Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз колдонуп жаткан серепчи версиясы CSS үчүн чектелген колдоого ээ. Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүү). Ошол эле учурда, колдоо үзгүлтүксүз болушу үчүн, биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Биоплёнкалар өнөкөт инфекциялардын өнүгүшүндө маанилүү компонент болуп саналат, айрыкча медициналык аппараттар тартылганда. Бул көйгөй медициналык коомчулукка чоң көйгөй жаратат, анткени стандарттуу антибиотиктер биоплёнканы өтө чектелген өлчөмдө жок кыла алат. Биопленканын пайда болушунун алдын алуу ар кандай жабуу ыкмаларын жана жаңы материалдарды иштеп чыгууга алып келди. Бул ыкмалар беттерди каптоо максатын көздөйт. титан металлдары, идеалдуу антимикробдук каптамалар катары пайда болду. Ошол эле учурда муздак чачуу технологиясын колдонуу көбөйдү, анткени бул температурага сезгич материалдарды иштетүү үчүн ылайыктуу ыкма. Бул изилдөөнүн максатынын бир бөлүгү, механикалык эритмелөөчү порошок катары колдонулган тернардык Cu-Zr-Niден турган жаңы антибактериалдык пленкалуу металл айнекти иштеп чыгуу болду. төмөн температураларда дат баспас болоттон жасалган беттердин спрей каптоо. Металл айнек менен капталган субстраттар дат баспас болоттон караганда биофильмдин пайда болушун, жок дегенде, 1 журналга олуттуу кыскарта алган.
Бүткүл адамзат тарыхында ар бир коом өзүнүн спецификалык талаптарына жооп берген жаңы материалдарды иштеп чыгууга жана жайылтууга жетише алган, анын натыйжасында глобалдашкан экономикада көрсөткүчтөр жана рейтинг жакшырган 1. Бул ар дайым адамдын ден соолук, билим берүү, өнөр жай, экономика, маданият жана башка аймактарга же башка бир регионго же башка аймактарга жетүү үчүн материалдарды жана өндүрүштүк жабдууларды жана конструкцияларды иштеп чыгуу жөндөмдүүлүгүнө байланыштырылып келген. аймак. 2 60 жыл бою материал таануучулар убактысынын көбүн бир негизги маселеге: жаңы жана алдыңкы материалдарды издөөгө арнашкан. Акыркы изилдөөлөр учурдагы материалдардын сапатын жана натыйжалуулугун жогорулатууга, ошондой эле материалдардын таптакыр жаңы түрлөрүн синтездөө жана ойлоп табууга багытталган.
Легирленген элементтерди кошуу, материалдын микроструктурасын өзгөртүү жана термикалык, механикалык же термомеханикалык иштетүү ыкмаларын колдонуу ар кандай материалдардын механикалык, химиялык жана физикалык касиеттерин олуттуу жакшыртууга алып келди. Мындан тышкары, ушул кезге чейин угулбаган кошулмалар ийгиликтүү синтезделди. Материалдар 2. Нанокристаллдар, нанобөлүкчөлөр, нанотүтүкчөлөр, кванттык чекиттер, нөл өлчөмдүү, аморфтук металлдык айнектер жана жогорку энтропия эритмелери өткөн кылымдын ортосунан бери дүйнөгө киргизилген алдыңкы материалдардын кээ бир мисалдары гана. баланстан тышкаркы көп учурда кошулат. Тең салмактуулуктан олуттуу четтөө үчүн жаңы өндүрүш ыкмаларын ишке ашыруунун натыйжасында, металлдык айнектер деп аталган метастабилдүү эритмелердин жаңы классы ачылды.
Анын 1960-жылы Калтехте жасаган иши суюктуктарды секундасына миллион градуска жакын ылдамдыкта тез катыруу аркылуу айнек сымал Au-25 at.% Si эритмелерин синтездегенде металл эритмелери концепциясына революция алып келди. эритмелер. MG эритмелерин синтездөө боюнча эң алгачкы пионердик изилдөөлөрдөн бери дээрлик бардык металлдык айнектер толугу менен төмөнкү ыкмалардын бирин колдонуу менен өндүрүлгөн; (i) эритменин же буунун тез катууланышы, (ii) тордун атомдук бузулушу, (iii) таза металл элементтеринин ортосундагы катуу абалдагы аморфизация реакциялары жана (iv) метастабилдүү фазалардын катуу абалга өтүшү.
MGs кристаллдардын аныктоочу мүнөздөмөсү болуп саналган кристаллдар менен байланышкан узак аралыктагы атомдук тартиптин жоктугу менен айырмаланат. Азыркы дүйнөдө металлдык айнек тармагында чоң ийгиликтерге жетишилди. Алар кызыктуу касиеттерге ээ жаңы материалдар болуп саналат, алар катуу дененин физикасында гана эмес, ошондой эле металлургияда, жер үстүндөгү химияда жана башка көптөгөн тармактарда да кызыгууну туудурат. катуу металлдардан айырмаланган касиеттери, аны ар кандай тармактарда технологиялык колдонуу үчүн кызыктуу талапкер кылып. Алардын кээ бир маанилүү касиеттери бар; (i) жогорку механикалык ийкемдүүлүк жана ийкемдүүлүк, (ii) жогорку магниттик өткөрүмдүүлүк, (iii) төмөн коэрцивдүүлүк, (iv) адаттан тыш коррозияга туруктуулук, (v) температуранын көз карандысыздыгы 6,7 өткөрүмдүүлүк.
