Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Biofilms ni sehemu muhimu katika ukuaji wa maambukizi sugu, hasa linapokuja suala la vifaa vya matibabu. Tatizo hili linaleta changamoto kubwa kwa jamii ya matibabu, kwani viuavijasumu vya kawaida vinaweza kuharibu biofilms kwa kiwango kidogo sana. Kuzuia uundaji wa biofilms kumesababisha maendeleo ya mbinu mbalimbali za mipako na vifaa vipya. Mbinu hizi zinalenga kufunika nyuso kwa njia inayozuia uundaji wa biofilms. Aloi za chuma za vitreous, haswa zile zenye metali za shaba na titani, zimekuwa mipako bora ya antimicrobial. Wakati huo huo, matumizi ya teknolojia ya kunyunyizia baridi yameongezeka kwani ni njia inayofaa ya kusindika vifaa nyeti kwa halijoto. Sehemu ya lengo la utafiti huu ilikuwa kutengeneza glasi mpya ya chuma ya antibacterial iliyotengenezwa kwa Cu-Zr-Ni ternary kwa kutumia mbinu za aloi za mitambo. Poda ya duara ambayo hutengeneza bidhaa ya mwisho hutumika kama malighafi ya kunyunyizia baridi nyuso za chuma cha pua kwa joto la chini. Sehemu ndogo zilizofunikwa na glasi ya chuma ziliweza kupunguza kwa kiasi kikubwa uundaji wa biofilms kwa angalau logi 1 ikilinganishwa na chuma cha pua.
Katika historia yote ya binadamu, jamii yoyote imeweza kukuza na kukuza utangulizi wa vifaa vipya ili kukidhi mahitaji yake maalum, na kusababisha kuongezeka kwa tija na cheo katika uchumi wa utandawazi1. Daima imekuwa ikihusishwa na uwezo wa binadamu wa kubuni vifaa na vifaa vya utengenezaji, pamoja na miundo ya kutengeneza na kuainisha vifaa ili kufikia afya, elimu, tasnia, uchumi, utamaduni na nyanja zingine kutoka nchi moja au eneo moja hadi jingine. Maendeleo hupimwa bila kujali nchi au eneo2. Kwa miaka 60, wanasayansi wa vifaa wametumia muda mwingi kwa kazi moja kuu: kutafuta vifaa vipya na vya hali ya juu. Utafiti wa hivi karibuni umejikita katika kuboresha ubora na utendaji wa vifaa vilivyopo, pamoja na kuunganisha na kuvumbua aina mpya kabisa za vifaa.
Kuongezwa kwa vipengele vya aloi, marekebisho ya muundo mdogo wa nyenzo na matumizi ya mbinu za matibabu ya joto, mitambo au thermomechanical kumesababisha uboreshaji mkubwa katika sifa za mitambo, kemikali na kimwili za vifaa mbalimbali. Zaidi ya hayo, misombo ambayo hadi sasa haijulikani imetengenezwa kwa mafanikio. Jitihada hizi zinazoendelea zimesababisha familia mpya ya vifaa bunifu vinavyojulikana kwa pamoja kama Vifaa vya Juu2. Nanocrystals, nanochembechembe, nanotubes, nukta za quantum, glasi za metali zisizo na umbo, zisizo na umbo, na aloi zenye entropy nyingi ni baadhi tu ya mifano ya vifaa vya hali ya juu ambavyo vimeonekana duniani tangu katikati ya karne iliyopita. Katika utengenezaji na ukuzaji wa aloi mpya zenye sifa zilizoboreshwa, katika bidhaa ya mwisho na katika hatua za kati za uzalishaji wake, tatizo la kutokuwa na usawa mara nyingi huongezwa. Kama matokeo ya kuanzishwa kwa mbinu mpya za utengenezaji zinazoruhusu kupotoka kwa kiasi kikubwa kutoka kwa usawa, darasa jipya kabisa la aloi zinazoweza kubadilika, zinazojulikana kama glasi za metali, limegunduliwa.
Kazi yake huko Caltech mnamo 1960 ilibadilisha dhana ya aloi za chuma alipotengeneza aloi za kioo za Au-25 at.% Si kwa kuganda haraka kwa vimiminika kwa karibu digrii milioni moja kwa sekunde. 4 Ugunduzi wa Profesa Paul Duves haukuwa tu alama ya mwanzo wa historia ya glasi za chuma (MS), lakini pia ulisababisha mabadiliko ya dhana katika jinsi watu wanavyofikiria kuhusu aloi za chuma. Tangu utafiti wa kwanza kabisa wa upainia katika usanisi wa aloi za MS, karibu glasi zote za chuma zimepatikana kabisa kwa kutumia mojawapo ya njia zifuatazo: (i) ugandamizaji wa haraka wa kuyeyuka au mvuke, (ii) shida ya kimiani ya atomiki, (iii) athari za umbo la hali ngumu kati ya elementi safi za metali na (iv) mabadiliko ya awamu imara ya awamu zinazoweza kumetameta.
MG hutofautishwa kwa kutokuwepo kwa mpangilio wa atomiki wa masafa marefu unaohusishwa na fuwele, ambayo ni sifa inayofafanua fuwele. Katika ulimwengu wa kisasa, maendeleo makubwa yamefanywa katika uwanja wa glasi ya metali. Hizi ni nyenzo mpya zenye sifa za kuvutia ambazo zinavutia sio tu kwa fizikia ya hali ngumu, lakini pia kwa metali, kemia ya uso, teknolojia, biolojia, na maeneo mengine mengi. Aina hii mpya ya nyenzo ina sifa ambazo ni tofauti na metali ngumu, na kuifanya kuwa mgombea wa kuvutia kwa matumizi ya kiteknolojia katika nyanja mbalimbali. Zina sifa muhimu: (i) unyumbufu mkubwa wa mitambo na nguvu ya mavuno, (ii) upenyezaji mkubwa wa sumaku, (iii) mkazo mdogo, (iv) upinzani usio wa kawaida wa kutu, (v) uhuru wa halijoto. Upitishaji 6.7.
