Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS-г хязгаарлагдмал дэмждэг. Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Энэ хооронд үргэлжлүүлэн дэмжлэг үзүүлэхийн тулд бид сайтыг загвар болон JavaScript-гүй харуулах болно.
Био хальс нь архаг халдварын хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг, ялангуяа эмнэлгийн хэрэгсэлтэй холбоотой үед энэ асуудал нь анагаах ухааны нийгэмлэгийн хувьд маш том сорилт болж байна, учир нь стандарт антибиотикууд нь био хальсыг маш хязгаарлагдмал хэмжээгээр устгаж чаддаг. Био хальс үүсэхээс урьдчилан сэргийлэх нь янз бүрийн бүрэх арга, шинэ материалыг бий болгоход хүргэсэн. Эдгээр аргууд нь гадаргууг бүрэх зорилготой бөгөөд ялангуяа биологийн бүрхүүл, биологийн бүрхүүл, биологийн хальс үүсэхээс сэргийлдэг. титан металлууд нь нянгийн эсрэг хамгийн тохиромжтой бүрээс болж гарч ирсэн. Үүний зэрэгцээ хүйтэн шүрших технологийн хэрэглээ нь температурт мэдрэмтгий материалыг боловсруулахад тохиромжтой арга болж нэмэгдсэн. Энэхүү судалгааны нэг хэсэг нь механик хайлшны нунтаг материал болгон ашигладаг гурвалсан Cu-Zr-Ni-ээс бүрдсэн шинэ бактерийн эсрэг хальсан металл шилийг боловсруулах явдал байв. бага температурт зэвэрдэггүй ган гадаргууг шүршигчээр бүрэх. Металл шилээр бүрсэн субстрат нь зэвэрдэггүй гантай харьцуулахад био хальс үүсэхийг дор хаяж 1 логоор мэдэгдэхүйц бууруулж чадсан.
Хүн төрөлхтний түүхийн туршид аль ч нийгэм өөрийн шаардлагад нийцсэн шинэ материалыг боловсруулж, сурталчлан таниулж чадсан нь даяаршсан эдийн засагт гүйцэтгэл, чансаа дээшилсээр ирсэн1. Энэ нь хүн төрөлхтний материал, үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж, дизайныг боловсруулж, эрүүл мэнд, боловсрол, аж үйлдвэр, эдийн засаг, соёл, хөгжил дэвшил, бусад бүс нутаг, бусад бүс нутаг, бусад бүс нутгаас үл хамааран эдийн засаг, соёл, хөгжил дэвшилд хүрэхийн тулд материал, үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж, загвар зохион бүтээх чадвартай холбоотой гэж үргэлж үздэг. бүс нутаг. 2 60 жилийн турш материал судлаачид ихэнх цагаа нэг чухал асуудалд зориулав: шинэлэг, хамгийн сүүлийн үеийн материалыг эрэлхийлэх. Сүүлийн үеийн судалгаанууд нь одоо байгаа материалын чанар, гүйцэтгэлийг сайжруулах, түүнчлэн цоо шинэ төрлийн материалыг нэгтгэж, зохион бүтээхэд чиглэв.
Хайлшийн элементүүдийг нэмж, материалын бичил бүтцийг өөрчлөх, дулааны, механик эсвэл термомеханик боловсруулалтын техникийг ашигласнаар янз бүрийн материалын механик, хими, физик шинж чанар мэдэгдэхүйц сайжирсан. Үүнээс гадна өнөөг хүртэл сонсогдоогүй нэгдлүүдийг амжилттай нийлэгжүүлж байна. Материал 2. Нанокристал, нано бөөмс, нано хоолой, квант цэг, тэг хэмжээст, аморф металл шил, өндөр энтропи хайлш зэрэг нь өнгөрсөн зууны дунд үеэс дэлхий дахинд нэвтэрсэн дэвшилтэт материалуудын зөвхөн нэг жишээ юм. Дээд зэргийн шинж чанартай шинэ хайлш үйлдвэрлэж, боловсруулахдаа эцсийн бүтээгдэхүүн, эсвэл үйлдвэрлэлийн аль ч шатанд, эсвэл дунд зэргийн асуудалтай тулгардаг. тэнцвэргүй байдал нь ихэвчлэн нэмэгддэг. Тэнцвэрт байдлаас ихээхэн хазайх шинэ үйлдвэрлэлийн техникийг хэрэгжүүлсний үр дүнд металл шил гэгддэг метастаз хайлшийн цоо шинэ анги нээгдсэн.
1960 онд Калтек дахь түүний ажил нь шингэнийг секундэд сая орчим градусаар хурдацтай хатууруулах замаар шилэн Au-25 at.% Si хайлшийг нийлэгжүүлснээр металлын хайлшийн үзэл баримтлалд хувьсгал авчирсан. хайлш. MG хайлшийг нийлэгжүүлэх чиглэлээр анхдагч судалгаа хийснээс хойш бараг бүх металл шилийг бүхэлд нь дараах аргуудын аль нэгийг ашиглан үйлдвэрлэж ирсэн; (i) хайлмал буюу уурын хурдацтай хатуурах, (ii) торны атомын эмх замбараагүй байдал, (iii) цэвэр металлын элементүүдийн хоорондох хатуу төлөвт аморфизацийн урвал, (iv) метастал фазын хатуу төлөвт шилжих.
