Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydi.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Shu bilan birga, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublarsiz va JavaScript-ni ishlatmasdan taqdim etamiz.
Biofilmlar surunkali infektsiyalarning rivojlanishida muhim komponent hisoblanadi, ayniqsa tibbiy asboblar haqida gap ketganda.Bu muammo tibbiyot hamjamiyatiga katta muammo tug'diradi, chunki standart antibiotiklar faqat juda cheklangan darajada biofilmlarni yo'q qilishi mumkin.Biofilm shakllanishining oldini olish turli xil qoplama usullari va yangi materiallarni ishlab chiqishga olib keldi.Ushbu usullar sirtni biofilm shakllanishiga to'sqinlik qiladigan tarzda qoplashga qaratilgan.Vitreus metall qotishmalari, ayniqsa, mis va titan metallarini o'z ichiga olgan, ideal mikroblarga qarshi qoplamaga aylandi.Shu bilan birga, sovuq purkash texnologiyasidan foydalanish ko'paydi, chunki u haroratga sezgir materiallarni qayta ishlash uchun mos usul hisoblanadi.Ushbu tadqiqot maqsadining bir qismi mexanik qotishma usullaridan foydalangan holda Cu-Zr-Ni uchlikdan tashkil topgan yangi antibakterial plyonkali metall shishani ishlab chiqish edi.Yakuniy mahsulotni tashkil etuvchi sharsimon kukun past haroratlarda zanglamaydigan po'latdan yasalgan sirtlarni sovuq püskürtme uchun xom ashyo sifatida ishlatiladi.Metall shisha bilan qoplangan substratlar zanglamaydigan po'latga nisbatan biofilm shakllanishini kamida 1 logga sezilarli darajada kamaytirishga muvaffaq bo'ldi.
Insoniyat tarixi davomida har qanday jamiyat o'zining maxsus talablariga javob beradigan yangi materiallarni ishlab chiqish va joriy etishni rag'batlantirishga muvaffaq bo'ldi, natijada samaradorlik va globallashgan iqtisodiyotda reyting o'sdi1.Bu har doim insonning materiallar va ishlab chiqarish uskunalarini loyihalash qobiliyatiga, shuningdek, sog'liqni saqlash, ta'lim, sanoat, iqtisodiyot, madaniyat va boshqa sohalarga erishish uchun materiallarni ishlab chiqarish va tavsiflash uchun dizaynlar bilan bog'liq edi.Rivojlanish mamlakat yoki mintaqadan qat'iy nazar o'lchanadi2.60 yil davomida materialshunoslar ko'p vaqtlarini bitta asosiy vazifaga bag'ishladilar: yangi va ilg'or materiallarni izlash.Oxirgi tadqiqotlar mavjud materiallarning sifati va ishlashini yaxshilash, shuningdek, butunlay yangi turdagi materiallarni sintez qilish va ixtiro qilishga qaratilgan.
Qotishma elementlarning qo'shilishi, materialning mikro tuzilishini o'zgartirish va termik, mexanik yoki termomexanik tozalash usullarini qo'llash turli materiallarning mexanik, kimyoviy va fizik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilashga olib keldi.Bundan tashqari, hozirgacha noma'lum birikmalar muvaffaqiyatli sintez qilingan.Ushbu doimiy sa'y-harakatlar natijasida Advanced Materials2 deb nomlanuvchi innovatsion materiallarning yangi oilasi paydo bo'ldi.Nanokristallar, nanozarrachalar, nanotubalar, kvant nuqtalari, nol o'lchovli, amorf metall oynalar va yuqori entropiyali qotishmalar o'tgan asrning o'rtalaridan beri dunyoda paydo bo'lgan ilg'or materiallarning bir nechta namunasidir.Yakuniy mahsulotda ham, uni ishlab chiqarishning oraliq bosqichlarida ham yaxshilangan xususiyatlarga ega yangi qotishmalarni ishlab chiqarish va ishlab chiqishda ko'pincha muvozanat muammosi qo'shiladi.Muvozanatdan sezilarli og'ishlarga yo'l qo'yadigan yangi ishlab chiqarish usullarini joriy etish natijasida metall oynalar deb nomlanuvchi metastabil qotishmalarning butunlay yangi sinfi kashf qilindi.
Uning 1960 yilda Kaltekdagi ishi, Au-25 at.% Si shishasimon qotishmalarni sintez qilganda, suyuqliklarni soniyasiga deyarli million daraja tezlikda qotib, metall qotishmalari tushunchasini inqilob qildi.4 Professor Pol Dyuvsning kashfiyoti nafaqat tarixiy metall ko'zoynaklar (MS) boshlanishini belgilab qo'ydi, balki odamlarning metall qotishmalari haqida qanday fikrda bo'lishida paradigmaning o'zgarishiga olib keldi.MS qotishmalarini sintez qilish bo'yicha birinchi kashshof tadqiqotlardan boshlab, deyarli barcha metall oynalar quyidagi usullardan biri yordamida to'liq olingan: (i) eritma yoki bug'ning tez qotib qolishi, (ii) atom panjarasining buzilishi, (iii) sof metall elementlar o'rtasidagi qattiq holat amorfizatsiya reaktsiyalari va (iv) qattiq fazalarning metasabil faza o'tishlari.
MGlar kristallar bilan bog'liq bo'lgan uzoq masofali atom tartibining yo'qligi bilan ajralib turadi, bu kristallarning belgilovchi xususiyatidir.Zamonaviy dunyoda metall shisha sohasida katta yutuqlarga erishildi.Bular nafaqat qattiq jismlar fizikasi, balki metallurgiya, sirt kimyosi, texnologiya, biologiya va boshqa ko'plab sohalar uchun ham qiziq bo'lgan qiziqarli xususiyatlarga ega yangi materiallardir.Ushbu yangi turdagi materiallar qattiq metallardan farq qiluvchi xususiyatlarga ega bo'lib, uni turli sohalarda texnologik ilovalar uchun qiziqarli nomzod qiladi.Ular ba'zi muhim xususiyatlarga ega: (i) yuqori mexanik egiluvchanlik va oquvchanlik kuchi, (ii) yuqori magnit o'tkazuvchanlik, (iii) past koerstivite, (iv) noodatiy korroziyaga chidamlilik, (v) haroratdan mustaqillik.O'tkazuvchanlik 6.7.
