Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi CSS-ni cheklangan darajada qo‘llab-quvvatlaydi. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o‘chirib qo‘ying). Ayni paytda qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScript-larsiz ko‘rsatamiz.
Surunkali infektsiyalarning rivojlanishida biofilmlar, ayniqsa, tibbiy asboblar ishtirok etganda, bu muammo tibbiyot hamjamiyatiga katta muammo tug'diradi, chunki standart antibiotiklar faqat juda cheklangan darajada bioplyonkalarni yo'q qila oladi. Bioplyonka hosil bo'lishining oldini olish turli qoplama usullari va yangi materiallarni ishlab chiqishga olib keldi. Bu usullar yuzalarni, ayniqsa, barcha bio-metalik kopper va shisha hosil bo'lishini inhibe qiladigan tarzda qoplashga qaratilgan. , ideal mikroblarga qarshi qoplamalar sifatida paydo bo'ldi. Shu bilan birga, sovuq püskürtme texnologiyasidan foydalanish haroratga sezgir materiallarni qayta ishlash uchun mos usul bo'lganligi sababli ko'paydi. Ushbu tadqiqotning bir qismi mexanik qotishma usullaridan foydalangan holda Cu-Zr-Ni dan iborat yangi antibakterial plyonkali metall shishani ishlab chiqish edi. s past haroratlarda.Metalik 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 o‘ziga xos talablariga javob beradigan yangi materiallarni ishlab chiqish va joriy etishni rag‘batlantirishga muvaffaq bo‘ldi, bu esa globallashgan iqtisodiyotda unumdorlik va reytingning yaxshilanishiga olib keldi1. Bu har doim insonning sog‘liqni saqlash, ta’lim, sanoat, iqtisod, madaniyat va boshqa mintaqadan boshqa mintaqadagi yutuqlarga erishish uchun materiallar va ishlab chiqarish uskunalari va dizaynlarini ishlab chiqish va tavsiflash qobiliyati bilan bog‘liq bo‘lgan.2 60 yil davomida materialshunoslar oʻzlarining koʻp vaqtlarini bir asosiy masalaga qaratishdi: yangi va zamonaviy materiallarga intilish.Oxirgi izlanishlar mavjud materiallarning sifati va ish faoliyatini yaxshilashga, shuningdek, butunlay yangi turdagi materiallarni sintez qilish va ixtiro qilishga qaratilgan.
Qotishtiruvchi elementlarning qo'shilishi, materialning mikro tuzilishini o'zgartirish va issiqlik, mexanik yoki termo-mexanik ishlov berish usullarini qo'llash turli xil materiallarning mexanik, kimyoviy va fizik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilashga olib keldi. Bundan tashqari, shu paytgacha eshitilmagan birikmalar muvaffaqiyatli sintez qilindi. anokristallar, nanozarrachalar, nanotubalar, kvant nuqtalari, nol o'lchovli, amorf metall oynalar va yuqori entropiyali qotishmalar o'tgan asrning o'rtalaridan beri dunyoga kiritilgan ilg'or materiallarning bir nechta namunasidir. Yuqori xususiyatlarga ega yangi qotishmalarni ishlab chiqarish va ishlab chiqishda, ko'pincha ishlab chiqarishning yakuniy bosqichida yoki ishlab chiqarishdan tashqarida muammolar paydo bo'ladi. Muvozanatdan sezilarli darajada og'ish uchun yangi ishlab chiqarish usullarini qo'llash natijasida metall oynalar deb nomlanuvchi metastabil qotishmalarning butunlay yangi sinfi kashf qilindi.
Uning 1960 yilda Kaltekdagi ishi sekundiga deyarli million daraja tezlikda suyuqliklarni tez qotib, shishasimon Au-25 at.% Si qotishmalarini sintez qilganda metall qotishmalari tushunchasida inqilob olib keldi. MG qotishmalarini sintez qilish bo'yicha eng birinchi kashshof tadqiqotlar, deyarli barcha metall oynalar to'liq quyidagi usullardan biri yordamida ishlab chiqarilgan;(i) eritma yoki bug'ning tez qotib qolishi, (ii) panjaraning atomik buzilishi, (iii) sof metall elementlar orasidagi qattiq holatdagi amorfizatsiya reaktsiyalari va (iv) metastabil fazalarning qattiq holatga o'tishi.
