Asante kwa kutembelea Nature.com.Toleo la kivinjari unachotumia lina uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Biofilms ni sehemu muhimu katika maendeleo ya maambukizi ya muda mrefu, hasa linapokuja suala la vifaa vya matibabu.Tatizo hili linatoa changamoto kubwa kwa jumuiya ya matibabu, kwani antibiotics ya kawaida inaweza tu kuharibu biofilms kwa kiasi kidogo sana.Kuzuia malezi ya biofilm imesababisha maendeleo ya mbinu mbalimbali za mipako na vifaa vipya.Mbinu hizi zinalenga kupaka nyuso kwa namna ambayo inazuia uundaji wa biofilm.Vitreous aloi za chuma, haswa zile zilizo na madini ya shaba na titani, zimekuwa mipako bora ya antimicrobial.Wakati huo huo, matumizi ya teknolojia ya dawa ya baridi yameongezeka kwa kuwa ni njia inayofaa ya usindikaji wa vifaa vinavyoathiri joto.Sehemu ya lengo la utafiti huu ilikuwa kutengeneza glasi mpya ya metali ya antibacterial inayojumuisha Cu-Zr-Ni ternary kwa kutumia mbinu za kiufundi za aloi.Poda ya duara inayounda bidhaa ya mwisho hutumika kama malighafi ya kunyunyizia baridi nyuso za chuma cha pua kwenye joto la chini.Sehemu ndogo zilizofunikwa za glasi ya chuma ziliweza kupunguza kwa kiasi kikubwa uundaji wa filamu ya kibayolojia kwa angalau logi 1 ikilinganishwa na chuma cha pua.
Katika historia ya mwanadamu, jamii yoyote imeweza kuendeleza na kukuza uanzishwaji wa nyenzo mpya ili kukidhi mahitaji yake maalum, na kusababisha kuongezeka kwa tija na cheo katika uchumi wa utandawazi1.Daima imekuwa ikihusishwa na uwezo wa binadamu wa kubuni vifaa na vifaa vya utengenezaji, pamoja na miundo ya kutengeneza na kubainisha nyenzo za kufikia afya, elimu, viwanda, uchumi, utamaduni na nyanja nyingine kutoka nchi moja au eneo hadi jingine.Maendeleo hupimwa bila kujali nchi au eneo2.Kwa miaka 60, wanasayansi wa vifaa wamejitolea muda mwingi kwa kazi moja kuu: utaftaji wa nyenzo mpya na za hali ya juu.Utafiti wa hivi majuzi umelenga kuboresha ubora na utendakazi wa nyenzo zilizopo, pamoja na kusanisi na kuvumbua aina mpya kabisa za nyenzo.
Kuongezewa kwa vipengele vya alloying, marekebisho ya microstructure ya nyenzo na matumizi ya njia za matibabu ya joto, mitambo au thermomechanical imesababisha uboreshaji mkubwa katika mali ya mitambo, kemikali na kimwili ya vifaa mbalimbali.Kwa kuongeza, hadi sasa misombo isiyojulikana imeunganishwa kwa ufanisi.Juhudi hizi zinazoendelea zimezaa familia mpya ya nyenzo za ubunifu zinazojulikana kwa pamoja kama Nyenzo za Juu2.Nanocrystals, nanoparticles, nanotubes, quantum dots, zero-dimensional, glasi za metali za amofasi, na aloi za juu za entropy ni baadhi tu ya mifano ya vifaa vya juu ambavyo vimeonekana duniani tangu katikati ya karne iliyopita.Katika utengenezaji na maendeleo ya aloi mpya na mali zilizoboreshwa, wote katika bidhaa ya mwisho na katika hatua za kati za uzalishaji wake, tatizo la kutokuwa na usawa huongezwa mara nyingi.Kama matokeo ya kuanzishwa kwa mbinu mpya za utengenezaji zinazoruhusu kupotoka kwa kiasi kikubwa kutoka kwa usawa, darasa jipya la aloi za metali, zinazojulikana kama glasi za metali, zimegunduliwa.
Kazi yake huko Caltech mnamo 1960 ilibadilisha dhana ya aloi za chuma alipounganisha Au-25 saa.% Aloi za kioo za Si kwa kuimarisha vimiminiko kwa karibu digrii milioni moja kwa sekunde.4 Ugunduzi wa Profesa Paul Duves haukuashiria tu mwanzo wa historia ya miwani ya chuma (MS), lakini pia ulisababisha mabadiliko ya mtazamo wa jinsi watu wanavyofikiri kuhusu aloi za chuma.Tangu utafiti wa kwanza wa upainia katika usanisi wa aloi za MS, karibu glasi zote za metali zimepatikana kabisa kwa kutumia mojawapo ya mbinu zifuatazo: (i) uimarishaji wa haraka wa kuyeyuka au mvuke, (ii) ugonjwa wa kimiani wa atomiki, (iii) athari za hali dhabiti za amorphization kati ya vipengele vya metali safi na (iv) mabadiliko ya awamu ya awamu ya metastable.
MGs hutofautishwa na kutokuwepo kwa mpangilio wa atomiki wa masafa marefu unaohusishwa na fuwele, ambayo ni sifa inayofafanua ya fuwele.Katika ulimwengu wa kisasa, maendeleo makubwa yamefanywa katika uwanja wa glasi ya chuma.Hizi ni nyenzo mpya na mali ya kuvutia ambayo ni ya riba si tu kwa fizikia ya hali imara, lakini pia kwa ajili ya madini, kemia ya uso, teknolojia, biolojia, na maeneo mengine mengi.Aina hii mpya ya nyenzo ina mali ambayo ni tofauti na metali ngumu, na kuifanya kuwa mgombea wa kuvutia kwa matumizi ya teknolojia katika nyanja mbalimbali.Zina sifa fulani muhimu: (i) udugu wa juu wa mitambo na nguvu ya mavuno, (ii) upenyezaji wa juu wa sumaku, (iii) nguvu ya chini, (iv) ukinzani usio wa kawaida wa kutu, (v) uhuru wa joto.Uendeshaji 6.7.