Механикалык эритмелөө (MA) 1,8 салыштырмалуу жаңы ыкма, биринчи жолу 19839-жылы профессор CC Кок жана кесиптештери тарабынан киргизилген. Алар бөлмө температурасына абдан жакын чөйрө температурасында таза элементтердин аралашмасын майдалоо жолу менен аморфтук Ni60Nb40 порошокторун даярдашкан. Эреже катары, MA реакциясы реактордогу реактивдик материалдын порошокторун диффузиялык бириктирүүнүн ортосунда ишке ашырылат, адатта дат баспас болоттон жасалган шар тегирменине 10 (сүрөт 1а, б). Ошондон бери, бул механикалык индукцияланган катуу абалдагы реакциянын ыкмасы жаңы аморфтук/металлдык ) жана энергиясы аз айнек эритмесинин порошокторун, ошондой эле аз айнектин эритмесин колдонуу менен даярдоо үчүн колдонулат. таякча тегирмендери11,12,13,14,15 , 16. Атап айтканда, бул ыкма Cu-Ta17 сыяктуу аралашпаган системаларды, ошондой эле Al-өткөөл металл системалары (TM; Zr, Hf, Nb жана Ta) 18,19 жана Fe-W20 сыяктуу эрүү температурасы жогорку эритмелерди даярдоо үчүн колдонулган, бул ыкманы MAF ыкмасын колдонуу менен алуу мүмкүн эмес. металл оксиддеринин, карбиддердин, нитриддердин, гидриддердин, көмүртектин нанотүтүкчөлөрүнүн, наноалмаздардын өнөр жай масштабындагы нанокристаллдык жана нанокомпозиттик порошок бөлүкчөлөрүн даярдоо үчүн эң күчтүү нанотехнологиялык инструменттер, ошондой эле жогорудан ылдый мамиле 1 жана метастабилдүү этаптар аркылуу кеңири турукташтыруу.
Бул изилдөөдө Cu50(Zr50−xNix) металлдык айнек (MG) каптоо/SUS 304 даярдоо үчүн колдонулган даярдоо ыкмасын көрсөтүүчү схема. (a) Ар кандай Ni концентрациясы x (x; 10, 20, 30 жана 40% менен MG эритмеси порошокторун аз энергия менен фрезерлөө ыкмасын колдонуу менен даярдоо. (a) болоттон жасалган шариктерди фрезерлөөчү материал менен бирге инструмент жүктөө. жана (б) Ал атмосферасы менен толтурулган колкап кутучасында мөөр басылган. (c) майдалоочу идиштин тунук модели, 50 сааттан кийин алынган порошоктун акыркы продуктусу, муздак чачуу ыкмасын колдонуу менен SUS 304 субстратын каптоо үчүн колдонулган.
Материалдык үстүнкү беттерге (субстраттарга) келгенде, беттик инженерия беттерди (субстраттарды) долбоорлоону жана модификациялоону камтыйт, бул баштапкы жапырт материалда камтылбаган белгилүү бир физикалык, химиялык жана техникалык сапаттарды камсыз кылуу. Кээ бир касиеттерге беттик тазалоонун жардамы менен эффективдүү жакшыртылышы мүмкүн болгон абразияга, кычкылданууга жана коррозияга туруктуулук, сүрүлүү коэффиценти, биоинерттүүлүк, эмалдуулук касиеттери, а. Металлургиялык, механикалык же химиялык ыкмаларды колдонуу менен беттин сапатын жакшыртууга болот. Белгилүү процесс катары каптоо башка материалдан жасалган жапырт объектинин (субстраттын) бетине жасалма жол менен салынган бир же бир нече катмар материал катары аныкталат. Ошентип, каптамалар кээ бир керектүү техникалык же декоративдик касиеттерге жетүү үчүн жарым-жартылай колдонулат.
Калыңдыгы бир нече микрометрден (10-20 микрометрден төмөн) 30 микрометрге же ал тургай бир нече миллиметрге чейин болгон ылайыктуу беттик коргоо катмарларын салуу үчүн көптөгөн ыкмаларды жана ыкмаларды колдонсо болот. Жалпысынан, каптоо процесстерин эки категорияга бөлүүгө болот: (i) нымдуу каптоо ыкмалары, анын ичинде электропластика, электрсиз каптоо, жана ысык аралаштыруу ыкмалары, эритмелөө, үстүн жабуу, физикалык буу коюу (PVD), химиялык буу коюу (CVD), термикалык чачуу ыкмалары жана жакында эле муздак чачуу ыкмалары 24 (сүр. 1d).