MGlar kristallar bilan bog'liq bo'lgan uzoq masofali atom tartibining yo'qligi bilan ajralib turadi, bu kristallarning o'ziga xos xususiyati hisoblanadi. Hozirgi dunyoda metall shisha sohasida katta yutuqlarga erishildi. Ular qiziqarli xususiyatlarga ega yangi materiallar bo'lib, ular nafaqat qattiq jismlar fizikasida, balki metallurgiyada, shuningdek, metallurgiyada, sirt kimyosida va boshqa ko'plab sohalarda ham qiziqish uyg'otadi. qattiq metallar, bu uni turli sohalarda texnologik ilovalar uchun qiziqarli nomzod qilish. 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 boʻlib, birinchi marta 19839 yilda professor CC Kok va uning hamkasblari tomonidan kiritilgan. Ular xona haroratiga juda yaqin atrof-muhit haroratida sof elementlar aralashmasini maydalash yoʻli bilan amorf Ni60Nb40 kukunlarini tayyorladilar.Odatda, MA reaksiyasi odatda zanglamaydigan po'latdan yasalgan reaktordagi reaktiv material kukunlarini diffuziyali ulash o'rtasida amalga oshiriladi 10-rasm (1a, b). O'shandan beri bu mexanik induktsiyalangan qattiq holat reaktsiyasi texnikasi yangi amorf / metallli shisha qotishmalari, shuningdek, past energiyali shisha qotishma kukunlari11, shuningdek, yuqori energiyali tegirmonlarni tayyorlash uchun ishlatilgan. 1,12,13,14,15 , 16. Xususan, bu usul Cu-Ta17 kabi bir-biriga aralashmaydigan tizimlarni, shuningdek, Al-o'tish metall tizimlari (TM; Zr, Hf, Nb va Ta)18,19 va Fe-W20 kabi yuqori erish nuqtasi qotishmalarini tayyorlashda qo'llanilgan. metall oksidlari, karbidlari, nitridlari, gidridlari, uglerod nanotubalari, nanoolmoslarning sanoat miqyosidagi nanokristalli va nanokompozit kukun zarralarini tayyorlash, shuningdek, yuqoridan pastga yondashuv 1 va metastabil bosqichlar orqali keng barqarorlashtirish.
Ushbu tadqiqotda Cu50(Zr50−xNix) metall shisha (MG) qoplamasini/SUS 304 ni tayyorlashda qoʻllaniladigan ishlab chiqarish usulini koʻrsatuvchi sxema. (a) Turli Ni konsentrasiyalari x (x; 10, 20, 30 va 40 at.%) boʻlgan MG qotishma kukunlarini kam energiyali sharni frezalash texnikasidan foydalangan holda tayyorlash. He atmosferasi bilan to'ldirilgan qo'lqop qutisiga muhrlangan. (c) silliqlash paytida sharning harakatini tasvirlaydigan silliqlash idishining shaffof modeli. 50 soatdan keyin olingan kukunning yakuniy mahsuloti SUS 304 substratini sovuq püskürtme usuli (d) yordamida qoplash uchun ishlatilgan.
Ommaviy material sirtlari (substratlar) haqida gap ketganda, sirt muhandisligi asl quyma materialda mavjud bo'lmagan ma'lum fizik, kimyoviy va texnik fazilatlarni ta'minlash uchun sirtlarni (substratlarni) loyihalash va o'zgartirishni o'z ichiga oladi. Yuzaki ishlov berish orqali samarali ravishda yaxshilanishi mumkin bo'lgan ba'zi xususiyatlar aşınmaya qarshilik, oksidlanish va korroziyaga chidamlilik, ishqalanish koeffitsienti, bio-inertlik, e'tiborga loyiq xususiyatlar, e'tiborga loyiq xususiyatlar va boshqalarni o'z ichiga oladi. metallurgiya, mexanik yoki kimyoviy usullardan foydalangan holda takomillashtirilishi mumkin. Ma'lum jarayon sifatida, qoplama oddiygina boshqa materialdan tayyorlangan quyma ob'ekt (substrat) yuzasiga sun'iy ravishda yotqizilgan materialning bir yoki bir nechta qatlamlari sifatida ta'riflanadi. Shunday qilib, qoplamalar qisman istalgan texnik yoki dekorativ xususiyatlarga erishish uchun, shuningdek materiallarni kutilayotgan kimyoviy muhit va o'zaro ta'sirlardan himoya qilish uchun ishlatiladi23.
Qalinligi bir necha mikrometrdan (10-20 mikrometrdan past) 30 mikrometrgacha yoki hatto bir necha millimetrgacha bo'lgan mos sirt himoya qatlamlarini joylashtirish uchun ko'plab usullar va usullarni qo'llash mumkin. Umuman olganda, qoplama jarayonlarini ikki toifaga bo'lish mumkin: (i) ho'l qoplama usullari, shu jumladan elektrokaplama, elektrsiz qoplama va issiq suv bilan qoplash usullari, quruq galvanik qoplama usullari, , fizik bug 'birikishi (PVD), kimyoviy bug'larning cho'kishi (CVD), termal püskürtme 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 deb ta'riflanadi. Yuzaki etuk biofilm shakllanishi ko'plab sanoat tarmoqlarida, jumladan oziq-ovqat sanoati, suv tizimlari va sog'liqni saqlash muhitida sezilarli yo'qotishlarga olib kelishi mumkin. lokokklar) davolash qiyin. Bundan tashqari, etuk bioplyonkalar planktonik bakteriya hujayralariga nisbatan antibiotiklar bilan davolashga 1000 baravar ko'proq chidamli ekanligi xabar qilingan, bu katta terapevtik muammo hisoblanadi. An'anaviy organik birikmalardan olingan antimikrobiyal sirt qoplama materiallari tarixan qo'llanilgan. Garchi bunday materiallar ko'pincha zaharli moddalarni o'z ichiga olgan bo'lsa-da, insonga zaharli moddalarni o'tkazish xavfi2625 bo'lishi mumkin. halokat.