Utoaji wa mitambo (MA)1,8 ni mbinu mpya, iliyoanzishwa kwa mara ya kwanza mwaka wa 19839 na Prof. KK Kok na wenzake.Walitoa poda za amofasi za Ni60Nb40 kwa kusaga mchanganyiko wa vitu safi kwenye halijoto iliyoko karibu sana na joto la kawaida.Kwa kawaida, mmenyuko wa MA hufanywa kati ya uunganishaji wa usambaaji wa poda zenye kiitikio kwenye kiyeyesha, kwa kawaida hutengenezwa kwa chuma cha pua, hadi kwenye kinu cha mpira.10 (Mchoro 1a, b).Tangu wakati huo, njia hii ya mmenyuko wa hali dhabiti iliyochochewa na kiufundi imetumika kuandaa poda mpya za amofasi/metali za glasi kwa kutumia chini (Mchoro 1c) na vinu vya mipira ya nishati na vinu vya fimbo11,12,13,14,15,16.Hasa, njia hii imetumika kuandaa mifumo isiyoweza kubadilika kama vile Cu-Ta17 na vile vile aloi za kiwango cha juu cha kuyeyuka kama vile mifumo ya Al-transition metal (TM, Zr, Hf, Nb na Ta)18,19 na Fe-W20., ambayo haiwezi kupatikana kwa kutumia njia za kawaida za kupikia.Kwa kuongezea, MA inachukuliwa kuwa moja ya zana zenye nguvu zaidi za nanoteknolojia kwa utengenezaji wa kiwango cha viwandani cha chembe za unga wa nanocrystalline na nanocomposite za oksidi za chuma, carbides, nitridi, hidridi, nanotubes za kaboni, nanodiamonds, pamoja na uimarishaji mpana kwa kutumia mbinu ya juu-chini.1 na hatua za metastable.
Mchoro unaoonyesha mbinu ya uundaji iliyotumiwa kuandaa mipako ya glasi ya metali ya Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 katika utafiti huu.(a) Utayarishaji wa poda za aloi za MC zenye viwango mbalimbali vya Ni x (x; 10, 20, 30, na 40 at.%) kwa kutumia mbinu ya kusaga mpira yenye nishati kidogo.(a) Nyenzo ya kuanzia inapakiwa kwenye silinda ya zana pamoja na mipira ya chuma ya zana na (b) imefungwa kwenye kisanduku cha glavu kilichojaa angahewa ya He.(c) Mfano wa uwazi wa chombo cha kusagia kinachoonyesha mwendo wa mpira wakati wa kusaga.Bidhaa ya mwisho ya unga iliyopatikana baada ya saa 50 ilitumiwa kunyunyizia dawa baridi kwenye substrate ya SUS 304 (d).
Linapokuja suala la nyuso za nyenzo kwa wingi (substrates), uhandisi wa uso unahusisha uundaji na urekebishaji wa nyuso (substrates) ili kutoa sifa fulani za kimwili, kemikali, na kiufundi ambazo hazipo katika nyenzo asili ya wingi.Baadhi ya sifa zinazoweza kuboreshwa kwa ufanisi kupitia matibabu ya uso ni pamoja na abrasion, oxidation na upinzani kutu, mgawo wa msuguano, bioinertness, sifa za umeme na insulation ya mafuta, kwa kutaja chache tu.Ubora wa uso unaweza kuboreshwa kwa njia za metallurgiska, mitambo au kemikali.Kama mchakato unaojulikana sana, upakaji hufafanuliwa kwa urahisi kama safu moja au zaidi ya nyenzo inayowekwa kwa njia ya bandia kwenye uso wa kitu kikubwa (substrate) iliyotengenezwa kutoka kwa nyenzo nyingine.Kwa hivyo, mipako hutumiwa kwa sehemu ili kufikia sifa zinazohitajika za kiufundi au mapambo, na pia kulinda nyenzo kutokana na mwingiliano wa kemikali na kimwili unaotarajiwa na mazingira23.
Mbinu na mbinu mbalimbali zinaweza kutumika kuweka tabaka zinazofaa za kinga kutoka kwa mikromita chache (chini ya mikromita 10-20) hadi zaidi ya mikromita 30 au hata milimita kadhaa kwa unene.Kwa ujumla, michakato ya mipako inaweza kugawanywa katika makundi mawili: (i) mbinu za mipako ya mvua, ikiwa ni pamoja na electroplating, electroplating, na galvanizing ya moto ya dip, na (ii) mbinu za mipako kavu, ikiwa ni pamoja na soldering, hardfacing, kimwili mvuke utuaji (PVD).), uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD), mbinu za kunyunyizia mafuta, na mbinu za hivi karibuni za dawa baridi 24 (Mchoro 1d).