Uunganishaji wa mitambo (MA)1,8 ni mbinu mpya kiasi, iliyoanzishwa kwa mara ya kwanza mwaka wa 19839 na Prof. KK Kok na wenzake. Walizalisha poda zisizo na umbo la Ni60Nb40 kwa kusaga mchanganyiko wa vipengele safi kwenye halijoto ya kawaida karibu sana na halijoto ya kawaida. Kwa kawaida, mmenyuko wa MA hufanywa kati ya uunganishaji wa usambaaji wa poda za kitendanishi katika kinu, ambacho kwa kawaida hutengenezwa kwa chuma cha pua, kwenye kinu cha mpira. 10 (Mchoro 1a, b). Tangu wakati huo, mbinu hii ya mmenyuko wa hali ngumu inayosababishwa na mitambo imetumika kuandaa poda mpya za aloi za kioo zisizo na umbo la metali kwa kutumia vinu vya mpira vya chini (Mchoro 1c) na vinu vya mpira vyenye nguvu nyingi na vinu vya fimbo11,12,13,14,15,16. Hasa, njia hii imetumika kuandaa mifumo isiyochanganyika kama vile Cu-Ta17 pamoja na aloi za kiwango cha juu cha kuyeyuka kama vile metali ya Al-transition (TM, Zr, Hf, Nb na Ta)18,19 na mifumo ya Fe-W20. , ambayo haiwezi kupatikana kwa kutumia mbinu za kawaida za kupikia. Zaidi ya hayo, MA inachukuliwa kuwa mojawapo ya zana zenye nguvu zaidi za nanoteknolojia kwa ajili ya uzalishaji wa kiwango cha viwanda cha chembe za unga wa nanokseli na nanocomposite wa oksidi za metali, kabidi, nitridi, hidridi, mirija ya kaboni, almasi nano, pamoja na uthabiti mpana kwa kutumia mbinu ya kutoka juu hadi chini. Hatua 1 na zinazoweza kubadilika.
Mchoro unaoonyesha mbinu ya utengenezaji inayotumika kuandaa mipako ya glasi ya chuma ya Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 katika utafiti huu. (a) Maandalizi ya poda za aloi za MC zenye viwango mbalimbali vya Ni x (x; 10, 20, 30, na 40 at.%) kwa kutumia mbinu ya kusaga mpira yenye nishati kidogo. (a) Nyenzo ya kuanzia hupakiwa kwenye silinda ya zana pamoja na mipira ya chuma ya zana na (b) kufungwa kwenye sanduku la glavu lililojaa angahewa la He. (c) Mfano wa uwazi wa chombo cha kusaga unaoonyesha mwendo wa mpira wakati wa kusaga. Bidhaa ya mwisho ya unga iliyopatikana baada ya saa 50 ilitumika kunyunyizia kwa baridi kwenye substrate ya SUS 304 (d).
Linapokuja suala la nyuso za nyenzo nyingi (substrates), uhandisi wa uso unahusisha muundo na urekebishaji wa nyuso (substrates) ili kutoa sifa fulani za kimwili, kemikali, na kiufundi ambazo hazipo katika nyenzo asili za wingi. Baadhi ya sifa ambazo zinaweza kuboreshwa kwa ufanisi kupitia matibabu ya uso ni pamoja na mkwaruzo, oksidi na upinzani wa kutu, mgawo wa msuguano, upenyezaji wa kibiolojia, sifa za umeme na insulation ya joto, kutaja chache tu. Ubora wa uso unaweza kuboreshwa kwa njia za metallurgiska, mitambo au kemikali. Kama mchakato unaojulikana, mipako hufafanuliwa tu kama tabaka moja au zaidi za nyenzo zinazotumika bandia kwenye uso wa kitu kikubwa (substrate) kilichotengenezwa kutoka kwa nyenzo nyingine. Kwa hivyo, mipako hutumiwa kwa sehemu kufikia sifa zinazohitajika za kiufundi au mapambo, na pia kulinda nyenzo kutokana na mwingiliano unaotarajiwa wa kemikali na kimwili na mazingira23.
Mbinu na mbinu mbalimbali zinaweza kutumika kutumia tabaka zinazofaa za kinga kutoka kwa mikromita chache (chini ya mikromita 10-20) hadi zaidi ya mikromita 30 au hata milimita kadhaa katika unene. Kwa ujumla, michakato ya mipako inaweza kugawanywa katika makundi mawili: (i) mbinu za mipako ya mvua, ikiwa ni pamoja na uchomaji wa umeme, uchomaji wa umeme, na uchomaji wa mabati ya moto, na (ii) mbinu za mipako kavu, ikiwa ni pamoja na uchomaji, uwekaji wa gundi, uwekaji wa mvuke wa kimwili (PVD). ), uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD), mbinu za kunyunyizia joto, na mbinu za hivi karibuni za kunyunyizia baridi 24 (Mchoro 1d).
