Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። የሚጠቀሙበት የአሳሽ ስሪት የተወሰነ የCSS ድጋፍ አለው። ለተሻለ ተሞክሮ፣ የዘመነ አሳሽ እንዲጠቀሙ እንመክራለን (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳኋኝነት ሁነታን እንዲያሰናክሉ)። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናቀርባለን።
ባዮፊልሞች ሥር የሰደዱ ኢንፌክሽኖችን በማዳበር ረገድ በተለይም የሕክምና መሳሪያዎችን በተመለከተ አስፈላጊ አካል ናቸው። ይህ ችግር ለሕክምና ማህበረሰቡ ትልቅ ፈተና ነው፣ ምክንያቱም መደበኛ አንቲባዮቲኮች ባዮፊልሞችን በጣም በተወሰነ ደረጃ ብቻ ሊያጠፉ ይችላሉ። የባዮፊልም ምስረታ መከላከል የተለያዩ የሽፋን ዘዴዎችን እና አዳዲስ ቁሳቁሶችን እንዲዳብር ምክንያት ሆኗል። እነዚህ ቴክኒኮች ባዮፊልም እንዳይፈጠር በሚከላከል መንገድ ንጣፎችን ለመሸፈን ያለሙ ናቸው። በተለይም የመዳብ እና የቲታኒየም ብረቶችን የያዙ ቪትሬየስ የብረት ቅይጥዎች ተስማሚ ፀረ-ተሕዋስያን ሽፋኖች ሆነዋል። በተመሳሳይ ጊዜ፣ የሙቀት መጠንን የሚነኩ ቁሳቁሶችን ለማቀነባበር ተስማሚ ዘዴ ስለሆነ የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኖሎጂ አጠቃቀም ጨምሯል። የዚህ ጥናት ግብ አካል ሜካኒካል ቅይጥ ቴክኒኮችን በመጠቀም ከ Cu-Zr-Ni ternary የተዋቀረ አዲስ ፀረ-ባክቴሪያ ፊልም ሜታሊካል ብርጭቆ ማዘጋጀት ነበር። የመጨረሻውን ምርት የሚያዘጋጀው ሉላዊ ዱቄት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን የማይዝግ ብረት ገጽታዎችን ቀዝቃዛ ለመርጨት እንደ ጥሬ እቃ ጥቅም ላይ ይውላል። የብረት መስታወት የተሸፈኑ ንጣፎች ከማይዝግ ብረት ጋር ሲነፃፀሩ ቢያንስ 1 ሎግ የባዮፊልም ምስረታ በከፍተኛ ሁኔታ መቀነስ ችለዋል።
በሰው ልጅ ታሪክ ውስጥ፣ ማንኛውም ማህበረሰብ የተወሰኑ መስፈርቶቹን ለማሟላት አዳዲስ ቁሳቁሶችን ማስተዋወቅ እና ማስተዋወቅ ችሏል፣ ይህም በዓለም አቀፍ ኢኮኖሚ ውስጥ ምርታማነትን እና ደረጃን ከፍ አድርጓል1. ሁልጊዜም የሰው ልጅ ቁሳቁሶችን እና የማምረቻ መሳሪያዎችን የመንደፍ ችሎታ እንዲሁም ጤናን፣ ትምህርትን፣ ኢንዱስትሪን፣ ኢኮኖሚን፣ ባህልን እና ሌሎች ዘርፎችን ከአንድ ሀገር ወይም ክልል ወደ ሌላ ለማምጣት ቁሳቁሶችን ለማምረት እና ለመለየት የሚያስችሉ ዲዛይኖችን ያካትታል። እድገት የሚለካው ሀገር ወይም ክልል ሳይለይ2 ነው። ለ60 ዓመታት የቁሳቁስ ሳይንቲስቶች በአንድ ዋና ተግባር ላይ ብዙ ጊዜ አሳልፈዋል፡- አዳዲስ እና የላቁ ቁሳቁሶችን መፈለግ። የቅርብ ጊዜ ጥናቶች የነባር ቁሳቁሶችን ጥራት እና አፈፃፀም ማሻሻል እንዲሁም ሙሉ በሙሉ አዳዲስ የቁሳቁስ ዓይነቶችን በማዋሃድ እና በመፈልሰፍ ላይ አተኩረዋል።
የቅይጥ አባሎችን መጨመር፣ የቁሳቁሱ ማይክሮ መዋቅር መቀየር እና የሙቀት፣ የሜካኒካል ወይም የቴርሞሜካኒካል ሕክምና ዘዴዎች አጠቃቀም በተለያዩ ቁሳቁሶች ሜካኒካል፣ ኬሚካላዊ እና አካላዊ ባህሪያት ላይ ጉልህ መሻሻል አስከትሏል። በተጨማሪም እስካሁን ያልታወቁ ውህዶች በተሳካ ሁኔታ ተዋህደዋል። እነዚህ ቀጣይነት ያላቸው ጥረቶች በአጠቃላይ የላቀ ቁሳቁሶች 2 በመባል የሚታወቁ አዳዲስ የፈጠራ ቁሳቁሶች ቤተሰብ እንዲፈጠር ምክንያት ሆነዋል። ናኖክሪስታሎች፣ ናኖፓርቲክሎች፣ ናኖቱቦች፣ የኳንተም ነጥቦች፣ ዜሮ-ልኬት፣ አሞርፎስ ሜታል መነጽሮች እና ከፍተኛ-ኢንትሮፒ ቅይጥዎች ከባለፈው ክፍለ ዘመን አጋማሽ ጀምሮ በዓለም ላይ የታዩ የላቁ ቁሳቁሶች ምሳሌዎች ናቸው። በመጨረሻው ምርትም ሆነ በምርት መካከለኛ ደረጃዎች የተሻሻሉ ባህሪያት ያላቸው አዳዲስ ቅይጥዎችን በማምረት እና በማልማት ረገድ፣ የተመጣጣኝነት ችግር ብዙውን ጊዜ ይጨምራል። ከተመጣጣኝነት ጉልህ ልዩነቶችን የሚፈቅዱ አዳዲስ የማምረቻ ቴክኒኮችን በማስተዋወቅ ምክንያት፣ ሜታል መነጽር በመባል የሚታወቁ ሙሉ በሙሉ አዲስ የሜታስታብል ቅይጥ ክፍል ተገኝቷል።
በ1960 በካልቴክ ያደረጉት ሥራ የAu-25 at.% Si የመስታወት ቅይጥዎችን በሰከንድ ወደ አንድ ሚሊዮን ዲግሪ በፍጥነት በማጠናከር ሲሰራ የብረት ቅይጥ ጽንሰ-ሀሳብን አብዮት ፈጥሯል። 4 የፕሮፌሰር ፖል ዱቭስ ግኝት የታሪክ የብረት መነጽር (MS) መጀመሪያ ምልክት ብቻ ሳይሆን ሰዎች ስለ ብረት ቅይጥ ያላቸው አመለካከት ላይ የፓራዲየም ለውጥ አምጥቷል። የMS ቅይጥ ውህደትን በተመለከተ የመጀመሪያው ፈር ቀዳጅ ጥናት ከተደረገበት ጊዜ ጀምሮ ሁሉም ማለት ይቻላል የብረት ብርጭቆዎች ከሚከተሉት ዘዴዎች አንዱን በመጠቀም ሙሉ በሙሉ ተገኝተዋል፡ (i) የቀለጠ ወይም የእንፋሎት ፈጣን ማጠናከሪያ፣ (ii) የአቶሚክ ጥልፍልፍ መዛባት፣ (iii) በንጹህ የብረት ንጥረ ነገሮች መካከል ያለው የጠጣር ሁኔታ አሞርፊዜሽን ግብረመልሶች እና (iv) የሜታስታብል ደረጃዎች ጠንካራ የደረጃ ሽግግሮች።
ኤምጂዎች የሚለዩት ከክሪስታሎች ጋር የተያያዘ የረጅም ርቀት አቶሚክ ቅደም ተከተል ባለመኖሩ ነው፣ ይህም የክሪስታሎች ልዩ ባህሪ ነው። በዘመናዊው ዓለም፣ በብረታ ብረት መስታወት መስክ ትልቅ እድገት ታይቷል። እነዚህ ለጠንካራ ሁኔታ ፊዚክስ ብቻ ሳይሆን ለብረታ ብረት፣ ለገጽታ ኬሚስትሪ፣ ለቴክኖሎጂ፣ ለባዮሎጂ እና ለሌሎች በርካታ ዘርፎች ትኩረት የሚስቡ አስደሳች ባህሪያት ያሏቸው አዳዲስ ቁሳቁሶች ናቸው። ይህ አዲስ የቁሳቁስ አይነት ከጠንካራ ብረቶች የተለዩ ባህሪያት ያሉት ሲሆን በተለያዩ መስኮች ለቴክኖሎጂ አፕሊኬሽኖች አስደሳች እጩ ያደርገዋል። አንዳንድ አስፈላጊ ባህሪያት አሏቸው፡ (i) ከፍተኛ ሜካኒካል ዱክቲቭነት እና የምርት ጥንካሬ፣ (ii) ከፍተኛ ማግኔቲክ ፐርሜትሪቴሽን፣ (iii) ዝቅተኛ ግፊት፣ (iv) ያልተለመደ የዝገት መቋቋም፣ (v) የሙቀት ነጻነት። ኮንዳክሽን 6.7.