MG нь талстуудын тодорхойлогч шинж чанар болох талстуудтай холбоотой урт хугацааны атомын дараалалгүй байдгаараа ялгагдана. Өнөөгийн ертөнцөд металл шилний салбарт асар их ахиц дэвшил гарч байна. Эдгээр нь зөвхөн хатуу биетийн физикт төдийгүй металлурги, биологийн материал, бусад олон төрлийн шинэ технологи, биологийн материал, үзэсгэлэнд сонирхолтой шинж чанартай шинэ материал юм. хатуу металлаас ялгаатай шинж чанарууд нь түүнийг янз бүрийн салбарт технологийн хэрэглээнд сонирхолтой нэр дэвшигч болгодог. Тэд зарим чухал шинж чанартай байдаг; (i) механик уян хатан чанар, уналтын бат бэх, (ii) өндөр соронзон нэвчилт, (iii) бага шахалт, (iv) зэврэлтээс хамгаалах ер бусын, (v) температурын бие даасан байдал Дамжуулах чадвар 6,7.
Механик хайлш (MA)1,8 нь харьцангуй шинэ техник бөгөөд анх 19839 онд профессор С.С.Кок болон түүний хамтрагчид нэвтрүүлсэн. Тэд өрөөний температурт маш ойрхон орчны температурт цэвэр элементийн хольцыг нунтаглаж аморф Ni60Nb40 нунтаг бэлтгэсэн. Ихэвчлэн зэвэрдэггүй гангаар хийсэн реактор дахь урвалд орох бодисын нунтагыг 10-р бөмбөлөгт тээрэмд (Зураг 1а, б) тараах хооронд MA урвал явагддаг. Түүнээс хойш энэхүү механикаар өдөөгдсөн хатуу төлөвт урвалын техникийг шинэ аморф/металлаг, өндөр энергитэй шилэн хайлштай нунтаг, түүнчлэн бага энергитэй нунтаг бэлтгэхэд ашиглаж байна. саваа тээрэм11,12,13,14,15 , 16. Ялангуяа энэ аргыг Cu-Ta17 зэрэг холилдохгүй систем, түүнчлэн аль-шилжилтийн металлын систем (TM; Zr, Hf, Nb ба Ta)18,19, Fe-W20 зэрэг хайлах өндөр температурт хайлш бэлтгэхэд ашигласан бөгөөд үүнийг аль нэг уламжлалт аргаар авч үзэх боломжгүй. Металл исэл, карбид, нитрид, гидрид, нүүрстөрөгчийн нано хоолой, наноалмаз зэрэг үйлдвэрлэлийн хэмжээний нанокристалл ба нанокомпозит нунтаг хэсгүүдийг бэлтгэх хамгийн хүчирхэг нанотехнологийн хэрэгсэл, түүнчлэн дээрээс доош чиглэсэн арга 1 ба метастабил үе шаттайгаар өргөн тогтворжуулах.
Энэхүү судалгаанд Cu50(Zr50−xNix) металл шил (MG) бүрэх/SUS 304 бэлтгэхэд ашигласан үйлдвэрлэлийн аргыг харуулсан бүдүүвч зураг.(a) Бага эрчим хүчний бөмбөлөг тээрэмдэх техникийг ашиглан өөр өөр Ni концентрацитай MG хайлш нунтаг бэлтгэх x (x; 10, 20, 30 ба 40 at.%). ба (б) He атмосферээр дүүргэсэн бээлий хайрцагт битүүмжилсэн байна. (в) Нунтаглах явцад бөмбөгний хөдөлгөөнийг харуулсан нунтаглах савны ил тод загвар. 50 цагийн дараа гаргаж авсан нунтаг эцсийн бүтээгдэхүүнийг хүйтэн шүрших аргыг (d) ашиглан SUS 304 субстратыг бүрэхэд ашигласан.
Бөөн материалын гадаргуу (субстрат) -ын тухай ярихад гадаргуугийн инженерчлэл нь анхны задгай материалд агуулаагүй тодорхой физик, хими, техникийн шинж чанарыг хангахын тулд гадаргууг (субстрат) загварчлах, өөрчлөх явдал юм. Гадаргуугийн боловсруулалтаар үр дүнтэй сайжруулж болох зарим шинж чанарууд нь элэгдэлд тэсвэртэй, исэлдэлт, зэврэлтэнд тэсвэртэй, үрэлтийн коэффициент, био идэвхгүй байдал, элэгдлийн чанар, идэвхгүй байдал зэрэг орно. Цөөн. Металлурги, механик эсвэл химийн аргуудыг ашиглан гадаргуугийн чанарыг сайжруулж болно. Алдартай үйл явцын хувьд бүрэх нь өөр материалаар хийгдсэн задгай объектын (субстрат) гадаргуу дээр зохиомлоор байрлуулсан нэг буюу олон давхар материал гэж тодорхойлогддог. Иймээс бүрээсийг зарим талаараа хүссэн техникийн болон гоёл чимэглэлийн шинж чанаруудыг хүрээлэн буй орчны нөлөөллөөс хамгаалахын тулд ашигладаг.
Хэдхэн микрометрээс (10-20 микрометрээс доош) 30 микрометрээс дээш эсвэл бүр хэдэн миллиметр хүртэл зузаантай тохиромжтой гадаргууг хамгаалах давхаргыг буулгахын тулд олон арга, арга техникийг хэрэглэж болно. Ерөнхийдөө бүрэх процессыг хоёр ангилалд хувааж болно: (i) нойтон бүрэх аргууд, үүнд цахилгаанаар бүрэх, цахилгаангүй бүрэх, халуунаар түрхэх, хуурай аргаар түрхэх арга, гагнах, гадаргуутай болгох, физик уурын хуримтлал (PVD), химийн уурын хуримтлал (CVD), дулааны шүрших арга техник, сүүлийн үед хүйтэн шүрших арга 24 (Зураг 1d).