Filamu za kibayolojia hufafanuliwa kama jumuiya za vijidudu ambazo hazibadilishwi kwenye nyuso na kuzungukwa na polima zinazojitayarisha zenyewe (EPS).Kuundwa kwa biofilm iliyokomaa juu juu kunaweza kusababisha hasara kubwa katika tasnia nyingi, ikijumuisha usindikaji wa chakula, mifumo ya maji na huduma za afya.Kwa wanadamu, pamoja na kuundwa kwa biofilms, zaidi ya 80% ya matukio ya maambukizi ya microbial (ikiwa ni pamoja na Enterobacteriaceae na Staphylococci) ni vigumu kutibu.Kwa kuongezea, filamu za kibayolojia zilizokomaa zimeripotiwa kuwa sugu kwa matibabu ya viuavijasumu mara 1000 ikilinganishwa na seli za bakteria za planktonic, ambayo inachukuliwa kuwa changamoto kuu ya matibabu.Kwa kihistoria, nyenzo za mipako ya antimicrobial inayotokana na misombo ya kikaboni ya kawaida imetumiwa.Ingawa nyenzo kama hizo mara nyingi huwa na viambajengo vya sumu vinavyoweza kuwa na madhara kwa binadamu,25,26 hii inaweza kusaidia kuepuka maambukizi ya bakteria na uharibifu wa nyenzo.
Kuenea kwa upinzani wa bakteria kwa matibabu ya viua viua vijasumu kwa sababu ya uundaji wa filamu ya kibayolojia kumesababisha hitaji la kutengeneza utando mzuri wa antimicrobial uliopakwa uso ambao unaweza kutumika kwa usalama27.Ukuzaji wa uso wa kizuia wambiso wa kimwili au wa kemikali ambao seli za bakteria haziwezi kufunga na kuunda filamu za kibayolojia kutokana na kushikana ndiyo njia ya kwanza katika mchakato huu27.Teknolojia ya pili ni kutengeneza mipako ambayo hutoa kemikali za antimicrobial haswa mahali zinapohitajika, kwa viwango vilivyojilimbikizia na vilivyolengwa.Hii inafanikiwa kupitia uundaji wa nyenzo za kipekee za upakaji kama vile graphene/germanium28, almasi nyeusi29 na mipako ya kaboni inayofanana na almasi ya ZnO30 ambayo ni sugu kwa bakteria, teknolojia ambayo huongeza ukuaji wa sumu na upinzani kutokana na uundaji wa biofilm.Kwa kuongeza, mipako yenye kemikali za kuua viini ambayo hutoa ulinzi wa muda mrefu dhidi ya uchafuzi wa bakteria inazidi kuwa maarufu.Ingawa taratibu zote tatu zina uwezo wa kutekeleza shughuli za antimicrobial kwenye nyuso zilizofunikwa, kila moja ina seti yake ya mapungufu ambayo inapaswa kuzingatiwa wakati wa kuunda mkakati wa maombi.
Bidhaa zilizo kwenye soko kwa sasa zinatatizwa na ukosefu wa muda wa kuchambua na kupima mipako ya kinga kwa viungo hai vya biolojia.Makampuni yanadai kuwa bidhaa zao zitawapa watumiaji vipengele vya utendaji vinavyohitajika, hata hivyo, hii imekuwa kikwazo kwa mafanikio ya bidhaa kwenye soko kwa sasa.Misombo inayotokana na fedha hutumiwa katika idadi kubwa ya antimicrobials zinazopatikana kwa sasa kwa watumiaji.Bidhaa hizi zimeundwa ili kuwalinda watumiaji dhidi ya mfiduo unaoweza kuwa hatari kwa viumbe vidogo.Athari ya antimicrobial iliyocheleweshwa na sumu inayohusishwa ya misombo ya fedha huongeza shinikizo kwa watafiti kuunda mbadala isiyo na madhara36,37.Kuunda mipako ya kimataifa ya antimicrobial ambayo inafanya kazi ndani na nje bado ni changamoto.Hii inakuja na hatari zinazohusiana na afya na usalama.Kugundua wakala wa antimicrobial ambayo haina madhara kidogo kwa wanadamu na kufikiria jinsi ya kuijumuisha katika vijiti vya kufunika na maisha marefu ya rafu ni lengo linalotafutwa sana38.Nyenzo za hivi punde za antimicrobial na antibiofilm zimeundwa ili kuua bakteria kwa karibu ama kwa kugusana moja kwa moja au baada ya kutolewa kwa wakala amilifu.Wanaweza kufanya hivyo kwa kuzuia mshikamano wa awali wa bakteria (ikiwa ni pamoja na kuzuia uundaji wa safu ya protini juu ya uso) au kwa kuua bakteria kwa kuingilia kati ya ukuta wa seli.
Kimsingi, mipako ya uso ni mchakato wa kutumia safu nyingine kwenye uso wa sehemu ili kuboresha sifa za uso.Madhumuni ya mipako ya uso ni kubadilisha muundo mdogo na/au muundo wa eneo la uso wa karibu wa sehemu39.Njia za mipako ya uso zinaweza kugawanywa katika njia tofauti, ambazo zimefupishwa katika Mchoro 2a.Mipako inaweza kugawanywa katika makundi ya joto, kemikali, kimwili na electrochemical kulingana na njia inayotumiwa kuunda mipako.
(a) Pembejeo inayoonyesha mbinu kuu za kutengeneza uso, na (b) faida na hasara zilizochaguliwa za njia ya dawa ya baridi.