Mexanik qotishma (MA)1,8 nisbatan yangi usul bo‘lib, birinchi marta 1983-yilda professor K.K.Kok va uning hamkasblari tomonidan kiritilgan.Ular xona haroratiga juda yaqin atrof-muhit haroratida sof elementlar aralashmasini maydalash orqali amorf Ni60Nb40 kukunlarini ishlab chiqardilar.Odatda, MA reaktsiyasi odatda zanglamaydigan po'latdan yasalgan reaktordagi reaktiv kukunlarni sharli tegirmonga diffuziya bilan bog'lash o'rtasida amalga oshiriladi.10 (1a, b-rasm).O'shandan beri bu mexanik induktsiyalangan qattiq holat reaktsiyasi usuli past (1c-rasm) va yuqori energiyali shar tegirmonlari va novda tegirmonlari11,12,13,14,15,16 yordamida yangi amorf / metall shisha qotishma kukunlarini tayyorlash uchun ishlatilgan.Xususan, bu usul Cu-Ta17 kabi aralashmaydigan tizimlarni, shuningdek Al-o'tish metall (TM, Zr, Hf, Nb va Ta) 18,19 va Fe-W20 tizimlari kabi yuqori erish nuqtasi qotishmalarini tayyorlash uchun ishlatilgan., buni an'anaviy pishirish usullari yordamida olish mumkin emas.Bundan tashqari, MA metall oksidlari, karbidlari, nitridlari, gidridlari, uglerod nanotubalari, nanoolmoslarning nanokristalli va nanokompozit kukun zarralarini sanoat miqyosida ishlab chiqarish, shuningdek yuqoridan pastga yondashuv yordamida keng barqarorlashtirish uchun eng kuchli nanotexnologik vositalardan biri hisoblanadi.1 va metastabil bosqichlar.
Ushbu tadqiqotda Cu50 (Zr50-xNix) / SUS 304 metall shisha qoplamasini tayyorlash uchun ishlatiladigan ishlab chiqarish usulini ko'rsatadigan sxema.(a) Ni x (x; 10, 20, 30 va 40 at.%) har xil konsentratsiyali MC qotishma kukunlarini kam energiyali sharli frezalash usuli yordamida tayyorlash.(a) Boshlang'ich material asbob po'lat sharlari bilan birga asbob silindriga yuklanadi va (b) He atmosferasi bilan to'ldirilgan qo'lqop qutisiga muhrlanadi.(c) silliqlash paytida to'pning harakatini aks ettiruvchi silliqlash idishining shaffof modeli.50 soatdan keyin olingan yakuniy kukun mahsuloti SUS 304 substratini (d) sovuq purkash uchun ishlatilgan.
Ommaviy material sirtlari (substratlar) haqida gap ketganda, sirt muhandisligi asl bulk materialida mavjud bo'lmagan ma'lum fizik, kimyoviy va texnik xususiyatlarni ta'minlash uchun sirtlarni (substratlarni) loyihalash va o'zgartirishni o'z ichiga oladi.Sirtni qayta ishlash orqali samarali ravishda yaxshilanishi mumkin bo'lgan ba'zi xususiyatlar aşınma, oksidlanish va korroziyaga chidamlilik, ishqalanish koeffitsienti, bioinertlik, elektr xususiyatlari va issiqlik izolatsiyasini o'z ichiga oladi.Sirt sifatini metallurgiya, mexanik yoki kimyoviy usullar bilan yaxshilash mumkin.Ma'lum bo'lgan jarayon sifatida, qoplama oddiygina boshqa materialdan tayyorlangan ommaviy ob'ekt (substrat) yuzasiga sun'iy ravishda qo'llaniladigan materialning bir yoki bir nechta qatlami sifatida belgilanadi.Shunday qilib, qoplamalar qisman kerakli texnik yoki dekorativ xususiyatlarga erishish uchun, shuningdek, materiallarni atrof-muhit bilan kutilgan kimyoviy va fizik ta'sirlardan himoya qilish uchun ishlatiladi23.
Bir necha mikrometrdan (10-20 mikrometrdan past) 30 mikrometrdan ortiq yoki hatto bir necha millimetr qalinlikdagi mos himoya qatlamlarini qo'llash uchun turli xil usullar va usullardan foydalanish mumkin.Umuman olganda, qoplama jarayonlarini ikkita toifaga bo'lish mumkin: (i) ho'l qoplama usullari, shu jumladan elektrokaplama, elektrokaplama va issiq daldırma galvanizatsiyasi va (ii) quruq qoplama usullari, shu jumladan lehimlash, qattiq qoplama, jismoniy bug 'cho'ktirish (PVD).), kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD), termal purkash texnikasi va yaqinda sovuq püskürtme texnikasi 24 (1d-rasm).
Biofilmlar yuzalarga qaytarilmas tarzda biriktirilgan va o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan hujayradan tashqari polimerlar (EPS) bilan o'ralgan mikrobial jamoalar sifatida aniqlanadi.Yuzaki etuk biofilmning shakllanishi ko'plab sohalarda, jumladan, oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash, suv tizimlari va sog'liqni saqlashda sezilarli yo'qotishlarga olib kelishi mumkin.Odamlarda biofilmlarning shakllanishi bilan mikrob infektsiyalari (shu jumladan Enterobacteriaceae va Staphylococci) holatlarining 80% dan ortig'ini davolash qiyin.Bundan tashqari, katta terapevtik muammo hisoblangan planktonik bakterial hujayralar bilan solishtirganda, etuk biofilmlar antibiotiklar bilan davolashga 1000 baravar ko'proq chidamliligi haqida xabar berilgan.Tarixiy jihatdan keng tarqalgan organik birikmalardan olingan mikroblarga qarshi sirt qoplama materiallari ishlatilgan.Garchi bunday materiallarda ko'pincha odamlar uchun potentsial zararli bo'lgan zaharli komponentlar mavjud bo'lsa-da,25,26 bu bakteriyalarning tarqalishini va materialning degradatsiyasini oldini olishga yordam beradi.