Био хальс нь гадаргууд эргэлт буцалтгүй наалдсан, өөрөө үйлдвэрлэсэн эсийн гаднах полимерээр (EPS) хүрээлэгдсэн бичил биетний бүлгэмдэл гэж тодорхойлогддог. Өнгөц боловсорч гүйцсэн био хальс үүсэх нь хүнсний үйлдвэр, усны систем, эрүүл мэндийн орчин зэрэг аж үйлдвэрийн олон салбарт ихээхэн алдагдалд хүргэдэг. Хүний хувьд био хальс үүсэх үед (бичил биетний халдварын тохиолдлын 80% -иас илүү). Enterobacteriaceae болон Staphylococci) эмчлэхэд хэцүү байдаг. Цаашилбал, боловсорч гүйцсэн био хальс нь планктон бактерийн эсүүдтэй харьцуулахад антибиотик эмчилгээнд 1000 дахин илүү тэсвэртэй байдаг нь эмчилгээний томоохон сорилт гэж тооцогддог. Уламжлалт органик нэгдлүүдээс гаргаж авсан нянгийн эсрэг гадаргууг бүрэх материалыг урьд өмнө нь хорт бодис агуулсан байж болзошгүй. хүн,25,26 энэ нь бактерийн халдвар дамжих, материалыг устгахаас сэргийлж чадна.
Био хальс үүссэний улмаас нянгийн антибиотик эмчилгээнд өргөн тархсан эсэргүүцэл нь найдвартай түрхэх боломжтой нянгийн эсрэг мембранаар бүрхэгдсэн үр дүнтэй гадаргууг бий болгох хэрэгцээг бий болгож байна27. Бактерийн эсүүд наалдсанаас болж био хальс үүсгэхийг хориглодог физик болон химийн эсрэг наалдсан гадаргууг бий болгох нь энэ үйл явцын эхний арга юм27. Хоёр дахь нь коми үүсэх боломжийг олгодог химийн технологи юм. Тэдгээрийг яг хэрэгтэй газарт нь өндөр концентрацитай, тохируулсан хэмжээгээр хийнэ. Энэ нь графен/германий28, хар алмаз29, ZnO-тэй төстэй алмаз шиг нүүрстөрөгчийн бүрээс30 зэрэг бактерийн эсрэг тэсвэртэй өвөрмөц өнгөлгөөний материалыг гаргаж авснаар хүрдэг. Энэ технологи нь биологийн хальс үүсэхээс шалтгаалан хордлого, эсэргүүцлийг дээд зэргээр бууруулдаг технологи юм. Бактерийн бохирдлоос удаан хугацаанд хамгаалах зорилгоор гадаргууд нян устгах химийн бодис хэрэглэх нь улам бүр түгээмэл болж байна. Гурван процедур нь бүрсэн гадаргуу дээр нянгийн эсрэг үйлчилгээ үзүүлэх чадвартай боловч тус бүрдээ хэрэглэх стратеги боловсруулахдаа анхаарах ёстой өөрийн гэсэн хязгаарлалттай байдаг.
Одоогоор зах зээл дээр байгаа бүтээгдэхүүнүүд нь биологийн идэвхт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамгаалалтын бүрхүүлд дүн шинжилгээ хийх, турших хугацаа хангалтгүй байгаагаас саад болж байна. Компаниуд бүтээгдэхүүнээ хэрэглэгчдэд шаардлагатай функцээр хангана гэж мэдэгддэг; Гэсэн хэдий ч энэ нь одоо зах зээл дээр байгаа бүтээгдэхүүний амжилтанд саад болж байна. Мөнгөнөөс гаргаж авсан нэгдлүүдийг одоо хэрэглэгчид ашиглах боломжтой нянгийн эсрэг эмчилгээний дийлэнх хэсэгт ашигладаг. Эдгээр бүтээгдэхүүн нь хэрэглэгчдийг бичил биетний болзошгүй аюултай нөлөөллөөс хамгаалах зорилгоор бүтээгдсэн. Нянгийн эсрэг үйлчилгээ хойшлогдож, мөнгөний нэгдлүүдийн хоруу чанар нь судалгааны үр нөлөөг бууруулдаг36. нянгийн эсрэг бүрээс нь дотор болон гадаа ажиллах нь маш хэцүү ажил байсаар байна. Энэ нь эрүүл мэнд, аюулгүй байдлын аль алинд нь эрсдэл учруулдагтай холбоотой юм. Хүний биед бага хор хөнөөлтэй нянгийн эсрэг бодисыг олж илрүүлэх, түүнийг удаан хадгалах хугацаатай бүрэх субстратын найрлагад хэрхэн оруулахыг олж мэдэх нь нянгийн эсрэг хамгийн сүүлийн үеийн эрэлт хэрэгцээтэй, хамгийн сүүлийн үеийн зорилго юм. Бактерийг шууд харьцах замаар эсвэл идэвхтэй бодисыг гаргасны дараа ойрын зайнаас устгах. Тэд бактерийн анхдагч наалдацыг дарангуйлах (гадаргуу дээр уургийн давхарга үүсэхийг эсэргүүцэх гэх мэт) эсвэл эсийн хананд саад учруулж бактерийг устгах замаар үүнийг хийж чадна.
Үндсэндээ гадаргууг бүрэх нь гадаргуутай холбоотой чанарыг сайжруулахын тулд эд ангиудын гадаргуу дээр өөр давхарга тавих үйл явц юм. Гадаргууг бүрэх зорилго нь бүрэлдэхүүн хэсгийн гадаргуугийн ойролцоох бүсийн микро бүтэц ба/эсвэл найрлагыг тохируулах явдал юм39. Гадаргууг бүрэх техникийг янз бүрийн аргад хувааж болох бөгөөд тэдгээрийг Зураг 2а-д нэгтгэн үзүүлэв. бүрээсийг бий болгох аргаас хамааран цахилгаан химийн ангилал.
(a) Гадаргуунд ашигласан үндсэн үйлдвэрлэлийн техникийг харуулсан оруулга, (б) хүйтэн шүрших техникийн сонгосон давуу болон сул талууд.