Teknolojia ya dawa ya baridi ina mengi sawa na mbinu za jadi za kunyunyizia mafuta.Hata hivyo, pia kuna baadhi ya sifa muhimu za kimsingi ambazo hufanya mchakato wa dawa baridi na vifaa vya kunyunyizia baridi kuwa vya kipekee.Teknolojia ya dawa ya baridi bado ni changa, lakini ina siku zijazo nzuri.Katika baadhi ya matukio, mali ya pekee ya kunyunyizia baridi hutoa faida kubwa, kuondokana na mapungufu ya mbinu za kawaida za kunyunyizia mafuta.Inashinda mapungufu makubwa ya teknolojia ya jadi ya dawa ya mafuta, ambayo poda lazima iyeyushwe ili kuwekwa kwenye substrate.Kwa wazi, mchakato huu wa mipako ya jadi haifai kwa nyenzo nyeti sana za joto kama vile nanocrystals, nanoparticles, amofasi na glasi za metali40, 41, 42. Kwa kuongeza, vifaa vya mipako ya dawa ya mafuta daima huwa na kiwango cha juu cha porosity na oksidi.Teknolojia ya dawa ya baridi ina faida nyingi muhimu zaidi ya teknolojia ya kunyunyizia mafuta, kama vile (i) uingizaji wa joto mdogo kwenye substrate, (ii) kunyumbulika katika kuchagua mipako ya substrate, (iii) hakuna mabadiliko ya awamu na ukuaji wa nafaka, (iv) nguvu ya juu ya wambiso1 .39 (Mchoro 2b).Aidha, vifaa vya mipako ya dawa ya baridi vina upinzani wa juu wa kutu, nguvu ya juu na ugumu, conductivity ya juu ya umeme na wiani wa juu41.Licha ya faida za mchakato wa dawa baridi, njia hii bado ina mapungufu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2b.Unapopaka poda safi za kauri kama vile Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, n.k., mbinu ya kunyunyizia baridi haiwezi kutumika.Kwa upande mwingine, poda zenye mchanganyiko wa kauri/chuma zinaweza kutumika kama malighafi ya upakaji.Vile vile huenda kwa njia zingine za kunyunyizia mafuta.Nyuso ngumu na mambo ya ndani ya bomba bado ni ngumu kunyunyiza.
Kwa kuzingatia kwamba kazi ya sasa inaelekezwa kwa matumizi ya poda ya metali ya vitreous kama nyenzo za kuanzia kwa mipako, ni wazi kwamba kunyunyizia mafuta ya kawaida hawezi kutumika kwa kusudi hili.Hii ni kutokana na ukweli kwamba poda za metali za vitreous hung'aa kwenye joto la juu1.
Vyombo vingi vinavyotumika katika tasnia ya matibabu na chakula vimetengenezwa kutoka kwa aloi za chuma cha pua austenitic (SUS316 na SUS304) zenye maudhui ya chromium ya 12 hadi 20 wt.% kwa ajili ya utengenezaji wa vyombo vya upasuaji.Inakubaliwa kwa ujumla kuwa utumiaji wa chuma cha chromium kama sehemu ya aloi katika aloi za chuma unaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa upinzani wa kutu wa aloi za kawaida za chuma.Aloi za chuma cha pua, licha ya upinzani wao wa juu wa kutu, hazina mali muhimu ya antimicrobial38,39.Hii inatofautiana na upinzani wao wa juu wa kutu.Baada ya hayo, inawezekana kutabiri maendeleo ya maambukizi na kuvimba, ambayo ni hasa kutokana na kujitoa kwa bakteria na ukoloni juu ya uso wa biomaterials chuma cha pua.Matatizo makubwa yanaweza kutokea kutokana na matatizo makubwa yanayohusiana na kujitoa kwa bakteria na njia za uundaji wa biofilm, ambayo inaweza kusababisha afya mbaya, ambayo inaweza kuwa na matokeo mengi ambayo yanaweza kuathiri moja kwa moja au kwa moja kwa moja afya ya binadamu.
Utafiti huu ni awamu ya kwanza ya mradi unaofadhiliwa na Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), mkataba Na.2010-550401, kuchunguza uwezekano wa kutengeneza poda za kioo za metali za Cu-Zr-Ni kwa kutumia teknolojia ya MA (meza).1) Kwa ajili ya utengenezaji wa filamu/mipako ya kuzuia bakteria ya SUS304.Awamu ya pili ya mradi, inayotarajiwa kuanza Januari 2023, itasoma kwa undani sifa za kutu za mabati na sifa za mitambo za mfumo.Uchunguzi wa kina wa microbiological kwa aina mbalimbali za bakteria utafanyika.
Makala haya yanajadili athari za maudhui ya aloi ya Zr kwenye uwezo wa kutengeneza glasi (GFA) kwa kuzingatia sifa za kimofolojia na kimuundo.Kwa kuongezea, mali ya antibacterial ya glasi ya chuma iliyofunikwa ya unga/SUS304 pia ilijadiliwa.Kwa kuongeza, kazi inayoendelea imefanywa kuchunguza uwezekano wa mabadiliko ya kimuundo ya poda za kioo za metali zinazotokea wakati wa kunyunyizia baridi katika eneo la kioevu la supercooled la mifumo ya kioo ya metali iliyotengenezwa.Aloi za glasi za chuma za Cu50Zr30Ni20 na Cu50Zr20Ni30 zilitumika kama mifano wakilishi katika utafiti huu.
Sehemu hii inawasilisha mabadiliko ya kimofolojia katika poda za kipengele cha Cu, Zr na Ni wakati wa kusaga mipira yenye nishati kidogo.Mifumo miwili tofauti inayojumuisha Cu50Zr20Ni30 na Cu50Zr40Ni10 itatumika kama mifano ya kielelezo.Mchakato wa MA unaweza kugawanywa katika hatua tatu tofauti, kama inavyothibitishwa na sifa ya metallographic ya poda iliyopatikana katika hatua ya kusaga (Mchoro 3).