Biofilm shakllanishi tufayli antibiotiklarni davolashga keng tarqalgan bakterial qarshilik xavfsiz tarzda qo'llanilishi mumkin bo'lgan samarali mikroblarga qarshi membrana bilan qoplangan sirtni ishlab chiqish zarurligiga olib keldi27.Bakteriyalar xujayralari biriktira olmaydigan va yopishqoqlik tufayli bioplyonka hosil qila olmaydigan fizik yoki kimyoviy piyodalarga chidamli sirtni ishlab chiqish bu jarayondagi birinchi yondashuvdir27.Ikkinchi texnologiya mikroblarga qarshi kimyoviy moddalarni kerakli joyda, yuqori konsentrlangan va moslashtirilgan miqdorda etkazib beradigan qoplamalarni ishlab chiqishdir.Bunga bakteriyalarga chidamli bo'lgan grafen/germaniy28, qora olmos29 va ZnO30 qo'shilgan olmosga o'xshash uglerod qoplamalari kabi noyob qoplama materiallarini ishlab chiqish orqali erishiladi, bu texnologiya biofilm shakllanishi tufayli zaharlilik va qarshilik rivojlanishini maksimal darajada oshiradi.Bundan tashqari, bakterial ifloslanishdan uzoq muddatli himoyani ta'minlaydigan mikroblarga qarshi kimyoviy moddalarni o'z ichiga olgan qoplamalar tobora ommalashib bormoqda.Har uchala protsedura ham qoplangan yuzalarda mikroblarga qarshi ta'sir ko'rsatishga qodir bo'lsa-da, ularning har biri dastur strategiyasini ishlab chiqishda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan o'ziga xos cheklovlarga ega.
Hozirgi vaqtda bozorda mavjud bo'lgan mahsulotlar biologik faol moddalar uchun himoya qoplamalarini tahlil qilish va sinovdan o'tkazish uchun vaqt yo'qligi tufayli to'sqinlik qilmoqda.Kompaniyalar o'z mahsulotlari foydalanuvchilarga kerakli funktsional jihatlarni taqdim etishini da'vo qilmoqda, ammo bu bozorda mavjud bo'lgan mahsulotlarning muvaffaqiyatiga to'sqinlik qilmoqda.Kumushdan olingan birikmalar hozirda iste'molchilarga mavjud bo'lgan mikroblarga qarshi vositalarning aksariyatida qo'llaniladi.Ushbu mahsulotlar foydalanuvchilarni mikroorganizmlarning potentsial zararli ta'siridan himoya qilish uchun mo'ljallangan.Kechiktirilgan antimikrobiyal ta'sir va kumush birikmalarining toksikligi tadqiqotchilarga kamroq zararli alternativani ishlab chiqish uchun bosimni oshiradi36,37.Ichkarida va tashqarisida ishlaydigan global antimikrobiyal qoplamani yaratish muammo bo'lib qolmoqda.Bu sog'liq va xavfsizlik bilan bog'liq xavflar bilan birga keladi.Odamlar uchun kamroq zararli bo'lgan mikroblarga qarshi vositani topish va uni uzoqroq saqlash muddati bo'lgan qoplamali substratlarga qanday kiritish kerakligini aniqlash juda ko'p talab qilinadigan maqsaddir38.Eng so'nggi mikroblarga qarshi va antibiofilm materiallari bakteriyalarni yaqin masofada yoki to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilish orqali yoki faol agent chiqarilgandan keyin o'ldirish uchun mo'ljallangan.Ular buni bakteriyaning dastlabki yopishishini inhibe qilish (shu jumladan, sirtda oqsil qatlamining shakllanishiga yo'l qo'ymaslik) yoki hujayra devoriga aralashish orqali bakteriyalarni o'ldirish orqali amalga oshirishi mumkin.
Asosan, sirt qoplamasi sirt xususiyatlarini yaxshilash uchun komponentning yuzasiga boshqa qatlamni qo'llash jarayonidir.Sirt qoplamasining maqsadi komponentning sirtga yaqin hududining mikro tuzilishini va/yoki tarkibini o'zgartirishdir39.Yuzaki qoplama usullarini turli usullarga bo'lish mumkin, ular 2a-rasmda umumlashtiriladi.Qoplamani yaratish usuliga qarab, qoplamalar termal, kimyoviy, fizik va elektrokimyoviy toifalarga bo'linishi mumkin.
(a) asosiy sirt ishlab chiqarish usullarini ko'rsatadigan va (b) sovuq purkash usulining tanlangan afzalliklari va kamchiliklari.