Bakteriyalarning biofilm hosil bo'lishi tufayli antibiotiklarni davolashga keng tarqalgan qarshiligi xavfsiz qo'llanilishi mumkin bo'lgan samarali mikroblarga qarshi membrana bilan qoplangan sirtni ishlab chiqish zaruriyatini keltirib chiqardi27. Bakteriya hujayralarining yopishishi tufayli bioplyonkalarni bog'lash va qurishga to'sqinlik qiladigan fizik yoki kimyoviy piyodalarga chidamli sirtni ishlab chiqish bu jarayondagi birinchi yondashuv bo'lib, bu jarayonda birinchi yondashuv bo'lib, ular koselatsiyaga qarshi kimyoviy texnologiyani ishlab chiqishga imkon beradi27. Yuqori konsentrlangan va moslashtirilgan miqdorda kerak. Bunga bakteriyalarga chidamli grafen/germaniy28, qora olmos29 va ZnO qo‘shilgan olmosga o‘xshash uglerod qoplamalari30 kabi noyob qoplama materiallarini ishlab chiqish orqali erishiladi, bu texnologiya zaharlilikni va bioplyonka hosil bo‘lishidan kelib chiqadigan qarshilikni oshirish imkonini beradi, bu esa uzoq vaqt davomida ko‘p miqdordagi kimyoviy moddalarning ko‘pligini sezilarli darajada kamaytiradi. Bakterial kontaminatsiyadan - muddatli himoya qilish tobora ommalashib bormoqda. Garchi uchta protsedura ham qoplangan yuzalarga mikroblarga qarshi ta'sir ko'rsatishga qodir bo'lsa-da, ularning har biri qo'llash strategiyasini ishlab chiqishda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan o'ziga xos cheklovlarga ega.
Hozirgi vaqtda bozorda mavjud bo'lgan mahsulotlarga biologik faol moddalar uchun himoya qoplamalarini tahlil qilish va sinovdan o'tkazish uchun vaqt yetarli emas. Kompaniyalar o'z mahsulotlari foydalanuvchilarga kerakli funktsional jihatlarni taqdim etishini da'vo qilmoqda;ammo bu bozorda mavjud mahsulotlar muvaffaqiyatiga to'sqinlik qilmoqda. Kumushdan olingan aralashmalar hozirda iste'molchilarga taqdim etilayotgan mikroblarga qarshi davolash usullarining aksariyatida qo'llaniladi. Bu mahsulotlar foydalanuvchilarni mikroorganizmlarning potentsial xavfli ta'siridan himoya qilish uchun ishlab chiqilgan. Mikroblarga qarshi ta'sirning kechikishi va kumush birikmalarining toksikligi global miqyosda mikroorganizmlarga qarshi muqobil bosimni oshiradi36. Ichkarida va tashqarisida ishlaydigan bial qoplama hali ham qiyin vazifa bo'lib qolmoqda. Bu sog'liq va xavfsizlikka bog'liq xavflar bilan bog'liq. Odamlar uchun kamroq zararli bo'lgan antimikrobiyal agentni topish va uni uzoqroq saqlash muddati bilan qoplama substratlariga qanday kiritish kerakligini aniqlash juda izlanuvchan va bakteriyaga qarshi to'g'ridan-to'g'ri antimikrobiyal vositalar yordamida eng so'nggi maqsadli diapazondir38. aloqa qilish yoki faol agent chiqarilgandan so'ng.Ular buni boshlang'ich bakterial yopishishini inhibe qilish (shu jumladan, sirtda oqsil qatlamining shakllanishiga qarshi) yoki hujayra devoriga aralashish orqali bakteriyalarni o'ldirish orqali amalga oshirishi mumkin.
Asosan, sirt qoplamasi sirt bilan bog'liq sifatlarni yaxshilash uchun komponent yuzasiga boshqa qatlam qo'yish jarayonidir. Sirt qoplamasining maqsadi komponentning sirtga yaqin hududining mikro tuzilishi va/yoki tarkibini moslashtirishdir39. Sirtni qoplash usullarini turli usullarga bo'lish mumkin, ular 2a-rasmda umumlashtirilgan holda kimyoviy, elektrokimyoviy va fizikaviy toifalarga bo'linishi mumkin. qoplamani yaratish uchun ishlatiladigan usul.
(a) sirt uchun ishlatiladigan asosiy ishlab chiqarish usullarini ko'rsatadigan va (b) sovuq püskürtme texnikasining tanlangan afzalliklari va kamchiliklari.