Биофильмдер беттерге кайтарылгыс түрдө жабышып, өзүн өзү өндүргөн клеткадан тышкаркы полимерлер (EPS) менен курчалган микробдук жамааттар катары аныкталат. Үстүртөн жетилген биопленканын пайда болушу көптөгөн өнөр жай тармактарында, анын ичинде тамак-аш өнөр жайы, суу тутумдары жана саламаттыкты сактоо чөйрөлөрүндө олуттуу жоготууларга алып келиши мүмкүн. Адамдарда биофильмдер пайда болгондо, инфекциянын 80% ашуун Enterobacteriaceae жана Staphylococci) дарылоо кыйын. Мындан тышкары, жетилген биопленкалар планктондук бактериялык клеткаларга салыштырмалуу антибиотиктик дарылоого 1000 эсе туруктуураак экени кабарланган, бул негизги терапиялык кыйынчылык болуп эсептелет. Кадимки органикалык кошулмалардан алынган антимикробдук беттик каптоочу материалдар тарыхта мындай потенциалдуу коркунучтуу материалдарды камтыган. адамдар, 25,26 бул бактериялык жугуштуу жана материалдык жок кылууну алдын алууга жардам берет.
Биофильмдин пайда болушунан улам бактериялардын антибиотиктик дарылоого кеңири жайылган туруктуулугу, коопсуз колдонула турган эффективдүү микробго каршы мембрана менен капталган бетти иштеп чыгуу зарылдыгына алып келди. так, алар керектүү жерде, жогорку концентрацияланган жана ылайыкташтырылган өлчөмдөрдө. Буга бактерияларга туруктуу болгон графен/германий28, кара алмаз29 жана ZnO кошулган алмаз сымал көмүртек каптоолору30 сыяктуу уникалдуу жабуу материалдарын иштеп чыгуу аркылуу жетишилет. Бактериялык булгануудан узак мөөнөттүү коргоону камсыз кылуу үчүн беттерге микробдорду жок кылуучу химиялык заттарды киргизүү популярдуу болуп баратат. Үч процедура тең капталган беттерге микробго каршы таасирлерди жаратууга жөндөмдүү болсо да, алардын ар бири колдонуу стратегияларын иштеп чыгууда эске алынышы керек болгон өз чектөөлөрүнө ээ.
Учурда рынокто өндүрүлгөн продуктыларга биологиялык активдүү ингредиенттер үчүн коргоочу жабындарды талдоо жана сыноо үчүн жетишсиз убакыт тоскоол болууда. Компаниялар алардын өнүмдөрү колдонуучуларга керектүү функционалдык аспектилерди берет деп ырасташат; бирок, бул азыркы учурда рынокто өнүмдөрдүн ийгилиги үчүн тоскоолдук болуп калды. Күмүштөн алынган кошулмалар азыр керектөөчүлөргө жеткиликтүү болгон антимикробдук терапиянын басымдуу көпчүлүгүндө колдонулат. Бул продуктылар колдонуучуларды микроорганизмдердин потенциалдуу коркунучтуу таасиринен коргоо үчүн иштелип чыккан. Кечигип калган микробго каршы таасири жана күмүш кошулмаларынын аны менен байланышкан уулуулугу башка изилдөөчүлөргө басымды жогорулатат. Үйдө жана сыртта иштеген глобалдык антимикробдук жабын дагы эле оор иш болуп саналат. Бул ден-соолукка жана коопсуздукка байланыштуу коркунучтардан улам. Адамдарга анча зыяны жок антимикробдук агентти табуу жана аны сактоо мөөнөтү узун каптоочу субстраттарга кантип киргизүүнү аныктоо - бул микробго каршы эң акыркы максат болуп саналат. жакын аралыкта бактерияларды өлтүрүү үчүн, же түздөн-түз байланыш аркылуу же активдүү агент бошотулгандан кийин. Алар баштапкы бактериялык адгезияны (анын ичинде бетинде белок катмарынын пайда болушуна каршы туруу) бөгөт коюу аркылуу же клетка дубалына кийлигишүү аркылуу бактерияларды өлтүрүү менен жасай алышат.
Негизинен, беттик каптоо - бул бетке тиешелүү сапаттарды жогорулатуу үчүн компоненттин бетине дагы бир катмарды коюу процесси. Беттик жабуунун максаты компоненттин бетке жакын аймагынын микроструктурасын жана/же курамын ыңгайлаштыруу болуп саналат39. Беттик каптоо ыкмаларын ар кандай ыкмаларга бөлүүгө болот, алар 2-сүрөттө жалпыланган, химиялык жана физикалык бөлүктөргө бөлүнөт. жабууну түзүү үчүн колдонулган ыкмага жараша электрохимиялык категориялар.
(а) бет үчүн колдонулган негизги даярдоо ыкмаларын көрсөтүүчү инсет, жана (б) муздак чачуу техникасынын тандалган артыкчылыктары жана кемчиликтери.