Sovuq püskürtme texnologiyasi an'anaviy termal püskürtme texnikasi bilan juda ko'p umumiy xususiyatlarga ega.Shu bilan birga, sovuq püskürtme jarayonini va sovuq püskürtme materiallarini ayniqsa noyob qiladigan ba'zi asosiy asosiy xususiyatlar mavjud.Sovuq buzadigan amallar texnologiyasi hali boshlang'ich bosqichida, ammo uning kelajagi buyuk.Ba'zi hollarda sovuq püskürtmenin o'ziga xos xususiyatlari an'anaviy termal püskürtme texnikasining cheklovlarini bartaraf etib, katta foyda keltiradi.Bu an'anaviy termal püskürtme texnologiyasining muhim cheklovlarini engib chiqadi, bunda kukunni substratga joylashtirish uchun eritish kerak.Shubhasiz, bu an'anaviy qoplama jarayoni nanokristallar, nanopartikullar, amorf va metall oynalar40, 41, 42 kabi haroratga juda sezgir materiallar uchun mos emas. Bundan tashqari, termal buzadigan amallar qoplama materiallari har doim yuqori darajada porozlik va oksidlarga ega.Sovuq purkash texnologiyasi termal püskürtme texnologiyasiga nisbatan juda ko'p muhim afzalliklarga ega, masalan (i) substratga minimal issiqlik kiritish, (ii) substrat qoplamasini tanlashda moslashuvchanlik, (iii) faza o'zgarishi va donning o'sishi, (iv) yuqori yopishqoqlik kuchi1 .39 (2b-rasm).Bundan tashqari, sovuq buzadigan amallar qoplama materiallari yuqori korroziyaga chidamlilik, yuqori quvvat va qattiqlik, yuqori elektr o'tkazuvchanligi va yuqori zichlikka ega41.Sovuq püskürtme jarayonining afzalliklariga qaramasdan, bu usul hali ham 2b-rasmda ko'rsatilganidek, ba'zi kamchiliklarga ega.Al2O3, TiO2, ZrO2, WC va boshqalar kabi sof keramika kukunlarini qoplashda sovuq püskürtme usulini qo'llash mumkin emas.Boshqa tomondan, keramika / metall kompozit kukunlari qoplamalar uchun xom ashyo sifatida ishlatilishi mumkin.Xuddi shu narsa boshqa termal püskürtme usullari uchun ham amal qiladi.Qiyin yuzalar va quvurlarning ichki qismlari hali ham püskürtülmesi qiyin.
Ushbu ish metall shishasimon kukunlarni qoplamalar uchun boshlang'ich material sifatida ishlatishga qaratilganligini hisobga olsak, an'anaviy termal püskürtmeyi bu maqsadda qo'llash mumkin emasligi aniq.Buning sababi, metall shishasimon kukunlarning yuqori haroratda kristallanishi1.
Tibbiyot va oziq-ovqat sanoatida ishlatiladigan asboblarning aksariyati jarrohlik asboblarini ishlab chiqarish uchun xrom miqdori 12 dan 20 gacha bo'lgan ostenitik zanglamaydigan po'latdan qotishmalardan (SUS316 va SUS304) ishlab chiqariladi.Xrom metallni po'lat qotishmalarida qotishma element sifatida ishlatish standart po'lat qotishmalarining korroziyaga chidamliligini sezilarli darajada yaxshilashi odatda qabul qilinadi.Zanglamaydigan po'latdan yasalgan qotishmalar, ularning yuqori korroziyaga chidamliligiga qaramasdan, sezilarli mikroblarga qarshi xususiyatlarga ega emas38,39.Bu ularning yuqori korroziyaga chidamliligidan farq qiladi.Shundan so'ng, asosan zanglamaydigan po'latdan yasalgan biomateriallar yuzasida bakterial yopishish va kolonizatsiya tufayli yuzaga keladigan infektsiya va yallig'lanishning rivojlanishini taxmin qilish mumkin.Bakterial yopishqoqlik va biofilmni shakllantirish yo'llari bilan bog'liq bo'lgan sezilarli qiyinchiliklar tufayli jiddiy qiyinchiliklar paydo bo'lishi mumkin, bu esa sog'lig'ining yomonlashishiga olib kelishi mumkin, bu esa inson salomatligiga bevosita yoki bilvosita ta'sir ko'rsatadigan ko'plab oqibatlarga olib kelishi mumkin.
Ushbu tadqiqot Quvayt fanni rivojlantirish jamg'armasi (KFAS) tomonidan moliyalashtirilgan loyihaning birinchi bosqichidir, shartnoma №.2010-550401, MA texnologiyasidan foydalangan holda metall shishasimon Cu-Zr-Ni uchlik kukunlarini ishlab chiqarishning maqsadga muvofiqligini tekshirish (jadval).1) SUS304 antibakterial sirtni himoya qiluvchi plyonka / qoplama ishlab chiqarish uchun.Loyihaning 2023-yilning yanvar oyida boshlanishi rejalashtirilgan ikkinchi bosqichi tizimning galvanik korroziya xususiyatlari va mexanik xususiyatlarini batafsil o‘rganadi.Har xil turdagi bakteriyalar uchun batafsil mikrobiologik testlar o'tkaziladi.
Ushbu maqolada Zr qotishma tarkibining morfologik va strukturaviy xususiyatlarga asoslangan shisha hosil qilish qobiliyatiga (GFA) ta'siri muhokama qilinadi.Bundan tashqari, chang bo'yalgan metall shisha / SUS304 kompozitining antibakterial xususiyatlari ham muhokama qilindi.Bundan tashqari, ishlab chiqarilgan metall shisha tizimlarining o'ta sovutilgan suyuqlik hududida sovuq püskürtme paytida yuzaga keladigan metall shisha kukunlarini strukturaviy o'zgartirish imkoniyatini o'rganish bo'yicha doimiy ishlar olib borildi.Ushbu tadqiqotda namunaviy misol sifatida Cu50Zr30Ni20 va Cu50Zr20Ni30 metall shisha qotishmalari ishlatilgan.
Ushbu bo'limda kam energiyali sharli frezalashda elementar Cu, Zr va Ni kukunlaridagi morfologik o'zgarishlar keltirilgan.Tasviriy misol sifatida Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr40Ni10 dan iborat ikki xil tizim ishlatiladi.MA jarayonini uchta alohida bosqichga bo'lish mumkin, bu silliqlash bosqichida olingan kukunning metallografik tavsifidan dalolat beradi (3-rasm).