Sovuq püskürtme texnologiyasi an'anaviy termal püskürtme usullari bilan juda ko'p o'xshashliklarga ega. Biroq, sovuq püskürtme jarayoni va sovuq purkagich materiallarini ayniqsa noyob qiladigan ba'zi asosiy fundamental xususiyatlar ham mavjud. Sovuq püskürtme texnologiyasi hali boshlang'ich bosqichida, lekin yorqin kelajakka ega. Ba'zi ilovalarda sovuq purkagichning o'ziga xos xususiyatlari katta afzalliklarni beradi. uning davomida substratga cho'kish uchun kukun eritilishi kerak. Shubhasiz, bu an'anaviy qoplama jarayoni nanokristallar, nanozarralar, amorf va metall shishalar40, 41, 42 kabi haroratga juda sezgir materiallar uchun mos emas. Bundan tashqari, termal purkagich qoplama materiallari har doim ko'plab oksidlanish texnologiyasiga nisbatan sezilarli afzalliklarga ega. (i) substratga minimal issiqlik kiritish, (ii) substrat qoplamasini tanlashda moslashuvchanlik, (iii) fazali o'zgarishlar va don o'sishining yo'qligi, (iv) yuqori bog'lanish kuchi1,39 (1-rasm).2b).Bundan tashqari, sovuq buzadigan amallar qoplama materiallari yuqori korroziyaga chidamliligi, yuqori mustahkamligi va qattiqligi, yuqori elektr o'tkazuvchanligi va yuqori zichlikka ega41. Sovuq purkash jarayonining afzalliklaridan farqli o'laroq, 2b-rasmda ko'rsatilganidek, bu texnikani qo'llashda hali ham ba'zi kamchiliklar mavjud. boshqa tomondan, keramika/metall kompozit kukunlari qoplamalar uchun xom ashyo sifatida ishlatilishi mumkin. Xuddi shu narsa boshqa termal püskürtme usullari uchun ham amal qiladi.Murakkab yuzalar va ichki quvur sirtlari hali ham purkash qiyin.
Hozirgi ish metall shishasimon kukunlarni xom-ashyo qoplama materiallari sifatida ishlatishga qaratilganligini hisobga olsak, bu maqsadda an'anaviy termik purkashni qo'llash mumkin emasligi aniq.Buning sababi shundaki, metall shishasimon kukunlar yuqori haroratlarda kristallanadi1.
Tibbiyot va oziq-ovqat sanoatida qo'llaniladigan asboblarning aksariyati jarrohlik asboblarini ishlab chiqarish uchun og'irligi 12 dan 20% gacha bo'lgan xromli ostenitik zanglamaydigan po'latdan yasalgan qotishmalardan (SUS316 va SUS304) ishlab chiqariladi. Umuman olganda, xrom metallidan qotishma element sifatida foydalanish po'lat qotishmalarining barcha standart qotishmalariga chidamliligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. ularning yuqori korroziyaga chidamliligi, sezilarli mikroblarga qarshi xususiyatlarga ega emas38,39. Bu ularning yuqori korroziyaga chidamliligidan farq qiladi. Shundan so'ng, infektsiya va yallig'lanishning rivojlanishini taxmin qilish mumkin, bu asosan zanglamaydigan po'latdan yasalgan biomateriallar yuzasida bakterial yopishqoqlik va kolonizatsiya tufayli yuzaga keladi. inson salomatligiga bevosita yoki bilvosita ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan ko'plab oqibatlarga olib kelishi mumkin bo'lgan sog'lig'ining yomonlashishiga.
Ushbu tadqiqot Quvayt Fanni Rivojlantirish Jamg'armasi (KFAS) tomonidan moliyalashtirilgan loyihaning birinchi bosqichi bo'lib, 2010-550401-sonli shartnoma bo'lib, MA texnologiyasidan foydalangan holda metall shishasimon Cu-Zr-Ni uchlik kukunlarini ishlab chiqarish imkoniyatini o'rganish (1-jadval) antibakterial plyonka ishlab chiqarishni o'rganishdir. 3, tizimning elektrokimyoviy korroziya xususiyatlarini va mexanik xususiyatlarini batafsil ko'rib chiqadi.Turli bakteriya turlari uchun batafsil mikrobiologik testlar o'tkaziladi.
Ushbu maqolada Zr qotishma elementi tarkibining shisha hosil qilish qobiliyatiga (GFA) ta'siri morfologik va strukturaviy xususiyatlar asosida muhokama qilinadi. Bundan tashqari, qoplangan metall shisha kukunli qoplamaning antibakterial xususiyatlari ham ko'rib chiqildi. Bundan tashqari, joriy ishlar metallolli shishaning suyuq shpilli spiralli spiral mintaqasida sovuq kukunli spirali o'zgarishi jarayonida yuzaga kelishi mumkinligini tadqiq qilish uchun olib borildi. Ishlab chiqarilgan metall shisha tizimlarining namunalari. Ushbu tadqiqotda misol sifatida Cu50Zr30Ni20 va Cu50Zr20Ni30 metall shisha qotishmalaridan foydalanilgan.
Ushbu bo'limda kam energiyali sharli frezalashda elementar Cu, Zr va Ni kukunlarining morfologik o'zgarishlari keltirilgan. Tasviriy misol sifatida Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr40Ni10 dan iborat ikki xil tizim vakillik misollar sifatida ishlatiladi. MA jarayonini uchta alohida bosqichga bo'lish mumkin, bu metallurgiya xarakteristikasini ishlab chiqarish bosqichida ko'rsatilgan.
