Faleminderit që vizituat Nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS. Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose të çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer). Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Biofilmat janë një komponent i rëndësishëm në zhvillimin e infeksioneve kronike, veçanërisht kur përfshihen pajisjet mjekësore. Ky problem paraqet një sfidë të madhe për komunitetin mjekësor, pasi antibiotikët standardë mund t'i zhdukin biofilmat vetëm në një masë shumë të kufizuar. Parandalimi i formimit të biofilmit ka çuar në zhvillimin e metodave të ndryshme të veshjes dhe materialeve të reja. Këto metoda synojnë të veshin sipërfaqet në një mënyrë të veçantë që përmbajnë ato biografike. dhe metalet e titanit, janë shfaqur si veshje ideale antimikrobike. Në të njëjtën kohë, përdorimi i teknologjisë së spërkatjes së ftohtë është rritur pasi është një metodë e përshtatshme për përpunimin e materialeve të ndjeshme ndaj temperaturës. Pjesë e qëllimit të këtij studimi ishte të zhvillonte një film të ri antibakterial qelqi metalik të përbërë nga Cu-Zr-Ni treshe, duke përdorur teknikën e fundit mekanike të spërkatjes si pluhur spërkatës. të sipërfaqeve inox në temperatura të ulëta.Nënshtresat e veshura me xham metalik ishin në gjendje të reduktonin ndjeshëm formimin e biofilmit me të paktën 1 log në krahasim me inoksin.
Gjatë gjithë historisë njerëzore, çdo shoqëri ka qenë në gjendje të projektojë dhe promovojë prezantimin e materialeve të reja që plotësojnë kërkesat e saj specifike, gjë që ka rezultuar në përmirësimin e performancës dhe renditjes në një ekonomi të globalizuar1. Gjithmonë i është atribuar aftësisë njerëzore për të zhvilluar materiale dhe pajisje fabrikimi dhe dizajne për fabrikimin dhe karakterizimin e materialeve për të arritur përfitime në shëndetësi, arsim, industri, ekonomi, ekonomi, kulturë dhe rajon tjetër.2 Për 60 vjet, shkencëtarët e materialeve i kanë kushtuar shumë nga koha e tyre fokusimit në një shqetësim kryesor: kërkimin e materialeve të reja dhe të fundit. Hulumtimet e fundit janë fokusuar në përmirësimin e cilësisë dhe performancës së materialeve ekzistuese, si dhe në sintetizimin dhe shpikjen e llojeve krejtësisht të reja të materialeve.
Shtimi i elementeve të aliazhit, modifikimi i mikrostrukturës së materialit dhe aplikimi i teknikave të përpunimit termik, mekanik ose termo-mekanik kanë rezultuar në përmirësime të rëndësishme në vetitë mekanike, kimike dhe fizike të një sërë materialesh të ndryshme. Për më tepër, përbërës të padëgjuar deri më tani janë sintetizuar me sukses në këtë pikë. Këto materiale të reja materiale të grumbulluara2, të njohura si përpjekje të reja materiale2. Nanokristalet, nanogrimcat, nanotubat, pikat kuantike, gotat metalike me dimensione zero, amorfe dhe lidhjet me entropi të lartë janë vetëm disa shembuj të materialeve të avancuara të futura në botë që nga mesi i shekullit të kaluar. Kur prodhimi dhe zhvillimi i lidhjeve të reja me cilësi të lartë është shpesh në fazën e një produkti përfundimtar të shtuar ose në fazën e një produkti përfundimtar të shtuar. nga zbatimi i teknikave të reja të prodhimit për të devijuar ndjeshëm nga ekuilibri, është zbuluar një klasë krejt e re e lidhjeve metastabile, të njohura si gota metalike.
Puna e tij në Caltech në vitin 1960 solli një revolucion në konceptin e lidhjeve metalike kur ai sintetizoi lidhjet e qelqta Au-25 në % Si duke ngurtësuar me shpejtësi lëngjet me gati një milion gradë në sekondë. Në studimet më të hershme pioniere në sintezën e lidhjeve MG, pothuajse të gjitha gotat metalike janë prodhuar tërësisht duke përdorur një nga metodat e mëposhtme;(i) ngurtësimi i shpejtë i shkrirjes ose avullit, (ii) çrregullimi atomik i rrjetës, (iii) reaksionet e amorfizimit në gjendje të ngurtë ndërmjet elementëve të pastër metalikë dhe (iv) kalimet në gjendje të ngurtë të fazave metastabile.
MG-të dallohen për mungesën e rendit atomik me rreze të gjatë të lidhur me kristalet, që është një karakteristikë përcaktuese e kristaleve. Në botën e sotme, është bërë përparim i madh në fushën e qelqit metalik. Janë materiale të reja me veti interesante që janë me interes jo vetëm në fizikën e gjendjes së ngurtë, por edhe në metalurgji, në metalurgji, në teknologjinë e re të metaleve dhe në shumë fusha të tjera të kimisë sipërfaqësore. s, duke e bërë atë një kandidat interesant për aplikime teknologjike në fusha të ndryshme. Ata kanë disa veti të rëndësishme;(i) duktilitet i lartë mekanik dhe forca rrjedhëse, (ii) përshkueshmëri e lartë magnetike, (iii) shtrëngim i ulët, (iv) rezistencë e pazakontë ndaj korrozionit, (v) pavarësia e temperaturës Përçueshmëria prej 6,7.