Mexanik qotishma (MA) kukunlari sharli silliqlashning turli bosqichlaridan so'ng olingan metallografik xarakteristikalar.3, 12 va 50 soat davomida past energiyali frezalashdan so'ng olingan MA va Cu50Zr40Ni10 kukunlarining maydon emissiya skanerlash elektron mikroskopiyasi (FE-SEM) tasvirlari Cu50Zr20Ni30 tizimi uchun (a), (c) va (e) da bir xil MA da ko'rsatilgan.Vaqtdan keyin olingan Cu50Zr40Ni10 tizimining mos keladigan tasvirlari (b), (d) va (f) da ko'rsatilgan.
Bilyali frezalash jarayonida metall kukuniga o'tkazilishi mumkin bo'lgan samarali kinetik energiya 1a-rasmda ko'rsatilganidek, parametrlarning kombinatsiyasidan ta'sirlanadi.Bunga sharlar va kukunlar o'rtasidagi to'qnashuvlar, silliqlash muhiti orasiga yoki o'rtasida tiqilib qolgan kukunning siljish bilan siqilishi, to'plarning tushishi ta'siri, shar tegirmonining harakatlanuvchi jismlari orasidagi changning tortilishidan kelib chiqadigan kesish va eskirish va yuklangan kultura orqali tarqaladigan tushgan sharlar orqali o'tadigan zarba to'lqini kiradi (1a-rasm). Elementarnye poroshki Cu, Zr i Ni byli silno deformirovany iz-za xolodnoy svarki na ranney stadii MA (3 ch), chto privelo k obrazovaniyu krupnyx chastits poroshka (> 1 mm v diametr). Elementar Cu, Zr va Ni kukunlari MA ning dastlabki bosqichida (3 soat) sovuq payvandlash tufayli qattiq deformatsiyaga uchradi, bu esa katta kukun zarralarini (diametri > 1 mm) hosil bo'lishiga olib keldi.Ushbu yirik kompozit zarralar shaklda ko'rsatilganidek, qotishma elementlarning (Cu, Zr, Ni) qalin qatlamlarini hosil qilish bilan tavsiflanadi.3a, b.MA vaqtini 12 soatgacha oshirish (oraliq bosqich) sharli tegirmonning kinetik energiyasini oshirishga olib keldi, bu esa kompozit kukunning kichikroq kukunlarga (200 mkm dan kam) parchalanishiga olib keldi, 3c-rasmda ko'rsatilganidek, shahar .Ushbu bosqichda qo'llaniladigan kesish kuchi 3c, d-rasmda ko'rsatilganidek, yupqa Cu, Zr, Ni ishora qatlamlari bilan yangi metall sirt hosil bo'lishiga olib keladi.Yoriqlar interfeysidagi qatlamlarning silliqlashi natijasida yangi fazalarning paydo bo'lishi bilan qattiq fazali reaktsiyalar sodir bo'ladi.
MA jarayonining eng yuqori cho'qqisida (50 soatdan keyin) parcha metallografiyasi deyarli sezilmadi (3e, f-rasm), kukunning sayqallangan yuzasida oyna metallografiyasi kuzatildi.Bu MA jarayoni tugallanganligini va yagona reaktsiya bosqichi yaratilganligini anglatadi.Shaklda ko'rsatilgan hududlarning elementar tarkibi.3e (I, II, III), f, v, vi) energiya dispersli rentgen spektroskopiyasi (EDS) bilan birgalikda dala emissiyasini skanerlash elektron mikroskopiyasi (FE-SEM) yordamida aniqlandi.(IV).
Jadvalda.Qotishtiruvchi elementlarning 2 ta element kontsentratsiyasi shaklda tanlangan har bir hududning umumiy massasiga foiz sifatida ko'rsatilgan.3e, f.Ushbu natijalarni 1-jadvalda keltirilgan Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr40Ni10 ning dastlabki nominal kompozitsiyalari bilan taqqoslash shuni ko'rsatadiki, bu ikki yakuniy mahsulotning kompozitsiyalari nominal kompozitsiyalarga juda yaqin.Bundan tashqari, 3e,f-rasmda keltirilgan mintaqalar uchun komponentlarning nisbiy qiymatlari har bir namunaning bir mintaqadan ikkinchisiga sezilarli darajada yomonlashishi yoki o'zgarishini ko'rsatmaydi.Bir hududdan ikkinchi hududga tarkibda o‘zgarish bo‘lmasligi ham shundan dalolat beradi.Bu 2-jadvalda ko'rsatilganidek, bir xil qotishma kukunlari ishlab chiqarishni ko'rsatadi.
Cu50 (Zr50-xNix) yakuniy mahsulot kukunining FE-SEM mikrografigi 4a-d-rasmda ko'rsatilganidek, 50 MA martadan keyin olingan, bu erda x mos ravishda 10, 20, 30 va 40 at.%.Ushbu silliqlash bosqichidan so'ng, 4-rasmda ko'rsatilgandek, van der Waals effekti tufayli kukun agregatlari hosil bo'ladi, bu esa diametri 73 dan 126 nm gacha bo'lgan o'ta nozik zarrachalardan tashkil topgan yirik agregatlarning hosil bo'lishiga olib keladi.
50 soatlik MA dan keyin olingan Cu50 (Zr50-xNix) kukunlarining morfologik xususiyatlari.Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 tizimlari uchun 50 MA dan keyin olingan kukunlarning FE-SEM tasvirlari mos ravishda (a), (b), (c) va (d) da ko'rsatilgan.