Biofilms hufafanuliwa kama jamii za vijidudu ambazo zimeunganishwa bila kubadilika kwenye nyuso na kuzungukwa na polima za nje ya seli zinazozalishwa zenyewe (EPS). Uundaji wa biofilm iliyokomaa kidogo inaweza kusababisha hasara kubwa katika tasnia nyingi, ikiwa ni pamoja na usindikaji wa chakula, mifumo ya maji, na huduma ya afya. Kwa wanadamu, kwa uundaji wa biofilms, zaidi ya 80% ya visa vya maambukizi ya vijidudu (ikiwa ni pamoja na Enterobacteriaceae na Staphylococci) ni vigumu kutibu. Kwa kuongezea, biofilms zilizokomaa zimeripotiwa kuwa sugu mara 1000 zaidi kwa matibabu ya viuavijasumu ikilinganishwa na seli za bakteria za planktoniki, ambayo inachukuliwa kuwa changamoto kubwa ya matibabu. Kihistoria, nyenzo za mipako ya uso wa viuavijasumu zinazotokana na misombo ya kawaida ya kikaboni zimetumika. Ingawa nyenzo hizo mara nyingi huwa na vipengele vyenye sumu ambavyo vinaweza kuwa na madhara kwa wanadamu,25,26 hii inaweza kusaidia kuepuka maambukizi ya bakteria na uharibifu wa nyenzo.
Upinzani mkubwa wa bakteria kwa matibabu ya viuavijasumu kutokana na uundaji wa biofilm umesababisha hitaji la kutengeneza uso mzuri uliofunikwa na utando wa viuavijasumu ambao unaweza kutumika kwa usalama27. Ukuzaji wa uso wa kimwili au wa kemikali unaopinga gundi ambao seli za bakteria haziwezi kufunga na kuunda biofilm kutokana na ushikamano ndio njia ya kwanza katika mchakato huu27. Teknolojia ya pili ni kutengeneza mipako inayotoa kemikali za viuavijasumu pale zinapohitajika, kwa kiasi kikubwa na kilichoundwa maalum. Hii inafanikiwa kupitia ukuzaji wa vifaa vya kipekee vya mipako kama vile graphene/germanium28, black diamond29 na mipako ya kaboni kama almasi iliyochanganywa na ZnO30 ambayo ni sugu kwa bakteria, teknolojia inayoongeza ukuaji wa sumu na upinzani kutokana na uundaji wa biofilm. Kwa kuongezea, mipako yenye kemikali za kuua vijidudu ambazo hutoa ulinzi wa muda mrefu dhidi ya uchafuzi wa bakteria inazidi kuwa maarufu. Ingawa taratibu zote tatu zina uwezo wa kutoa shughuli za viuavijasumu kwenye nyuso zilizofunikwa, kila moja ina seti yake ya mapungufu ambayo yanapaswa kuzingatiwa wakati wa kutengeneza mkakati wa matumizi.
Bidhaa zilizopo sokoni kwa sasa zinazuiliwa na ukosefu wa muda wa kuchambua na kujaribu mipako ya kinga kwa viambato vinavyofanya kazi kibiolojia. Kampuni zinadai kwamba bidhaa zao zitawapa watumiaji vipengele vinavyohitajika vya utendaji, hata hivyo, hii imekuwa kikwazo kwa mafanikio ya bidhaa zilizopo sokoni kwa sasa. Misombo inayotokana na fedha hutumika katika idadi kubwa ya dawa za kuua vijidudu zinazopatikana kwa watumiaji kwa sasa. Bidhaa hizi zimeundwa kuwalinda watumiaji kutokana na athari zinazoweza kuwa na madhara kwa vijidudu. Athari ya kuchelewa kwa dawa za kuua vijidudu na sumu inayohusiana na misombo ya fedha huongeza shinikizo kwa watafiti kutengeneza njia mbadala isiyo na madhara36,37. Kuunda mipako ya kimataifa ya kuua vijidudu inayofanya kazi ndani na nje bado ni changamoto. Hii inakuja na hatari zinazohusiana na afya na usalama. Kugundua wakala wa kuua vijidudu ambaye hana madhara mengi kwa wanadamu na kujua jinsi ya kuijumuisha katika sehemu za mipako zenye maisha marefu ya rafu ni lengo linalotafutwa sana38. Nyenzo za hivi karibuni za kuua vijidudu na antibiofilm zimeundwa kuua bakteria kwa karibu ama kwa kugusana moja kwa moja au baada ya kutolewa kwa wakala anayefanya kazi. Wanaweza kufanya hivi kwa kuzuia mshikamano wa awali wa bakteria (ikiwa ni pamoja na kuzuia uundaji wa safu ya protini juu ya uso) au kwa kuua bakteria kwa kuingilia ukuta wa seli.
Kimsingi, mipako ya uso ni mchakato wa kutumia safu nyingine kwenye uso wa sehemu ili kuboresha sifa za uso. Madhumuni ya mipako ya uso ni kubadilisha muundo mdogo na/au muundo wa eneo la karibu na uso wa sehemu39. Mbinu za mipako ya uso zinaweza kugawanywa katika mbinu tofauti, ambazo zimefupishwa katika Mchoro 2a. Mipako inaweza kugawanywa katika kategoria za joto, kemikali, kimwili na electrokemikali kulingana na njia inayotumika kuunda mipako.
(a) Picha ndogo inayoonyesha mbinu kuu za utengenezaji wa uso, na (b) faida na hasara zilizochaguliwa za njia ya kunyunyizia kwa baridi.
