгын гэмтэл, торны согог, цэгийн согог зэрэг янз бүрийн согогуудыг харуулдаг (Зураг 7). 20 нм-ээс бага (Зураг 7c).
36 цагийн турш тээрэмдсэн Cu50Z30Ni20 нунтагны орон нутгийн бүтэц нь аморф нарийн матрицад шингэсэн хэт нарийн ширхэгтэй нано мөхлөгүүд үүссэнийг Зураг 8a-д үзүүлэв. Орон нутгийн EDS шинжилгээгээр Зураг 8a-д үзүүлсэн наноккластерууд нь боловсруулаагүй Cu, Zr, Ni20 нунтаг бодисуудтай холбоотой болохыг харуулсан. 32 at.% (туранхай талбай) ~74 at.% (баялаг талбай) нь нэг төрлийн бүтээгдэхүүн үүсэхийг харуулж байна. Цаашилбал, энэ үе шатанд тээрэмсний дараа олж авсан нунтагуудын харгалзах SADP нь аморф фазын гало сарнисан анхдагч ба хоёрдогч цагирагуудыг харуулж, тэдгээр түүхий хайлштай элементтэй холбоотой хурц үзүүрүүдтэй давхцаж байгааг Зураг 8-д үзүүлэв.
36 ц-Cu50Zr30Ni20 нунтаг нано хэмжээний орон нутгийн бүтцийн онцлогоос гадна.(a) Гэрэлт талбайн зураг (BFI) ба харгалзах (б) 36 цагийн MA хугацаанд тээрэмсний дараа олж авсан Cu50Zr30Ni20 нунтаг SADP.
MA процессын төгсгөлд (50 цаг), Cu50 (Zr50−xNix), X;10, 20, 30, 40% -ийн нунтаг нь 9a-d-р зурагт үзүүлсэн шиг лабиринт аморф фазын морфологитой байдаг. Найрлага бүрийн харгалзах SADP-д цэг хэлбэрийн дифракц, хурц цагираг хэлбэрийн аль нь ч илрээгүй. Энэ нь ямар ч төрлийн нунтаг биш, харин бүх төрлийн нунтаг хэлбэр байгааг харуулж байна. Гало диффузийн хэв маягийг харуулсан харилцан хамааралтай SADP-ийг эцсийн бүтээгдэхүүний материалд аморф фазыг хөгжүүлэх нотолгоо болгон ашигласан.
MG Cu50 (Zr50−xNix) системийн эцсийн бүтээгдэхүүний орон нутгийн бүтэц.FE-HRTEM ба (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (в) Cu50Zr20Ni30i (c) Cu50Zr20Ni30Z ба Cu50Zr20Ni30i-ийн (c) Cu50Zr20Ni30i ба Cu50Zr20Ni30-аас авсан.
Аморф Cu50(Zr50−xNix) системийн Ni агууламжаас (x) хамаарах шилэн шилжилтийн температур (Tg), дутуу хөргөсөн шингэний бүс (ΔTx) ба талстжих температур (Tx)-ын дулааны тогтвортой байдлыг Cu50(Zr50−xNix) системийн дифференциал сканнердсан калориметрийн (DSC) ашиглан He хийн урсгалын Cu140Z, DSC140Z-ийн дагуу судалсан. 50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан Ni20 ба Cu50Zr10Ni40 аморф хайлшийн нунтагыг Зураг 10a, b, e-д тус тус үзүүлэв. Зураг 10c-д аморф Cu50Zr20Ni30-ийн DSC муруйг тус тусад нь үзүүлэв. Үүний зэрэгцээ дээжийг Cu50Zr20C-д Cu002-д халсан байна. 10d-р зурагт.
50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан Cu50(Zr50−xNix) MG нунтагуудын дулааны тогтвортой байдал нь шилэн шилжилтийн температур (Tg), талстжих температур (Tx) болон шингэний хэт хөргөлттэй бүс (ΔTx) -аар индексжүүлсэн. (a)020iN, Cu5030N-ийн дифференциал сканнерын калориметрийн (DSC) термограмм. (в) Cu50Zr20Ni30 ба (д) Cu50Zr10Ni40 MG хайлшны нунтаг 50 цагийн MA хугацааны дараа. DSC-д ~700 °C хүртэл халаасан Cu50Zr30Ni20 дээжийн рентген туяаны дифракцийн (XRD) загварыг (d) үзүүлэв.