Муздак спрей технологиясы кадимки термикалык спрей ыкмалары менен көптөгөн окшоштуктарды бөлүшөт. Бирок, муздак чачуу процессин жана муздак спрей материалдарын өзгөчө уникалдуу кылган кээ бир негизги фундаменталдык касиеттери бар. Муздак спрей технологиясы али өнүккөн, бирок жаркын келечекке ээ. Кээ бир колдонмолордо муздак спрейдин уникалдуу касиеттери чоң пайдаларды сунуштайт. термикалык спрей технологиясы, анын жүрүшүндө порошок substrat.Obvious үстүнө кени үчүн эритүү керек, бул салттуу каптоо жараяны, мисалы, нанокристаллдар, нанобөлүкчөлөр, аморфтук жана металлдык glasses40, 41, 42.Furthorthorth, 41, 42.Furthorthorthing сыяктуу абдан температура сезгич материалдар үчүн ылайыктуу эмес. жылуулук чачуу технологиясы боюнча артыкчылыктары, мисалы, (i) субстрат үчүн минималдуу жылуулук киргизүү, (ii) субстрат каптоо тандоодо ийкемдүүлүк, (iii) этап өзгөртүү жана дан өсүү жок , (iv) жогорку байланыш күчү1,39 (сүрөт. 2b). Мындан тышкары, муздак брызги каптоо материалдары жогорку коррозияга туруктуулугун, жогорку күч жана электр өткөрүмдүүлүк бар. density41.Contrary муздак брызги жараянынын артыкчылыктары, бул ыкманы колдонуу үчүн дагы эле кээ бир кемчиликтери бар, Figure 2b.When, мисалы, Al2O3, TiO2, ZrO2, WC сыяктуу таза керамикалык порошок каптоо, муздак чачуу ыкмасын колдонулушу мүмкүн эмес. башка термикалык чачуу ыкмалары. Татаал беттерди жана ички түтүк беттерин чачуу дагы эле кыйын.
Учурдагы иш металлдык айнек порошокторду сырье катары колдонууга багытталганын эске алсак, кадимки термикалык чачууну бул максатта колдонууга болбойт. Мунун себеби, металлдык айнек порошок жогорку температурада кристаллдашат1.
Медициналык жана тамак-аш өнөр жайларында колдонулган шаймандардын көбү хирургиялык аспаптарды өндүрүү үчүн дат баспас болоттон жасалган 12 жана 20% га чейинки хромдун курамында аустениттик дат баспас болоттон жасалган эритмелерден (SUS316 жана SUS304) жасалат. Жалпысынан хром металлын легирлөөчү элемент катары колдонуу болоттун стандарттуу эритмесиндеги болоттун туруктуулугун жакшыртат. эритмелер, алардын жогорку коррозияга туруктуулугуна карабастан, олуттуу антимикробдук касиеттерин көрсөтпөйт38,39.Бул алардын жогорку коррозияга туруктуулугу менен карама-каршы келет.Андан кийин инфекциянын жана сезгенүүнүн өнүгүшүн алдын ала айтууга болот, бул негизинен дат баспас болоттон жасалган бетинде бактериялык адгезия жана колонизация менен шартталган. ден соолуктун начарлашына алып келиши мүмкүн болгон биофильмдердин пайда болуу жолдору, адамдын ден соолугуна түздөн-түз же кыйыр түрдө таасир этиши мүмкүн болгон көптөгөн кесепеттерге алып келиши мүмкүн.
Бул изилдөө Кувейттин илимди өркүндөтүү фонду (KFAS) тарабынан каржыланган долбоордун биринчи этабы, № 2010-550401 Контракт, MA технологиясын колдонуу менен металлдык айнектүү Cu-Zr-Ni үчтүк порошокторду өндүрүүнүн максатка ылайыктуулугун иликтөө үчүн (таблица 1) бактерияга каршы пленканы өндүрүү үчүн. Январь 2023, системанын электрохимиялык коррозия мүнөздөмөлөрү жана механикалык касиеттери деталдуу түрдө изилденет. Ар кандай бактерия түрлөрү үчүн деталдуу микробиологиялык тесттер жүргүзүлөт.
Бул макалада, Zr эритмелөөчү элементтин мазмунунун айнек түзүү жөндөмдүүлүгүнө (GFA) тийгизген таасири морфологиялык жана структуралык мүнөздөмөлөрдүн негизинде талкууланат. Мындан тышкары, капталган металл айнек порошок каптоосунун/SUS304 композиттин антибактериалдык касиеттери да талкууланды. Мындан тышкары, учурдагы иштер муздак айнектин порошоктун айнек структурасына айлануу процессинде пайда болуу мүмкүнчүлүгүн изилдөө боюнча жүргүзүлдү. Жасалган металл айнек системаларынын муздатылган суюктук аймагы. Мисал катары бул изилдөөдө Cu50Zr30Ni20 жана Cu50Zr20Ni30 металлдык айнек эритмелери колдонулган.
Бул бөлүмдө аз энергиялуу шариктүү фрезерлөөдө элементардык Cu, Zr жана Ni порошоктарынын морфологиялык өзгөрүүлөрү көрсөтүлөт. Иллюстративдик мисалдар катары Cu50Zr20Ni30 жана Cu50Zr40Ni10дан турган эки түрдүү система репрезентативдик мисалдар катары колдонулат. MA процессин үч түрдүү баскычка бөлүүгө болот.