Хүйтэн шүрших технологи нь уламжлалт дулааны шүрших аргуудтай ижил төстэй олон талтай. Гэсэн хэдий ч хүйтэн шүрших үйл явц болон хүйтэн шүрших материалыг онцгой өвөрмөц болгодог үндсэн үндсэн шинж чанарууд байдаг. Хүйтэн шүрших технологи нь анхан шатандаа байгаа хэдий ч гэрэлт ирээдүйтэй. Зарим хэрэглээнд хүйтэн шүрших өвөрмөц шинж чанарууд нь уламжлалт аргын хязгаарлагдмал хязгаарлалтыг даван туулж, маш их ашиг тусыг өгдөг. дулааны шүрших технологи бөгөөд энэ явцад нунтаг нь субстрат дээр тунадасжихын тулд хайлж байх ёстой. Мэдээжийн хэрэг, энэхүү уламжлалт бүрэх процесс нь нанокристал, нано хэсгүүд, аморф болон металл шил зэрэг температурт маш мэдрэмтгий материалуудад тохиромжгүй нь ойлгомжтой. Цаашилбал, дулааны шүршигч бүрэх технологи нь үргэлж маш их хэмжээний исэлдүүлэх чадвартай байдаг. Дулаан шүрших технологитой харьцуулахад давуу тал, тухайлбал (i) субстратын дулааны хамгийн бага зарцуулалт, (ii) субстратын бүрээсийн сонголтод уян хатан байдал, (iii) фазын хувирал болон үр тарианы өсөлт байхгүй, (iv) өндөр холболтын бат бэх1,39 (Зураг 2б). Үүнээс гадна, хүйтэн шүршигч бүрэх материал нь зэврэлтэнд тэсвэртэй, өндөр бат бэх, цахилгаан дамжуулах чадвартай. нягтрал41. Хүйтэн шүрших үйл явцын давуу талуудын эсрэгээр Зураг 2б-д үзүүлсэн шиг энэ техникийг ашиглахад зарим нэг сул талууд байсаар байна. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC гэх мэт цэвэр керамик нунтагыг бүрэх үед хүйтэн шүрших аргыг хэрэглэх боломжгүй. Нөгөө талаар керамик/метал нийлмэл материалыг нунтаг болгон ашиглаж болно. дулааны шүрших бусад аргууд.Төвөгтэй гадаргуу болон дотоод хоолойн гадаргууг шүршихэд хэцүү хэвээр байна.
Одоогийн ажил нь металл шилэн нунтагыг түүхий бүрэх материал болгон ашиглахыг зорьж байгаа тул уламжлалт дулааны шүрших аргыг энэ зорилгоор ашиглах боломжгүй нь тодорхой байна. Учир нь металл шилэн нунтаг нь өндөр температурт талстждаг1.
Эмнэлгийн болон хүнсний үйлдвэрүүдэд ашигладаг ихэнх багаж хэрэгсэл нь мэс заслын багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд зориулж 12-20% хромын агууламжтай аустенитийн зэвэрдэггүй ган хайлшаар (SUS316 ба SUS304) хийгдсэн байдаг. Хром металлыг хайлш болгон ашиглах нь гангийн стандарт хайлшийн бүх төрлийн хайлшийг их хэмжээгээр сайжруулдаг гэж ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг. хайлш нь зэврэлтэнд тэсвэртэй хэдий ч нянгийн эсрэг мэдэгдэхүйц шинж чанартай байдаггүй38,39. Энэ нь зэврэлтэнд тэсвэртэй байдагтай нь ялгаатай. Үүний дараа халдвар, үрэвсэл үүсэхийг урьдчилан таамаглах боломжтой бөгөөд энэ нь голчлон зэвэрдэггүй гангийн гадаргуу дээр бактерийн наалдац, колоничлолын улмаас үүсдэг. хүний ​​эрүүл мэндэд шууд болон шууд бусаар нөлөөлж болох олон үр дагаварт хүргэж болзошгүй эрүүл мэнд муудаж болзошгүй био хальс үүсэх замууд.
Энэхүү судалгаа нь Кувейтийн Шинжлэх Ухааны Сангийн (KFAS) санхүүжүүлсэн 2010-550401 тоот гэрээний төслийн эхний үе шат бөгөөд 2010-550401 тоот гэрээний дагуу бактерийн эсрэг хальс үйлдвэрлэхэд зориулж MA технологи ашиглан Cu-Zr-Ni гурвалсан нунтаг үйлдвэрлэх боломжийг судлах (Хүснэгт 1) юм. 2023 оны 1-р сард системийн цахилгаан химийн зэврэлтийн шинж чанар, механик шинж чанарыг нарийвчлан судлах болно. Янз бүрийн бактерийн төрөл зүйлд микробиологийн нарийвчилсан туршилтыг явуулна.
Энэхүү нийтлэлд Zr хайлшлагч элементийн агууламжийн шил үүсгэх чадварт үзүүлэх нөлөөг морфологи, бүтцийн шинж чанарт үндэслэн авч үзсэн. Үүнээс гадна бүрсэн металл шилний нунтаг бүрэх/SUS304 нийлмэл материалын бактерийн эсрэг шинж чанарыг мөн авч үзсэн болно.Цаашилбал, хүйтэн шилний нунтаг туяа хувирах явцад металлын туяа хувирах боломжийг судлахаар одоогийн ажил хийгдэж байна. үйлдвэрлэсэн металл шилэн системийн дутуу хөргөсөн шингэний бүс. Төлөөлөгчийн жишээ болгон Cu50Zr30Ni20 болон Cu50Zr20Ni30 металл шилэн хайлшийг энэхүү судалгаанд ашигласан болно.
Энэ хэсэгт бага энергитэй бөөрөнхий тээрэмдэх үед Cu, Zr, Ni элементийн нунтагуудын морфологийн өөрчлөлтийг үзүүлэв. Жишээ болгон Cu50Zr20Ni30 ба Cu50Zr40Ni10-аас бүрдэх хоёр өөр системийг төлөөлөх жишээ болгон ашиглах болно. MA процессыг гурван өөр үе шатанд хувааж болно.