Зураг 10-д үзүүлснээр, өөр өөр Ni концентрацитай бүх найрлагын DSC муруй (x) нь нэг эндотермик, нөгөө нь экзотермик гэсэн хоёр өөр тохиолдлыг харуулж байна. Эхний эндотермик үзэгдэл Tg-тэй тохирч байхад хоёр дахь нь Tx-тэй холбоотой. Tg ба Tx хооронд орших хэвтээ тэнхлэгийн мужийг хөргөлттэй шингэний бүс гэж нэрлэдэг (Tx = Cu5-ийн Tx0-ийн Tx0-ийн үр дүнг харуулж байна). 526°C ба 612°C-т байрлуулсан Ni10 дээжийг (Зураг 10a) Зураг 10b-д үзүүлсэн шиг бага температурын тал руу (x) 482°C ба 563°C-ийн агууламжийг 20 at.% болгон шилжүүлж, 10б-р зурагт үзүүлсний дагуу Ni-ийн агууламж (x) нэмэгдэнэ. Иймээс ΔTx 010C-аас Cu010C-аас буурна. a) Cu50Zr30Ni20-ийн хувьд 81 ° C хүртэл (Зураг 10б). MG Cu50Zr40Ni10 хайлшийн хувьд Tg, Tx, ΔTx-ийн утгууд 447 ° C, 526 ° C, 79 ° C хүртэл буурсан нь ажиглагдсан. MG хайлшны.Харин MG Cu50Zr20Ni30 хайлшийн Tg утга (507 °C) нь MG Cu50Zr40Ni10 хайлшаас бага байна;Гэсэн хэдий ч түүний Tx нь өмнөхтэй (612 ° C) харьцуулж болохуйц утгыг харуулж байна. Иймээс ΔTx нь 10c-р зурагт үзүүлсэн шиг илүү өндөр утгыг (87 ° C) харуулж байна.
MG Cu50Zr20Ni30 хайлшийг жишээ болгон авч MG Cu50(Zr50−xNix) систем нь хурц экзотермик оргилоор талсжиж fcc-ZrCu5, орторомбик-Zr7Cu10 болон орторомбик-Zr7Cu10-ийн талст фазууд руу шилжинэ. DSC-д 700 ° C хүртэл халаасан MG дээжийн XRD-ээр хийсэн (Зураг 10d).
Зураг 11-д одоогийн ажлын хүрээнд хийгдсэн хүйтэн шүрших явцад авсан гэрэл зургуудыг үзүүлэв. Энэхүү судалгаанд 50 цагийн MA хугацааны дараа нийлэгжсэн металл шил шиг нунтаг хэсгүүдийг (Cu50Zr20Ni30-ыг жишээ болгон авсан) бактерийн эсрэг түүхий эд болгон ашигласан ба зэвэрдэггүй ган хавтанг (SUS304) хүйтэн цуваа шүрших технологиор бүрсэн байна. Энэ нь дулааны шүрших цувралын хамгийн үр дүнтэй арга бөгөөд фазын шилжилтэд өртдөггүй аморф ба нанокристал нунтаг зэрэг металлын хувирамтгай температурт мэдрэмтгий материалд ашиглаж болно. Энэ нь энэ аргыг сонгох гол хүчин зүйл юм. Хүйтэн шүрших процесс нь өндөр хурдтай тоосонцорыг ашиглан хийгддэг. тоосонцор.
Хээрийн гэрэл зургууд нь MG coating/SUS 304-ийн 550 ° C-д таван дараалсан бэлдмэлийг хүйтэн шүрших аргыг харуулж байна.
Бөөмийн кинетик энерги, улмаар бүрэх формац дахь бөөмс бүрийн импульс нь хуванцар хэв гажилт (субстрат дахь анхны бөөмс ба бөөмс-бөөмийн харилцан үйлчлэл, бөөмсийн харилцан үйлчлэл), хоосон зайг нэгтгэх, бөөмс-бөөмийн эргэлт, омог ба дулааны энерги болгон хувиргахгүй бол эцсийн дүнд хувирахгүй бол бусад төрлийн энерги болгон хувиргах ёстой. Дулаан ба деформацийн энергийн үр дүнд уян харимхай мөргөлдөөн үүсдэг бөгөөд энэ нь бөөмс/субстрат материалд үзүүлэх нөлөөллийн энергийн 90% нь орон нутгийн дулаанд хувирдаг болохыг онцлон тэмдэглэсэн байна 40 .Цаашилбал, нөлөөллийн стрессийг хэрэглэх үед маш богино хугацаанд контактын хэсгүүдийн өндөр хуванцар суналтын хурдыг бий болгодог.