Tabia za metali za poda za aloi za mitambo (MA) zilizopatikana baada ya hatua mbalimbali za kusaga mpira.Picha za kuchanganua hadubini ya elektroni (FE-SEM) za poda za MA na Cu50Zr40Ni10 zilizopatikana baada ya kusaga mpira wenye nishati kidogo kwa saa 3, 12 na 50 zinaonyeshwa katika (a), (c) na (e) kwa mfumo wa Cu50Zr20Ni30, zikiwa kwenye MA sawa.Picha zinazolingana za mfumo wa Cu50Zr40Ni10 zilizochukuliwa baada ya muda zinaonyeshwa katika (b), (d), na (f).
Wakati wa kusaga mpira, nishati ya kinetic yenye ufanisi ambayo inaweza kuhamishiwa kwenye poda ya chuma huathiriwa na mchanganyiko wa vigezo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1a.Hii ni pamoja na migongano kati ya mipira na poda, ukandamizaji wa shear ya poda iliyokwama kati au kati ya vyombo vya habari vya kusaga, athari kutoka kwa mipira inayoanguka, kukata na kuvaa kunasababishwa na kuvuta poda kati ya miili ya kusonga ya kinu ya mpira, na wimbi la mshtuko linalopita kupitia mipira inayoanguka inayoenea kupitia utamaduni uliopakiwa (Mchoro 1a). Элементарные порошки Cu, Zr na Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привело к образованния крупования meli). Poda za msingi za Cu, Zr, na Ni ziliharibika sana kutokana na kulehemu baridi katika hatua ya awali ya MA (saa 3), ambayo ilisababisha kuundwa kwa chembe kubwa za poda (> 1 mm kwa kipenyo).Chembe hizi kubwa za mchanganyiko zina sifa ya uundaji wa tabaka nene za vitu vya aloi (Cu, Zr, Ni), kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini.3a,b.Kuongezeka kwa muda wa MA hadi 12 h (hatua ya kati) ilisababisha kuongezeka kwa nishati ya kinetic ya kinu ya mpira, ambayo ilisababisha kuharibika kwa unga wa mchanganyiko katika poda ndogo (chini ya 200 μm), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3c, jiji.Katika hatua hii, nguvu ya shear inayotumika inaongoza kwa uundaji wa uso mpya wa chuma na tabaka nyembamba za Cu, Zr, Ni hint, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3c, d.Kama matokeo ya kusaga kwa tabaka kwenye kiolesura cha flakes, athari za awamu ngumu hufanyika na malezi ya awamu mpya.
Katika kilele cha mchakato wa MA (baada ya 50 h), metallografia ya flake haikuonekana (Mchoro 3e, f), na metallografia ya kioo ilionekana kwenye uso uliosafishwa wa poda.Hii inamaanisha kuwa mchakato wa MA ulikamilika na awamu moja ya majibu iliundwa.Muundo wa kimsingi wa mikoa iliyoonyeshwa kwenye Mtini.3e (I, II, III), f, v, vi) ziliamuliwa kwa kutumia hadubini ya elektroni ya kuchanganua hewa chafu (FE-SEM) pamoja na uchunguzi wa X-ray wa kutawanya nishati (EDS).(IV).
Katika meza.Viwango 2 vya vipengele vya aloyi vinaonyeshwa kama asilimia ya jumla ya wingi wa kila eneo iliyochaguliwa kwenye tini.3 e, f.Kulinganisha matokeo haya na nyimbo za awali za majina za Cu50Zr20Ni30 na Cu50Zr40Ni10 zilizotolewa katika Jedwali 1 inaonyesha kwamba nyimbo za bidhaa hizi mbili za mwisho ziko karibu sana na nyimbo za majina.Kwa kuongeza, maadili ya jamaa ya vipengele vya mikoa vilivyoorodheshwa katika Mchoro 3e, f haipendekezi kuzorota kwa kiasi kikubwa au tofauti katika muundo wa kila sampuli kutoka eneo moja hadi jingine.Hii inathibitishwa na ukweli kwamba hakuna mabadiliko katika muundo kutoka mkoa mmoja hadi mwingine.Hii inaonyesha utengenezaji wa poda za aloi zinazofanana kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 2.
Maikrografu za FE-SEM za poda ya mwisho ya bidhaa ya Cu50 (Zr50-xNix) zilipatikana baada ya mara 50 za MA, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4a-d, ambapo x ni 10, 20, 30 na 40 kwa.%.Baada ya hatua hii ya kusaga, unga hujumlishwa kwa sababu ya athari ya van der Waals, ambayo husababisha uundaji wa miunganisho mikubwa inayojumuisha chembe zenye kipenyo cha 73 hadi 126 nm, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4.
Tabia za kimaumbile za poda za Cu50(Zr50-xNix) zilizopatikana baada ya MA ya saa 50.Kwa mifumo ya Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, picha za FE-SEM za poda zilizopatikana baada ya 50 MA zinaonyeshwa katika (a), (b), (c), na (d), kwa mtiririko huo.
Kabla ya kupakia poda kwenye kifaa cha kunyunyizia dawa baridi, ziliwekwa kwanza katika ethanol ya kiwango cha uchambuzi kwa dakika 15 na kisha kukaushwa kwa 150 ° C. kwa saa 2.Hatua hii lazima ichukuliwe ili kukabiliana na mafanikio ya agglomeration, ambayo mara nyingi husababisha matatizo mengi makubwa katika mchakato wa mipako.Baada ya kukamilika kwa mchakato wa MA, tafiti zaidi zilifanyika ili kuchunguza homogeneity ya poda za alloy.Kwenye mtini.5a–d huonyesha maikrografu za FE-SEM na picha zinazolingana za EDS za vipengele vya aloi vya Cu, Zr na Ni vya aloi ya Cu50Zr30Ni20 zilizochukuliwa baada ya saa 50 M, mtawalia.Ikumbukwe kwamba poda za aloi zilizopatikana baada ya hatua hii ni sawa, kwani hazionyeshi mabadiliko yoyote ya muundo zaidi ya kiwango cha nanometer, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.