Шарты фрезерлөөнүн ар кандай этаптарынан кийин алынган механикалык эритме (МА) порошоктарынын металлографиялык мүнөздөмөлөрү. Талаа эмиссиялык сканерлөөчү электрондук микроскопиянын (FE-SEM) MA жана Cu50Zr40Ni10 порошоктарынын 3, 12 жана 50 сааттык аз энергиялуу шариктүү фрезерлөө убактысынан кийин алынган сүрөттөрү (a), (c) жана (e) графасында көрсөтүлгөн, ошол эле учурда MA20 системасында Cu05, Убакыттын өтүшү менен алынган Cu50Zr40Ni10 системасынын тиешелүү сүрөттөрү (b), (d) жана (f) бөлүмүндө көрсөтүлгөн.
Шар менен фрезерлөө учурунда металл порошокуна бериле турган эффективдүү кинетикалык энергияга 1а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, параметрлердин айкалышы таасир этет. Буга шарлар менен порошоктордун ортосундагы кагылышуулар, майдалоочу чөйрөнүн ортосунда же ортосуна тыгылып калган порошоктун кысуу менен кырылышы, кулап түшкөн топтордун таасири, кыркылышы жана эскириши, кыймылдуу шариктер аркылуу фрезерлөөнүн ортосундагы порошок сүйрөө жана фрезерациялоонун ортосунда. жүктөрдү (сүрөт. 1a). Элементтүү Cu, Zr жана Ni порошок MA (3 ч) алгачкы этабында муздак ширетүү улам катуу деформацияланып, ири порошок бөлүкчөлөрүнүн натыйжасында (>1 мм диаметри). h (аралык этап) шар тегирмендин кинетикалык энергиясынын жогорулашына алып келди, натыйжада композиттик порошок 3c,d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, майда порошокторго (200 мкмден аз) ажырады. Бул этапта колдонулган кесүү күчү майда Cu, Zr, Ni, Fic катмарлары менен жаңы металл бетинин пайда болушуна алып келет. тактоо, катуу фаза реакциялары жаңы фазаларды пайда кылуу үчүн кабыкчалардын интерфейсинде пайда болот.
MA процессинин туу чокусунда (50 сааттан кийин) кабыкча металлография анча-мынча көрүнгөн (3e,f-сүрөт), бирок порошоктун жылмаланган бети күзгү металлографияны көрсөттү.Бул MA процесси аяктаганын жана бирдиктүү реакция фазасын түзүү болгонун билдирет.Аймактардын элементардык курамы II, 3e, VI-сүрөттө индекстелген аймактардын элементардык курамы (I, e) сканерлөө аркылуу аныкталды. электрондук микроскопия (FE-SEM) энергетикалык дисперсиялык рентген спектроскопиясы (EDS) менен айкалышкан (IV).
2-таблицада легирленген элементтердин элементардык концентрациялары 3e,f-сүрөттө тандалган ар бир аймактын жалпы салмагына карата пайыз катары көрсөтүлгөн. Бул натыйжаларды 1-таблицада келтирилген Cu50Zr20Ni30 жана Cu50Zr40Ni10 баштапкы номиналдык курамы менен салыштырганда, бул эки акыркы продуктунун номиналдык курамына абдан окшош экенин көрүүгө болот. Мындан тышкары, 3e,f-сүрөттө келтирилген региондор үчүн салыштырмалуу компоненттин маанилери ар бир үлгүнүн курамынын бир аймактан экинчисине олуттуу начарлашын же термелүүсүн билдирбейт. Бул бир региондон экинчисине курамында эч кандай өзгөрүү болбогондугу менен далилденет.
Акыркы продукт Cu50(Zr50−xNix) порошоктун FE-SEM микросүрөттөрү 50 MA жолудан кийин алынган, 4a–d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, мында x тиешелүүлүгүнө жараша 10, 20, 30 жана 40 %.% түзөт. Бул фрезерлөө кадамынан кийин порошок агрегаттары ван дер Ваальс эффектинин пайда болушунун натыйжасында чоң ультраагрегаттардын пайда болушунан турат. 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, диаметри 73төн 126 нмге чейинки бөлүкчөлөр.
50 саат MA убакыттан кийин алынган Cu50(Zr50−xNix) порошоктарынын морфологиялык мүнөздөмөлөрү. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 системалары үчүн, порошоктордун FE-SEM сүрөттөрү (5 жолу алынган), жана (5 жолу) ac менен көрсөтүлгөн тиешелүү түрдө.
Порошокторду муздак спрей фидерине жүктөөдөн мурун, алар адегенде аналитикалык сорттогу этанолдо 15 мүнөт ультрадыбыс менен иштетилип, андан кийин 150°C температурада 2 саат кургатылган. Бул кадам бүтүндөй каптоо процессинде көптөгөн олуттуу көйгөйлөрдү жаратуучу агломерация менен ийгиликтүү күрөшүү үчүн жасалышы керек. MA процесси аяктагандан кийин, бардык гомогендик мүнөздөмөлөр жүргүзүлдү. порошоктор. 5a–d-сүрөттө FE-SEM микросүрөттөрү жана 50 саат М убакыттан кийин алынган Cu, Zr жана Ni20 эритмесинин тиешелүү EDS сүрөттөрү көрсөтүлгөн. Бул кадамдан кийин өндүрүлгөн эритме порошоктары бир тектүү экенин белгилей кетүү керек, анткени алар кандайдыр бир субметрдик деңгээлдеги композицияны көрсөтпөйт. 5-сүрөттө.