Teknolojia ya kunyunyizia baridi ina mengi yanayofanana na mbinu za jadi za kunyunyizia joto. Hata hivyo, pia kuna baadhi ya sifa muhimu za msingi zinazofanya mchakato wa kunyunyizia baridi na vifaa vya kunyunyizia baridi kuwa vya kipekee sana. Teknolojia ya kunyunyizia baridi bado iko katika hatua yake ya awali, lakini ina mustakabali mzuri. Katika baadhi ya matukio, sifa za kipekee za kunyunyizia baridi hutoa faida kubwa, kushinda mapungufu ya mbinu za kawaida za kunyunyizia joto. Inashinda mapungufu makubwa ya teknolojia ya jadi ya kunyunyizia joto, ambapo unga lazima uyeyuke ili kuwekwa kwenye sehemu ya chini. Ni wazi, mchakato huu wa mipako ya jadi haufai kwa vifaa nyeti sana kwa halijoto kama vile nanocrystals, nanochembechembe, glasi zisizo na umbo na za metali40, 41, 42. Kwa kuongezea, vifaa vya mipako ya kunyunyizia joto huwa na kiwango cha juu cha porosity na oksidi. Teknolojia ya kunyunyizia baridi ina faida nyingi muhimu zaidi ya teknolojia ya kunyunyizia joto, kama vile (i) uingizaji mdogo wa joto kwenye sehemu ya chini, (ii) kubadilika katika kuchagua mipako ya sehemu ya chini, (iii) hakuna mabadiliko ya awamu na ukuaji wa nafaka, (iv) nguvu ya juu ya gundi1 .39 (Mchoro 2b). Kwa kuongezea, vifaa vya mipako ya kunyunyizia baridi vina upinzani mkubwa wa kutu, nguvu na ugumu wa juu, upitishaji wa umeme mwingi na msongamano mkubwa41. Licha ya faida za mchakato wa kunyunyizia baridi, njia hii bado ina mapungufu kadhaa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2b. Wakati wa kupaka poda safi za kauri kama vile Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, n.k., njia ya kunyunyizia baridi haiwezi kutumika. Kwa upande mwingine, poda za mchanganyiko wa kauri/chuma zinaweza kutumika kama malighafi ya mipako. Vivyo hivyo kwa njia zingine za kunyunyizia joto. Nyuso ngumu na mambo ya ndani ya bomba bado ni vigumu kunyunyizia.
Kwa kuzingatia kwamba kazi hii inaelekezwa kwenye matumizi ya poda za metali za vitreous kama nyenzo za kuanzia kwa mipako, ni wazi kwamba kunyunyizia joto kwa kawaida hakuwezi kutumika kwa kusudi hili. Hii ni kutokana na ukweli kwamba poda za metali za vitreous huganda kwenye halijoto ya juu1.
Vifaa vingi vinavyotumika katika tasnia ya matibabu na chakula vimetengenezwa kwa aloi za chuma cha pua za austenitic (SUS316 na SUS304) zenye kiwango cha kromiamu cha 12 hadi 20% kwa ajili ya utengenezaji wa vifaa vya upasuaji. Inakubaliwa kwa ujumla kwamba matumizi ya chuma cha kromiamu kama kipengele cha aloi za chuma yanaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa upinzani wa kutu wa aloi za kawaida za chuma. Aloi za chuma cha pua, licha ya upinzani wao mkubwa wa kutu, hazina sifa kubwa za kuua vijidudu38,39. Hii inatofautiana na upinzani wao mkubwa wa kutu. Baada ya hapo, inawezekana kutabiri maendeleo ya maambukizi na uvimbe, ambayo husababishwa hasa na mshikamano wa bakteria na ukoloni kwenye uso wa biomaterials za chuma cha pua. Matatizo makubwa yanaweza kutokea kutokana na matatizo makubwa yanayohusiana na mshikamano wa bakteria na njia za uundaji wa biofilm, ambayo inaweza kusababisha afya mbaya, ambayo inaweza kuwa na matokeo mengi ambayo yanaweza kuathiri moja kwa moja au kwa njia isiyo ya moja kwa moja afya ya binadamu.
Utafiti huu ni awamu ya kwanza ya mradi unaofadhiliwa na Wakfu wa Kuwait wa Maendeleo ya Sayansi (KFAS), mkataba nambari 2010-550401, ili kuchunguza uwezekano wa kutengeneza poda za ternary za Cu-Zr-Ni zenye rangi ya chuma kwa kutumia teknolojia ya MA (jedwali). 1) Kwa ajili ya utengenezaji wa filamu/mipako ya kinga ya uso ya antibacterial ya SUS304. Awamu ya pili ya mradi, inayotarajiwa kuanza Januari 2023, itachunguza kwa undani sifa za kutu ya galvanic na sifa za mitambo za mfumo. Vipimo vya kina vya microbiological kwa aina mbalimbali za bakteria vitafanywa.
Makala haya yanajadili athari ya kiwango cha aloi ya Zr kwenye uwezo wa kutengeneza kioo (GFA) kulingana na sifa za kimofolojia na kimuundo. Zaidi ya hayo, sifa za bakteria za mchanganyiko wa glasi ya chuma/SUS304 iliyofunikwa kwa unga pia zilijadiliwa. Zaidi ya hayo, kazi inayoendelea imefanywa ili kuchunguza uwezekano wa mabadiliko ya kimuundo ya poda za kioo za metali kutokea wakati wa kunyunyizia baridi katika eneo la kioevu kilichopozwa sana la mifumo ya glasi ya metali iliyotengenezwa. Aloi za kioo za metali za Cu50Zr30Ni20 na Cu50Zr20Ni30 zilitumika kama mifano wakilishi katika utafiti huu.
Sehemu hii inawasilisha mabadiliko ya kimofolojia katika poda za Cu, Zr na Ni za elementi wakati wa kusaga mpira kwa nishati ndogo. Mifumo miwili tofauti inayojumuisha Cu50Zr20Ni30 na Cu50Zr40Ni10 itatumika kama mifano ya kuonyesha. Mchakato wa MA unaweza kugawanywa katika hatua tatu tofauti, kama inavyothibitishwa na uainishaji wa metallografiki wa poda iliyopatikana katika hatua ya kusaga (Mchoro 3).