Mofolojia na usambazaji wa ndani wa vipengele katika poda ya MG Cu50Zr30Ni20 iliyopatikana baada ya 50 MA na FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) Upigaji picha wa SEM na X-ray EDS ya (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, na (d) Ni-Kα.
Mifumo ya mtengano wa X-ray ya poda za Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 na Cu50Zr20Ni30 zilizopatikana baada ya masaa 50 MA zimeonyeshwa kwenye Mtini.6a–d, mtawalia.Baada ya hatua hii ya kusaga, sampuli zote zilizo na viwango tofauti vya Zr zilikuwa na miundo ya amofasi yenye mifumo ya uenezaji wa halo iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 6.
Mifumo ya mtengano wa X-ray ya Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), na Cu50Zr20Ni30 (d) poda baada ya MA kwa h 50.Mchoro wa uenezaji wa halo ulizingatiwa katika sampuli zote bila ubaguzi, ikionyesha uundaji wa awamu ya amofasi.
Msongo wa juu wa uenezaji wa upitishaji hadubini ya elektroni (FE-HRTEM) ilitumika kuona mabadiliko ya muundo na kuelewa muundo wa ndani wa poda zinazotokana na kusaga mpira kwa nyakati tofauti za MA.Picha za poda zilizopatikana kwa njia ya FE-HRTEM baada ya hatua za mapema (6 h) na za kati (18 h) za kusaga poda za Cu50Zr30Ni20 na Cu50Zr40Ni10 zinaonyeshwa kwenye Mtini.7a, kwa mtiririko huo.Kwa mujibu wa picha ya mkali-shamba (BFI) ya poda iliyopatikana baada ya 6 h ya MA, poda ina nafaka kubwa na mipaka iliyoelezwa wazi ya vipengele vya fcc-Cu, hcp-Zr, na fcc-Ni, na hakuna dalili za kuundwa kwa awamu ya majibu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7a.Kwa kuongeza, muundo wa eneo lililochaguliwa lililounganishwa (SADP) lililochukuliwa kutoka eneo la kati (a) lilifunua muundo mkali wa diffraction (Mchoro 7b) unaoonyesha kuwepo kwa crystallites kubwa na kutokuwepo kwa awamu ya tendaji.
Tabia za kimuundo za mitaa za poda ya MA iliyopatikana baada ya hatua za mapema (saa 6) na za kati (saa 18).(a) Msongo wa juu wa uenezaji wa hadubini ya elektroni (FE-HRTEM) na (b) diffractogram ya eneo husika (SADP) ya poda ya Cu50Zr30Ni20 baada ya matibabu ya MA kwa saa 6.Picha ya FE-HRTEM ya Cu50Zr40Ni10 iliyopatikana baada ya MA ya saa 18 imeonyeshwa katika (c).
Kama inavyoonyeshwa kwenye mtini.7c, kuongezeka kwa muda wa MA hadi h 18 kulisababisha kasoro kubwa za kimiani pamoja na deformation ya plastiki.Katika hatua hii ya kati ya mchakato wa MA, kasoro mbalimbali huonekana katika poda, ikiwa ni pamoja na makosa ya stacking, kasoro za kimiani, na kasoro za uhakika (Mchoro 7).Kasoro hizi husababisha mgawanyiko wa nafaka kubwa kando ya mipaka ya nafaka kuwa nafaka ndogo kuliko ukubwa wa nm 20 (Mchoro 7c).
Muundo wa ndani wa poda ya Cu50Z30Ni20 iliyosagwa kwa 36 h MA ina sifa ya uundaji wa nanograini za ultrafine zilizowekwa kwenye tumbo nyembamba ya amofasi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8a.Uchambuzi wa ndani wa EMF ulionyesha kuwa nanoclusters zilizoonyeshwa kwenye Mtini.8a zinahusishwa na aloi za poda za Cu, Zr na Ni ambazo hazijatibiwa.Maudhui ya Cu kwenye tumbo yalitofautiana kutoka ~ 32 kwa.% (eneo duni) hadi ~74 kwa.% (eneo tajiri), ambayo inaonyesha uundaji wa bidhaa nyingi tofauti.Kwa kuongeza, SADPs zinazolingana za poda zilizopatikana baada ya kusaga katika hatua hii zinaonyesha pete za awamu ya halo-diffusion ya amofasi ya msingi na ya sekondari inayoingiliana na pointi kali zinazohusiana na vipengele hivi vya alloying ambavyo havijatibiwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8b.
Vipengele vya kimuundo vya Nanoscale vya Zaidi ya 36 h-Cu50Zr30Ni20 poda.(a) Picha ya uwanja mkali (BFI) na sambamba (b) SADP ya Cu50Zr30Ni20 poda iliyopatikana baada ya kusaga kwa 36 h MA.
Kuelekea mwisho wa mchakato wa MA (50 h), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, na 40 at.% poda, bila ubaguzi, zina morphology ya labyrinthine ya awamu ya amofasi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro.Hakuna tofauti ya nukta wala ruwaza kali za mwaka zilizoweza kutambuliwa katika SADS inayolingana ya kila utungo.Hii inaonyesha kutokuwepo kwa chuma cha fuwele kisichotibiwa, lakini badala ya kuundwa kwa poda ya amofasi ya alloy.SADP hizi zilizounganishwa zinazoonyesha mifumo ya uenezaji wa halo pia zilitumika kama ushahidi wa ukuzaji wa awamu za amofasi katika nyenzo za mwisho za bidhaa.