ሜካኒካል ቅይጥ (MA)1,8 በአንጻራዊነት አዲስ ዘዴ ሲሆን ለመጀመሪያ ጊዜ በ19839 በፕሮፌሰር ኬኬ ኮክ እና ባልደረቦቻቸው አስተዋውቋል። ከክፍል ሙቀት በጣም ቅርብ በሆነ የአካባቢ ሙቀት ውስጥ የንፁህ ንጥረ ነገሮችን ድብልቅ በመፍጨት አሞርፎስ Ni60Nb40 ዱቄቶችን አመረቱ። በተለምዶ፣ የMA ምላሽ የሚከናወነው በአብዛኛው ከማይዝግ ብረት በተሰራ ሬአክተር ውስጥ የሪአክታንት ዱቄቶችን በማሰራጨት ትስስር መካከል ሲሆን ወደ ኳስ ወፍጮ ውስጥ ይገባል። 10 (ምስል 1a፣ ለ)። ከዚያን ጊዜ ጀምሮ፣ ይህ በሜካኒካል የሚነሳሳ ጠንካራ ሁኔታ ምላሽ ዘዴ ዝቅተኛ (ምስል 1c) እና ከፍተኛ ኃይል ያላቸው የኳስ ወፍጮዎችን እና የሮድ ወፍጮዎችን11,12,13,14,15,16 በመጠቀም አዳዲስ አሞርፎስ/ሜታልሊክ የመስታወት ቅይጥ ዱቄቶችን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ውሏል። በተለይም፣ ይህ ዘዴ እንደ Cu-Ta17 ያሉ የማይቀላቀሉ ስርዓቶችን እንዲሁም እንደ Al-transition metal (TM, Zr, Hf, Nb እና Ta)18,19 እና Fe-W20 ስርዓቶች ያሉ ከፍተኛ የማቅለጫ ነጥብ ቅይጥዎችን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ውሏል። , ይህም በባህላዊ የማብሰያ ዘዴዎች ሊገኝ አይችልም። በተጨማሪም፣ ኤምኤ የብረት ኦክሳይድ፣ ካርቦይድ፣ ናይትሬድ፣ ሃይድሪድስ፣ የካርቦን ናኖቱቦች፣ ናኖዳይመንዶች፣ እንዲሁም ከላይ ወደ ታች አቀራረብን በመጠቀም ሰፊ ማረጋጊያዎችን ጨምሮ ናኖክሪስታሊን እና ናኖኮምፖዚት የዱቄት ቅንጣቶችን በኢንዱስትሪ ደረጃ ለማምረት በጣም ኃይለኛ ከሆኑ ናኖቴክኖሎጂ መሳሪያዎች አንዱ እንደሆነ ይታሰባል። 1 እና ሜታስቴብል ደረጃዎች።
በዚህ ጥናት ውስጥ የCu50(Zr50-xNix)/SUS 304 የብረት መስታወት ሽፋን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ የዋለውን የማምረቻ ዘዴ የሚያሳይ ንድፍ። (ሀ) ዝቅተኛ ኃይል ያለው የኳስ መፍጨት ዘዴን በመጠቀም የተለያዩ የNi x (x፤ 10፣ 20፣ 30 እና 40 at.%) ክምችት ያላቸው የMC ቅይጥ ዱቄቶችን ማዘጋጀት። (ሀ) የመነሻ ቁሱ ከመሳሪያ ብረት ኳሶች ጋር ወደ መሳሪያ ሲሊንደር ውስጥ ተጭኖ (ለ) በH ከባቢ አየር በተሞላ ጓንት ሳጥን ውስጥ ተዘግቷል። (ሐ) በመፍጨት ወቅት የኳሱን እንቅስቃሴ የሚያሳይ የመፍጨት ዕቃው ግልጽ ሞዴል። ከ50 ሰዓታት በኋላ የተገኘው የመጨረሻው የዱቄት ምርት የSUS 304 ንጣፍን (መ) በቀዝቃዛ ርጭት ለመሸፈን ጥቅም ላይ ውሏል።
የጅምላ ቁስ ገጽታዎችን (ንዑስ ክፍሎች) በተመለከተ፣ የገጽታ ምህንድስና በዋናው የጅምላ ቁሳቁስ ውስጥ የማይገኙ የተወሰኑ አካላዊ፣ ኬሚካላዊ እና ቴክኒካዊ ባህሪያትን ለማቅረብ የገጽታዎችን (ንዑስ ክፍሎች) ዲዛይን እና ማሻሻልን ያካትታል። በወለል ህክምና ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊሻሻሉ ከሚችሉት ባህሪያት መካከል ጥቂቶቹን ለመጥቀስ ያህል መበላሸት፣ ኦክሳይድ እና ዝገት መቋቋም፣ የግጭት ኮፊሸንት፣ ባዮኢነርትነት፣ የኤሌክትሪክ ባህሪያት እና የሙቀት መከላከያ ይገኙበታል። የወለል ጥራት በብረታ ብረት፣ ሜካኒካል ወይም ኬሚካላዊ ዘዴዎች ሊሻሻል ይችላል። እንደ የታወቀ ሂደት፣ ሽፋን በቀላሉ የሚገለጸው ከሌላ ቁሳቁስ በተሰራ የጅምላ ነገር (ንዑስ ክፍሎች) ወለል ላይ አንድ ወይም ከዚያ በላይ የቁስ ንብርብሮች በሰው ሰራሽ መንገድ ሲተገበሩ ነው። ስለዚህ፣ ሽፋኖች በከፊል የሚፈለጉትን ቴክኒካዊ ወይም የጌጣጌጥ ባህሪያትን ለማሳካት እንዲሁም ቁሳቁሶችን ከአካባቢው ጋር ከሚጠበቁ ኬሚካላዊ እና አካላዊ ግንኙነቶች ለመጠበቅ ጥቅም ላይ ይውላሉ23።
ከጥቂት ማይክሮሜትሮች (ከ10-20 ማይክሮሜትሮች በታች) እስከ ከ30 ማይክሮሜትሮች ወይም ከዚያ በላይ ሚሊሜትር ውፍረት ድረስ ተስማሚ የመከላከያ ንብርብሮችን ለመተግበር የተለያዩ ዘዴዎች እና ቴክኒኮች ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ። በአጠቃላይ፣ የሽፋን ሂደቶች በሁለት ምድቦች ሊከፈሉ ይችላሉ፡ (i) እርጥብ የሽፋን ዘዴዎች፣ ኤሌክትሮፕላቲንግ፣ ኤሌክትሮፕላቲንግ እና ሙቅ ዲፕ ጋላቫኒዚንግን ጨምሮ፣ እና (ii) ደረቅ የሽፋን ዘዴዎች፣ ብየዳ፣ ጠንካራ ገጽታ፣ አካላዊ የእንፋሎት ክምችት (PVD)፣ የኬሚካል የእንፋሎት ክምችት (CVD)፣ የሙቀት ርጭት ቴክኒኮች እና በቅርብ ጊዜ የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኒኮች 24 (ምስል 1መ)።