Бөмбөлөгт тээрэмдэх янз бүрийн үе шатуудын дараа олж авсан механик хайлш (MA) нунтагуудын металлографийн шинж чанарууд. 3, 12, 50 цагийн бага энергитэй бөмбөлөг тээрэмсний дараа авсан MA ба Cu50Zr40Ni10 нунтагуудын хээрийн ялгаралт сканнерийн электрон микроскоп (FE-SEM) зургийг (a), (c) болон (e)-д Cu0i03, ижил MA203 системд үзүүлэв. Цаг хугацааны дараа авсан Cu50Zr40Ni10 системийн харгалзах зургийг (b), (d) болон (f) хэсэгт үзүүлэв.
Бөмбөлөгт тээрэмдэх үед металл нунтаг руу шилжих үр дүнтэй кинетик энерги нь 1а-р зурагт үзүүлсэн параметрүүдийн хослолоор нөлөөлдөг. Үүнд бөмбөлөг ба нунтаг хоорондын мөргөлдөөн, нунтаглах материалын хооронд болон нунтаглалтын хооронд гацсан нунтаг шахалтын зүсэлт, унасан бөмбөлгүүдийн нөлөөлөл, бөмбөлөгийн тээрэмдэх хөвөөгөөр дамжих нунтаг чирэх ба тээрэмдэх хөвөөний долгионы хооронд тээрэмдэх зэргээс шалтгаалсан зүсэлт, элэгдэл зэрэг орно. ачаалал (Зураг 1а). Элементийн Cu, Zr, Ni нунтаг нь MA-ийн эхний үе шатанд (3 цаг) хүйтэн гагнуурын улмаас их хэмжээний гажигтай болж, том нунтаг хэсгүүд (>1 мм диаметртэй) үүссэн. Эдгээр том нийлмэл хэсгүүд нь хайлшлах элементүүдийн зузаан давхарга (Cu, Zr, Ni) үүссэнээр тодорхойлогддог. h (завсрын шат) нь бөмбөлөгт тээрмийн кинетик энергийг нэмэгдүүлж, нийлмэл нунтаг нь илүү нарийн нунтаг (200 μм-ээс бага) болж задрахад хүргэсэн. 3c,d-д үзүүлсэн шиг. Энэ үе шатанд хэрэглэсэн зүсэлтийн хүч нь Cu, Zr, Ni давхарга бүхий шинэ металл гадаргуу үүсэхэд хүргэдэг. боловсронгуй болгох, хатуу фазын урвалууд шинэ үе шатуудыг үүсгэхийн тулд ширхэгийн интерфэйс дээр үүсдэг.
MA үйл явцын оргил үед (50 цагийн дараа) үйрмэг металлографи нь бага зэрэг харагдаж байсан (Зураг 3e,f), харин нунтагны өнгөлсөн гадаргуу нь толин тусгал металлографийг харуулсан. Энэ нь MA үйл явц дуусч, нэг урвалын үе шат үүссэн гэсэн үг юм. II, 3e зурагт индексжүүлсэн бүсүүдийн элементийн бүрэлдэхүүнийг (I, e) сканнерын аргаар тодорхойлсон. электрон микроскоп (FE-SEM) эрчим хүчний тархалттай рентген спектроскопи (EDS) (IV) -тай хослуулсан.
Хүснэгт 2-т хайлшлах элементүүдийн элементийн концентрацийг Зураг 3e,f-д сонгосон бүс бүрийн нийт жингийн хувиар үзүүлэв. Эдгээр үр дүнг 1-р хүснэгтэд жагсаасан Cu50Zr20Ni30 ба Cu50Zr40Ni10-ийн эхлэлийн нэрлэсэн найрлагатай харьцуулж үзэхэд эдгээр хоёр эцсийн бүтээгдэхүүний нэрлэсэн найрлагатай маш төстэй байгааг харж болно. Цаашилбал, Зураг 3e,f-д жагсаасан бүс нутгуудын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харьцангуй утгууд нь дээж бүрийн найрлага нь нэг бүсээс нөгөөд мэдэгдэхүйц муудаж, хэлбэлзэж байгааг илтгэдэггүй. Энэ нь нэг бүсээс нөгөөд найрлагад өөрчлөлт ороогүй байгаагаар нотлогддог. Энэ нь Table2-т үзүүлсэн шиг нэгэн төрлийн хайлш нунтаг үйлдвэрлэж байгааг харуулж байна.
Эцсийн бүтээгдэхүүн Cu50(Zr50−xNix) нунтагны FE-SEM микрографикийг Зураг 4a–d-д үзүүлсний дагуу 50 MA-ийн дараа авсан бөгөөд энд x нь 10, 20, 30, 40%.% байна. Энэ тээрэмдэх алхамын дараа нунтаг дүүргэгч нь ван дер Ваалсын нөлөөгөөр их хэмжээний хэт агрегат үүсэхээс тогтоно. 4-р зурагт үзүүлсэн шиг 73-аас 126 нм хүртэлх диаметртэй тоосонцор.
50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан Cu50(Zr50−xNix) нунтагуудын морфологийн шинж чанар. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 системүүдийн хувьд олж авсан нунтагуудын FE-SEM зургийг (5 удаа), (5 удаа харуулав), (5)ac-д үзүүлэв. тус тус.