Muundo wa ndani wa bidhaa ya mwisho ya mfumo wa Cu50 MS (Zr50-xNix).FE-HRTEM na mifumo ya utengano wa nanobeam iliyounganishwa (NBDP) ya (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, na (d) Cu50Zr10Ni40 iliyopatikana baada ya h 50 ya MA.
Kwa kutumia calorimetry ya skanning tofauti, utulivu wa joto wa joto la mpito la kioo (Tg), eneo la kioevu kilichopozwa sana (ΔTx) na joto la fuwele (Tx) lilichunguzwa kulingana na maudhui ya Ni (x) katika mfumo wa amofasi wa Cu50 (Zr50-xNix).(DSC) mali katika mtiririko wa gesi ya He.Vipindi vya DSC vya poda za Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, na aloi za amofasi za Cu50Zr10Ni40 zilizopatikana baada ya MA kwa h 50 zinaonyeshwa kwenye Mtini.10a, b, e, mtawalia.Wakati curve ya DSC ya Cu50Zr20Ni30 ya amofasi ikionyeshwa kando katika Mtini. karne ya 10 Wakati huo huo, sampuli ya Cu50Zr30Ni20 iliyopashwa joto hadi ~700°C katika DSC imeonyeshwa kwenye Mchoro 10g.
Utulivu wa joto wa poda za Cu50(Zr50-xNix) MG zilizopatikana baada ya MA kwa saa 50 hubainishwa na halijoto ya mpito ya glasi (Tg), halijoto ya fuwele (Tx) na eneo la kioevu lililopozwa sana (ΔTx).Vipimo vya halijoto vya poda za kukagua calorimita tofauti (DSC) za Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), na (e) Cu50Zr10Ni40 MG poda za aloi baada ya MA kwa saa 50.Mchoro wa mtengano wa X-ray (XRD) wa sampuli ya Cu50Zr30Ni20 iliyopashwa joto hadi ~700°C katika DSC unaonyeshwa katika (d).
Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 10, mikondo ya DSC kwa tungo zote zilizo na viwango tofauti vya nikeli (x) zinaonyesha hali mbili tofauti, moja ya mwisho wa joto na nyingine ya hewa joto.Tukio la kwanza la endothermic linalingana na Tg, na la pili linahusishwa na Tx.Sehemu ya span ya mlalo iliyopo kati ya Tg na Tx inaitwa eneo la kioevu kilichopozwa (ΔTx = Tx - Tg).Matokeo yanaonyesha kuwa Tg na Tx ya sampuli ya Cu50Zr40Ni10 (Kielelezo 10a) iliyowekwa kwenye 526°C na 612°C huhamisha maudhui (x) hadi 20 kwa % kuelekea upande wa joto la chini wa 482°C na 563°C.°C ikiwa na ongezeko la maudhui ya Ni (x), mtawalia, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10b.Kwa hiyo, ΔTx Cu50Zr40Ni10 inapungua kutoka 86 ° С (Mchoro 10a) hadi 81 ° С kwa Cu50Zr30Ni20 (Mchoro 10b).Kwa aloi ya MC Cu50Zr40Ni10, kupungua kwa maadili ya Tg, Tx, na ΔTx kwa viwango vya 447 ° С, 526 ° С na 79 ° С pia kulionekana (Mchoro 10b).Hii inaonyesha kwamba ongezeko la maudhui ya Ni husababisha kupungua kwa utulivu wa joto wa alloy MS.Kinyume chake, thamani ya Tg (507 ° C) ya aloi ya MC Cu50Zr20Ni30 ni ya chini kuliko ile ya aloi ya MC Cu50Zr40Ni10;walakini, Tx yake inaonyesha thamani inayolingana nayo (612 °C).Kwa hiyo, ΔTx ina thamani ya juu (87°C) kama inavyoonyeshwa kwenye mtini.Karne ya 10
Mfumo wa Cu50(Zr50-xNix) MC, kwa kutumia aloi ya Cu50Zr20Ni30 MC kama mfano, hung'aa kupitia kilele chenye ncha kali ya hewa ndani ya fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, na awamu za fuwele za orthorhombic-ZrNi (Mchoro 10c).Mpito huu wa awamu kutoka kwa amofasi hadi fuwele ulithibitishwa na uchanganuzi wa mionzi ya X-ray ya sampuli ya MG (Mchoro 10d) ambayo ilipashwa joto hadi 700 ° C katika DSC.
Kwenye mtini.11 inaonyesha picha zilizopigwa wakati wa mchakato wa dawa baridi unaofanywa katika kazi ya sasa.Katika utafiti huu, chembe za unga wa glasi ya chuma zilizounganishwa baada ya MA kwa saa 50 (kwa kutumia Cu50Zr20Ni30 kama mfano) zilitumika kama malighafi ya antibacterial, na sahani ya chuma cha pua (SUS304) ilipakwa dawa ya baridi.Mbinu ya kunyunyizia baridi ilichaguliwa kwa ajili ya kupaka katika mfululizo wa teknolojia ya mnyunyizio wa mafuta kwa sababu ndiyo njia bora zaidi katika mfululizo wa teknolojia ya mnyunyizio wa mafuta ambapo inaweza kutumika kwa nyenzo za metali zinazoweza kuguswa na joto kama vile poda za amofasi na nanocrystalline.Sio chini ya awamu.mabadiliko.Hii ndiyo sababu kuu ya kuchagua njia hii.Mchakato wa uwekaji baridi unafanywa kwa kutumia chembe za kasi ya juu ambazo hubadilisha nishati ya kinetic ya chembe kuwa deformation ya plastiki, deformation na joto juu ya athari na substrate au chembe zilizowekwa hapo awali.