Mexanik qotishma (MA) kukunlarining sharni frezalash vaqtining turli bosqichlarida olingan metallografik xarakteristikalari. 3, 12 va 50 soatlik past energiyali sharli frezalash vaqtlaridan so'ng olingan MA va Cu50Zr40Ni10 kukunlarining maydon emissiyasi skanerlash elektron mikroskopiyasi (FE-SEM) tasvirlari Cupon3 tizimida Cupon3 va (a), (c) va (e) da ko'rsatilgan. Vaqtdan keyin olingan 50Zr40Ni10 tizimi (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 vositalari o'rtasida yoki o'rtasida yopishib qolgan kukunning siqilgan qirqishi, tushayotgan sharlarning ta'siri, kesish va changning to'lqinli frezalash vositalaridan o'tishi natijasida aşınma. 1a).Elementar Cu, Zr va Ni kukunlari MA ning dastlabki bosqichida (3 soat) sovuq payvandlash tufayli qattiq deformatsiyaga uchradi, natijada katta chang zarralari (diametri > 1 mm) paydo bo'ldi. Bu yirik kompozit zarralar qotishma elementlarning (Cu, Zr, Ni) qalin qatlamlarini hosil qilish bilan tavsiflanadi. sharli tegirmonning kinetik energiyasining oshishi, natijada kompozit kukunning mayda kukunlarga (200 mkm dan kam) parchalanishi 3c,d-rasmda ko'rsatilganidek.Bu bosqichda qo'llaniladigan kesish kuchi nozik Cu, Zr, Ni ishora qatlamlari bo'lgan yangi metall sirtining shakllanishiga olib keladi, rasmda ko'rsatilganidek. yangi bosqichlarni yaratish.
MA jarayonining eng yuqori cho'qqisida (50 soatdan keyin) loyqalangan metallografiya faqat zaif ko'rinardi (3e,f-rasm), lekin kukunning sayqallangan yuzasi oyna metallografiyasini ko'rsatdi.Bu MA jarayoni tugallanganligini va yagona reaktsiya fazasini yaratish sodir bo'lganligini bildiradi.II, 3e-rasmda indekslangan hududlarning elementar tarkibi, e, mikroskopik skanerlash (I, vipy) yordamida mikroskopik mikroskopi yordamida aniqlandi (I, vipy) mikroskopi yordamida. (FE-SEM) energiya dispersiv rentgen spektroskopiyasi (EDS) (IV) bilan birgalikda.
2-jadvalda qotishma elementlarning elementar kontsentratsiyasi 3e,f-rasmda tanlangan har bir mintaqaning umumiy og'irligiga foiz sifatida ko'rsatilgan. Ushbu natijalarni 1-jadvalda keltirilgan Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr40Ni10 ning boshlang'ich nominal kompozitsiyalari bilan solishtirganda, ushbu ikkita mahsulotning yakuniy qiymati F tarkibiga nisbatan juda o'xshashligini ko'rish mumkin. 3e,f-rasmda sanab o'tilgan hududlar uchun har bir namuna tarkibining bir mintaqadan ikkinchisiga sezilarli darajada yomonlashishi yoki tebranishini anglatmaydi.Bu bir mintaqadan ikkinchisiga tarkibida hech qanday o'zgarish yo'qligidan dalolat beradi.Bu 2-jadvalda ko'rsatilganidek, bir hil qotishma kukunlari ishlab chiqarishga ishora qiladi.
Yakuniy mahsulot Cu50(Zr50−xNix) 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.%. Bu frezalash bosqichidan so'ng kukun agregatlari katta diametrli zarrachalar hosil bo'lishi natijasida van der Waals ta'siridan iborat. 4-rasmda ko'rsatilganidek, 73 dan 126 nm gacha.
50 soat MA vaqtdan keyin olingan Cu50(Zr50−xNix) kukunlarining morfologik xarakteristikalari. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 tizimlari uchun kukunlarning FE-SEM tasvirlari (5 martadan keyin olingan) va (5 marta ko'rsatilgan) b).
Kukunlarni sovuq purkagichga yuklashdan oldin, ular avval analitik turdagi etanolda 15 daqiqa davomida sonikatsiyalangan va keyin 2 soat davomida 150 ° C da quritilgan. Bu qadam butun qoplama jarayonida ko'pincha ko'plab muhim muammolarni keltirib chiqaradigan aglomeratsiyaga qarshi muvaffaqiyatli kurashish uchun bajarilishi kerak. MA jarayoni tugallangandan so'ng, barcha homogenlik kukunlari uchun qo'shimcha investitsiyalar amalga oshirildi. –d FE-SEM mikrografigi va mos ravishda 50 soat M vaqtdan keyin olingan Cu50Zr30Ni20 qotishmasining Cu, Zr va Ni qotishma elementlarining tegishli EDS tasvirlarini ko'rsatadi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu bosqichdan keyin hosil bo'lgan qotishma kukunlari bir hildir, chunki ular hech qanday tarkibiy tebranishlarni ko'rsatmaydi, 5-rasmda ko'rsatilgandek.