Kukunlarni sovuq purkagichga yuklashdan oldin ular avval analitik darajadagi etanolda 15 daqiqa davomida sonikatsiya qilindi va keyin 2 soat davomida 150 ° C da quritildi.Ko'pincha qoplama jarayonida ko'plab jiddiy muammolarni keltirib chiqaradigan aglomeratsiyaga qarshi muvaffaqiyatli kurashish uchun bu qadamni qo'yish kerak.MA jarayoni tugagandan so'ng, qotishma kukunlarining bir hilligini o'rganish uchun qo'shimcha tadqiqotlar o'tkazildi.Shaklda.5a-d, mos ravishda 50 soat M vaqtdan keyin olingan Cu50Zr30Ni20 qotishmasining Cu, Zr va Ni qotishma elementlarining FE-SEM mikrografiyalari va mos keladigan EDS tasvirlarini ko'rsatadi.Shuni ta'kidlash kerakki, bu bosqichdan so'ng olingan qotishma kukunlari bir hildir, chunki ular 5-rasmda ko'rsatilganidek, sub-nanometr darajasidan tashqarida hech qanday tarkib tebranishlarini ko'rsatmaydi.
FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) tomonidan 50 MA dan keyin olingan MG Cu50Zr30Ni20 kukunidagi elementlarning morfologiyasi va mahalliy taqsimoti.(a) (b) Cu-Ka, (c) Zr-La va (d) Ni-Ka ning SEM va rentgen EDS tasviri.
50 soatlik MA dan keyin olingan mexanik qotishma Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr20Ni30 kukunlarining rentgen nurlanishining diffraktsiya naqshlari shaklda ko'rsatilgan.mos ravishda 6a-d.Ushbu silliqlash bosqichidan so'ng, har xil Zr konsentratsiyasiga ega bo'lgan barcha namunalar 6-rasmda ko'rsatilgan xarakterli halo diffuziya naqshlari bilan amorf tuzilmalarga ega edi.
50 soat davomida MA dan keyin Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) va Cu50Zr20Ni30 (d) kukunlarining rentgen nurlari diffraktsiya naqshlari.Barcha namunalarda istisnosiz halo-diffuziya naqshi kuzatildi, bu amorf fazaning shakllanishini ko'rsatadi.
Strukturaviy o'zgarishlarni kuzatish va turli MA vaqtlarida to'pni frezalash natijasida hosil bo'lgan kukunlarning mahalliy tuzilishini tushunish uchun yuqori aniqlikdagi maydon emissiya uzatish elektron mikroskopi (FE-HRTEM) ishlatilgan.Cu50Zr30Ni20 va Cu50Zr40Ni10 kukunlarini maydalashning erta (6 soat) va oraliq (18 soat) bosqichlaridan keyin FE-HRTEM usuli bilan olingan kukunlarning tasvirlari 2-rasmda ko'rsatilgan.7a, mos ravishda.6 soat MA dan keyin olingan kukunning yorqin maydon tasviriga (BFI) ko'ra, kukun fcc-Cu, hcp-Zr va fcc-Ni elementlarning aniq belgilangan chegaralari bo'lgan yirik donalardan iborat bo'lib, 7a-rasmda ko'rsatilganidek, reaktsiya fazasining shakllanishi belgilari yo'q.Bundan tashqari, o'rta mintaqadan (a) olingan korrelyatsiya qilingan tanlangan maydon diffraktsiya naqshida (SADP) katta kristallitlar mavjudligini va reaktiv fazaning yo'qligini ko'rsatadigan keskin diffraktsiya naqshini (7b-rasm) aniqladi.
Erta (6 soat) va oraliq (18 soat) bosqichlardan keyin olingan MA kukunining mahalliy strukturaviy xususiyatlari.(a) 6 soat davomida MA bilan ishlov berishdan so'ng yuqori aniqlikdagi maydon emissiya uzatish elektron mikroskopiyasi (FE-HRTEM) va (b) Cu50Zr30Ni20 kukunining tegishli tanlangan maydon diffraktogrammasi (SADP).18 soatlik MA dan keyin olingan Cu50Zr40Ni10 ning FE-HRTEM tasviri (c) da ko'rsatilgan.
Shaklda ko'rsatilganidek.7c, MA davomiyligining 18 soatgacha oshishi plastik deformatsiya bilan birgalikda jiddiy panjara nuqsonlariga olib keldi.MA jarayonining ushbu oraliq bosqichida kukunda turli nuqsonlar, jumladan, stacking nuqsonlari, panjara nuqsonlari va nuqta nuqsonlari paydo bo'ladi (7-rasm).Bu nuqsonlar don chegaralari boʻylab yirik donalarning oʻlchami 20 nm dan kichik boʻlaklarga boʻlinishiga olib keladi (7c-rasm).
36 soat MA uchun maydalangan Cu50Z30Ni20 kukunining mahalliy tuzilishi 8a-rasmda ko'rsatilganidek, amorf yupqa matritsaga kiritilgan o'ta nozik nanodonchalarning hosil bo'lishi bilan tavsiflanadi.EMFning mahalliy tahlili shuni ko'rsatdiki, nanoklasterlar shaklda ko'rsatilgan.8a ishlov berilmagan Cu, Zr va Ni chang qotishmalari bilan bog'liq.Matritsadagi Cu miqdori ~32 at.% (yomon zona) dan ~74 at.% gacha (boy zona) o'zgarib turadi, bu heterojen mahsulotlarning hosil bo'lishini ko'rsatadi.Bundan tashqari, ushbu bosqichda frezalashdan keyin olingan kukunlarning mos keladigan SADPlari 8b-rasmda ko'rsatilganidek, ushbu ishlov berilmagan qotishma elementlar bilan bog'liq o'tkir nuqtalar bilan bir-biriga yopishgan asosiy va ikkilamchi halo-diffuziya amorf fazali halqalarni ko'rsatadi.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 kukunining nanomiqyosdagi mahalliy strukturaviy xususiyatlari.(a) Yorqin maydon tasviri (BFI) va mos keladigan (b) Cu50Zr30Ni20 kukunining SADP 36 soat MA uchun frezalashdan keyin olingan.