Morphology жана MG Cu50Zr30Ni20 порошок жергиликтүү элементтик бөлүштүрүү FE-SEM / энергетикалык дисперсиялык рентген спектроскопия (EDS) менен 50 MA жолу кийин алынган. (а) SEM жана рентген EDS карта (б) Cu-Kα, (с) Zr-Lα жана (г) Ni-Kα сүрөттөр.
50 сааттык MA убакыттан кийин алынган механикалык эритмеленген Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 жана Cu50Zr20Ni30 порошоктарынын XRD үлгүлөрү тиешелүүлүгүнө жараша 6a–d-сүрөттө көрсөтүлгөн. Бул этабынан кийин фрезерлөөнүн бардык концентрациялуу түзүлүшү Zrph менен ар түрдүү болот. 6-сүрөттө көрсөтүлгөн гало диффузия үлгүлөрү.
(а) Cu50Zr40Ni10, (б) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 жана (г) Cu50Zr20Ni30 порошоктарынын MA убакыты 50 сааттан кийин XRD үлгүлөрү. Бардык үлгүлөр кошпогондо, бир иморфтун гало диффузия фазасын көрсөттү.
Талаа эмиссиясы жогорку резолюциядагы электрондук микроскопия (FE-HRTEM) түзүмдүк өзгөрүүлөрдү байкоо жана ар түрдүү MA times.FE-HRTEM порошоктордун сүрөттөрү түзүмдүк өзгөрүүлөргө байкоо жүргүзүү үчүн колдонулган. FE-HRTEM сүрөттөрү Cu50Zr30N1 үчүн майдалоонун эрте (6 саат) жана ортоңку (18 ч) этаптарынан кийин алынган Cu52Zr30N1. 7a,c-сүрөт, тиешелүүлүгүнө жараша. MA​​ 6 сааттан кийин пайда болгон порошоктун жаркыраган талаа сүрөтүнө (BFI) ылайык, порошок fcc-Cu, hcp-Zr жана fcc-Ni элементтеринин так аныкталган чек аралары бар чоң бүртүкчөлөрдөн турат жана 7-бетте көрсөтүлгөндөй, реакция фазасы пайда болгондугунун белгиси жок. (а)-нын орто аймагынан алынган дифракциялык схема (SADP) ири кристаллдардын бар экендигин жана реактивдүү фазанын жоктугун көрсөтүүчү туудурган дифракция схемасын (7б-сүрөт) ачып берген.
MA порошок жергиликтүү структуралык мүнөздөмөсү эрте (6 саат) жана орто (18 ч) этаптарынан кийин алынган. (а) Талаа эмиссиясы жогорку чечим берүү электрондук микроскоп (FE-HRTEM), жана (б) FE-50NH14EM үчүн MA дарылоо кийин Cu50Zr30Ni20 порошок тиешелүү тандалган аймак дифракция үлгүсү (SADP). 18 саат MA убакыттан кийин алынган (c) көрсөтүлгөн.
7c-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, MA узактыгын 18 саатка чейин узартуу пластикалык deformation.During менен айкалышкан катуу тор кемчиликтерине алып келди. MA процессинин бул аралык стадиясында, порошок ар кандай кемчиликтерди, анын ичинде үймөлүү каталарды, тор кемчиликтерин жана чекит кемчиликтерин көрсөтөт (Figure 7). өлчөмдөрү 20 нмден ашпаган майда бөлүкчөлөр (7c-сүрөт).
36 саат MA убакытта майдаланган Cu50Z30Ni20 порошокунун жергиликтүү түзүмү 8а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, аморфтук майда матрицага камтылган өтө майда нано бүртүкчөлөрдүн пайда болушуна ээ. ~32 at.% (арык аянт) ~ 74 at.% (бай аймак) чейин өзгөрүп, гетерогендүү продуктулардын пайда болушун көрсөтүп турат. Мындан тышкары, бул этапта майдалоодон кийин алынган порошоктордун тиешелүү SADPs аморфтук фазанын гало-диффузиялык баштапкы жана экинчилик шакекчелерин көрсөтөт.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 порошок nanoscale жергиликтүү структуралык өзгөчөлүктөрү. (а) Жаркын талаа сүрөтү (BFI) жана тиешелүү (б) Cu50Zr30Ni20 порошок SADP 36 ч MA убакыт үчүн тегирменден кийин алынган.
MA процессинин аягына жакын (50 с), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 жана 40% порошоктары 9a–d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй дайыма лабиринттик аморфтук фазалык морфологияга ээ. Ар бир курамдын тиешелүү SADPинде чекит сымал дифракциялар да, курч тегерек формалар да табылбайт. түзүлөт. Гало диффузиянын үлгүлөрүн көрсөткөн бул корреляцияланган SADPs акыркы продукт материалында аморфтук фазалардын өнүгүшү үчүн далил катары колдонулган.
MG Cu50 (Zr50−xNix) системасынын акыркы продуктунун жергиликтүү түзүмү. FE-HRTEM жана (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni350Z жана алынган (c) Cu50Zr20Ni350r жана корреляцияланган нано нурлардын дифракция схемалары (NBDP) h of MA.