Нунтаг бодисыг хүйтэн шүршигч тэжээгч рүү ачаалахын өмнө эхлээд аналитик этанолд 15 минутын турш дуу авианы горимд оруулаад дараа нь 150°С-т 2 цагийн турш хатаана. Бүрхүүлгийн явцад олон чухал асуудал үүсгэдэг бөөгнөрөлтэй амжилттай тэмцэхийн тулд энэ алхмыг хийх ёстой. MA процесс дууссаны дараа бүх төрлийн шинж чанарыг тодорхойлохын тулд цаашдын шинж чанарыг судлах ажлыг хийсэн. нунтаг. 5a-d зурагт FE-SEM микрографи болон 50 цагийн дараа олж авсан Cu50Zr30Ni20 хайлшийн Cu, Zr, Ni хайлшийн элементүүдийн харгалзах EDS зургийг үзүүлэв. Энэ алхамын дараа үйлдвэрлэсэн хайлшийн нунтаг нь нэг төрлийн, ямар ч төрлийн найрлагатай, ямар ч түвшинд харагдахгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Зураг 5-д.
MG Cu50Zr30Ni20 нунтагны морфологи ба орон нутгийн элементийн тархалт FE-SEM/эрчим хүчний тархалттай рентген спектроскопи (EDS) ашиглан 50 MA удаа олж авсан. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα ба (г) Ni-Kα дүрсийн SEM болон рентген EDS зураглал.
50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан механик хайлштай Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 болон Cu50Zr20Ni30 нунтагуудын XRD загварыг Зураг 6a-d-д тус тус үзүүлэв. Энэ үе шат нь тээрэмдэх бүх төрлийн концентраци бүхий Zmorph бүхий бүтэцтэй байна. 6-р зурагт үзүүлсэн гало диффузийн хэв маяг.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ба (г) Cu50Zr20Ni30 нунтагуудын 50 цагийн MA хугацаанаас хойшхи XRD загварууд. Үл хамаарах зүйлгүй бүх дээжүүд нь имморфийн гало диффузийн хэлбэрийг харуулсан.
Талбайн ялгаралт өндөр нарийвчлалтай дамжуулагч электрон микроскоп (FE-HRTEM) нь бүтцийн өөрчлөлтийг ажиглаж, янз бүрийн MA хугацаанд бөмбөлөгт тээрэмдэхээс үүссэн нунтагуудын орон нутгийн бүтцийг ойлгоход ашигласан. Cu52Zr30N1Z нунтаг тээрэмдэх эхний (6 цаг) ба завсрын (18 цаг) дараа олж авсан нунтагуудын FE-HRTEM зургийг Cu520Zr30N1Z-д үзүүлэв. Зураг 7a,c-ийг тус тус үзүүлэв. MA​​ 6 цагийн дараа үүссэн нунтаг талбайн тод дүрс (BFI)-аас харахад нунтаг нь fcc-Cu, hcp-Zr, fcc-Ni элементүүдийн тодорхой хил хязгаартай том ширхэгүүдээс тогтсон бөгөөд 7-р хэсэгт үзүүлсэн шиг урвалын үе шат үүссэн гэсэн шинж тэмдэг байхгүй. (a)-ийн дунд бүсээс авсан дифракцийн загвар (SADP) нь том талстууд байгаа ба реактив фаз байхгүй байгааг харуулсан оргилын дифракцийн хэв маяг (Зураг 7б) илэрсэн.
Эрт (6 цаг) ба завсрын (18 цаг) үе шатуудын дараа олж авсан MA нунтагны орон нутгийн бүтцийн шинж чанар. (a) Талбайн ялгаруулалтын өндөр нарийвчлалтай дамжуулалтын электрон микроскоп (FE-HRTEM), (б) Cu50Zr30Ni20 нунтаг Cu50Zr30Ni20-ийн харгалзах сонгосон талбайн дифракцийн загвар (SADP) CuFE-50NH1Zr-ийн 6 цагийн турш MA боловсруулсны дараа. 18 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан (c) -д үзүүлэв.
Зураг 7c-д үзүүлснээр MA-ийн үргэлжлэх хугацааг 18 цаг хүртэл сунгаснаар хуванцар хэв гажилттай хавсарсан торны ноцтой согог бий болсон. MA процессын энэ завсрын үе шатанд нунтаг нь овоолгын гэмтэл, торны согог, цэгийн согог зэрэг янз бүрийн согогуудыг харуулдаг (Зураг 7). Эдгээр нь том хэмжээний гажиг үүсэхэд хүргэдэг. 20 нм-ээс бага хэмжээтэй дэд ширхэгүүд (Зураг 7в).
36 цагийн турш тээрэмдсэн Cu50Z30Ni20 нунтагны орон нутгийн бүтцэд аморф нарийн матрицад шингэсэн хэт нарийн ширхэгтэй нано үр тариа үүссэнийг Зураг 8а-д үзүүлэв. Орон нутгийн EDS шинжилгээгээр Зураг 8а-д үзүүлсэн наноккластерууд нь Cu, Zr, Ni20 нунтаг элементийн боловсруулаагүй Cu, Zr, NiAx-ийн бүх агуулгатай холбоотой болохыг харуулсан. ~32 at.% (туранхай талбай) -аас ~74 at.% (баян талбай) хүртэл хэлбэлзэж байгаа нь нэг төрлийн бүтээгдэхүүн үүсэхийг харуулж байна. Цаашилбал, энэ үе шатанд тээрэмсний дараа олж авсан нунтагуудын харгалзах SADP нь аморф фазын гало сарнисан анхдагч ба хоёрдогч цагирагуудыг харуулж, тэдгээр элементүүдтэй холбоотой хурц цэгүүдтэй давхцаж байна.
36 h-Cu50Zr30Ni20 нунтаг нано хэмжээний орон нутгийн бүтцийн онцлогоос гадна.(a) Гэрэлт талбайн зураг (BFI) ба харгалзах (б) 36 цагийн MA хугацаанд тээрэмсний дараа олж авсан Cu50Zr30Ni20 нунтаг SADP.