MA jarayonining oxiriga (50 soat), Cu50 (Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 va 40 at.% kukunlari, istisnosiz, shaklda ko'rsatilganidek, amorf fazaning labirint morfologiyasiga ega.Har bir kompozitsiyaning tegishli SADSlarida na nuqta diffraktsiyasi, na o'tkir halqa shaklini aniqlash mumkin emas edi.Bu ishlov berilmagan kristalli metallning yo'qligini, aksincha, amorf qotishma kukunining hosil bo'lishini ko'rsatadi.Halo diffuziya naqshlarini ko'rsatadigan ushbu korrelyatsiya qilingan SADPlar, shuningdek, yakuniy mahsulot materialida amorf fazalarning rivojlanishi uchun dalil sifatida ishlatilgan.
Cu50 MS tizimining yakuniy mahsulotining mahalliy tuzilishi (Zr50-xNix).50 soat MA dan keyin olingan (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 va (d) Cu50Zr10Ni40 ning FE-HRTEM va korrelyatsiya qilingan nanobeam diffraktsiya naqshlari (NBDP).
Differensial skanerlash kalorimetri yordamida Cu50(Zr50-xNix) amorf sistemasidagi Ni (x) ning tarkibiga qarab shisha o'tish harorati (Tg), o'ta sovutilgan suyuqlik hududi (DTx) va kristallanish harorati (Tx) ning termal barqarorligi o'rganildi.He gaz oqimidagi (DSC) xossalari.MA dan keyin 50 soat davomida olingan Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 va Cu50Zr10Ni40 amorf qotishmalarining DSC egri chiziqlari shaklda ko'rsatilgan.10a, b, e, mos ravishda.Amorf Cu50Zr20Ni30 ning DSC egri chizig'i 10-asrda alohida ko'rsatilgan bo'lsa, DSCda ~700°C gacha qizdirilgan Cu50Zr30Ni20 namunasi 10g-rasmda ko'rsatilgan.
50 soat davomida MA dan keyin olingan Cu50 (Zr50-xNix) MG kukunlarining termal barqarorligi shisha o'tish harorati (Tg), kristallanish harorati (Tx) va o'ta sovutilgan suyuqlik mintaqasi (DTx) bilan aniqlanadi.50 soat davomida MA dan keyin Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) va (e) Cu50Zr10Ni40 MG qotishma kukunlarining differentsial skanerlash kalorimetri (DSC) kukunlari termogramlari.DSCda ~700°C gacha qizdirilgan Cu50Zr30Ni20 namunasining rentgen nurlanishining diffraktsiya naqshi (XRD) (d) da ko'rsatilgan.
10-rasmda ko'rsatilganidek, har xil nikel konsentratsiyasi (x) bo'lgan barcha kompozitsiyalar uchun DSC egri chiziqlari ikkita turli holatni, biri endotermik va ikkinchisi ekzotermikni ko'rsatadi.Birinchi endotermik hodisa Tg ga mos keladi, ikkinchisi esa Tx bilan bog'liq.Tg va Tx o'rtasida mavjud bo'lgan gorizontal oraliq maydoni to'liq sovutilgan suyuqlik maydoni deb ataladi (DTx = Tx - Tg).Natijalar shuni ko'rsatadiki, 526 ° C va 612 ° C da joylashtirilgan Cu50Zr40Ni10 namunasining Tg va Tx (10a-rasm) tarkibi (x) ni 20% gacha, 482 ° C va 563 ° C past harorat tomoniga siljitadi.°C, 10b-rasmda ko'rsatilganidek, mos ravishda Ni miqdori ortib borayotgan (x).Binobarin, DTx Cu50Zr40Ni10 Cu50Zr30Ni20 uchun 86°S (10a-rasm) dan 81°S gacha kamayadi (10b-rasm).MC Cu50Zr40Ni10 qotishmasi uchun Tg, Tx va DTx qiymatlarining 447°S, 526°S va 79°S darajalariga tushishi ham kuzatildi (10b-rasm).Bu shuni ko'rsatadiki, Ni tarkibining oshishi MS qotishmasining termal barqarorligining pasayishiga olib keladi.Aksincha, MC Cu50Zr20Ni30 qotishmasining Tg (507 ° C) qiymati MC Cu50Zr40Ni10 qotishmasidan past;shunga qaramay, uning Tx u bilan taqqoslanadigan qiymatni ko'rsatadi (612 ° C).Shuning uchun, rasmda ko'rsatilganidek, DTx yuqori qiymatga ega (87 ° C).10-asr
Cu50(Zr50-xNix) MC tizimi Cu50Zr20Ni30 MC qotishmasidan misol sifatida foydalanib, keskin ekzotermik tepalik orqali fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 va ortorombik-ZrNi kristal fazalariga (ZrNi-Fig10) kristallanadi.Bu fazaning amorfdan kristallga o'tishi DSCda 700 °C ga qizdirilgan MG namunasining (10d-rasm) rentgen nurlari difraksion tahlili bilan tasdiqlangan.
Shaklda.11 joriy ishda amalga oshirilgan sovuq püskürtme jarayonida olingan fotosuratlarni ko'rsatadi.Ushbu tadqiqotda 50 soat davomida MA dan keyin sintez qilingan metall shishasimon kukun zarralari (misol sifatida Cu50Zr20Ni30 dan foydalangan holda) antibakterial xom ashyo sifatida ishlatilgan va zanglamaydigan po'latdan yasalgan plastinka (SUS304) sovuq buzadigan amallar bilan qoplangan.Sovuq purkash usuli termal buzadigan amallar texnologiyasi seriyasida qoplama uchun tanlangan, chunki u amorf va nanokristalli kukunlar kabi metall metastabil issiqlikka sezgir materiallar uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan termal püskürtme texnologiyasi seriyasidagi eng samarali usuldir.Fazaga bog'liq emas.o'tishlar.Bu usulni tanlashda asosiy omil hisoblanadi.Sovuq yotqizish jarayoni yuqori tezlikli zarrachalar yordamida amalga oshiriladi, ular zarrachalarning kinetik energiyasini plastik deformatsiyaga, deformatsiyaga va substratga yoki ilgari yotqizilgan zarrachalarga ta'sir qilganda issiqlikka aylantiradi.