Lidhja mekanike (MA) 1,8 është një teknikë relativisht e re, e prezantuar për herë të parë në 19839 nga Prof. CC Kock dhe kolegët. Ata përgatitën pluhurat amorfe Ni60Nb40 duke bluar një përzierje elementësh të pastër në temperatura të ambientit shumë afër temperaturës së dhomës.Në mënyrë tipike, reaksioni MA kryhet ndërmjet bashkimit difuziv të pluhurave të materialit reaktant në një reaktor, i bërë zakonisht prej çeliku inox në një mulli me topth 10 (Fig. 1a, b). Që atëherë, kjo teknikë e reaksionit në gjendje të ngurtë e induktuar mekanikisht është përdorur për përgatitjen e re amorfe/metalike të reaksionit të ri amorf/metalik, si dhe pluhura me aliazh qelqi të ulët1, si dhe pluhura me energji të ulët 1. 2,13,14,15, 16. Në veçanti, kjo metodë është përdorur për të përgatitur sisteme të papërziershme si Cu-Ta17, si dhe aliazhe me pikë shkrirjeje të lartë si sistemet e metaleve Al-tranzicioni (TM; Zr, Hf, Nb dhe Ta) 18,19 dhe Fe-W20, e cila nuk mund të merret me mjetet më të fuqishme të përgatitjes teknologjike. Grimcat nanokristalore dhe nanokompozite të shkallës industriale të pluhurit të oksideve metalike, karbiteve, nitrideve, hidrideve, nanotubave të karbonit, nanodiamanteve, si dhe stabilizim të gjerë nëpërmjet një qasjeje nga lart-poshtë 1 dhe fazave metastabile.
Skematika që tregon metodën e fabrikimit të përdorur për përgatitjen e veshjes Cu50(Zr50−xNix) prej qelqi metalik (MG)/SUS 304 në këtë studim. (a) Përgatitja e pluhurave të aliazhit MG me përqendrime të ndryshme Ni x (x; 10, 20, 30 dhe 40 at.%) duke përdorur teknikën e reduktimit të topit me energji të ulët së bashku me një mjet bluarjeje me topa me ngarkesë të ulët. (a) është mbyllur në një kuti doreza të mbushur me atmosferë He. (c) Një model transparent i enës bluarëse që ilustron lëvizjen e topit gjatë bluarjes. Produkti përfundimtar i pluhurit i marrë pas 50 orësh është përdorur për të veshur nënshtresën SUS 304 duke përdorur metodën e spërkatjes së ftohtë (d).
Kur bëhet fjalë për sipërfaqet e materialeve me shumicë (nënshtresat), inxhinieria sipërfaqësore përfshin projektimin dhe modifikimin e sipërfaqeve (nënshtresave) për të ofruar cilësi të caktuara fizike, kimike dhe teknike që nuk përfshihen në materialin me shumicë origjinale. Disa veti që mund të përmirësohen në mënyrë efektive nga trajtimet sipërfaqësore përfshijnë rezistencën ndaj gërryerjes, oksidimit dhe rezistencës ndaj korrozionit, koeficienti i fërkimit, cilësia e pakët e fërkimit dhe elektricitetit. mund të përmirësohet duke përdorur teknika metalurgjike, mekanike ose kimike. Si një proces i njohur, një shtresë përkufizohet thjesht si një shtresë e vetme ose e shumëfishtë materiali e depozituar artificialisht në sipërfaqen e një objekti të madh (substratit) të bërë nga një material tjetër. Kështu, veshjet përdoren pjesërisht për të arritur disa veti të dëshiruara teknike ose dekorative, si dhe për të mbrojtur mjedisin rrethues nga ndërveprimi i pritshëm2.
Për të depozituar shtresa të përshtatshme mbrojtëse sipërfaqësore me trashësi që variojnë nga disa mikrometra (nën 10-20 mikrometra) deri në mbi 30 mikrometra apo edhe disa milimetra, mund të aplikohen shumë metoda dhe teknika. Në përgjithësi, proceset e veshjes mund të ndahen në dy kategori: (i) metodat e veshjes së lagësht, duke përfshirë metodat e lyerjes, lyerjes me elektronikë, metodat e mbivendosjes pa rrymë, dhe metodat e tharjes së nxehtë. cing , depozitimi fizik i avullit (PVD), depozitimi kimik i avullit (CVD), teknikat e spërkatjes termike dhe së fundmi teknikat e spërkatjes së ftohtë 24 (Fig. 1d).