Sifa za metallographic za poda za aloi za mitambo (MA) zilizopatikana baada ya hatua mbalimbali za kusaga mpira. Picha za hadubini ya elektroni ya kuchanganua uzalishaji wa shambani (FE-SEM) za poda za MA na Cu50Zr40Ni10 zilizopatikana baada ya kusaga mpira kwa nguvu ndogo kwa saa 3, 12 na 50 zinaonyeshwa katika (a), (c) na (e) kwa mfumo wa Cu50Zr20Ni30, zikiwa kwenye MA hiyo hiyo. Picha zinazolingana za mfumo wa Cu50Zr40Ni10 zilizochukuliwa baada ya muda zinaonyeshwa katika (b), (d), na (f).
Wakati wa kusaga mpira, nishati ya kinetiki inayofaa ambayo inaweza kuhamishiwa kwenye unga wa chuma huathiriwa na mchanganyiko wa vigezo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1a. Hii inajumuisha migongano kati ya mipira na unga, mgandamizo wa unga uliokwama kati ya au kati ya vyombo vya kusaga, athari kutoka kwa mipira inayoanguka, mkato na uchakavu unaosababishwa na kuvuta unga kati ya miili inayosonga ya kinu cha mpira, na wimbi la mshtuko linalopita kwenye mipira inayoanguka inayoenea kupitia utamaduni uliojaa (Mchoro 1a). Элементарные порошки Cu, Zr na Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привело к образовастованые мм в диаметре). Poda za Cu, Zr, na Ni za elementi ziliharibika sana kutokana na kulehemu kwa baridi katika hatua za mwanzo za MA (saa 3), jambo lililosababisha uundaji wa chembe kubwa za unga (zaidi ya milimita 1 kwa kipenyo).Chembe hizi kubwa zenye mchanganyiko zina sifa ya uundaji wa tabaka nene za vipengele vya aloi (Cu, Zr, Ni), kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 3a, b. Kuongezeka kwa muda wa MA hadi saa 12 (hatua ya kati) kulisababisha ongezeko la nishati ya kinetiki ya kinu cha mpira, ambayo ilisababisha kuoza kwa unga mchanganyiko kuwa poda ndogo (chini ya 200 μm), kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 3c, mji. Katika hatua hii, nguvu ya kukata inayotumika husababisha uundaji wa uso mpya wa chuma wenye tabaka nyembamba za Cu, Zr, Ni, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 3c, d. Kama matokeo ya kusaga tabaka kwenye kiolesura cha vipande, athari za awamu imara hutokea na uundaji wa awamu mpya.
Katika kilele cha mchakato wa MA (baada ya saa 50), metallografia ya vipande haikuonekana sana (Mchoro 3e, f), na metallografia ya kioo ilionekana kwenye uso uliosuguliwa wa unga. Hii ina maana kwamba mchakato wa MA ulikamilika na awamu moja ya mmenyuko iliundwa. Muundo wa elementi wa maeneo yaliyoonyeshwa katika Michoro 3e (I, II, III), f, v, vi) ulibainishwa kwa kutumia hadubini ya elektroni ya skanning ya uzalishaji wa shambani (FE-SEM) pamoja na spektroskopia ya X-ray inayotawanya nishati (EDS). (IV).
Katika jedwali. Viwango 2 vya elementi vya vipengele vya aloi vinaonyeshwa kama asilimia ya uzito wote wa kila eneo lililochaguliwa katika mchoro 3e, f. Kulinganisha matokeo haya na michanganyiko ya awali ya nominella ya Cu50Zr20Ni30 na Cu50Zr40Ni10 iliyotolewa katika Jedwali 1 inaonyesha kwamba michanganyiko ya bidhaa hizi mbili za mwisho iko karibu sana na michanganyiko ya nominella. Kwa kuongezea, thamani za jamaa za vipengele vya maeneo yaliyoorodheshwa katika Mchoro 3e, f hazionyeshi kuzorota au tofauti kubwa katika muundo wa kila sampuli kutoka eneo moja hadi jingine. Hii inathibitishwa na ukweli kwamba hakuna mabadiliko katika muundo kutoka eneo moja hadi jingine. Hii inaonyesha uzalishaji wa poda za aloi zinazofanana kama inavyoonyeshwa katika Jedwali 2.
Mikrografu za FE-SEM za unga wa bidhaa ya mwisho ya Cu50(Zr50-xNix) zilipatikana baada ya mara 50 za MA, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4a-d, ambapo x ni 10, 20, 30 na 40 kwa.%, mtawalia. Baada ya hatua hii ya kusaga, unga hukusanyika kutokana na athari ya van der Waals, ambayo husababisha uundaji wa mkusanyiko mkubwa unaojumuisha chembe ndogo sana zenye kipenyo cha 73 hadi 126 nm, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4.
Sifa za kimofolojia za poda za Cu50(Zr50-xNix) zilizopatikana baada ya saa 50 za MA. Kwa mifumo ya Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, picha za FE-SEM za poda zilizopatikana baada ya 50 MA zinaonyeshwa katika (a), (b), (c), na (d), mtawalia.
Kabla ya kupakia unga kwenye kichujio baridi cha kunyunyizia, kwanza ziliwekwa kwenye ethanoli ya kiwango cha uchambuzi kwa dakika 15 na kisha zikaushwa kwa 150° C. kwa saa 2. Hatua hii lazima ichukuliwe ili kupambana na msongamano kwa mafanikio, ambayo mara nyingi husababisha matatizo mengi makubwa katika mchakato wa mipako. Baada ya kukamilika kwa mchakato wa MA, tafiti zaidi zilifanywa ili kuchunguza usawa wa unga wa aloi. Kwenye mchoro 5a–d zinaonyesha mikrografu za FE-SEM na picha zinazolingana za EDS za vipengele vya aloi ya Cu, Zr na Ni vya aloi ya Cu50Zr30Ni20 vilivyochukuliwa baada ya saa 50 wakati M, mtawalia. Ikumbukwe kwamba unga wa aloi uliopatikana baada ya hatua hii ni sawa, kwani hauonyeshi mabadiliko yoyote ya muundo zaidi ya kiwango cha nanomita ndogo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.