Picha za shamba zinaonyesha utaratibu wa kunyunyizia baridi unaotumika kwa matayarisho matano mfululizo ya MG/SUS 304 kwa 550°C.
Nishati ya kinetic ya chembe, pamoja na kasi ya kila chembe wakati wa uundaji wa mipako, lazima ibadilishwe kuwa aina zingine za nishati kupitia mifumo kama vile deformation ya nishati ya plastiki (chembe za msingi na mwingiliano wa chembe kwenye tumbo na mwingiliano wa chembe), mafundo ya unganisho wa vitu vikali, kuzunguka kati ya chembe, ubadilishaji na kupunguza joto la incomal, ikiwa sio kikomo cha joto la ndani 39. deformation nishati, matokeo itakuwa mgongano elastic, ambayo ina maana kwamba chembe tu bounce mbali baada ya athari.Imebainika kuwa 90% ya nishati ya athari inayotumika kwa nyenzo ya chembe/substrate inabadilishwa kuwa joto la ndani 40 .Kwa kuongeza, wakati mkazo wa athari unatumiwa, viwango vya juu vya matatizo ya plastiki hupatikana katika eneo la mawasiliano ya chembe / substrate kwa muda mfupi sana41,42.
Urekebishaji wa plastiki kawaida huzingatiwa kama mchakato wa upotezaji wa nishati, au tuseme, kama chanzo cha joto katika eneo la uso wa uso.Hata hivyo, ongezeko la joto katika eneo la uso wa uso kwa kawaida haitoshi kwa tukio la kuyeyuka kwa uso au kusisimua kwa kiasi kikubwa cha kuenea kwa atomi.Hakuna uchapishaji unaojulikana kwa waandishi ambao umechunguza athari za sifa za poda hizi za metali za vitreous kwenye kushikana na kutulia kwa poda inayotokea wakati wa kutumia mbinu za dawa baridi.
BFI ya poda ya alloy MG Cu50Zr20Ni30 inaweza kuonekana kwenye Mchoro 12a, ambayo iliwekwa kwenye substrate ya SUS 304 (Mchoro 11, 12b).Kama inavyoonekana kutoka kwa takwimu, poda zilizopakwa huhifadhi muundo wao wa asili wa amofasi kwa vile zina muundo wa labyrinth bila vipengele vya fuwele au kasoro za kimiani.Kwa upande mwingine, picha inaonyesha uwepo wa awamu ya kigeni, kama inavyothibitishwa na nanoparticles zilizojumuishwa kwenye tumbo la unga lililofunikwa na MG (Mchoro 12a).Kielelezo 12c kinaonyesha muundo wa diffraction wa nanobeam (NBDP) unaohusishwa na eneo la I (Mchoro 12a).Kama inavyoonyeshwa kwenye mtini.12c, NBDP inaonyesha muundo dhaifu wa halo-uenezi wa muundo wa amofasi na unaambatana na madoa makali yanayolingana na awamu ya fuwele kubwa ya ujazo inayoweza metastable ya Zr2Ni pamoja na awamu ya CuO ya tetragonal.Uundaji wa CuO unaweza kuelezewa na oxidation ya poda wakati wa kusonga kutoka pua ya bunduki ya dawa hadi SUS 304 katika hewa ya wazi katika mtiririko wa supersonic.Kwa upande mwingine, devitrification ya poda ya glasi ya chuma ilisababisha kuundwa kwa awamu kubwa za ujazo baada ya matibabu ya baridi ya 550 ° C kwa dakika 30.
(a) Picha ya FE-HRTEM ya poda ya MG iliyowekwa kwenye (b) SUS 304 substrate (Kielelezo kilichowekwa).Fahirisi ya NBDP ya alama ya duara iliyoonyeshwa katika (a) imeonyeshwa katika (c).
Ili kupima utaratibu huu unaowezekana wa kuunda nanoparticles kubwa za ujazo Zr2Ni, jaribio la kujitegemea lilifanyika.Katika jaribio hili, poda zilinyunyiziwa kutoka kwa atomizer kwa 550 ° C kwa mwelekeo wa substrate ya SUS 304;hata hivyo, ili kuamua athari ya annealing, poda ziliondolewa kutoka kwa ukanda wa SUS304 haraka iwezekanavyo (kama 60 s).)Mfululizo mwingine wa majaribio ulifanyika ambapo unga uliondolewa kwenye substrate takriban sekunde 180 baada ya maombi.
Kielelezo 13a,b kinaonyesha picha za Ugavi wa Elektroni wa Usambazaji wa Usambazaji (STEM) za sehemu nyeusi (DFI) za nyenzo mbili zilizotapakaa zilizowekwa kwenye substrates za SUS 304 kwa s 60 na 180, mtawalia.Picha ya poda iliyowekwa kwa sekunde 60 haina maelezo ya kimofolojia, inayoonyesha kutokuwa na sifa (Mchoro 13a).Hili pia lilithibitishwa na XRD, ambayo ilionyesha kuwa muundo wa jumla wa poda hizi ulikuwa wa amofasi, kama inavyoonyeshwa na kilele kikubwa cha mgawanyiko wa msingi na sekondari ulioonyeshwa kwenye Mchoro 14a.Hii inaonyesha kutokuwepo kwa metastable/mesophase precipitates, ambapo poda huhifadhi muundo wake wa awali wa amofasi.Kinyume chake, unga uliowekwa kwenye halijoto sawa (550°C) lakini ukiachwa kwenye substrate kwa sekunde 180 ulionyesha utuaji wa nanosized nanosized, kama inavyoonyeshwa na mishale katika Mchoro 13b.