Biofilmet përkufizohen si bashkësi mikrobike që janë të lidhura në mënyrë të pakthyeshme me sipërfaqet dhe të rrethuara nga polimere jashtëqelizore të prodhuar vetë (EPS). Formimi i biofilmit të pjekur sipërfaqësisht mund të çojë në humbje të konsiderueshme në shumë sektorë industrialë, duke përfshirë industrinë ushqimore, sistemet e ujit dhe mjediset e kujdesit shëndetësor. teriaceae dhe Staphylococci) janë të vështira për t'u trajtuar. Për më tepër, biofilmat e pjekur janë raportuar të jenë 1000 herë më rezistent ndaj trajtimit me antibiotikë në krahasim me qelizat bakteriale planktonike, e cila konsiderohet një sfidë e madhe terapeutike. Materialet e veshjes së sipërfaqes antimikrobike të përftuara nga përbërës organikë konvencionale2, janë përdorur historikisht përbërës të tillë të rrezikshëm2, që historikisht janë përdorur shpesh për të pasur një përbërës organik2 të tillë. mund të ndihmojë në shmangien e transmetimit bakterial dhe shkatërrimit të materialit.
Rezistenca e përhapur e baktereve ndaj trajtimeve me antibiotikë për shkak të formimit të biofilmit ka çuar në nevojën për të zhvilluar një sipërfaqe efektive antimikrobiale të veshur me membranë ankrobiale që mund të aplikohet në mënyrë të sigurt27. Zhvillimi i një sipërfaqeje fizike ose kimike kundër ngjitjes me të cilën qelizat bakteriale pengohen të lidhen dhe të ndërtojnë biofilma për shkak të ngjitjes. të dorëzohen pikërisht aty ku nevojiten, në sasi shumë të përqendruara dhe të përshtatura. Kjo arrihet duke zhvilluar materiale unike të veshjes si grafeni/gjermanium28, diamanti i zi29 dhe veshjet e karbonit të ngjashme me diamantin e dopuar me ZnO30 që janë rezistente ndaj baktereve, një teknologji që maksimizon toksicitetin, duke reduktuar ndjeshëm toksicitetin dhe zhvillimin e reduktuar në mënyrë të dukshme të rezistencës. Kimikatet mikrovrasëse në sipërfaqe për të siguruar mbrojtje afatgjatë nga ndotja bakteriale po bëhen gjithnjë e më të njohura. Edhe pse të tre procedurat janë të afta të prodhojnë efekte antimikrobike në sipërfaqet e veshura, secila prej tyre ka grupin e vet të kufizimeve që duhen marrë parasysh gjatë zhvillimit të strategjive të aplikimit.
Produktet aktualisht në treg janë të penguara nga koha e pamjaftueshme për të analizuar dhe testuar veshjet mbrojtëse për përbërësit biologjikisht aktivë. Kompanitë pretendojnë se produktet e tyre do t'u ofrojnë përdoruesve aspekte të dëshirueshme funksionale;megjithatë, kjo ka qenë një pengesë për suksesin e produkteve aktualisht në treg. Përbërjet e përftuara nga argjendi përdoren në shumicën dërrmuese të terapive antimikrobiale që tani janë të disponueshme për konsumatorët. Këto produkte janë zhvilluar për të mbrojtur përdoruesit nga efektet potencialisht të rrezikshme të mikroorganizmave. Efekti antimikrobial i vonuar dhe toksiciteti i lidhur i argjendit mbi përbërësit më pak të dëmshëm kërkimor33 globale rrit presionin3 Veshja që funksionon brenda dhe jashtë është ende një detyrë e frikshme. Kjo për shkak të rreziqeve të lidhura si për shëndetin ashtu edhe për sigurinë. Zbulimi i një agjenti antimikrobik që është më pak i dëmshëm për njerëzit dhe zbulimi se si ta inkorporoni atë në nënshtresat e veshjes me një jetëgjatësi më të gjatë, është një qëllim shumë i kërkuar, i projektuar më së fundi për të vrarë bakteret dhe materialet e afërta kundër mikrofilit38. kontakt ose pasi agjenti aktiv është lëshuar. Ata mund ta bëjnë këtë duke frenuar ngjitjen fillestare bakteriale (përfshirë kundërveprimin e formimit të një shtrese proteine ​​në sipërfaqe) ose duke vrarë bakteret duke ndërhyrë në murin qelizor.
Në thelb, veshja sipërfaqësore është procesi i vendosjes së një shtrese tjetër në sipërfaqen e një komponenti për të përmirësuar cilësitë që lidhen me sipërfaqen. Qëllimi i veshjes sipërfaqësore është të përshtatë mikrostrukturën dhe/ose përbërjen e zonës afër sipërfaqes së komponentit39. Teknikat e veshjes sipërfaqësore mund të ndahen në metoda të ndryshme, të cilat përmblidhen në Fig. krijoni veshjen.
(a) Inset që tregon teknikat kryesore të fabrikimit të përdorura për sipërfaqen dhe (b) avantazhet dhe disavantazhet e zgjedhura të teknikës së spërkatjes së ftohtë.