Dala fotosuratlari MG/SUS 304 ning 550°C da ketma-ket beshta tayyorlash uchun sovuq purkash usulini ko'rsatadi.
Zarrachalarning kinetik energiyasi, shuningdek, har bir zarrachaning qoplama hosil bo'lishidagi impulsi plastik deformatsiyalar (matritsadagi birlamchi zarralar va zarralararo o'zaro ta'sirlar va zarrachalarning o'zaro ta'siri), qattiq jismlarning interstitsial tugunlari, zarralar orasidagi aylanish va barcha energiyaning qo'shilib ketishi, issiqlikning deformatsiyasi39 kabi mexanizmlar orqali energiyaning boshqa shakllariga aylanishi kerak. issiqlik energiyasiga va deformatsiya energiyasiga aylanadi, natijada elastik to'qnashuv bo'ladi, ya'ni zarrachalar zarbadan keyin shunchaki sakrab tushadi.Ta'kidlanganidek, zarracha/substrat materialiga qo'llaniladigan ta'sir energiyasining 90% mahalliy issiqlik 40 ga aylanadi.Bunga qo'shimcha ravishda, zarba kuchlanishi qo'llanilganda, zarrachalar/substrat aloqa hududida juda qisqa vaqt ichida yuqori plastik kuchlanish tezligiga erishiladi41,42.
Plastmassa deformatsiyasi odatda energiyani yo'qotish jarayoni, to'g'rirog'i, fazalararo mintaqada issiqlik manbai sifatida qaraladi.Biroq, interfasial mintaqada haroratning oshishi odatda fazalararo erishning paydo bo'lishi yoki atomlarning o'zaro tarqalishini sezilarli darajada rag'batlantirish uchun etarli emas.Mualliflarga ma'lum bo'lgan hech bir nashr bu metall shishasimon kukunlarning xususiyatlarining sovuq purkash texnikasidan foydalanganda yuzaga keladigan chang yopishishi va cho'kishiga ta'sirini o'rganmagan.
MG Cu50Zr20Ni30 qotishma kukunining BFI ni SUS 304 substratiga yotqizilgan 12a-rasmda ko'rish mumkin (11, 12b-rasm).Rasmdan ko'rinib turibdiki, qoplangan kukunlar o'zlarining asl amorf tuzilishini saqlab qoladilar, chunki ular hech qanday kristalli xususiyatlar yoki panjara nuqsonlarisiz nozik labirint tuzilishiga ega.Boshqa tomondan, rasm begona faza mavjudligini ko'rsatadi, bu MG bilan qoplangan kukunli matritsaga kiritilgan nanozarralar tomonidan tasdiqlanadi (12a-rasm).Shakl 12c I mintaqasi bilan bog'liq indekslangan nanobeam diffraktsiya naqshini (NBDP) ko'rsatadi (12a-rasm).Shaklda ko'rsatilganidek.12c, NBDP amorf strukturaning zaif halo-diffuziya naqshini namoyish etadi va kristalli katta kubik metastabil Zr2Ni fazaga va tetragonal CuO fazasiga mos keladigan o'tkir dog'lar bilan birga mavjud.CuO ning hosil bo'lishini purkagich tabancasining nozulidan SUS 304 ga ochiq havoda tovushdan tez oqimda harakatlanayotganda kukunning oksidlanishi bilan izohlash mumkin.Boshqa tomondan, metall shishasimon kukunlarning devitrifikatsiyasi 550 ° C da 30 daqiqa davomida sovuq püskürtme bilan ishlov berishdan so'ng katta kubik fazalarning shakllanishiga olib keldi.
(a) (b) SUS 304 substratiga yotqizilgan MG kukunining FE-HRTEM tasviri (qo'shimcha rasm).(a) da ko'rsatilgan dumaloq belgining NBDP indeksi (c) da ko'rsatilgan.
Katta kubikli Zr2Ni nanozarralarini hosil qilishning ushbu potentsial mexanizmini sinab ko'rish uchun mustaqil tajriba o'tkazildi.Ushbu tajribada kukunlar SUS 304 substrati yo'nalishi bo'yicha 550 ° C da atomizatordan püskürtülür;ammo, tavlanish effektini aniqlash uchun kukunlar SUS304 tasmasidan imkon qadar tezroq (taxminan 60 s) olib tashlandi.).Yana bir qator tajribalar o'tkazildi, unda kukun qo'llanilgandan keyin taxminan 180 soniyadan keyin substratdan olib tashlandi.
Shakllar 13a, b SUS 304 substratlarida mos ravishda 60 s va 180 s davomida yotqizilgan ikkita purkalgan materialning Skanerli Transmissiya Elektron Mikroskopiyasi (STEM) qorong'u maydon (DFI) tasvirlarini ko'rsatadi.60 soniya davomida yotqizilgan chang tasvirida morfologik tafsilotlar yo'q, xususiyatsizlikni ko'rsatadi (13a-rasm).Bu, shuningdek, XRD tomonidan tasdiqlangan, bu kukunlarning umumiy tuzilishi amorf ekanligini ko'rsatdi, bu 14a-rasmda ko'rsatilgan keng birlamchi va ikkilamchi diffraktsiya cho'qqilari bilan ko'rsatilgan.Bu metastabil/mezofazli cho'kmalarning yo'qligini ko'rsatadi, bunda kukun o'zining asl amorf tuzilishini saqlab qoladi.Bundan farqli o'laroq, bir xil haroratda (550 ° C) yotqizilgan, lekin 180 soniya davomida substratda qoldirilgan kukun 13b-rasmdagi strelkalar bilan ko'rsatilganidek, nano o'lchamdagi donalarning cho'kishini ko'rsatdi.