MA процессын төгсгөлд (50 цаг), Cu50 (Zr50−xNix), X; 10, 20, 30, 40% -ийн нунтаг нь 9a-d-р зурагт үзүүлсэн шиг лабиринт аморф фазын морфологитой байдаг. Найрлага бүрийн харгалзах SADP-д цэг хэлбэрийн дифракц, хурц цагираг хэлбэрийн аль нь ч илрээгүй. Энэ нь металын хэлбэргүй нунтаг биш харин бүх төрлийн нунтаг хэлбэр байгааг харуулж байна. үүснэ. Гало диффузийн хэв маягийг харуулсан эдгээр харилцан уялдаатай SADP-уудыг эцсийн бүтээгдэхүүний материалд аморф фаз хөгжүүлэх нотолгоо болгон ашигласан.
MG Cu50 (Zr50−xNix) системийн эцсийн бүтээгдэхүүний орон нутгийн бүтэц. FE-HRTEM ба (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (в) Cu50Zr20Ni350Z (c) Cu50Zr20Ni350Z болон олж авсан (Cu50Zr20Ni304)-ийн харилцан хамааралтай нано цацрагийн дифракцийн загвар (NBDP) цагийн магистр.
Аморф Cu50(Zr50−xNix) системийн Ni агууламжаас (x) хамааруулан шилэн шилжилтийн температур (Tg), дутуу хөргөсөн шингэний бүс (ΔTx) ба талстжих температурын (Tx) дулааны тогтвортой байдлыг Cu50(Zr50−xNix) системийн дифференциал сканнердсан калориметрийн (DSC) ашиглан He хийн урсгал, DSCZ0i, DSCZ0i-ийн хийн урсгалын дагуу судалсан. 50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан Cu50Zr30Ni20 ба Cu50Zr10Ni40 аморф хайлшийн нунтагыг Зураг 10a, b, e-д тус тус үзүүлэв. Харин аморф Cu50Zr20Ni30-ийн DSC муруйг Cu50Zr20Ni30-ийн халаалттай дээжийг тус тусад нь харуулсан байна. ~700 °C хүртэл DSC-д 10d зурагт үзүүлэв.
Шилэн шилжилтийн температур (Tg), талстжих температур (Tx), шингэний дутуу хөргөлттэй бүс (ΔTx) -аар индексжүүлсэн 50 цагийн MA хугацааны дараа олж авсан Cu50(Zr50−xNix) MG нунтагуудын дулааны тогтвортой байдал Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ба (e) Cu50Zr10Ni40 MG хайлш нунтаг 50 цагийн MA хугацааны дараа. ~700 °C хүртэл халсан Cu50Zr30Ni20 дээжийн рентген туяаны дифракцийн (XRD) загварыг (DSC)-д үзүүлэв.
Зураг 10-д үзүүлснээр, өөр өөр Ni концентрацитай (x) бүх найрлагын DSC муруй нь нэг эндотермик, нөгөө нь экзотермик гэсэн хоёр өөр тохиолдлыг харуулж байна. Эхний эндотермик үзэгдэл Tg-тэй тохирч байхад хоёр дахь нь Tx-тэй холбоотой. Tg ба Tx хооронд орших хэвтээ зайн мужийг хөргөлттэй шингэний бүс гэж нэрлэдэг (Tx = Txg-ийн үр дүнг харуулж байна). 526°C ба 612°C-т байрлуулсан Cu50Zr40Ni10 дээжийг (Зураг 10a) Зураг 10б-д үзүүлсэн шиг Ni-ийн агууламж (x) нэмэгдүүлэх замаар (x) агууламжийг 482°C ба 563°C-ийн нам температурын тал руу 20 at.% болгон шилжүүлнэ. Cu50Zr30Ni20-ийн хувьд 86 ° C (Зураг 10а) -аас 81 ° С байна (Зураг 10б). MG Cu50Zr40Ni10 хайлшийн хувьд Tg, Tx, ΔTx-ийн утгууд 447 ° C, Fi 579 ° C-ийн түвшинд хүртэл буурсан нь ажиглагдсан. Ni-ийн агууламж нэмэгдэх нь MG хайлшны дулааны тогтвортой байдал буурахад хүргэдэг.Харин MG Cu50Zr20Ni30 хайлшийн Tg утга (507 ° C) нь MG Cu50Zr40Ni10 хайлшаас бага байна; Гэсэн хэдий ч түүний Tx нь өмнөхтэй (612 ° C) харьцуулж болохуйц утгыг харуулж байна. Иймээс ΔTx нь 10c-р зурагт үзүүлсэн шиг илүү өндөр утгыг (87 ° C) харуулж байна.
MG Cu50Zr20Ni30 хайлшийг жишээ болгон авч MG Cu50(Zr50−xNix) систем нь хурц экзотермик оргилоор дамжин fcc-ZrCu5, орторомб-Zr7Cu10 болон орторомбик-Zr7Cu10 (orthorhombic-Zr7Cu10)-ийн талст фазуудад талсждаг. фазын шилжилтийг DSC-д 700 ° C хүртэл халаасан MG дээжийн (Зураг 10d) XRD-ээр батлагдсан.
Зураг 11-д одоогийн ажлын явцад хийгдсэн хүйтэн шүрших явцад авсан гэрэл зургуудыг үзүүлэв. Энэхүү судалгаанд 50 цагийн MA хугацааны дараа нийлэгжсэн металлын шил шиг нунтаг хэсгүүдийг (Cu50Zr20Ni30-ыг жишээ болгон авч) бактерийн эсрэг түүхий эд болгон ашиглаж, зэвэрдэггүй ган хавтанг (SUS304) хүйтэн шүрших аргаар хүйтэн шүрших аргаар бүрсэн. Энэ нь дулааны шүрших цувралын хамгийн үр дүнтэй арга бөгөөд аморф ба нанокристал нунтаг зэрэг фазын шилжилтэд өртдөггүй металлын хувирамтгай температурт мэдрэмтгий материалд ашиглах боломжтой тул шүрших технологийн цуврал юм. Энэ аргыг сонгох гол хүчин зүйл юм. Хүйтэн шүрших үйл явц нь өндөр хурдтай шүрших процессыг хуванцар хэлбэрт хувиргах өндөр хурдтай тоосонцорыг хуванцар хэлбэрт хувиргах замаар гүйцэтгэдэг. субстрат эсвэл өмнө нь хуримтлагдсан хэсгүүдэд үзүүлэх нөлөө.