Teknologjia e spërkatjes së ftohtë ndan shumë ngjashmëri me metodat konvencionale të spërkatjes termike. Megjithatë, ka edhe disa veti kryesore themelore që e bëjnë procesin e spërkatjes së ftohtë dhe materialet e spërkatjes së ftohtë veçanërisht unike. Teknologjia e spërkatjes së ftohtë është ende në fillimet e saj, por ka një të ardhme të ndritur. Në disa aplikacione, vetitë unike të spërkatjes së ftohtë ofrojnë përfitime të mëdha, duke kapërcyer kufizimet e qenësishme të metodave të spërkatjes tradicionale. të cilat pluhuri duhet të shkrihet në mënyrë që të depozitohet në nënshtresë. Natyrisht, ky proces i veshjes tradicionale nuk është i përshtatshëm për materiale shumë të ndjeshme ndaj temperaturës, si nanokristalet, nanogrimcat, gotat amorfe dhe metalike40, 41, 42. Për më tepër, materialet e veshjes me spërkatje termike kanë avantazhe të tilla, duke qenë se materialet e veshjes me spërkatje termike gjithmonë shfaqin nivele të larta oksidimi. ) futja minimale e nxehtësisë në nënshtresë, (ii) fleksibiliteti në zgjedhjet e veshjes së nënshtresës, (iii) mungesa e transformimit fazor dhe rritja e kokrrizave, (iv) forca e lartë e lidhjes1,39 (Fig.2b).Përveç kësaj, materialet e veshjes me spërkatje të ftohtë kanë rezistencë të lartë ndaj korrozionit, forcë dhe fortësi të lartë, përçueshmëri të lartë elektrike dhe densitet të lartë41. Ndryshe nga avantazhet e procesit të spërkatjes së ftohtë, ka ende disa disavantazhe në përdorimin e kësaj teknike, siç tregohet në Figurën 2b. Kur veshja e pluhurave të pastër qeramike nuk mund të përdoret metoda e ftohjes Al2, ZRaj, etj. Nga ana tjetër, pluhurat e përbërë prej qeramike/metal mund të përdoren si lëndë të para për veshjet. E njëjta gjë vlen edhe për metodat e tjera të spërkatjes termike. Sipërfaqet e ndërlikuara dhe sipërfaqet e brendshme të tubave janë ende të vështira për t'u spërkatur.
Duke qenë se puna aktuale synon përdorimin e pluhurave metalike të qelqit si materiale të papërpunuara lyerjeje, është e qartë se spërkatja termike konvencionale nuk mund të përdoret për këtë qëllim. Kjo për shkak se pluhurat metalikë të qelqtë kristalizohen në temperatura të larta1.
Shumica e mjeteve të përdorura në industrinë mjekësore dhe ushqimore janë bërë prej lidhjeve austenitike të çelikut inox (SUS316 dhe SUS304) me një përmbajtje kromi midis 12 dhe 20 wt% për prodhimin e instrumenteve kirurgjikale. Në përgjithësi pranohet që përdorimi i metalit të kromit si një element aliazh në standardet e lartë të lidhjeve të çelikut mund të përmirësojë shumë rezistencën e lartë të lidhjeve të tyre të çelikut. rezistenca ndaj korrozionit, nuk shfaqin veti të rëndësishme antimikrobiale38,39. Kjo është në kontrast me rezistencën e tyre të lartë ndaj korrozionit. Pas kësaj, mund të parashikohet zhvillimi i infeksionit dhe inflamacionit, i cili shkaktohet kryesisht nga ngjitja bakteriale dhe kolonizimi në sipërfaqen e biomaterialeve inox. shumë pasoja që mund të ndikojnë drejtpërdrejt ose tërthorazi në shëndetin e njeriut.
Ky studim është faza e parë e një projekti të financuar nga Fondacioni Kuvajt për Avancimin e Shkencës (KFAS), Kontrata nr. 2010-550401, për të hetuar fizibilitetin e prodhimit të pluhurave treshe prej qelqi metalik Cu-Zr-Ni duke përdorur teknologjinë MA (Tabela 1 ) për prodhimin e filmit antibakterial në fillimin e fazës së dytë të sipërfaqes/SH. , do të ekzaminojë në detaje karakteristikat elektrokimike të korrozionit dhe vetitë mekanike të sistemit.Do të kryhen teste të detajuara mikrobiologjike për lloje të ndryshme bakteriale.
Në këtë punim, është diskutuar efekti i përmbajtjes së elementit të aliazhit Zr në aftësinë e formimit të qelqit (GFA) bazuar në karakteristikat morfologjike dhe strukturore. Përveç kësaj, u diskutuan edhe vetitë antibakteriale të veshjes metalike pluhur të qelqit të veshur/SUS304. Për më tepër, puna aktuale është kryer për të hetuar mundësinë e transformimit strukturor të pluhurit të qelqit në sistemet metalike të pëlhurës me pluhur të ftohtë të pëlhurës. .Si shembuj përfaqësues, në këtë studim janë përdorur lidhjet e qelqit metalik Cu50Zr30Ni20 dhe Cu50Zr20Ni30.