Mofolojia na usambazaji wa ndani wa vipengele katika unga wa MG Cu50Zr30Ni20 uliopatikana baada ya 50 MA kwa kutumia Spektroscopy ya X-ray ya FE-SEM/Energy Dispersive (EDS). (a) Upigaji picha wa SEM na X-ray EDS wa (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, na (d) Ni-Kα.
Mifumo ya mtawanyiko wa X-ray ya poda za Cu50Zr40Ni10 zilizochanganywa kwa njia ya kiufundi, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, na Cu50Zr20Ni30 zilizopatikana baada ya saa 50 za MA zinaonyeshwa kwenye Michoro 6a–d, mtawalia. Baada ya hatua hii ya kusaga, sampuli zote zenye viwango tofauti vya Zr zilikuwa na miundo isiyo na umbo yenye mifumo ya uenezaji wa halo inayoonyeshwa kwenye Mchoro 6.
Mifumo ya mtawanyiko wa X-ray ya poda za Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), na Cu50Zr20Ni30 (d) baada ya MA kwa saa 50. Muundo wa halo-usambazaji ulionekana katika sampuli zote bila ubaguzi, ikionyesha uundaji wa awamu isiyo na umbo.
Hadubini ya elektroni ya upitishaji wa utoaji wa hewa chafu ya uwanjani yenye ubora wa juu (FE-HRTEM) ilitumika kuchunguza mabadiliko ya kimuundo na kuelewa muundo wa ndani wa poda zinazotokana na kusaga mpira kwa nyakati tofauti za MA. Picha za poda zilizopatikana kwa njia ya FE-HRTEM baada ya hatua za mapema (saa 6) na za kati (saa 18) za kusaga poda za Cu50Zr30Ni20 na Cu50Zr40Ni10 zinaonyeshwa kwenye Mchoro 7a, mtawalia. Kulingana na picha ya uwanja mkali (BFI) ya poda iliyopatikana baada ya saa 6 za MA, poda hiyo ina chembe kubwa zenye mipaka iliyofafanuliwa wazi ya vipengele vya fcc-Cu, hcp-Zr, na fcc-Ni, na hakuna dalili za uundaji wa awamu ya mmenyuko, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7a. Kwa kuongezea, muundo wa mtawanyiko wa eneo lililochaguliwa (SADP) uliochukuliwa kutoka eneo la kati (a) ulionyesha muundo mkali wa mtawanyiko (Mchoro 7b) unaoonyesha uwepo wa fuwele kubwa na kutokuwepo kwa awamu tendaji.
Sifa za kimuundo za eneo husika za unga wa MA uliopatikana baada ya hatua za mapema (saa 6) na za kati (saa 18). (a) Hadubini ya elektroni ya upitishaji wa utoaji wa hewa chafu ya uwanjani yenye ubora wa juu (FE-HRTEM) na (b) diffractogramu ya eneo lililochaguliwa (SADP) ya unga wa Cu50Zr30Ni20 baada ya matibabu ya MA kwa saa 6. Picha ya FE-HRTEM ya Cu50Zr40Ni10 iliyopatikana baada ya MA ya saa 18 imeonyeshwa katika (c).
Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 7c, ongezeko la muda wa MA hadi saa 18 lilisababisha kasoro kubwa za kimiani pamoja na umbo la plastiki. Katika hatua hii ya kati ya mchakato wa MA, kasoro mbalimbali huonekana kwenye unga, ikiwa ni pamoja na kasoro za kurundika, kasoro za kimiani, na kasoro za nukta (Mchoro 7). Kasoro hizi husababisha kugawanyika kwa chembe kubwa kando ya mipaka ya chembe hadi chembe ndogo zenye ukubwa wa chini ya nm 20 (Mchoro 7c).
Muundo wa ndani wa unga wa Cu50Z30Ni20 uliosagwa kwa saa 36 MA una sifa ya uundaji wa nanofini za ultrafine zilizowekwa kwenye matrix nyembamba isiyo na umbo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8a. Uchambuzi wa ndani wa EMF ulionyesha kuwa nanoclusters zilizoonyeshwa kwenye Mchoro 8a zinahusishwa na aloi za unga wa Cu, Zr na Ni ambazo hazijatibiwa. Kiwango cha Cu kwenye matrix kilitofautiana kutoka ~32 at.% (eneo duni) hadi ~74 at.% (eneo tajiri), ambayo inaonyesha uundaji wa bidhaa tofauti. Kwa kuongezea, SADP zinazolingana za unga zilizopatikana baada ya kusaga katika hatua hii zinaonyesha pete za awamu isiyo na umbo la halo-diffusion ya msingi na ya sekondari zinazoingiliana na ncha kali zinazohusiana na vipengele hivi vya aloi ambazo hazijatibiwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8b.
Vipengele vya kimuundo vya ndani vya Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 vya nanoscale. (a) Picha angavu ya uwanjani (BFI) na (b) SADP ya unga wa Cu50Zr30Ni20 iliyopatikana baada ya kusaga kwa saa 36 MA.
Kuelekea mwisho wa mchakato wa MA (saa 50), poda za Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, na 40 at.%, bila ubaguzi, zina umbo la labirintini la awamu isiyo na umbo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro. Hakuna mtawanyiko wa nukta wala mifumo mikali ya annular iliyoweza kugunduliwa katika SADS inayolingana ya kila muundo. Hii inaonyesha kutokuwepo kwa chuma cha fuwele kisichotibiwa, bali uundaji wa poda ya aloi isiyo na umbo. SADP hizi zinazohusiana zinazoonyesha mifumo ya uenezaji wa halo pia zilitumika kama ushahidi wa maendeleo ya awamu zisizo na umbo katika nyenzo ya mwisho ya bidhaa.