MG Cu50Zr30Ni20 kukunining morfologiyasi va mahalliy elementar taqsimoti FE-SEM / energiya dispersiv rentgen spektroskopiyasi (EDS) tomonidan 50 MA martadan keyin olingan. (a) (b) Cu-Ka, (c) Zr-La va (d) Ni-Ka tasvirlarining SEM va rentgen EDS xaritasi.
50 soat MA vaqtdan keyin olingan mexanik qotishma Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr20Ni30 kukunlarining XRD namunalari mos ravishda 6a-d-rasmda ko'rsatilgan. 6-rasmda ko'rsatilgan sion naqshlari.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 va (d) Cu50Zr20Ni30 kukunlari 50 soat MA vaqtdan keyin XRD namunalari. Istisnosiz barcha namunalar amorf fazasining halo diffuziya shaklini ko'rsatdi.
Dala emissiyasi yuqori aniqlikdagi transmissiya elektron mikroskopiyasi (FE-HRTEM) strukturaviy o'zgarishlarni kuzatish va turli MA vaqtlarida sharli frezalash natijasida hosil bo'lgan kukunlarning mahalliy tuzilishini tushunish uchun ishlatilgan. a,c, mos ravishda.MA​​ 6 soatdan keyin hosil bo‘lgan kukunning yorqin maydon tasviriga (BFI) ko‘ra, kukun fcc-Cu, hcp-Zr va fcc-Ni elementlarning aniq belgilangan chegaralariga ega bo‘lgan yirik donalardan iborat bo‘lib, reaksiya fazasi hosil bo‘lganligining belgisi yo‘q. (a) ning o'rta mintaqasida katta kristallitlar mavjudligini va reaktiv fazaning yo'qligini ko'rsatadigan cho'qqi diffraktsiya naqshini aniqladi (7b-rasm).
Erta (6 soat) va oraliq (18 soat) bosqichlardan so'ng olingan MA kukunining mahalliy strukturaviy tavsifi. (a) dala emissiyasi yuqori aniqlikdagi transmissiya elektron mikroskopiyasi (FE-HRTEM) va (b) Cu50Zr30Ni20 kukunining tegishli tanlangan maydoni diffraktsiya namunasi (SADP) 6 soat MAFE-20N0Z ga ishlov berilgandan so'ng, Cu50N0Z dan so'ng. 18 soatlik vaqt (c) da ko'rsatilgan.
7c-rasmda ko'rsatilganidek, MA davomiyligini 18 soatgacha uzaytirish natijasida plastik deformatsiya bilan birlashgan qattiq panjara nuqsonlari paydo bo'ldi.MA jarayonining ushbu oraliq bosqichida kukun turli nuqsonlarni, jumladan, stacking xatolarini, panjara nuqsonlarini va nuqta nuqsonlarini ko'rsatadi (7-rasm). 20 nm dan kam (7c-rasm).
36 soat MA vaqt davomida maydalangan Cu50Z30Ni20 kukunining mahalliy tuzilishi 8a-rasmda ko'rsatilganidek, amorf nozik matritsaga o'rnatilgan o'ta nozik nanodonchalarning hosil bo'lishiga ega. Mahalliy EDS tahlili shuni ko'rsatdiki, 8a-rasmda ko'rsatilgan nanoklasterlar qayta ishlanmagan Cu, Zr va Ni20 elementi tarkibidagi Cu, Zr va Ni2xt tarkibidagi barcha ma'lumotlarni bir xil vaqt bilan oqish bilan bog'liq. 32 at.% (oriq maydon) ~ 74 at.% (boy maydon), bu heterojen mahsulotlarning hosil bo'lishini ko'rsatadi. Bundan tashqari, bu bosqichda frezalashdan keyin olingan kukunlarning mos keladigan SADPlari amorf fazaning halo-diffuzli birlamchi va ikkilamchi halqalarini ko'rsatadi, bu xom ashyo bilan bog'liq o'tkir nuqtalar bilan bir-biriga yopishadi, qotishma elementi 8b da ko'rsatilgan.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 kukuni nanomiqyosli mahalliy strukturaviy xususiyatlar. (a) Yorqin maydon tasviri (BFI) va mos keladigan (b) Cu50Zr30Ni20 kukunining SADP 36 soat MA vaqt davomida frezalashdan keyin olingan.
MA jarayonining oxiriga yaqin (50 soat), Cu50 (Zr50−xNix), X;10, 20, 30 va 40 at.% kukunlari 9a-d-rasmda ko'rsatilganidek, har doim labirintsimon amorf faza morfologiyasiga ega. Har bir kompozitsiyaning mos keladigan SADPida nuqtaga o'xshash difraksiyalarni ham, o'tkir halqasimon naqshlarni ham aniqlash mumkin emas. Bu shuni ko'rsatadiki, hech qanday metall chiziqli jarayon yo'q, lekin hech qanday noaniq shaklda bo'ladi. Yakuniy mahsulot materialida amorf fazalarning rivojlanishi uchun dalil sifatida halo diffuziya naqshlarini ko'rsatadigan o'zaro bog'liq SADPlar ham ishlatilgan.