ባዮፊልሞች በማይቀለበስ መልኩ ከገጽታዎች ጋር የተያያዙ እና በራሳቸው የሚመረቱ ከሴል ውጭ ፖሊመሮች (EPS) የተከበቡ የማይክሮባላዊ ማህበረሰቦች ተብለው ይገለፃሉ። በላዩ ላይ የበሰለ ባዮፊልም መፈጠር በብዙ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ ከፍተኛ ኪሳራ ሊያስከትል ይችላል፣ ይህም የምግብ ማቀነባበሪያ፣ የውሃ ስርዓቶች እና የጤና አጠባበቅን ያካትታል። በሰዎች ውስጥ፣ ባዮፊልሞች ሲፈጠሩ፣ ከ80% በላይ የሚሆኑት የማይክሮባላዊ ኢንፌክሽኖች (ኢንቴሮባክቴሪዬሴ እና ስቴፊሎኮሲን ጨምሮ) ለማከም አስቸጋሪ ናቸው። በተጨማሪም፣ የጎለመሱ ባዮፊልሞች ከፕላንክቶኒክ ባክቴሪያ ሴሎች ጋር ሲነፃፀሩ ለፀረ-ባክቴሪያ ህክምና በ1000 እጥፍ የሚቋቋሙ እንደሆኑ ተዘግቧል፣ ይህም እንደ ዋና የሕክምና ፈተና ይቆጠራል። በታሪክ፣ ከተለመዱ ኦርጋኒክ ውህዶች የተገኙ ፀረ-ተሕዋስያን የወለል ሽፋን ቁሳቁሶች ጥቅም ላይ ውለዋል። ምንም እንኳን እንደዚህ ያሉ ቁሳቁሶች ብዙውን ጊዜ ለሰዎች ጎጂ ሊሆኑ የሚችሉ መርዛማ ክፍሎችን ቢይዙም፣ 25,26 ይህ የባክቴሪያ ስርጭትን እና የቁሳቁስ መበላሸትን ለማስወገድ ይረዳል።
በባዮፊልም ምስረታ ምክንያት ለአንቲባዮቲክ ሕክምና ሰፊ የባክቴሪያ መቋቋም ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ ሊተገበር የሚችል ውጤታማ የፀረ-ተህዋሲያን ሽፋን ሽፋን ያለው ወለል ማዘጋጀት አስፈላጊ ሆኗል27። የባክቴሪያ ሴሎች በማጣበቅ ምክንያት ባዮፊልሞችን የማይይዙበት እና የማይፈጥሩበት አካላዊ ወይም ኬሚካላዊ ፀረ-ማጣበቂያ ወለል ልማት በዚህ ሂደት ውስጥ የመጀመሪያው አቀራረብ ነው27። ሁለተኛው ቴክኖሎጂ ፀረ-ተህዋሲያን ኬሚካሎችን በሚያስፈልጉበት ቦታ በትክክል የሚያቀርቡ ሽፋኖችን ማዘጋጀት ነው፣ በከፍተኛ ክምችት እና በተስተካከሉ መጠኖች። ይህ የሚገኘው እንደ graphene/germanium28፣ black diamond29 እና ​​ZnO30-doped የአልማዝ መሰል የካርቦን ሽፋኖች ያሉ ልዩ የሽፋን ቁሳቁሶችን በማዘጋጀት ሲሆን ይህም በባዮፊልም ምስረታ ምክንያት የመርዛማነት እና የመቋቋም እድገትን ከፍ የሚያደርግ ቴክኖሎጂ ነው። በተጨማሪም፣ ከባክቴሪያ ብክለት የረጅም ጊዜ ጥበቃ የሚሰጡ የጀርም ማጥፊያ ኬሚካሎችን የያዙ ሽፋኖች ከጊዜ ወደ ጊዜ ተወዳጅ እየሆኑ መጥተዋል። ሦስቱም ሂደቶች በተሸፈኑ ቦታዎች ላይ ፀረ-ተህዋሲያን እንቅስቃሴ የማድረግ ችሎታ ቢኖራቸውም፣ እያንዳንዱ የአተገባበር ስትራቴጂ ሲያዘጋጁ ግምት ውስጥ መግባት ያለባቸው የራሱ የሆኑ ገደቦች አሉት።
በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ ያሉት ምርቶች ለባዮሎጂካል ንቁ ንጥረ ነገሮች የመከላከያ ሽፋኖችን ለመተንተን እና ለመፈተሽ ጊዜ ባለመኖሩ እንቅፋት ሆነዋል። ኩባንያዎች ምርቶቻቸው ለተጠቃሚዎች የሚፈለጉትን ተግባራዊ ገጽታዎች እንደሚሰጡ ይናገራሉ፣ ሆኖም ግን፣ ይህ በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ ላሉት ምርቶች ስኬት እንቅፋት ሆኗል። ከብር የተገኙ ውህዶች በአሁኑ ጊዜ ለተጠቃሚዎች በሚገኙ አብዛኛዎቹ ፀረ-ተሕዋስያን መድኃኒቶች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላሉ። እነዚህ ምርቶች ተጠቃሚዎችን ለጎጂ ጥቃቅን ህዋሳት ከመጋለጥ ለመጠበቅ የተነደፉ ናቸው። የዘገየው ፀረ-ተሕዋስያን ተፅእኖ እና የብር ውህዶች መርዛማነት ተመራማሪዎች ብዙም ጉዳት የማያስከትሉ አማራጭ እንዲያዘጋጁ ጫና ያሳድራሉ። ከውስጥም ከውጭም የሚሰራ ዓለም አቀፍ ፀረ-ተሕዋስያን ሽፋን መፍጠር አሁንም ፈታኝ ነው። ይህ ከተያያዙ የጤና እና የደህንነት አደጋዎች ጋር አብሮ ይመጣል። ለሰዎች ብዙም ጉዳት የማያደርስ ፀረ-ተሕዋስያን ወኪል ማግኘት እና ረዘም ላለ ጊዜ የሚቆይ የመደርደሪያ ሕይወት ባለው የሽፋን ንጣፎች ውስጥ እንዴት ማካተት እንደሚቻል ማወቅ በጣም የሚፈለግ ግብ38 ነው። የቅርብ ጊዜ ፀረ-ተሕዋስያን እና ፀረ-ባዮፊልም ቁሳቁሶች በቀጥታ ግንኙነት ወይም ንቁ ወኪል ከተለቀቀ በኋላ ባክቴሪያዎችን በቅርብ ርቀት ለመግደል የተነደፉ ናቸው። ይህንንም የሚያደርጉት የመጀመሪያውን የባክቴሪያ ማጣበቂያ (በወለሉ ላይ የፕሮቲን ንብርብር እንዳይፈጠር መከላከልን ጨምሮ) በመከልከል ወይም በሴል ግድግዳ ላይ ጣልቃ በመግባት ባክቴሪያዎችን በመግደል ነው።
በመሠረቱ፣ የገጽታ ሽፋን የገጽታ ባህሪያትን ለማሻሻል በአንድ አካል ወለል ላይ ሌላ ንብርብር የመተግበር ሂደት ነው። የገጽታ ሽፋን ዓላማ የአንድ አካል አቅራቢያ ያለውን አካባቢ ማይክሮ መዋቅር እና/ወይም ስብጥር መለወጥ ነው39። የገጽታ ሽፋን ዘዴዎች በተለያዩ ዘዴዎች ሊከፈሉ ይችላሉ፣ እነዚህም በምስል 2a ላይ ተጠቃለዋል። ሽፋኑን ለመፍጠር በተጠቀመበት ዘዴ ላይ በመመስረት ሽፋኖች በሙቀት፣ በኬሚካል፣ በአካላዊ እና በኤሌክትሮኬሚካል ምድቦች ሊከፈሉ ይችላሉ።
(ሀ) ዋና ዋና የወለል ማምረቻ ቴክኒኮችን የሚያሳይ ኢንሴፕት፣ እና (ለ) የቀዝቃዛ ርጭት ዘዴን የተመረጡ ጥቅሞች እና ጉዳቶች።
የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኖሎጂ ከባህላዊ የሙቀት ርጭት ቴክኒኮች ጋር ብዙ የሚያመሳስላቸው ነገር አለ። ሆኖም፣ የቀዝቃዛ ርጭት ሂደቱን እና የቀዝቃዛ ርጭት ቁሳቁሶችን ልዩ የሚያደርጉ አንዳንድ ቁልፍ መሠረታዊ ባህሪያትም አሉ። የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኖሎጂ አሁንም ገና በጅምር ላይ ነው፣ ነገር ግን ጥሩ የወደፊት ጊዜ አለው። በአንዳንድ ሁኔታዎች፣ የቀዝቃዛ ርጭት ልዩ ባህሪያት ባህላዊ የሙቀት ርጭት ቴክኒኮችን ገደቦች በማለፍ ትልቅ ጥቅሞችን ይሰጣሉ። ዱቄቱ በንጣፍ ላይ እንዲቀመጥ መቅለጥ ያለበትን ባህላዊ የሙቀት ርጭት ቴክኖሎጂ ጉልህ ገደቦችን ያሸንፋል። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው፣ ይህ ባህላዊ የሽፋን ሂደት እንደ ናኖክሪስታሎች፣ ናኖፓርቲክሎች፣ አሞርፎስ እና ሜታሊክ መነጽሮች ላሉ በጣም ለሙቀት ስሜታዊ ለሆኑ ቁሳቁሶች ተስማሚ አይደለም።40፣41፣42። በተጨማሪም፣ የሙቀት ርጭት ሽፋን ቁሳቁሶች ሁልጊዜ ከፍተኛ የፖሮሲስ እና ኦክሳይድ ደረጃ አላቸው። የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኖሎጂ ከሙቀት ርጭት ቴክኖሎጂ በላይ ብዙ ጉልህ ጥቅሞች አሉት፣ ለምሳሌ (i) ለንጣፍ ዝቅተኛ የሙቀት ግብዓት፣ (ii) የንጣፍ ሽፋንን በመምረጥ ረገድ ተለዋዋጭነት፣ (iii) የደረጃ ለውጥ እና የእህል እድገት አለመኖር፣ (iv) ከፍተኛ የማጣበቂያ ጥንካሬ1 .39 (ምስል 2ለ)። በተጨማሪም፣ የቀዝቃዛ ስፕሬይ ሽፋን ቁሳቁሶች ከፍተኛ የዝገት መቋቋም፣ ከፍተኛ ጥንካሬ እና ጥንካሬ፣ ከፍተኛ የኤሌክትሪክ ቅልጥፍና እና ከፍተኛ ጥግግት41 አላቸው። የቀዝቃዛ ስፕሬይ ሂደት ጥቅሞች ቢኖሩም፣ ይህ ዘዴ አሁንም አንዳንድ ጉዳቶች አሉት፣ በስእል 2ለ ላይ እንደሚታየው። እንደ Al2O3፣ TiO2፣ ZrO2፣ WC፣ ወዘተ ያሉ ንጹህ የሴራሚክ ዱቄቶችን ሲሸፍኑ፣ የቀዝቃዛ ስፕሬይ ዘዴ ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም። በሌላ በኩል፣ የሴራሚክ/ብረት ውህድ ዱቄቶች ለሽፋኖች እንደ ጥሬ እቃዎች ሊያገለግሉ ይችላሉ። ለሌሎች የሙቀት ስፕሬይ ዘዴዎችም ተመሳሳይ ነው። አስቸጋሪ ቦታዎች እና የቧንቧ ውስጣዊ ክፍሎች አሁንም ለመርጨት አስቸጋሪ ናቸው።
የአሁኑ ሥራ ለሽፋኖች እንደ መነሻ ቁሳቁስ የብረታ ብረት ቪትሪየስ ዱቄቶችን መጠቀምን የሚያካትት መሆኑን ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ የተለመደው የሙቀት መርጨት ለዚህ ዓላማ ጥቅም ላይ ሊውል እንደማይችል ግልጽ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት የብረታ ብረት ቪትሪየስ ዱቄቶች በከፍተኛ ሙቀት ክሪስታላይዝ ስለሚሆኑ ነው።
በሕክምና እና በምግብ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት አብዛኛዎቹ መሳሪያዎች ከኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት ቅይጥ (SUS316 እና SUS304) የተሰሩ ሲሆን የቀዶ ጥገና መሳሪያዎችን ለማምረት ከ12 እስከ 20 wt.% የክሮሚየም ይዘት አላቸው። በብረት ቅይጥ ውስጥ እንደ ቅይጥ አካል የክሮሚየም ብረት መጠቀም የመደበኛ የብረት ቅይጥ የዝገት መቋቋምን በእጅጉ ሊያሻሽል እንደሚችል በአጠቃላይ ተቀባይነት አለው። አይዝጌ ብረት ቅይጥ ከፍተኛ የዝገት መቋቋም ቢኖራቸውም ጉልህ የሆነ ፀረ-ተሕዋስያን ባህሪያት የላቸውም38,39። ይህ ከከፍተኛ የዝገት መቋቋም ጋር ይቃረናል። ከዚያ በኋላ፣ የኢንፌክሽን እና የብግነት እድገትን መተንበይ ይቻላል፣ ይህም በዋናነት በባክቴሪያ ማጣበቂያ እና በቅኝ ግዛት ምክንያት በአይዝጌ ብረት ባዮማቴሪያሎች ወለል ላይ ነው። ከባክቴሪያ ማጣበቂያ እና ከባዮፊልም ምስረታ መንገዶች ጋር በተያያዙ ጉልህ ችግሮች ምክንያት ጉልህ ችግሮች ሊፈጠሩ ይችላሉ፣ ይህም በቀጥታም ሆነ በተዘዋዋሪ የሰውን ጤና ሊነኩ የሚችሉ ብዙ ውጤቶችን ሊያስከትል ይችላል።
ይህ ጥናት በኩዌት የሳይንስ እድገት ፋውንዴሽን (KFAS)፣ ኮንትራት ቁጥር 2010-550401 የገንዘብ ድጋፍ የተደረገለት የፕሮጀክት የመጀመሪያ ምዕራፍ ሲሆን፣ የMA ቴክኖሎጂን በመጠቀም የብረት ብርጭቆ የ Cu-Zr-Ni ternary ዱቄቶችን የማምረት አዋጭነትን ለመመርመር (ሠንጠረዥ) ነው። 1) የSUS304 ፀረ-ባክቴሪያ ወለል መከላከያ ፊልም/ሽፋን ለማምረት። የፕሮጀክቱ ሁለተኛ ምዕራፍ፣ በጥር 2023 ይጀምራል ተብሎ የሚጠበቀው፣ የጋላቫኒክ ዝገት ባህሪያትን እና የስርዓቱን ሜካኒካል ባህሪያት በዝርዝር ያጠናል። ለተለያዩ የባክቴሪያ ዓይነቶች ዝርዝር የማይክሮባዮሎጂ ምርመራዎች ይካሄዳሉ።
ይህ ጽሑፍ በሞርፎሎጂካል እና በመዋቅራዊ ባህሪያት ላይ በመመስረት የZr ቅይጥ ይዘት በመስታወት ምስረታ ችሎታ (GFA) ላይ ስላለው ተጽእኖ ያብራራል። በተጨማሪም፣ በዱቄት የተሸፈነው የብረት መስታወት/SUS304 ውህድ ፀረ-ባክቴሪያ ባህሪያትም ተብራርተዋል። በተጨማሪም፣ በተመረቱ የብረት መስታወት ስርዓቶች እጅግ በጣም ቀዝቃዛ በሆነው ፈሳሽ ክልል ውስጥ በቀዝቃዛ ርጭት ወቅት የሚከሰቱ የብረታ ብረት የመስታወት ዱቄቶች መዋቅራዊ ለውጥ የመከሰት እድልን ለመመርመር ቀጣይ ስራ ተከናውኗል። በዚህ ጥናት ውስጥ Cu50Zr30Ni20 እና Cu50Zr20Ni30 የብረታ ብረት ብርጭቆ ቅይጦች እንደ ተወካይ ምሳሌዎች ጥቅም ላይ ውለዋል።
ይህ ክፍል በአነስተኛ ኃይል በሚሰራ የኳስ መፍጨት ወቅት በኤለመንታል Cu፣ Zr እና Ni ዱቄቶች ላይ የሞርፎሎጂ ለውጦችን ያቀርባል። Cu50Zr20Ni30 እና Cu50Zr40Ni10ን የያዙ ሁለት የተለያዩ ስርዓቶች እንደ ምሳሌያዊ ምሳሌዎች ጥቅም ላይ ይውላሉ። የMA ሂደት በሦስት የተለያዩ ደረጃዎች ሊከፈል ይችላል፣ ይህም በመፍጨት ደረጃ የተገኘውን ዱቄት ሜታሎግራፊክ ባህሪ ያረጋግጣል (ምስል 3)።