Muundo wa ndani wa bidhaa ya mwisho ya mfumo wa Cu50 MS (Zr50-xNix). FE-HRTEM na mifumo ya mtawanyiko wa nanobeam inayohusiana (NBDP) ya (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, na (d) Cu50Zr10Ni40 iliyopatikana baada ya saa 50 za MA.
Kwa kutumia kalorimetri ya skanning tofauti, uthabiti wa joto wa halijoto ya mpito ya kioo (Tg), eneo la kioevu kilichopozwa sana (ΔTx) na halijoto ya fuwele (Tx) ulisomwa kulingana na maudhui ya Ni (x) katika sifa za mfumo usio na umbo la Cu50(Zr50-xNix). (DSC) katika mtiririko wa gesi ya He. Mikunjo ya DSC ya poda za aloi zisizo na umbo la Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, na Cu50Zr10Ni40 zilizopatikana baada ya MA kwa saa 50 zinaonyeshwa katika Michoro 10a, b, e, mtawalia. Wakati mkunjo wa DSC wa Cu50Zr20Ni30 isiyo na umbo unaonyeshwa kando katika Michoro ya karne ya 10. Wakati huo huo, sampuli ya Cu50Zr30Ni20 iliyopashwa joto hadi ~700°C katika DSC inaonyeshwa katika Michoro 10g.
Uthabiti wa joto wa poda za Cu50(Zr50-xNix) MG zilizopatikana baada ya MA kwa saa 50 huamuliwa na halijoto ya mpito ya kioo (Tg), halijoto ya fuwele (Tx) na eneo la kioevu kilichopozwa sana (ΔTx). Vipimo vya joto vya poda za kalorimita ya skanning tofauti (DSC) za Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), na (e) poda za aloi za Cu50Zr10Ni40 MG baada ya MA kwa saa 50. Muundo wa mtawanyiko wa X-ray (XRD) wa sampuli ya Cu50Zr30Ni20 iliyopashwa joto hadi ~700°C katika DSC umeonyeshwa katika (d).
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10, mikunjo ya DSC ya michanganyiko yote yenye viwango tofauti vya nikeli (x) inaonyesha visa viwili tofauti, kimoja cha endothermiki na kingine cha exothermiki. Tukio la kwanza la endothermiki linalingana na Tg, na la pili linahusishwa na Tx. Eneo la mlalo la span lililopo kati ya Tg na Tx linaitwa eneo la kioevu kilichopozwa (ΔTx = Tx - Tg). Matokeo yanaonyesha kuwa Tg na Tx ya sampuli ya Cu50Zr40Ni10 (Mchoro 10a) iliyowekwa kwenye 526°C na 612°C huhamisha maudhui (x) hadi 20 kwa % kuelekea upande wa joto la chini wa 482°C na 563°C. °C huku maudhui ya Ni (x) yakiongezeka, mtawalia, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10b. Kwa hivyo, ΔTx Cu50Zr40Ni10 hupungua kutoka 86°С (Mchoro 10a) hadi 81°С kwa Cu50Zr30Ni20 (Mchoro 10b). Kwa aloi ya MC Cu50Zr40Ni10, kupungua kwa thamani za Tg, Tx, na ΔTx hadi viwango vya 447°С, 526°С, na 79°С pia kulionekana (Mchoro 10b). Hii inaonyesha kwamba ongezeko la kiwango cha Ni husababisha kupungua kwa utulivu wa joto wa aloi ya MS. Kinyume chake, thamani ya Tg (507 °C) ya aloi ya MC Cu50Zr20Ni30 ni ya chini kuliko ile ya aloi ya MC Cu50Zr40Ni10; hata hivyo, Tx yake inaonyesha thamani inayolingana nayo (612 °C). Kwa hivyo, ΔTx ina thamani ya juu zaidi (87°C) kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro wa karne ya 10.
Mfumo wa Cu50(Zr50-xNix) MC, kwa kutumia aloi ya Cu50Zr20Ni30 MC kama mfano, huganda kupitia kilele kikali cha exothermic hadi awamu za fuwele za fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, na orthorhombic-ZrNi (Mchoro 10c). Mpito huu wa awamu kutoka amofasi hadi fuwele ulithibitishwa na uchambuzi wa mtawanyiko wa X-ray wa sampuli ya MG (Mchoro 10d) ambao ulipashwa joto hadi 700 °C katika DSC.
Kwenye mchoro 11 inaonyesha picha zilizopigwa wakati wa mchakato wa kunyunyizia baridi uliofanywa katika kazi ya sasa. Katika utafiti huu, chembe za unga wa kioo wa chuma zilizotengenezwa baada ya MA kwa saa 50 (kwa kutumia Cu50Zr20Ni30 kama mfano) zilitumika kama malighafi ya kuua bakteria, na bamba la chuma cha pua (SUS304) lilifunikwa kwa dawa baridi. Njia ya kunyunyizia baridi ilichaguliwa kwa ajili ya mipako katika mfululizo wa teknolojia ya kunyunyizia joto kwa sababu ndiyo njia bora zaidi katika mfululizo wa teknolojia ya kunyunyizia joto ambapo inaweza kutumika kwa vifaa vya metali vinavyoweza kubadilika joto kama vile poda zisizo na umbo na nanocrystalline. Haiwezi kubadilishwa kwa awamu. Hii ndiyo sababu kuu katika kuchagua njia hii. Mchakato wa kunyunyizia baridi unafanywa kwa kutumia chembe zenye kasi kubwa zinazobadilisha nishati ya kinetiki ya chembe kuwa umbo la plastiki, umbo na joto linapogusana na sehemu ya chini au chembe zilizowekwa hapo awali.