Në këtë seksion, janë paraqitur ndryshimet morfologjike të pluhurave elementare Cu, Zr dhe Ni në bluarjen me topth me energji të ulët. Si shembuj ilustrues, dy sisteme të ndryshme të përbërë nga Cu50Zr20Ni30 dhe Cu50Zr40Ni10 do të përdoren si shembuj përfaqësues. Procesi MA mund të ndahet në tre faza të dallueshme, siç tregohet nga shkalla e grirjes së metalit (Fig3 karakteri i grirjes së pluhurit të prodhuar).
Karakteristikat metalografike të pluhurave të aliazhit mekanik (MA) të marra pas fazave të ndryshme të kohës së bluarjes së topit. Imazhet e mikroskopit elektronik të skanimit të emetimit në terren (FE-SEM) të pluhurave MA dhe Cu50Zr40Ni10 të marra pas kohërave të bluarjes së topit me energji të ulët prej 3, 12 dhe 50 orë tregohen në (a), (a), (e) për sistemin MA20, (c) të njëjtë (c) dhe (c) Imazhet e sistemit Cu50Zr40Ni10 të marra pas një kohe tregohen në (b), (d) dhe (f).
Gjatë bluarjes së topit, energjia kinetike efektive që mund të transferohet te pluhuri metalik ndikohet nga kombinimi i parametrave, siç tregohet në Fig. 1a. Kjo përfshin përplasjet midis topave dhe pluhurave, prerjen kompresive të pluhurit të mbërthyer midis ose ndërmjet mediave bluarëse, ndikimin e topave që bien, qethjen dhe konsumimin për shkak të zvarritjes së pluhurit ndërmjet mediave të bluarjes së topit në lëvizje, Fig. Pluhurat Cu, Zr dhe Ni u deformuan rëndë për shkak të saldimit të ftohtë në fazën e hershme të MA (3 orë), duke rezultuar në grimca të mëdha pluhuri (>1 mm në diametër). energjia e mullirit të topit, duke rezultuar në zbërthimin e pluhurit të përbërë në pluhura më të imta (më pak se 200 µm), siç tregohet në Fig. 3c, d. Në këtë fazë, forca prerëse e aplikuar çon në formimin e një sipërfaqeje të re metalike me shtresa të imëta Cu, Zr, Ni, siç tregohet në Fig.
Në kulmin e procesit MA (pas 50 orësh), metalografia e krisur ishte vetëm pak e dukshme (Fig. 3e, f), por sipërfaqja e lëmuar e pluhurit tregoi metalografi pasqyre. Kjo do të thotë se procesi MA ka përfunduar dhe ka ndodhur krijimi i një faze të vetme reaksioni. Përbërja elementare e rajoneve të indeksuara në Fig. 3e, f. py (FE-SEM) i kombinuar me spektroskopinë me rreze X me shpërndarje energjie (EDS) (IV).
Në tabelën 2, përqendrimet elementare të elementeve aliazh janë paraqitur si përqindje e peshës totale të secilit rajon të zgjedhur në Fig. 3e, f. Kur krahasohen këto rezultate me përbërjet nominale fillestare të Cu50Zr20Ni30 dhe Cu50Zr40Ni10 të listuara në tabelën 1, mund të shihet se këto përbërje nuk kanë vlerën më të ngjashme me ato min F. Vlerat e komponentëve për rajonet e renditura në figurën 3e,f nuk nënkuptojnë një përkeqësim ose luhatje të konsiderueshme në përbërjen e çdo kampioni nga një rajon në tjetrin. Kjo dëshmohet nga fakti se nuk ka ndryshim në përbërje nga një rajon në tjetrin. Kjo tregon për prodhimin e pluhurave të aliazhit homogjen, siç tregohet në tabelën 2.
Mikrografitë FE-SEM të pluhurit të produktit përfundimtar Cu50 (Zr50-xNix) u morën pas 50 MA herë, siç tregohet në Fig. 4a-d, ku x është përkatësisht 10, 20, 30 dhe 40 në %. ging nga 73 në 126 nm, siç tregohet në figurën 4.
Karakteristikat morfologjike të pluhurave Cu50(Zr50−xNix) të marra pas kohës MA prej 50 orësh. Për sistemet Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, imazhet FE-SEM të pluhurave janë marrë respektivisht (në 5 herë MAc), (në 5 herë MAc) dhe janë marrë respektivisht (mac) .
Përpara se të ngarkoheshin pluhurat në një ushqyes me spërkatje të ftohtë, ato fillimisht u sonikuan në etanol të shkallës analitike për 15 minuta dhe më pas u thanë në 150°C për 2 orë. Ky hap duhet ndërmarrë për të luftuar me sukses grumbullimin që shpesh shkakton shumë probleme të rëndësishme gjatë gjithë procesit të veshjes. Mikrografet FE-SEM dhe imazhet përkatëse EDS të elementeve aliazh Cu, Zr dhe Ni të aliazhit Cu50Zr30Ni20 të marra përkatësisht pas 50 h të kohës M. Duhet të theksohet se pluhurat e aliazhit të prodhuara pas këtij hapi janë homogjenë pasi nuk tregojnë ndonjë luhatje kompozicionale përtej nivelit të nën-metrit, siç tregohet në Fig.5na.