የሜካኒካል ቅይጥ (MA) ዱቄት ሜታሎግራፊክ ባህሪያት የኳስ መፍጨት ደረጃዎችን ተከትሎ። ለ3፣ 12 እና 50 ሰዓታት ዝቅተኛ ኃይል ያለው የኳስ መፍጨት ከተደረገ በኋላ የተገኙ የMA እና የCu50Zr40Ni10 ዱቄቶች የመስክ ልቀት ቅኝት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-SEM) ምስሎች ለCu50Zr20Ni30 ስርዓት (a)፣ (c) እና (e) በተመሳሳይ MA ላይ ይታያሉ። ከጊዜ በኋላ የተወሰዱት የCu50Zr40Ni10 ስርዓት ተዛማጅ ምስሎች በ(b)፣ (d) እና (f) ውስጥ ይታያሉ።
በኳስ መፍጨት ወቅት፣ ወደ ብረት ዱቄት ሊተላለፍ የሚችለው ውጤታማ የኪነቲክ ኃይል በምስል 1a ላይ እንደሚታየው በመለኪያዎች ጥምረት ይጎዳል። ይህም በኳሶች እና በዱቄቶች መካከል የሚፈጠሩ ግጭቶችን፣ በመፍጨት ሚዲያ መካከል ወይም መካከል የተጣበቀውን የዱቄት መጭመቂያ፣ ከወደቁ ኳሶች የሚመጣ ተጽእኖ፣ በኳስ ወፍጮ በሚንቀሳቀሱ አካላት መካከል በዱቄት መጎተት ምክንያት የሚፈጠር መሸርሸር እና መልበስ እና በተጫኑ ባህሎች ውስጥ በሚሰራጩ የሚወድቁ ኳሶች ውስጥ የሚያልፍ የድንጋጤ ሞገድ (ምስል 1a) ያካትታል። ኤሌሜንታርኒ ፖሮሺኪ ኩ፣ ዜር እና ኒ ቢሊ ሲሊኖ ዴፈርሚሮቫንይ образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). የኤለመንታል Cu፣ Zr እና Ni ዱቄቶች በMA የመጀመሪያ ደረጃ (3 ሰዓት) ላይ በቀዝቃዛ ብየዳ ምክንያት በጣም የተበላሹ በመሆናቸው ምክንያት ትላልቅ የዱቄት ቅንጣቶች (ከ1 ሚሊ ሜትር በላይ ዲያሜትር) እንዲፈጠሩ ምክንያት ሆነዋል።እነዚህ ትላልቅ የተዋሃዱ ቅንጣቶች በምስል 3a፣ ለ ላይ እንደሚታየው ወፍራም የቅይጥ ንጥረ ነገሮች (Cu፣ Zr፣ Ni) ንብርብሮች በመፍጠር ይታወቃሉ። የMA ጊዜ ወደ 12 ሰዓታት (መካከለኛ ደረጃ) መጨመር የኳስ ወፍጮው የኪነቲክ ኃይል እንዲጨምር አድርጓል፣ ይህም በምስል 3c፣ ከተማ ላይ እንደሚታየው የተቀናበረውን ዱቄት ወደ ትናንሽ ዱቄቶች (ከ200 μm በታች) እንዲበሰብስ ምክንያት ሆኗል። በዚህ ደረጃ፣ የተተገበረው የመሸርሸር ኃይል በምስል 3c፣ መ ላይ እንደሚታየው ቀጭን Cu፣ Zr፣ Ni ፍንጭ ንብርብሮች ያሉት አዲስ የብረት ወለል እንዲፈጠር ያደርጋል። በፍሌክስ በይነገጽ ላይ የንብርብሮች መፍጨት ውጤት፣ ጠንካራ-ደረጃ ግብረመልሶች አዳዲስ ደረጃዎች ሲፈጠሩ ይከሰታሉ።
የMA ሂደት መጨረሻ ላይ (ከ50 ሰዓታት በኋላ)፣ የፍሌክ ሜታሎግራፊ እምብዛም የማይታይ ነበር (ምስል 3e፣ f)፣ እና የመስታወት ሜታሎግራፊ በዱቄቱ በተወለወለ ገጽ ላይ ታይቷል። ይህ ማለት የMA ሂደት ተጠናቅቆ አንድ የምላሽ ደረጃ ተፈጠረ ማለት ነው። በምስል 3e (I፣ II፣ III)፣ f፣ v፣ vi) ላይ የተመለከቱት ክልሎች ኤለመንታል ስብጥር ከኃይል መበታተን ኤክስሬይ ስፔክትሮስኮፒ (EDS) ጋር በማጣመር የመስክ ልቀት ቅኝት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-SEM) በመጠቀም ተወስኗል። (IV)።
በሰንጠረዥ ውስጥ። 2 የቅይጥ አባሎች ንጥረ ነገሮች ክምችት በምስል 3e፣ ረ. ላይ በተመረጠው የእያንዳንዱ ክልል አጠቃላይ ክብደት መቶኛ ሆነው ይታያሉ። እነዚህን ውጤቶች በሰንጠረዥ 1 ላይ ከተሰጡት የCu50Zr20Ni30 እና Cu50Zr40Ni10 የመጀመሪያ ስም ውህዶች ጋር ማወዳደር የእነዚህ ሁለት የመጨረሻ ምርቶች ውህዶች ከስመታዊ ውህደቶች ጋር በጣም ቅርብ መሆናቸውን ያሳያል። በተጨማሪም፣ በምስል 3e፣f ላይ ለተዘረዘሩት ክልሎች የክፍሎቹ አንጻራዊ እሴቶች ከእያንዳንዱ ክልል ወደ ሌላ ክልል የእያንዳንዱ ናሙና ስብጥር ጉልህ የሆነ መበላሸት ወይም ልዩነትን አያመለክቱም። ይህ የሚረጋገጠው ከአንድ ክልል ወደ ሌላ ስብጥር ምንም ለውጥ ባለመኖሩ ነው። ይህ በሰንጠረዥ 2 ላይ እንደሚታየው አንድ ወጥ የሆነ የቅይጥ ዱቄቶች ማምረትን ያሳያል።
የCu50(Zr50-xNix) የመጨረሻ ምርት ዱቄት FE-SEM ማይክሮግራፎች የተገኙት በምስል 4a-d ላይ እንደሚታየው ከ50 MA ጊዜ በኋላ ሲሆን x በቅደም ተከተል 10፣ 20፣ 30 እና 40 at.% ነው። ከዚህ የመፍጨት ደረጃ በኋላ የዱቄቱ ስብስቦች በቫን ደር ዋልስ ተጽእኖ ምክንያት ይከሰታሉ፣ ይህም በስእል 4 ላይ እንደሚታየው ከ73 እስከ 126 nm ዲያሜትር ያላቸው እጅግ በጣም ቀጭን ቅንጣቶችን ያካተቱ ትላልቅ ውህዶች እንዲፈጠሩ ያደርጋል።
ከ50-ሰዓት MA በኋላ የተገኙ የCu50(Zr50-xNix) ዱቄቶች ሞርፎሎጂካል ባህሪያት። ለCu50Zr40Ni10፣ Cu50Zr30Ni20፣ Cu50Zr20Ni30፣ Cu50Zr10Ni40 ስርዓቶች፣ ከ50 MA በኋላ የተገኙ የዱቄቶች FE-SEM ምስሎች በቅደም ተከተል በ(a)፣ (b)፣ (c) እና (d) ይታያሉ።