Picha za shambani zinaonyesha utaratibu wa kunyunyizia dawa baridi uliotumika kwa maandalizi matano mfululizo ya MG/SUS 304 kwa joto la 550°C.
Nishati ya kinetiki ya chembe, pamoja na kasi ya kila chembe wakati wa uundaji wa mipako, lazima ibadilishwe kuwa aina zingine za nishati kupitia mifumo kama vile uundaji wa plastiki (chembe za msingi na mwingiliano wa chembe katika matrix na mwingiliano wa chembe), mafundo ya katikati ya vitu vikali, mzunguko kati ya chembe, uundaji na upunguzaji wa joto 39. Kwa kuongezea, ikiwa sio nishati yote ya kinetiki inayoingia inabadilishwa kuwa nishati ya joto na nishati ya uundaji, matokeo yatakuwa mgongano wa elastic, ambayo ina maana kwamba chembe huruka tu baada ya mgongano. Imebainika kuwa 90% ya nishati ya mgongano inayotumika kwenye nyenzo ya chembe/substrate hubadilishwa kuwa joto la ndani 40. Kwa kuongezea, wakati mkazo wa mgongano unatumika, viwango vya juu vya mkazo wa plastiki hupatikana katika eneo la mguso wa chembe/substrate kwa muda mfupi sana 41,42.
Uundaji wa plastiki kwa kawaida huchukuliwa kama mchakato wa utengano wa nishati, au tuseme, kama chanzo cha joto katika eneo la uso. Hata hivyo, ongezeko la halijoto katika eneo la uso kwa kawaida halitoshi kwa kutokea kwa kuyeyuka kwa uso au kuchochea kwa kiasi kikubwa kwa uenezaji wa pamoja wa atomi. Hakuna chapisho linalojulikana kwa waandishi lililochunguza athari za sifa za poda hizi za metali za vitreous kwenye mshikamano wa unga na kutulia kunakotokea wakati wa kutumia mbinu za kunyunyizia baridi.
BFI ya unga wa aloi ya MG Cu50Zr20Ni30 inaweza kuonekana katika Mchoro 12a, ambao uliwekwa kwenye substrate ya SUS 304 (Mchoro 11, 12b). Kama inavyoonekana kutoka kwa mchoro, poda zilizofunikwa huhifadhi muundo wao wa asili usio na umbo kwani zina muundo maridadi wa labirinti bila sifa zozote za fuwele au kasoro za kimiani. Kwa upande mwingine, picha inaonyesha uwepo wa awamu ya kigeni, kama inavyothibitishwa na chembechembe ndogo zilizojumuishwa kwenye matrix ya unga iliyofunikwa na MG (Mchoro 12a). Mchoro 12c unaonyesha muundo wa mtawanyiko wa nanobeam ulioorodheshwa (NBDP) unaohusishwa na eneo I (Mchoro 12a). Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 12c, NBDP inaonyesha muundo dhaifu wa halo-usambazaji wa muundo usio na umbo na hukaa pamoja na madoa makali yanayolingana na awamu kubwa ya ujazo ya fuwele ya Zr2Ni pamoja na awamu ya CuO ya tetragonal. Uundaji wa CuO unaweza kuelezewa na oksidasheni ya unga wakati wa kuhama kutoka pua ya bunduki ya kunyunyizia hadi SUS 304 hewani wazi katika mtiririko wa supersonic. Kwa upande mwingine, uondoaji wa vioksidishaji wa unga wa glasi wa chuma ulisababisha uundaji wa awamu kubwa za ujazo baada ya matibabu ya kunyunyizia baridi kwa 550°C kwa dakika 30.
(a) Picha ya FE-HRTEM ya unga wa MG uliowekwa kwenye (b) substrate ya SUS 304 (Picha iliyo ndani). Faharasa ya NBDP ya ishara ya duara iliyoonyeshwa katika (a) imeonyeshwa katika (c).
Ili kujaribu utaratibu huu unaowezekana wa uundaji wa chembechembe kubwa za Zr2Ni za ujazo, jaribio huru lilifanywa. Katika jaribio hili, poda zilinyunyiziwa kutoka kwa atomizer kwa 550°C kuelekea substrate ya SUS 304; hata hivyo, ili kubaini athari ya annealing, poda ziliondolewa kutoka kwenye ukanda wa SUS304 haraka iwezekanavyo (karibu sekunde 60). Mfululizo mwingine wa majaribio ulifanywa ambapo poda iliondolewa kutoka kwenye substrate takriban sekunde 180 baada ya matumizi.
Michoro 13a,b inaonyesha picha za uwanja mweusi wa darubini ya Usafirishaji wa Elektroni (STEM) (DFI) za nyenzo mbili zilizomwagika zilizowekwa kwenye substrates za SUS 304 kwa sekunde 60 na 180, mtawalia. Picha ya unga iliyowekwa kwa sekunde 60 haina maelezo ya kimofolojia, ikionyesha kutokuwa na sifa (Mchoro 13a). Hii pia ilithibitishwa na XRD, ambayo ilionyesha kuwa muundo wa jumla wa poda hizi ulikuwa usio na umbo, kama inavyoonyeshwa na vilele vipana vya uenezaji wa msingi na sekondari vilivyoonyeshwa kwenye Mchoro 14a. Hii inaonyesha kutokuwepo kwa vijidudu vinavyoweza kumetasitika/mesophase, ambapo unga huhifadhi muundo wake wa asili usio na umbo. Kwa upande mwingine, unga uliowekwa kwenye halijoto sawa (550°C) lakini ulioachwa kwenye substrate kwa sekunde 180 ulionyesha utuaji wa chembe ndogo, kama inavyoonyeshwa na mishale kwenye Mchoro 13b.