Morfologjia dhe shpërndarja elementare lokale e pluhurit MG Cu50Zr30Ni20 të përftuar pas 50 MA herë nga spektroskopia me rreze X me shpërndarje FE-SEM/energjetike (EDS).
Modelet XRD të pluhurave të aliazhuar mekanikisht Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 dhe Cu50Zr20Ni30 të përftuara pas një kohe MA prej 50 orë janë paraqitur përkatësisht në Fig. 6a–d. Pas kësaj faze të përqendrimit, të gjitha mostrat e përqendrimit me karaktere të ndryshme të bluarjes. modelet e sionit të paraqitura në Fig. 6.
Modelet XRD të (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 dhe (d) pluhurave Cu50Zr20Ni30 pas kohës MA prej 50 h. Të gjitha mostrat pa përjashtim treguan një model të formës së difuzionit halo të një aph.
Mikroskopi elektronik i transmetimit me rezolucion të lartë të emetimit në terren (FE-HRTEM) u përdor për të vëzhguar ndryshimet strukturore dhe për të kuptuar strukturën lokale të pluhurave që rezultojnë nga bluarja e topit në kohë të ndryshme MA. Imazhet FE-HRTEM të pluhurave të marra pas fazave të hershme (6 orë) dhe të ndërmjetme (18 orë) të bluarjes. tregohen në pluhur Cu50Zr30N1 Fig20Zr30N. a,c, respektivisht. Sipas imazhit të fushës së shndritshme (BFI) të pluhurit të prodhuar pas 6 orësh MA​​, pluhuri përbëhet nga kokrriza të mëdha me kufij të mirëpërcaktuar të elementeve fcc-Cu, hcp-Zr dhe fcc-Ni, dhe nuk ka asnjë shenjë se faza e reagimit është formuar, siç tregohet në modelin e zgjedhur DP7, të korrigjuar më shumë nga zona e DP7. rajoni i mesëm i (a) zbuloi një model difraksioni cusp (Fig. 7b), që tregon praninë e kristaliteve të mëdhenj dhe mungesën e një faze reaktive.
Karakterizimi strukturor lokal i pluhurit MA është marrë pas fazave të hershme (6 orë) dhe të ndërmjetme (18 orë). (a) Mikroskopi elektronik i transmetimit me rezolucion të lartë të emetimit në terren (FE-HRTEM) dhe (b) modeli përkatës i difraksionit të zonës së zgjedhur (SADP) të Cu50Zr30Ni20 pas trajtimit MA pluhur për 6 orë CuFEH40EMRT. prej 18 h është paraqitur në (c).
Siç tregohet në figurën 7c, zgjatja e kohëzgjatjes MA në 18 orë rezultoi në defekte të rënda të rrjetës të kombinuara me deformim plastik. Gjatë kësaj faze të ndërmjetme të procesit MA, pluhuri shfaq defekte të ndryshme, duke përfshirë defektet e grumbullimit, defektet e rrjetës dhe defektet në pikë (Figura 7). se 20 nm (Fig. 7c).
Struktura lokale e pluhurit Cu50Z30Ni20 të bluar për 36 orë kohë MA ka formimin e nanokokrrizave tepër të imta të ngulitura në një matricë të imët amorfe, siç tregohet në figurën 8a. Analiza lokale EDS tregoi se ato nanoklustera të paraqitur në Fig. 8a u shoqëruan me elementët e papërpunuar të Nilit dhe me përmbajtjen e pluhurit të pa përpunuar, të gjithë Cuoy flur i vendosur nga ~32 at.% (zona e dobët) në ~74 at.% (zona e pasur), që tregon formimin e produkteve heterogjene. Për më tepër, SADP-të përkatëse të pluhurave të marra pas bluarjes në këtë fazë tregojnë unaza primare dhe dytësore halo-difuzuese të fazës amorfe, të mbivendosura me pika të mprehta të lidhura me ato, Fig.
Përtej veçorive strukturore lokale të nanoshkallës pluhur 36 h-Cu50Zr30Ni20. (a) Imazhi i ndritshëm i fushës (BFI) dhe (b) SADP i pluhurit Cu50Zr30Ni20 i marrë pas bluarjes për 36 orë kohë MA.
Pranë fundit të procesit MA (50 orë), Cu50(Zr50−xNix), X;Pluhurat 10, 20, 30 dhe 40 at.% kanë pa ndryshim një morfologji të fazës amorfe labirintike siç tregohet në Fig. 9a–d. Në SADP-në përkatëse të çdo përbërjeje, nuk mund të zbulohen as difraksione të ngjashme me pikë dhe as modele unazore të mprehta. Kjo tregon se nuk është i pranishëm një kristal metalik i papërpunuar, por një kristal i papërpunuar SADP, por një vijë metalike. Ato që tregojnë modele të difuzionit halo u përdorën gjithashtu si dëshmi për zhvillimin e fazave amorfe në materialin e produktit përfundimtar.