ዱቄቶቹን ወደ ቀዝቃዛው የሚረጭ መጋቢ ከመጫንዎ በፊት፣ በመጀመሪያ ለ15 ደቂቃዎች በትንታኔ ደረጃ ኤታኖል ውስጥ ተለጥፈው ከዚያም በ150°ሴ ለ2 ሰዓታት ደርቀዋል። ይህ እርምጃ ብዙውን ጊዜ በሽፋን ሂደቱ ውስጥ ብዙ ከባድ ችግሮችን የሚያስከትል አግግሎሜሽንን በተሳካ ሁኔታ ለመዋጋት መወሰድ አለበት። የMA ሂደቱ ከተጠናቀቀ በኋላ፣ የአግግሎሜሽንን ተመሳሳይነት ለመመርመር ተጨማሪ ጥናቶች ተካሂደዋል። በምስል 5a–d ላይ በቅደም ተከተል ከ50 ሰዓት M በኋላ የተወሰዱትን የCu50Zr30Ni20 ቅይጥ የFE-SEM ማይክሮግራፎችን እና ተዛማጅ የEDS ምስሎችን ያሳያሉ። ከዚህ ደረጃ በኋላ የተገኙት የአግሎይ ዱቄቶች ተመሳሳይነት ያላቸው መሆናቸውን ልብ ሊባል ይገባል፣ ምክንያቱም በስእል 5 እንደሚታየው ከንዑስ ናኖሜትር ደረጃ በላይ ምንም አይነት የውህደት መለዋወጥ አያሳዩም።
በ FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) ከ50 MA በኋላ የተገኘውን የ MG Cu50Zr30Ni20 ዱቄት ውስጥ ያሉ ንጥረ ነገሮች ሞርፎሎጂ እና የአካባቢ ስርጭት። (ሀ) የ (b) Cu-Kα፣ (c) Zr-Lα፣ እና (d) Ni-Kα የSEM እና የኤክስሬይ EDS ምስል።
ከ50-ሰዓት MA በኋላ የተገኙት በሜካኒካል ቅይጥ የተሰሩ Cu50Zr40Ni10፣ Cu50Zr30Ni20፣ Cu50Zr20Ni30 እና Cu50Zr20Ni30 ዱቄቶች የኤክስሬይ ዲፍራክሽን ቅጦች በቅደም ተከተል በምስል 6a–d ላይ ይታያሉ። ከዚህ የመፍጨት ደረጃ በኋላ፣ የተለያዩ የZr ክምችቶች ያላቸው ሁሉም ናሙናዎች በምስል 6 ላይ የሚታዩት ባህሪ ያላቸው የሀሎ ስርጭት ቅጦች ያላቸው አሞርፎስ መዋቅሮች ነበሯቸው።
ለ50 ሰዓታት ከኤምኤ በኋላ የ Cu50Zr40Ni10 (a)፣ Cu50Zr30Ni20 (b)፣ Cu50Zr20Ni30 (c) እና Cu50Zr20Ni30 (d) ዱቄቶች የኤክስሬይ ዲፍራክሽን ቅጦች። በሁሉም ናሙናዎች ውስጥ ያለ ምንም ልዩነት የሃሎ-ዲፍዩሽን ንድፍ ታይቷል፣ ይህም አሞርፎስ ምዕራፍ መፈጠርን ያሳያል።
ከፍተኛ ጥራት ያለው የመስክ ልቀት ማስተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-HRTEM) መዋቅራዊ ለውጦችን ለመመልከት እና በተለያዩ የMA ጊዜያት ከኳስ መፍጨት የሚመጡ የዱቄቶችን የአካባቢ መዋቅር ለመረዳት ጥቅም ላይ ውሏል። የ Cu50Zr30Ni20 እና Cu50Zr40Ni10 ዱቄቶች የመፍጨት የመጀመሪያ (6 ሰዓት) እና መካከለኛ (18 ሰዓት) ደረጃዎች በኋላ በFE-HRTEM ዘዴ የተገኙ የዱቄቶች ምስሎች በቅደም ተከተል በምስል 7a ላይ ይታያሉ። ከ 6 ሰዓት MA በኋላ የተገኘው የዱቄት ብሩህ-መስክ ምስል (BFI) መሠረት ዱቄቱ የ fcc-Cu፣ hcp-Zr እና fcc-Ni ንጥረ ነገሮች በግልጽ የተገለጹ ወሰኖች ያሏቸው ትላልቅ እህሎችን ያቀፈ ሲሆን በምስል 7a ላይ እንደሚታየው የምላሽ ደረጃ መፈጠር ምንም ምልክቶች የሉም። በተጨማሪም፣ ከመካከለኛው ክልል (a) የተወሰደው ተዛማጅ የተመረጠው የቦታ ዲፍራክሽን ንድፍ (SADP) ትላልቅ ክሪስታላይቶች መኖራቸውን እና የምላሽ ደረጃ አለመኖርን የሚያሳይ ስለታም የዲፍራክሽን ንድፍ (ምስል 7ለ) አሳይቷል።
ከመጀመሪያዎቹ (6 ሰዓታት) እና መካከለኛ (18 ሰዓታት) ደረጃዎች በኋላ የተገኘው የMA ዱቄት የአካባቢ መዋቅራዊ ባህሪያት። (ሀ) ከፍተኛ ጥራት ያለው የመስክ ልቀት ማስተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-HRTEM) እና (ለ) ለ6 ሰዓታት የMA ሕክምና ከተደረገ በኋላ የCu50Zr30Ni20 ዱቄት ተዛማጅ የተመረጠው የአካባቢ ዲፍራክቶግራም (SADP)። ከ18 ሰዓት MA በኋላ የተገኘው የCu50Zr40Ni10 የFE-HRTEM ምስል በ (ሐ) ውስጥ ይታያል።
በምስል 7ሐ ላይ እንደሚታየው፣ የMA ጊዜ ወደ 18 ሰዓታት መጨመር ከፕላስቲክ መበላሸት ጋር ተያይዞ ከባድ የላቲስ ጉድለቶችን አስከትሏል። በዚህ የMA ሂደት መካከለኛ ደረጃ ላይ፣ በዱቄቱ ውስጥ የተለያዩ ጉድለቶች ይታያሉ፣ ይህም የመደራረብ ጉድለቶች፣ የላቲስ ጉድለቶች እና የነጥብ ጉድለቶችን ጨምሮ (ምስል 7)። እነዚህ ጉድለቶች በእህል ወሰኖች ላይ ትላልቅ እህሎች ከ20 nm በታች ወደ ንዑስ እህሎች እንዲከፋፈሉ ያደርጋሉ (ምስል 7ሐ)።
ለ36 ሰዓታት የሚፈጨው የCu50Z30Ni20 ዱቄት የአካባቢ መዋቅር በምስል 8a ላይ እንደሚታየው በአሞርፎስ ቀጭን ማትሪክስ ውስጥ የተካተቱ እጅግ በጣም ቀጭን ናኖግራይን በመፍጠር ይታወቃል። የEMF የአካባቢ ትንተና እንደሚያሳየው በምስል 8a ላይ የሚታዩት ናኖክላስቶች ካልታከሙ የCu፣ Zr እና Ni የዱቄት ቅይጥ ጋር የተቆራኙ ናቸው። በማትሪክስ ውስጥ ያለው የCu ይዘት ከ ~32 at.% (ደካማ ዞን) እስከ ~74 at.% (ሀብታም ዞን) ይለያያል፣ ይህም የተለያዩ ምርቶች መፈጠርን ያሳያል። በተጨማሪም፣ በዚህ ደረጃ ከተፈጨ በኋላ የተገኙት የዱቄቶች ተጓዳኝ SADPs በምስል 8b ላይ እንደሚታየው ከእነዚህ ካልታከሙ ቅይጥ አካላት ጋር የተያያዙ ሹል ነጥቦችን የሚደራረቡ የመጀመሪያ እና ሁለተኛ ደረጃ ሃሎ-ስርጭት አሞርፎስ ምዕራፍ ቀለበቶችን ያሳያሉ።
የቢዮንድ 36 h-Cu50Zr30Ni20 ዱቄት ናኖስካሌል የአካባቢ መዋቅራዊ ባህሪያት። (ሀ) ብሩህ የመስክ ምስል (BFI) እና ተዛማጅ (ለ) ለ36 ሰዓታት MA ከተፈጨ በኋላ የተገኘው የCu50Zr30Ni20 ዱቄት SADP።