Аморфтуу Cu50(Zr50−xNix) системасынын Ni мазмунуна (x) функциясы катары айнек өтүү температурасынын (Tg), муздатылган суюктук аймагынын (ΔTx) жана кристаллдашуу температурасынын (Tx) жылуулук туруктуулугу He газдын агымы боюнча дифференциалдык сканерлөө Калориметриясынын (DSC) жардамы менен изилденген. 50 саат MA убакыттан кийин алынган Cu50Zr30Ni20 жана Cu50Zr10Ni40 аморфтук эритме порошоктору тиешелүүлүгүнө жараша 10a, b, e-сүрөттө көрсөтүлгөн. Аморфтуу Cu50Zr20Ni30дун DSC ийри сызыгы өзүнчө көрсөтүлгөн, ал эми Cu50Zr10Ni40 үлгүсү 10hiZr10Ni40 жылытылган. DSCде ~700 °C чейин 10d-сүрөттө көрсөтүлгөн.
Айнек өтүү температурасы (Tg), кристаллдашуу температурасы (Tx) жана муздатылган суюк аймак (ΔTx) менен индекстелген 50 саат MA убакыттан кийин алынган Cu50 (Zr50−xNix) MG порошоктарынын жылуулук туруктуулугу. Cu50Zr30Ni20, (с) Cu50Zr20Ni30 жана (д) Cu50Zr10Ni40 MG эритме порошок MA убакыт 50 h.The рентген нурларынын дифракция (XRD) үлгүсү Cu50Zr30Ni20 үлгүсү ~ 700 чейин ысытылган 700 ° C (DSC менен ысытылган) көрсөтүлгөн.
10-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ар кандай Ni концентрациясы (x) болгон бардык курамдардын DSC ийри сызыктары эки башка жагдайды көрсөтөт, бири эндотермикалык жана экинчи экзотермикалык. Биринчи эндотермиялык окуя Tg менен туура келет, ал эми экинчиси Tx менен байланышкан. Tg менен Tx ортосунда орун алган горизонталдык аралык аймагы муздатылган суюктук аймагы деп аталат (Tx = Tx натыйжаларын көрсөтөт). Cu50Zr40Ni10 үлгүсү (сүрөт 10а), 526°C жана 612°C температурада жайгаштырылган, мазмунду (x) 20 at.% га 482°C жана 563°C төмөн температура тарабына жылдырыңыз, тиешелүүлүгүнө жараша Ni мазмунун (x) көбөйтөт, 10b-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Cu50Zr30Ni20 үчүн 86 °C (10а-сүрөт) 81 °C (сүр. 10б). MG Cu50Zr40Ni10 эритмеси үчүн, ошондой эле Tg, Tx жана ΔTx маанилери 447°C деңгээлине чейин төмөндөгөндүгү байкалган (Fig, 579°C жана Fi, 576gTb). Ni мазмунунун көбөйүшү MG эритмесинин жылуулук туруктуулугунун төмөндөшүнө алып келет.Ал эми, MG Cu50Zr20Ni30 эритмесинин Tg мааниси (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 эритмесинен төмөн; ошентсе да, анын Tx мурункуга (612 °C) салыштырмалуу маанини көрсөтөт. Ошондуктан, ΔTx жогорураак маанини (87 °C) көрсөтөт, 10c-сүрөттө көрсөтүлгөн.
MG Cu50(Zr50−xNix) системасы, мисалы, MG Cu50Zr20Ni30 эритмесин алып, курч экзотермикалык чоку аркылуу fcc-ZrCu5, орторомбиялык-Zr7Cu10 жана орторомбдук-Zr7Cu10 (orthorhombic-Zr7Cu10) кристаллдык фазаларына кристаллдашат. фазага өтүү MG үлгүсүнүн XRD менен тастыкталды (сүрөт 10d), ал DSCде 700 °C чейин ысытылган.
11-сүрөттө учурдагы жумушта аткарылган муздак чачуу процессинде тартылган сүрөттөр көрсөтүлгөн. Бул изилдөөдө 50 саат MA убакыттан кийин синтезделген металл айнек сымал порошок бөлүкчөлөрү (мисалы Cu50Zr20Ni30 алынган) антибактериалдык чийки зат катары колдонулган жана дат баспас болоттон жасалган табак (SUS304) муздак чачуу ыкмасы менен капталган. чачуу технологиясы сериясы, анткени ал термикалык спрей сериясындагы эң эффективдүү ыкма жана фазалык өтүүлөргө дуушар болбогон аморфтук жана нанокристаллдык порошок сыяктуу металлдын метастабилдүү температурага сезгич материалдары үчүн колдонулушу мүмкүн. Бул ыкманы тандоодо негизги фактор болуп саналат. Муздак чачуу процесси жогорку ылдамдыктагы бөлүкчөлөрдү колдонуу менен ишке ашырылат, алар пластикалык формадагы бөлүкчөлөрдүн энергиясына жана кичи бөлүкчөлөрдүн энергиясына айлантат. субстрат же мурда салынган бөлүкчөлөр менен таасир этет.