MG Cu50 (Zr50−xNix) tizimining yakuniy mahsulotining mahalliy tuzilishi.FE-HRTEM va (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30Z ning (c) Cu50Zr20Ni30 va dan keyin olingan (c) Cu50Zr20Ni30 va Cu150 ning korrelyatsiya qilingan nanobeam diffraktsiya naqshlari (NBDP) va.
Amorf Cu50(Zr50−xNix) tizimining Ni tarkibiga (x) funksiyasi sifatida shisha oʻtish harorati (Tg), toʻliq sovutilgan suyuqlik hududi (DTx) va kristallanish harorati (Tx) ning termal barqarorligi He gaz oqimining Cu140N, Cu140N, Cu150N ning differensial skanerlash kalorimetri yordamida oʻrganildi. 50 soat MA vaqtdan so'ng olingan Ni20 va Cu50Zr10Ni40 amorf qotishma kukunlari mos ravishda 10a, b, e-rasmda ko'rsatilgan. Amorf Cu50Zr20Ni30 ning DSC egri chizig'i 10c-rasmda alohida ko'rsatilgan. Shu bilan birga, Cu50Zr20Ni30 ning DSC egri chizig'i alohida ko'rsatilgan. 10d-rasmda.
50 soat MA vaqtdan keyin olingan Cu50(Zr50−xNix) MG kukunlarining termal barqarorligi, shisha o'tish harorati (Tg), kristallanish harorati (Tx) va to'liq sovutilgan suyuqlik mintaqasi (DTx) bilan indekslanadi. (c) Cu50Zr20Ni30 va (e) Cu50Zr10Ni40 MG qotishma kukunlari 50 soat MA vaqtdan keyin. DSCda ~700 °C gacha qizdirilgan Cu50Zr30Ni20 namunasining rentgen nurlanishining (XRD) namunasi (d) da ko'rsatilgan.
10-rasmda ko'rsatilganidek, har xil Ni kontsentratsiyasi (x) bo'lgan barcha kompozitsiyalarning DSC egri chiziqlari ikkita turli holatni ko'rsatadi, biri endotermik, ikkinchisi ekzotermik. Birinchi endotermik hodisa Tg ga to'g'ri keladi, ikkinchisi esa Tx bilan bog'liq. Tg va Tx o'rtasida mavjud bo'lgan gorizontal oraliq hududi to'g'ridan-to'g'ri sovutilgan suyuqlik hududi deb ataladi (Tx = Tx0 ning Tx0 natijalarini ko'rsatadi). 526 ° C va 612 ° C da joylashtirilgan Ni10 namunasi (10a-rasm), 10b-rasmda ko'rsatilganidek, tarkibni (x) 20 at.% ga 482 ° C va 563 ° C past harorat tomoniga, 10b-rasmda ko'rsatilganidek, 563 ° C ga o'tkazing. a) Cu50Zr30Ni20 uchun 81 °C gacha (10b-rasm). MG Cu50Zr40Ni10 qotishmasi uchun, shuningdek, Tg, Tx va DTx qiymatlari 447 ° C, 526 ° C va 79 ° C darajasiga kamayganligi kuzatildi, bu NiT tarkibidagi barqarorlikni oshiradi (b1-rasm). MG qotishmasining.Aksincha, MG Cu50Zr20Ni30 qotishmasining Tg qiymati (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 qotishmasidan past;shunga qaramay, uning Tx avvalgisi (612 °C) bilan solishtirish mumkin bo'lgan qiymatni ko'rsatadi. Shuning uchun, DTx 10c-rasmda ko'rsatilganidek, yuqoriroq qiymatni (87 ° C) ko'rsatadi.
MG Cu50(Zr50−xNix) tizimi MG Cu50Zr20Ni30 qotishmasini misol qilib olib, keskin ekzotermik tepalik orqali fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 va ortorombik-Zr7Cu10 ning kristal fazalariga kristallanadi. DSCda 700 °C gacha qizdirilgan MG namunasining XRD tomonidan ed. (10d-rasm).
11-rasmda joriy ishda olib borilgan sovuq püskürtme jarayonida olingan fotosuratlar ko'rsatilgan. Ushbu tadqiqotda 50 soat MA vaqtdan keyin sintez qilingan metall shishasimon kukun zarralari (masalan, Cu50Zr20Ni30) antibakterial xom ashyo sifatida ishlatilgan va zanglamaydigan po'latdan yasalgan plastinka (SUS304) sovuq purkash texnologiyasi bilan qoplangan. Bu termal buzadigan amallar seriyasidagi eng samarali usul bo'lib, amorf va nanokristal kukunlari kabi fazaviy o'tishlarga tobe bo'lmagan metallga o'zgaruvchan haroratga sezgir materiallar uchun ishlatilishi mumkin. Bu usulni tanlashda asosiy omil hisoblanadi. Sovuq purkash jarayoni yuqori tezlikdagi zarrachalardan foydalanish orqali amalga oshiriladi. zarralar.