በኤምኤ ሂደት መጨረሻ (50 ሰዓት) አካባቢ፣ Cu50(Zr50-xNix)፣ X፣ 10፣ 20፣ 30 እና 40 at.% ዱቄቶች፣ ያለ ምንም ልዩነት፣ የአሞርፎስ ምዕራፍ የላቢሪንቲን ሞርፎሎጂ አላቸው፣ በምስል ላይ እንደሚታየው። በእያንዳንዱ ቅንብር ተጓዳኝ SADS ውስጥ የነጥብ ልዩነትም ሆነ ስለታም የዓንጸባራቂ ቅጦች ሊገኙ አልቻሉም። ይህ የሚያመለክተው ያልታከመ ክሪስታሊን ብረት አለመኖርን ነው፣ ይልቁንም አሞርፎስ ቅይጥ ዱቄት መፈጠርን ነው። እነዚህ የሃሎ ስርጭት ቅጦችን የሚያሳዩ ተዛማጅ SADPዎች በመጨረሻው የምርት ቁሳቁስ ውስጥ አሞርፎስ ደረጃዎችን ለማዳበር እንደ ማስረጃ ሆነው አገልግለዋል።
የCu50 MS ስርዓት የመጨረሻ ውጤት የአካባቢ መዋቅር (Zr50-xNix)። የFE-HRTEM እና የ(a) Cu50Zr40Ni10፣ (b) Cu50Zr30Ni20፣ (c) Cu50Zr20Ni30፣ እና (d) Cu50Zr10Ni40 ከ50 ሰዓታት MA በኋላ የተገኙ ተዛማጅ የናኖቢም ዲፍራክሽን ቅጦች (NBDP)።
የልዩ ቅኝት ካሎሪሜትሪ በመጠቀም፣ የመስታወት ሽግግር ሙቀት (Tg)፣ እጅግ በጣም የቀዘቀዘ ፈሳሽ ክልል (ΔTx) እና የክሪስታላይዜሽን ሙቀት (Tx) የሙቀት መረጋጋት በ Cu50(Zr50-xNix) አሞርፎስ ሲስተም ውስጥ ባለው የNi (x) ይዘት ላይ በመመስረት ጥናት ተደርጓል። (DSC) ባህሪያት በ He ጋዝ ፍሰት ውስጥ። የ Cu50Zr40Ni10፣ Cu50Zr30Ni20 እና Cu50Zr10Ni40 አሞርፎስ ቅይጥ ዱቄቶች የDSC ኩርባዎች በቅደም ተከተል በምስል 10a፣ b፣ e ላይ ይታያሉ። የአሞርፎስ Cu50Zr20Ni30 የDSC ኩርባ በምስል 10ኛው ክፍለ ዘመን በተናጠል ሲታይ፣ በ DSC ውስጥ እስከ ~700°ሴ የሚሞቅ የ Cu50Zr30Ni20 ናሙና በምስል 10ግ ላይ ይታያል።
የCu50(Zr50-xNix) MG ዱቄቶች የሙቀት መረጋጋት የሚለካው በመስታወት ሽግግር የሙቀት መጠን (Tg)፣ በክሪስታላይዜሽን የሙቀት መጠን (Tx) እና በሱፐር ቀዝቀዝ ባለ ፈሳሽ ክልል (ΔTx) ነው። የCu50Zr40Ni10 (a)፣ Cu50Zr30Ni20 (b)፣ Cu50Zr20Ni30 (c) እና (e) የCu50Zr10Ni40 MG ቅይጥ ዱቄቶች የሙቀት ቴርሞግራሞች ለ50 ሰዓታት ከMA በኋላ። በDSC ውስጥ እስከ ~700°ሴ የሚሞቅ የCu50Zr30Ni20 ናሙና የኤክስሬይ ዲፍራክሽን ንድፍ (XRD) በ (d) ውስጥ ይታያል።
በስእል 10 ላይ እንደሚታየው፣ የተለያዩ የኒኬል ክምችቶች (x) ያላቸው የሁሉም ውህዶች የDSC ኩርባዎች ሁለት የተለያዩ ጉዳዮችን ያመለክታሉ፣ አንደኛው ኢንዶተርሚክ እና ሌላኛው ኤክሶተርሚክ። የመጀመሪያው ኢንዶተርሚክ ክስተት ከTg ጋር ይዛመዳል፣ ሁለተኛው ደግሞ ከTx ጋር የተያያዘ ነው። በTg እና Tx መካከል ያለው አግድም ስፋን ስፋት የቀዘቀዘ ፈሳሽ አካባቢ (ΔTx = Tx – Tg) ይባላል። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት በ526°ሴ እና 612°ሴ ላይ የተቀመጡት የCu50Zr40Ni10 ናሙና (ምስል 10a) Tg እና Tx በምስል 10ለ ላይ እንደሚታየው የNi ይዘት (x) በቅደም ተከተል በመጨመር ይዘቱን (x) በ% ወደ 482°ሴ እና 563°ሴ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ጎን እስከ 20% ያዛውራሉ። በዚህም ምክንያት፣ ΔTx Cu50Zr40Ni10 ከ86°ሴ (ምስል 10a) ወደ 81°ሴ ለ Cu50Zr30Ni20 (ምስል 10b) ይቀንሳል። ለMC Cu50Zr40Ni10 ቅይጥ፣ የTg፣ Tx እና ΔTx እሴቶች ወደ 447°ሴ፣ 526°ሴ እና 79°ሴ ደረጃዎች መቀነስ ታይቷል (ምስል 10b)። ይህ የሚያሳየው የNi ይዘት መጨመር የMS ቅይጥ የሙቀት መረጋጋትን እንደሚቀንስ ነው። በተቃራኒው፣ የMC Cu50Zr20Ni30 ቅይጥ Tg (507°ሴ) እሴት ከMC Cu50Zr40Ni10 ቅይጥ ያነሰ ነው፤ ሆኖም፣ የእሱ Tx ከእሱ ጋር የሚመሳሰል እሴት ያሳያል (612°ሴ)። ስለዚህ፣ ΔTx በምስል 10ኛው ክፍለ ዘመን እንደሚታየው ከፍ ያለ እሴት (87°ሴ) አለው
የCu50(Zr50-xNix) MC ሲስተም፣ የCu50Zr20Ni30 MC ቅይጥ እንደ ምሳሌ በመጠቀም፣ በሹል የኤክሶተርሚክ ጫፍ በኩል ወደ fcc-ZrCu5፣ orthorhombic-Zr7Cu10 እና orthorhombic-ZrNi ክሪስታሊን ደረጃዎች (ምስል 10c) ክሪስታላይዝ ያደርጋል። ይህ ከማይሞርፎስ ወደ ክሪስታሊን የሚደረግ የደረጃ ሽግግር በDSC ውስጥ ወደ 700 °C በተዘጋጀው የMG ናሙና የኤክስሬይ ዲፍራክሽን ትንተና ተረጋግጧል (ምስል 10d)።
በምስል 11 ላይ በአሁኑ ሥራ ላይ በተከናወነው ቀዝቃዛ የመርጨት ሂደት ወቅት የተነሱ ፎቶግራፎችን ያሳያል። በዚህ ጥናት፣ ከMA በኋላ ለ50 ሰዓታት (እንደ ምሳሌ Cu50Zr20Ni30ን በመጠቀም) የተዋሃዱ የብረት ብርጭቆ የዱቄት ቅንጣቶች እንደ ፀረ-ባክቴሪያ ጥሬ እቃ ጥቅም ላይ ውለዋል፣ እና የማይዝግ ብረት ሳህን (SUS304) በቀዝቃዛ የመርጨት ሽፋን ተሸፍኗል። የቀዝቃዛው የመርጨት ዘዴ የተመረጠው በሙቀት ርጭት ቴክኖሎጂ ተከታታይ ውስጥ ለመሸፈን ነው ምክንያቱም እንደ አሞርፎስ እና ናኖክሪስታሊን ዱቄቶች ላሉ ለብረታ ብረት ሜታስታብሊክ ሙቀት ስሜታዊ ቁሳቁሶች ጥቅም ላይ ሊውል የሚችልበት በጣም ቀልጣፋ ዘዴ ስለሆነ። ለደረጃ ሽግግሮች ተገዢ አይደለም። ይህንን ዘዴ ለመምረጥ ዋናው ምክንያት ይህ ነው። የቀዝቃዛው የማጠራቀሚያ ሂደት የሚከናወነው ከፍተኛ ፍጥነት ያላቸውን ቅንጣቶች በመጠቀም ሲሆን ይህም የንጥረ ነገሮችን ኪኔቲክ ኃይል ወደ ፕላስቲክ መበላሸት፣ መበላሸት እና ከንጥረ ነገር ወይም ቀደም ሲል ከተቀመጡ ቅንጣቶች ጋር በሚኖረው ተጽእኖ ላይ ወደ ፕላስቲክ መበላሸት፣ መበላሸት እና ሙቀት ይለውጣል።