Талаа сүрөттөрү 550 °Cде MG каптоо/SUS 304 ырааттуу беш даярдоо үчүн колдонулган муздак чачуу процедурасын көрсөтөт.
Бөлүкчөлөрдүн кинетикалык энергиясы, демек, каптоо түзүмүндөгү ар бир бөлүкчөнүн импульсу пластикалык деформация (баштапкы бөлүкчө жана субстраттагы бөлүкчө менен бөлүкчөлөрдүн өз ара аракеттешүүсү жана бөлүкчөлөрдүн өз ара аракеттенүүсү), боштуктар Консолидация, бөлүкчөлөрдүн бөлүкчөлөрүнүн айлануусу, штамм жана бөлүкчөлөрдүн бөлүкчөлөрүнүн айлануусу, штамм жана ысып кетүү сыяктуу механизмдер аркылуу энергиянын башка түрлөрүнө айландырылууга тийиш. энергия жылуулук жана штамм энергиясына айландырылат, натыйжада ийкемдүү кагылышуу болуп саналат, бул бөлүкчөлөр соккудан кийин жөн эле кайра секирип кетет дегенди билдирет. Бөлүкчө/субстрат материалына колдонулган таасир энергиясынын 90% жергиликтүү жылуулукка айландырылат 40 .Андан тышкары, таасир тийгизген стресс колдонулганда, бөлүкчөлөрдүн жогорку пластикалык чыңалуу ылдамдыгы абдан кыска убакытта жетишилет.
Пластикалык деформация жалпысынан энергияны диссипациялоо процесси, тагыраак айтканда, фаза аралык аймактагы жылуулук булагы катары каралат. Бирок, фаза аралык аймактагы температуранын жогорулашы, адатта, фаза аралык эрүүнү пайда кылуу үчүн же атомдук интердиффузияны олуттуу илгерилетүү үчүн жетиштүү эмес. Авторлорго белгилүү болгон эч бир басылма бул металлдык жана айнек сымал порошоктордун муздак нурларына болгон касиеттеринин таасирин изилдейт.
MG Cu50Zr20Ni30 эритмеси порошоктун BFI 12a-сүрөттө көрүүгө болот, ал SUS 304 субстратына капталган (сүрөт. 11, 12b). Сүрөттөн көрүнүп тургандай, капталган порошоктор баштапкы аморфтук түзүлүшүн сактап турушат, анткени алар назик лабиринттик түзүлүшкө ээ, эч кандай клатриялык дефекттик түзүлүшкө ээ. MG-капталган порошок матрицасына киргизилген нанобөлүкчөлөр тарабынан сунушталган бөтөн фазанын бар экендигин көрсөтөт (сүрөт. 12a).Figure 12c аймак I (Figure 12a) менен байланышкан индекстелген nanobeam дифракция үлгүсүн (NBDP) сүрөттөйт. аморфтук түзүлүш жана кристаллдык чоң куб Zr2Ni метастабилдүү плюс тетрагоналдык CuO фазасына туура келген курч тактар ​​менен бирге жашайт. CuO пайда болушу үн тез агымдын астында ачык абада SUS 304 чейин бара жатканда порошоктун кычкылданышына байланыштуу болушу мүмкүн. куб фазалар муздак спрей менен дарылоо кийин 550 °C 30 мүнөт.
(а) MG порошоктун FE-HRTEM сүрөтү (б) SUS 304 субстратында капталган (сүрөттүн ичи).
Чоң куб Zr2Ni нанобөлүкчөлөрүнүн пайда болушунун бул потенциалдуу механизмин текшерүү үчүн көз карандысыз эксперимент жүргүзүлдү. Бул экспериментте порошоктар SUS 304 субстрат багытында 550 °C спрей пистолетинен чачылган; бирок, порошоктордун күйгүзүүчү таасирин түшүндүрүү үчүн, алар SUS304 тилкесинен мүмкүн болушунча тезирээк (болжол менен 60 секунд) алынып салынды. Башка эксперименттер топтому жүргүзүлдү, анда порошок субстраттан болжол менен 180 секунддан кийин түшүрүлгөн.
13a,b сүрөттөрү SUS 304 субстраттарында тиешелүүлүгүнө жараша 60 жана 180 секундга сакталган эки чачылган материалдын өткөргүч электрондук микроскопиясын (STEM) сканерлөө жолу менен алынган караңгы талаа сүрөттөрүн (DFI) көрсөтөт. 60 секундага сакталган порошок сүрөтүнүн эч кандай морфологиялык деталдары жок, бул өзгөчөлүксүздүктү көрсөткөн (Сүрөт XT13a). бул порошоктордун жалпы түзүлүшү аморфтук болгон, муну 14a-сүрөттө көрсөтүлгөн кеңири негизги жана экинчилик дифракция максималары көрсөткөн. Булар порошок өзүнүн баштапкы аморфтук түзүлүшүн сактап калган метастабилдүү/мезофазалык чөктүрүүнүн жоктугун көрсөтүп турат. Ал эми порошок ошол эле температурада (550 °C) чачылган, бирок субстраттын алдын ала көрсөтүлгөн1 0 үчүн калтырылган. нано-өлчөмдүү бүртүкчөлөр, 13б-сүрөттөгү жебелер көрсөткөндөй.