Хээрийн гэрэл зургууд нь MG coating/SUS 304-ийн 550 ° C-д таван дараалсан бэлдмэлийг хүйтэн шүрших аргыг харуулж байна.
Бөөмийн кинетик энерги, улмаар бүрэх формац дахь бөөмс бүрийн импульс нь хуванцар хэв гажилт (субстрат дахь анхны бөөмс ба бөөмс-бөөмийн харилцан үйлчлэл, бөөмсийн харилцан үйлчлэл), хоосон зайг нэгтгэх, бөөмс-бөөмийн эргэлт, омог ба хэт халалт гэх мэт механизмаар эрчим хүчний бусад хэлбэрт хувирах ёстой. энерги нь дулаан ба деформацийн энерги болж хувирдаг бөгөөд үр дүнд нь уян харимхай мөргөлдөөн үүсдэг бөгөөд энэ нь бөөмс/субстрат материалд үзүүлэх нөлөөллийн энергийн 90% нь орон нутгийн дулаанд хувирдаг болохыг онцлон тэмдэглэсэн байна.
Хуванцар хэв гажилтыг ерөнхийдөө эрчим хүчний задралын үйл явц буюу бүр тодруулбал, гадаргуугийн бүс дэх дулааны эх үүсвэр гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч, гадаргуу хоорондын бүсийн температурын өсөлт нь ихэвчлэн гадаргуу хоорондын хайлалтыг бий болгох эсвэл атом хоорондын тархалтыг ихээхэн дэмжихэд хангалтгүй юм. Зохиогчид мэдэгдэж буй нийтлэлд эдгээр металлын нунтаг болон шилэн нунтагыг нунтаг болгон хувиргах үед тэдгээрийн шинж чанаруудын нөлөөг судлаагүй байна.
MG Cu50Zr20Ni30 хайлшны нунтаг BFI-ийг SUS 304 субстрат дээр бүрсэн (Зураг 11, 12б) Зураг 12a-аас харж болно. Зурагнаас харахад бүрсэн нунтаг нь анхны аморф бүтэцтэй хэвээр байгаа тул тэдгээр нь нарийн лабиринт бүтэцтэй, бусад ямар ч шаварлаг бүтэцтэй байдаг. MG-ээр бүрсэн нунтаг матрицад орсон нано хэсгүүдийн санал болгосноор гадны фаз байгааг харуулж байна (Зураг 12a). Зураг 12в-д I бүстэй холбоотой индексжүүлсэн нано цацрагийн дифракцийн загварыг (Зураг 12а) дүрсэлсэн байна. аморф бүтэцтэй бөгөөд талст том шоо Zr2Ni метастаз ба дөрвөлжин CuO фазтай таарах хурц хэсгүүдтэй зэрэгцэн оршдог. CuO үүсэх нь задгай агаарт шүршигч бууны хошуунаас SUS 304 хүртэл дуунаас хурдан урсгалын дагуу явах үед нунтаг исэлдэлттэй холбоотой байж болох юм. Нөгөө талаар их хэмжээний шилэн нунтаг үүснэ. 30 минутын турш 550 ° C-т хүйтэн шүрших эмчилгээний дараа куб фазууд.
(a) (б) SUS 304 субстрат дээр бүрсэн MG нунтаг FE-HRTEM дүрс (зураг дээрх оруулга). (a)-д үзүүлсэн дугуй тэмдгийн NBDP индексийг (c) үзүүлэв.
Том шоо Zr2Ni нано бөөмс үүсэх боломжит механизмыг шалгахын тулд бие даасан туршилт хийсэн. Энэ туршилтанд нунтаг бодисыг шүршигч буугаар 550 °C температурт SUS 304 субстратын чиглэлд цацсан; Гэсэн хэдий ч нунтаг бодисыг зөөлрүүлэх нөлөөг тодруулахын тулд тэдгээрийг SUS304 зурвасаас аль болох хурдан (60 секунд орчим) зайлуулсан. Өөр нэг туршилтыг хийж, нунтагыг 180 секундын дараа субстратаас гаргаж авсан.
Зураг 13a,b нь SUS 304 субстрат дээр тус тус 60 ба 180 секундын турш хадгалсан шүршсэн хоёр материалын дамжуулалтын электрон микроскопыг (STEM) сканнердсаны үр дүнд олж авсан харанхуй талбайн зургийг (DFI) харуулж байна. 60 секундын турш хадгалсан нунтаг дүрс нь морфологийн дэлгэрэнгүй мэдээлэлгүй бөгөөд энэ нь онцлог шинжгүй байгааг харуулж байна (Зураг T1, R). Эдгээр нунтагуудын ерөнхий бүтэц аморф байсан бөгөөд үүнийг Зураг 14а-д үзүүлсэн анхдагч ба хоёрдогч дифракцийн хамгийн дээд хэмжээнээс харж болно. Эдгээр нь нунтаг нь анхны аморф бүтэцээ хадгалдаг метастаз/мезофазын хур тунадас байхгүйг харуулж байна. Үүний эсрэгээр нунтаг нь ижил температурт (550 ° C) шүршиж, харин субстрат дээр үлдсэн 0 8 субстратыг харуулж байна. нано хэмжээтэй мөхлөгүүдийг 13б-р зурагт сумаар харуулсан.