የመስክ ፎቶግራፎች ለአምስት ተከታታይ የMG/SUS 304 ዝግጅቶች በ550°ሴ ጥቅም ላይ የዋለውን የቅዝቃዜ ርጭት ሂደት ያሳያሉ።
የንጥረ ነገሮች ኪነቲክ ኃይል፣ እንዲሁም ሽፋኑ በሚፈጠርበት ጊዜ የእያንዳንዱ ቅንጣት ሞመንተም፣ እንደ ፕላስቲክ ዲፎርሜሽን (በማትሪክስ ውስጥ ያሉ ዋና ዋና ቅንጣቶች እና የንጥረ ነገሮች መስተጋብር እና የንጥረ ነገሮች መስተጋብር)፣ የጠጣር መካከለ-ጊዜዎች መሽከርከር፣ በንጥረ ነገሮች መካከል መዞር፣ ዲፎርሜሽን እና ገደብ ማሞቂያ 39 ባሉ ዘዴዎች ወደ ሌሎች የኃይል ዓይነቶች መለወጥ አለባቸው። በተጨማሪም፣ ሁሉም የሚመጣው ኪነቲክ ኃይል ወደ ሙቀት ኃይል እና ዲፎርሜሽን ኃይል ካልተቀየረ፣ ውጤቱ የመለጠጥ ግጭት ይሆናል፣ ይህም ማለት ቅንጣቶቹ ከተከሰቱ በኋላ በቀላሉ ይመለሳሉ ማለት ነው። በቅንጣቱ/ንጥረ-ነገር ቁሳቁስ ላይ የተተገበረው 90% የሚሆነው የተፅዕኖ ኃይል ወደ አካባቢያዊ ሙቀት 40 እንደሚቀየር ተስተውሏል። በተጨማሪም፣ የተፅዕኖ ውጥረት ሲተገበር፣ ከፍተኛ የፕላስቲክ የጭንቀት መጠኖች በጣም አጭር ጊዜ ውስጥ በቅንጣቱ/ንጥረ-ነገር ግንኙነት ክልል ውስጥ ይገኛሉ41,42።
የፕላስቲክ መበላሸት ብዙውን ጊዜ እንደ የኃይል መበታተን ሂደት ወይም በኢንተርፌሻል ክልል ውስጥ እንደ ሙቀት ምንጭ ተደርጎ ይቆጠራል። ሆኖም ግን፣ በኢንተርፌሻል ክልል ውስጥ ያለው የሙቀት መጨመር ብዙውን ጊዜ የፊት ለፊት መቅለጥ ወይም የአቶሞች የጋራ ስርጭት ጉልህ ማነቃቂያ እንዲከሰት በቂ አይደለም። እነዚህ የብረት ቪትሬየስ ዱቄቶች በቀዝቃዛ የሚረጩ ቴክኒኮችን ሲጠቀሙ በዱቄት ማጣበቂያ እና በመቀመጥ ላይ ያላቸውን ተጽእኖ ለደራሲዎቹ የሚታወቅ ምንም ህትመት የለም።
የ MG Cu50Zr20Ni30 ቅይጥ ዱቄት BFI በምስል 12a ላይ ይታያል፣ ይህም በSUS 304 ንጣፍ ላይ ተቀምጧል (ምስል 11፣ 12b)። ከስዕሉ እንደሚታየው፣ የተሸፈኑት ዱቄቶች ምንም አይነት የክሪስታሊን ባህሪያት ወይም የላቲስ ጉድለቶች ሳይኖሩባቸው ስስ የሆነ የላቢሪንት መዋቅር ስላላቸው የመጀመሪያውን አሞርፎስ መዋቅራቸውን ይይዛሉ። በሌላ በኩል ደግሞ፣ በ MG-የተሸፈነው የዱቄት ማትሪክስ ውስጥ በተካተቱት ናኖፓርቲክሎች (ምስል 12a) እንደሚታየው፣ ምስሉ የውጭ ምዕራፍ መኖሩን ያሳያል። ምስል 12c ከክልል I ጋር የተያያዘውን የተጠቆመውን ናኖቢም ዲፍራክሽን ንድፍ (NBDP) ያሳያል (ምስል 12a)። በምስል 12c ላይ እንደሚታየው፣ NBDP ደካማ የሆነ የአሞርፎስ መዋቅር ሃሎ-ዲፍፉሽን ንድፍ ያሳያል እና ከክሪስታሊን ትልቅ ኩብ ሜታስታብል Zr2Ni ምዕራፍ እና ከቴትራጎናል CuO ምዕራፍ ጋር የሚዛመዱ ሹል ቦታዎች አሉት። የCuO መፈጠር በሱፐርሶኒክ ፍሰት ውስጥ ከመርጨት ሽጉጡ ኖዝል ወደ SUS 304 ክፍት አየር ሲዘዋወር የዱቄቱ ኦክሳይድ በማድረግ ሊገለጽ ይችላል። በሌላ በኩል ደግሞ የብረት ብርጭቆ ዱቄቶች ዲቪትሪፊኬሽን በ550°ሴ ለ30 ደቂቃ ከቀዝቃዛ ርጭት ህክምና በኋላ ትላልቅ ኩብ ደረጃዎች እንዲፈጠሩ ምክንያት ሆኗል።
(ሀ) በ (ለ) SUS 304 ንጣፍ (የምስል ማስገቢያ) ላይ የተቀመጠ የMG ዱቄት FE-HRTEM ምስል። በ (a) ውስጥ የሚታየው የክብ ምልክት የNBDP መረጃ ጠቋሚ በ (c) ውስጥ ይታያል።
ትላልቅ ኩብ Zr2Ni ናኖፓርቲክሎች እንዲፈጠሩ የሚያስችል እምቅ ዘዴን ለመፈተሽ፣ ገለልተኛ ሙከራ ተካሂዷል። በዚህ ሙከራ፣ ዱቄቶች ከአቶሚዘር በ550°ሴ በSUS 304 ንጣፍ አቅጣጫ ይረጩ ነበር፤ ሆኖም ግን፣ የማጥፊያውን ውጤት ለማወቅ፣ ዱቄቶቹ ከSUS304 ስትሪፕ በተቻለ ፍጥነት (በ60 ሰከንድ አካባቢ) ተወግደዋል። ሌላ ተከታታይ ሙከራዎች ተካሂደዋል፣ በዚህ ውስጥ ዱቄቱ ከተተገበረ በኋላ በግምት 180 ሰከንድ ከንጣፉ ተወግዷል።
ምስሎች 13a,b በቅደም ተከተል በSUS 304 ንጣፎች ላይ ለ60 ሰከንድ እና ለ180 ሰከንድ የተቀመጡ ሁለት የተተከሉ ቁሳቁሶች የስካኒንግ ትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (STEM) ጨለማ መስክ (DFI) ምስሎችን ያሳያሉ። ለ60 ሰከንድ የተቀመጠው የዱቄት ምስል የሞርፎሎጂ ዝርዝሮች የሉትም፣ ይህም ባህሪ አልባነትን ያሳያል (ምስል 13a)። ይህ በXRD ተረጋግጧል፣ ይህም በምስል 14a ላይ በሚታዩት ሰፊ የመጀመሪያ እና ሁለተኛ ደረጃ የዳይፍራክሽን ጫፎች እንደሚታየው የእነዚህ ዱቄቶች አጠቃላይ መዋቅር አሞርፎስ መሆኑን አሳይቷል። ይህ የሚያመለክተው ዱቄቱ የመጀመሪያውን አሞርፎስ መዋቅር የሚይዝበትን የሜታስታብል/ሜሶፋዝ ዝግታዎች አለመኖርን ነው። በተቃራኒው፣ ዱቄቱ በተመሳሳይ የሙቀት መጠን (550°ሴ) የተቀመጠው ነገር ግን ለ180 ሰከንድ በንጣፉ ላይ የቀረው ናኖሳይዝድ እህሎች መከማቸታቸውን ያሳያል፣ በምስል 13ለ ላይ ባሉት ቀስቶች እንደሚታየው።