Хуванцар хэв гажилтыг ерөнхийдөө эрчим хүчний задралын үйл явц буюу бүр тодруулбал, гадаргуугийн бүс дэх дулааны эх үүсвэр гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч, гадаргуу хоорондын бүсийн температурын өсөлт нь ихэвчлэн гадаргуу хоорондын хайлалтыг бий болгох эсвэл атом хоорондын тархалтыг ихээхэн дэмжихэд хангалтгүй юм. Зохиогчид мэдэгдэж буй нийтлэлд эдгээр металлын нунтаг болон шилэн нунтагыг нунтаг болгон хувиргах үед тэдгээрийн шинж чанаруудын нөлөөг судлаагүй байна.
MG Cu50Zr20Ni30 хайлшны нунтаг BFI-ийг SUS 304 субстрат дээр бүрсэн (Зураг. 11, 12б) Зураг 12a-аас харж болно. Зурагнаас харахад бүрсэн нунтаг нь анхны аморф бүтэцтэй хэвээр байгаа тул тэдгээр нь нарийн лабиринт бүтэцтэй, бусад ямар ч гажиггүй бүтэцтэй байдаг. MG-аар бүрсэн нунтаг матрицад орсон нано хэсгүүдийн санал болгосны дагуу гадны фаз (Зураг 12a). Зураг 12в-д I бүстэй холбоотой индексжүүлсэн нано цацрагийн дифракцийн хэв маягийг (NBDP) дүрсэлсэн байна (Зураг 12a). Зураг. 12c-д үзүүлснээр a subexhibits a subexhibits a sharex pattern of sharex, NBDP талст том шоо Zr2Ni хувирамтгай ба тетрагональ CuO фазтай тохирох p нөхөөсүүд. CuO үүсэх нь задгай агаарт шүршигч бууны хошуунаас SUS 304 хүртэл дуунаас хурдан урсгалаар явах үед нунтаг исэлдэлттэй холбоотой байж болох юм. Нөгөөтэйгүүр, хүйтнээр боловсруулагдсан металлын нунтаг 5 °C-д их хэмжээний металл нунтаг үүснэ. 30 минутын турш.
(а) (б) SUS 304 субстрат дээр бүрсэн MG нунтагны FE-HRTEM дүрс (зураг дээрх оруулга). (a)-д үзүүлсэн дугуй тэмдгийн NBDP индексийг (c) үзүүлэв.
Том шоо Zr2Ni нано бөөмс үүсэх боломжит механизмыг шалгахын тулд бие даасан туршилт хийсэн. Энэ туршилтанд нунтаг бодисыг шүршигч буугаар 550 °C температурт SUS 304 субстратын чиглэлд цацсан;Гэсэн хэдий ч нунтаг бодисыг зөөлрүүлэх нөлөөг тодруулахын тулд тэдгээрийг SUS304 туузаас аль болох хурдан (60 секунд орчим) зайлуулсан. Өөр нэг туршилтыг хийж, нунтагыг 180 секундын дараа субстратаас гаргаж авсан.
Зураг 13a,b нь SUS 304 субстрат дээр 60 секунд ба 180 секундын турш хадгалсан хоёр шүршигч материалыг дамжуулах электрон микроскопоор (STEM) сканнердах замаар олж авсан харанхуй талбайн зургуудыг (DFI) харуулж байна. 60 секундын турш хадгалсан нунтаг дүрс нь морфологийн дэлгэрэнгүй мэдээлэлгүй байгаа нь эдгээр нунтаг бүтэц нь онцлог шинжгүй байгааг харуулж байна (Зураг 1). s нь аморф байсан бөгөөд үүнийг Зураг 14a-д үзүүлсэн анхдагч ба хоёрдогч дифракцийн өргөн максимумууд харуулж байна. Эдгээр нь нунтаг нь анхны аморф бүтэцээ хадгалж үлддэг метастал/мезофазын хур тунадас байхгүй байгааг харуулж байна. Үүний эсрэгээр нунтаг нь ижил температурт (550 ° C) цацагдсан боловч 1-р давхаргад наасан субстрат 0-д үлдэж байгааг харуулж байна. d 13б-р зураг дээрх сумаар.