Struktura lokale e produktit përfundimtar të sistemit MG Cu50 (Zr50−xNix). FE-HRTEM dhe modelet e difraksionit të nanotrareve të ndërlidhura (NBDP) të (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Nih të marra pas .N50Z
Stabiliteti termik i temperaturës së tranzicionit të qelqit (Tg), rajonit të lëngut të nënftohur (ΔTx) dhe temperaturës së kristalizimit (Tx) si funksion i përmbajtjes së Ni (x) të sistemit amorf Cu50 (Zr50−xNix) është hetuar duke përdorur kalorimetrinë diferenciale të skanimit (DSC) të vetive nën rrjedhën e gazit He të 40N30Zr, Cu50iZr. Pluhurat e aliazhit amorf 0 dhe Cu50Zr10Ni40 të përftuara pas kohës MA prej 50 orësh janë paraqitur në Fig. 10a, b, e, përkatësisht. Ndërsa kurba DSC e Cu50Zr20Ni30 amorfe tregohet veçmas në Fig. 10c.Ndërkohë në Fig. Fig. 10d.
Stabiliteti termik i pluhurave Cu50(Zr50−xNix) MG i përftuar pas një kohe MA prej 50 orësh, siç indeksohet nga temperatura e tranzicionit të qelqit (Tg), temperatura e kristalizimit (Tx) dhe rajoni i lëngut të nënftohur (ΔTx). Termogramet e skanimit diferencial të kalorometrit (DSC) prej (a) (a) Cun50N50 (a) (a) (40N500N) ) Cu50Zr20Ni30 dhe (e) pluhurat e aliazhit Cu50Zr10Ni40 MG pas kohës MA prej 50 orësh. Modeli i difraksionit me rreze X (XRD) i kampionit Cu50Zr30Ni20 të ngrohur në ~700 °C në DSC tregohet në (d).
Siç tregohet në figurën 10, lakoret DSC të të gjitha përbërjeve me përqendrime të ndryshme Ni (x) tregojnë dy raste të ndryshme, njëri endotermik dhe tjetri ekzotermik. Ngjarja e parë endotermike korrespondon me Tg, ndërsa e dyta lidhet me Tx. Rajoni i hapësirës horizontale që ekziston midis Tg dhe Tx quhet rajoni i lëngut nën ftohur (ΔT40 dhe Rezultatet e T40Tx e T4Nx tregojnë T40 dhe Rezultatet e Cu5x Tx). 10 mostër (Fig. 10a), e vendosur në 526°C dhe 612°C, zhvendos përmbajtjen (x) në 20 at.% drejt anës së temperaturës së ulët prej 482°C dhe 563°C me rritjen e përmbajtjes së Ni (x), respektivisht, siç tregohet në figurën 10b. Për rrjedhojë, Figura 10Zr në . 81 °C për Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Për aliazhin MG Cu50Zr40Ni10, u vu re gjithashtu se vlerat e Tg, Tx dhe ΔTx u ulën në nivelin e 447 °C, 526 °C dhe 79 °C (Fig. Në të kundërt, vlera Tg (507 °C) e lidhjes MG Cu50Zr20Ni30 është më e ulët se ajo e lidhjes MG Cu50Zr40Ni10;megjithatë, Tx e tij tregon një vlerë të krahasueshme me të parën (612 °C). Prandaj, ΔTx shfaq një vlerë më të lartë (87 °C), siç tregohet në Fig. 10c.
Sistemi MG Cu50(Zr50−xNix), duke marrë si shembull aliazhin MG Cu50Zr20Ni30, kristalizohet përmes një maje të mprehtë ekzotermike në fazat kristalore të fcc-ZrCu5, ortorhombic-Zr7Cu10 dhe konfirmohet nga faza orthorhombike-Zr10. XRD e mostrës MG (Fig. 10d), e cila u ngroh në 700 °C në DSC.
Figura 11 tregon fotografitë e marra gjatë procesit të spërkatjes së ftohtë të kryer në punën aktuale. Në këtë studim, grimcat metalike të pluhurit të ngjashëm me qelqin, të sintetizuara pas kohës MA prej 50 orësh (duke marrë si shembull Cu50Zr20Ni30) u përdorën si lëndë të para antibakteriale, dhe pllaka e çelikut inox (SUS304) u mbulua nga teknologjia e spërkatjes së ftohtë në serinë e spërkatjes me rreze të ftohtë. është metoda më efikase në serinë e spërkatjes termike dhe mund të përdoret për materiale metalike të ndjeshme ndaj temperaturës metastabile, si pluhurat amorfë dhe nanokristalorë, të cilët nuk i nënshtrohen tranzicionit fazor. Ky është faktori kryesor në zgjedhjen e kësaj metode. Procesi i spërkatjes së ftohtë kryhet duke përdorur grimca me shpejtësi të lartë që konvertojnë energjinë kinetike të grimcave dhe grimcave të formuara më parë në shtresën plastike.