Dala fotosuratlari MG qoplamasi/SUS 304 ning 550 °C da ketma-ket beshta tayyorlash uchun sovuq purkash usulini ko'rsatadi.
Zarrachalarning kinetik energiyasi va shuning uchun qoplama hosil bo'lishidagi har bir zarrachaning impulsi, plastik deformatsiya (boshlang'ich zarracha va zarracha-zarrachalarning substratdagi o'zaro ta'siri va zarrachalarning o'zaro ta'siri), bo'shliqlar konsolidatsiyasi, zarracha-zarrachalarning aylanishi, kuchlanish va issiqlik energiyasini ko'proq kituvchi energiyaga aylantirmasa39F kabi mexanizmlar orqali energiyaning boshqa shakllariga aylantirilishi kerak. issiqlik va deformatsiya energiyasi, natijada elastik to'qnashuv bo'ladi, ya'ni zarrachalar zarbadan keyin shunchaki orqaga qaytadi. Zarracha/substrat materialiga qo'llaniladigan ta'sir energiyasining 90% mahalliy issiqlikka aylanadi 40 .Bundan tashqari, zarba kuchlanishi qo'llanilganda, juda qisqa vaqt ichida zarrachalar zarrachalar / straub zarralari ichida yuqori plastik deformatsiya tezligiga erishiladi.
Plastmassa deformatsiyasi, odatda, energiyani yo'qotish jarayoni yoki aniqrog'i, fazalararo mintaqada issiqlik manbai hisoblanadi. Biroq, interfasial mintaqadagi haroratning oshishi odatda fazalar orasidagi erishni hosil qilish yoki atomlararo diffuziyani sezilarli darajada oshirish uchun etarli emas. Mualliflarga ma'lum bo'lgan hech bir nashrda bu metall va shishasimon kukunlar deformatsiyasining bu xossalarining ta'siri o'rganilmagan.
MG Cu50Zr20Ni30 qotishma kukunining BFI ni SUS 304 substratiga qoplangan 12a-rasmda ko'rish mumkin (11, 12b-rasm). Rasmdan ko'rinib turibdiki, qoplangan kukunlar o'zlarining asl amorf tuzilishini saqlab qoladilar, chunki ular nozik labirintli tuzilishga ega bo'lib, qo'lda boshqa hech qanday labirint defekti yoki klatri tasviri yo'qligini ko'rsatadi. MG bilan qoplangan chang matritsasiga kiritilgan nanozarrachalar tomonidan taklif qilingan begona faza (12a-rasm). kristalli katta kubik Zr2Ni metastabil plyus tetragonal CuO fazasiga to'g'ri keladigan p yamoqlari. CuO ning hosil bo'lishi ochiq havoda purkagich tabancasining nozulidan SUS 304 ga o'tayotganda kukunning oksidlanishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Boshqa tomondan, katta hajmdagi metall shishasimon kukunlarning devitrifikatsiyasi natijasida metall shishasi5 5 °C da sovuq bilan ishlov berishdan so'ng, 30 daqiqa davomida.
(a) (b) SUS 304 substratida qoplangan MG kukunining FE-HRTEM tasviri (rasmning ichki qismi). (a) da ko'rsatilgan dumaloq belgining NBDP indeksi (c) da ko'rsatilgan.
Katta kubik Zr2Ni nanopartikullarini shakllantirishning ushbu potentsial mexanizmini tekshirish uchun mustaqil tajriba o'tkazildi.Ushbu tajribada kukunlar SUS 304 substrati yo'nalishi bo'yicha 550 °C da purkagichdan püskürtülür;biroq, kukunlarning tavlanish ta'sirini aniqlash uchun ular SUS304 tasmasidan imkon qadar tezroq (taxminan 60 soniya) olib tashlandi. Yana bir tajribalar to'plami amalga oshirildi, unda cho'ktirilgandan keyin taxminan 180 soniyadan keyin kukun substratdan olib tashlandi.
Shakllar 13a, b SUS 304 substratlarida mos ravishda 60 s va 180 s davomida yotqizilgan ikkita püskürtülmüş materialning transmissiya elektron mikroskopiyasini (STEM) skanerlash natijasida olingan qorong'u maydon tasvirlarini (DFI) ko'rsatadi. 60 soniya davomida saqlangan kukun tasvirida morfologik tafsilot yo'q, bu XT ning umumiy tuzilishini ko'rsatadigan xususiyatsizligini ko'rsatadi (1-rasm). s amorf edi, 14a-rasmda ko'rsatilgan keng birlamchi va ikkilamchi diffraktsiya maksimallari bilan ko'rsatilgan. Bular metastabil/mezofazli yog'ingarchilikning yo'qligini ko'rsatadi, bu erda kukun o'zining asl amorf tuzilishini saqlab qoladi. Aksincha, kukun bir xil haroratda (550 °C) püskürtülür, lekin substrat0 dan oldingi qatlamlarni ko'rsatadi, lekin 8 ta substratda qoldiriladi. d 13b-rasmdagi strelkalar orqali.