Fotot në terren tregojnë procedurën e spërkatjes së ftohtë të përdorur për pesë përgatitje të njëpasnjëshme të veshjes MG/SUS 304 në 550 °C.
Energjia kinetike e grimcave, dhe rrjedhimisht momenti i secilës grimcë në formimin e veshjes, duhet të shndërrohet në forma të tjera të energjisë përmes mekanizmave të tillë si deformimi plastik (ndërveprimet fillestare të grimcave dhe grimca-grimcave në nënshtresën dhe ndërveprimet e grimcave), zbrazëtitë Konsolidimi, grimca-grimca në rrotullimin e grimcave-grimcave, nëse jo më shumë në nxehtësi. Energjia etike shndërrohet në energji nxehtësie dhe sforcoje, rezultati është një përplasje elastike, që do të thotë se grimcat thjesht kthehen prapa pas goditjes. Është vënë në dukje se 90% e energjisë së ndikimit të aplikuar në materialin e grimcave/nënshtresës konvertohet në nxehtësi lokale 40 . Për më tepër, kur zbatohet stresi i goditjes, arrihen shkallë të lartë të sforcimit të plastikës në rajonin e sforcimit 4, në kohë të shkurtër të kontaktit.
Deformimi plastik përgjithësisht konsiderohet si një proces i shpërndarjes së energjisë, ose më konkretisht, një burim nxehtësie në rajonin ndërfaqësor. Megjithatë, rritja e temperaturës në rajonin ndërfaqësor zakonisht nuk është e mjaftueshme për të prodhuar shkrirjen ndërfaqesore ose për të nxitur ndjeshëm ndërdifuzionin atomik. Asnjë botim i njohur për autorët nuk heton efektin e vetive të këtyre metodave të vendosjes së pluhurit me rreze të ftohta që përdoren pluhur qelqi.
BFI i pluhurit të aliazhit MG Cu50Zr20Ni30 mund të shihet në Fig. 12a, i cili ishte i veshur me nënshtresën SUS 304 (Fig. 11, 12b). Siç mund të shihet nga figura, pluhurat e veshura ruajnë strukturën e tyre origjinale amorfe pasi ato kanë një strukturë delikate delikate të vijës së labirintit ose strukturën delikate të labirintit, pa ndonjë prezencë të strukturës së labirintit. një fazë e jashtme, siç sugjerohet nga nanogrimcat e inkorporuara në matricën e pluhurit të veshur me MG (Fig. 12a). Figura 12c përshkruan modelin e indeksuar të difraksionit të nanorrezes (NBDP) të lidhur me rajonin I (Figura 12a). Siç tregohet në Fig. faza kristalore e madhe kubike Zr2Ni metastabile plus tetragonale CuO. Formimi i CuO mund t'i atribuohet oksidimit të pluhurit kur udhëton nga gryka e pistoletës spërkatës në SUS ​​304 në ajër të hapur nën rrjedhën supersonike. Nga ana tjetër, devitrifikimi i fazës metalike të ftohjes30 për trajtimin e pluhurave të mëdha prej qelqi50 arrihet 0 min.
(a) Imazhi FE-HRTEM i pluhurit MG të veshur në (b) nënshtresën SUS 304 (futja e figurës). Indeksi NBDP i simbolit rrethor të paraqitur në (a) tregohet në (c).
Për të verifikuar këtë mekanizëm potencial për formimin e nanogrimcave të mëdha kubike Zr2Ni, u krye një eksperiment i pavarur. Në këtë eksperiment, pluhurat u spërkatën nga një pistoletë spërkatëse në 550 °C në drejtim të substratit SUS 304;megjithatë, për të sqaruar efektin e pjekjes së pluhurave, ato u hoqën nga shiriti SUS304 sa më shpejt që të ishte e mundur (rreth 60 sekonda). U krye një grup tjetër eksperimentesh në të cilat pluhuri u hoq nga nënshtresa rreth 180 sekonda pas depozitimit.
Figura 13a,b tregojnë imazhet e fushës së errët (DFI) të marra nga skanimi i mikroskopit elektronik të transmisionit (STEM) të dy materialeve të spërkatura të depozituara në nënshtresat SUS 304 për 60 s dhe 180 s, përkatësisht. Imazhi pluhur i depozituar për 60 sekonda nuk ka asnjë detaj morfologjik, duke treguar gjithashtu strukturën e përgjithshme të pa tipare RD. pluhurat ishin amorfe, siç tregohet nga maksimumi i gjerë i difraksionit parësor dhe dytësor të paraqitur në figurën 14a. Këto tregojnë mungesën e reshjeve metastabile/mezofaze, ku pluhuri ruan strukturën e tij origjinale amorfe. Në të kundërt, pluhuri i spërkatur në të njëjtën temperaturë (550 °C), por i lënë në 180% të substratit të paracipuar për shigjetat në figurën 13b.