Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gatnaşyklyk Režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, yzygiderli goldawy üpjün etmek üçin saýty stillersiz we JavaScript-siz görkezeris.
Bioplenkalar, esasanam lukmançylyk enjamlaryna gelende, dowamly infeksiýalaryň ösmeginde möhüm bölek bolup durýar. Bu mesele lukmançylyk jemgyýeti üçin uly kynçylyk döredýär, sebäbi standart antibiotikler bioplenkalary diňe örän çäkli derejede ýok edip bilýär. Bioplenkanyň emele gelmeginiň öňüni almak dürli örtük usullarynyň we täze materiallaryň işlenip düzülmegine getirdi. Bu usullar ýüzleri bioplenkanyň emele gelmeginiň öňüni alýan usulda örtmegi maksat edinýär. Aýna görnüşli metal garyndylary, esasanam mis we titan metallaryny öz içine alýanlary, ideal antimikrob örtüklerine öwrüldi. Şol bir wagtyň özünde, sowuk püskürtme tehnologiýasynyň ulanylyşy artdy, sebäbi ol temperatura duýgur materiallary gaýtadan işlemek üçin amatly usuldyr. Bu ylmy-barlag işleriniň maksadynyň bir bölegi mehaniki legirleme usullaryny ulanyp, Cu-Zr-Ni üçlüginden düzülen täze antibakterial plýonkaly metal aýnany işläp düzmekdi. Soňky önümi emele getirýän sferiki poroşok pes temperaturada poslamaýan polat ýüzlerini sowuk püskürtmek üçin çig mal hökmünde ulanylýar. Metall aýna bilen örtülen substratlar poslamaýan polat bilen deňeşdirilende bioplenkanyň emele gelmegini azyndan 1 log azaltdy.
Adamzat taryhynyň dowamynda islendik jemgyýet öz talaplaryna laýyk gelýän täze materiallary işläp düzüp we ornaşdyryp bildi, bu bolsa globallaşan ykdysadyýetde önümçiligiň we reýtingiň ýokarlanmagyna getirdi1. Bu hemişe adamyň materiallary we önümçilik enjamlaryny dizaýn etmek ukybyna, şeýle hem saglygy goraýyş, bilim, senagat, ykdysadyýet, medeniýet we beýleki ugurlarda bir ýurtdan ýa-da sebitden beýleki ýurda ýetmek üçin materiallary öndürmek we häsiýetlendirmek ukybyna bagly bolup geldi. Ösüş ýurtdan ýa-da sebitden garamazdan ölçenýär2. 60 ýylyň dowamynda materialşynaslar köp wagtyny bir esasy işe sarp etdiler: täze we ösen materiallary gözlemek. Soňky barlaglar bar bolan materiallaryň hilini we işini gowulandyrmaga, şeýle hem düýbünden täze görnüşli materiallary sintezlemäge we oýlap tapmaga gönükdirildi.
Legirleýji elementleriň goşulmagy, materialyň mikrostrukturynyň üýtgedilmegi we termiki, mehaniki ýa-da termomehaniki işläp bejeriş usullarynyň ulanylmagy dürli materiallaryň mehaniki, himiki we fiziki häsiýetleriniň ep-esli gowulaşmagyna getirdi. Mundan başga-da, şu wagta çenli näbelli birleşmeler üstünlikli sintez edildi. Bu yzygiderli tagallalar, umumylykda Öňdebaryjy Materials2 diýlip atlandyrylýan täze innowasion materiallar maşgalasynyň döremegine sebäp boldy. Nanokristallar, nanopartikullar, nanotubalar, kwantum nokatlary, nol ölçegli, amorf metal aýnalar we ýokary entropiýaly legirler geçen asyryň ortalaryndan bäri dünýäde peýda bolan ösen materiallaryň diňe käbir mysallarydyr. Soňky önümde we önümçiligiň aralyk tapgyrlarynda gowulandyrylan häsiýetleri bolan täze legirleriň öndürilişinde we işlenip düzülmeginde, deňagramlylyk meselesi köplenç goşulýar. Deňagramlylykdan ep-esli gyşaryşlara mümkinçilik berýän täze önümçilik usullarynyň ornaşdyrylmagy netijesinde, metal aýnalar diýlip atlandyrylýan metastabil legirleriň düýbünden täze bir klasy açyldy.
1960-njy ýylda Kaltekde geçiren işi, suwuklyklary sekuntda million gradus tizlikde çalt gatamak arkaly Au-25 at.% Si aýnaly erginleri sintezläp, metal erginleriniň konsepsiýasyny düýpli özgertdi. 4 Professor Pol Duwesiň açyşy diňe bir metal aýnalarynyň (MS) taryhynyň başlangyjyny alamatlandyrman, eýsem adamlaryň metal erginleri barada pikir edişinde paradigmanyň üýtgemegine hem getirdi. MS erginleriniň sintezi boýunça ilkinji öňdebaryjy gözleglerden bäri, metal aýnalaryň ählisi diýen ýaly aşakdaky usullaryň birini ulanyp doly alyndy: (i) erginleriň ýa-da bugyň çalt gatamagy, (ii) atom torunyň bozulmagy, (iii) arassa metal elementleriň arasyndaky gaty ýagdaý amorfizasiýa reaksiýalary we (iv) metastabil fazalaryň gaty faza geçişleri.
MG-ler kristallar bilen baglanyşykly uzak aralykly atom tertibiniň ýoklugy bilen tapawutlanýar, bu bolsa kristallaryň esasy aýratynlygydyr. Häzirki zaman dünýäsinde metal aýna ulgamynda uly ösüşler gazanyldy. Bular diňe bir gaty jisim fizikasy üçin däl, eýsem metallurgiýa, ýerüsti himiýa, tehnologiýa, biologiýa we başga-da köp ugurlar üçin gyzykly häsiýetlere eýe bolan täze materiallardyr. Bu täze görnüşli materialyň berk metallardan tapawutly häsiýetleri bar, bu bolsa ony dürli ugurlarda tehnologik ulanylyş üçin gyzykly dalaşgär edýär. Olaryň käbir möhüm häsiýetleri bar: (i) ýokary mehaniki süňňüklik we akym güýji, (ii) ýokary magnit geçirijiligi, (iii) pes koerstiwlik, (iv) adatdan daşary korroziýa garşylygy, (v) temperatura garaşsyzlygy. Geçirijilik 6.7.
Mehaniki legirleme (MA)1,8 deňeşdirme boýunça täze usul bolup, ilkinji gezek 19839-njy ýylda professor K.K.Kok we onuň kärdeşleri tarapyndan ornaşdyryldy. Olar arassa elementleriň garyndysyny otagyň temperaturasyna örän ýakyn gurşaw temperaturasynda üwemek arkaly amorf Ni60Nb40 poroşoklaryny öndürdiler. Adatça, MA reaksiýasy reaksiýa beriji poroşoklaryň diffuziýa baglanyşygynyň arasynda, adatça poslamaýan polatdan ýasalan reaktorda, şar degirmenine geçirilýär. 10 (1a, b surat). Şondan bäri, bu mehaniki induksiýa edilen gaty ýagdaý reaksiýasy usuly pes (1c surat) we ýokary energiýaly şar degirmenlerini we steržen degirmenlerini11,12,13,14,15,16 ulanyp, täze amorf/metal aýna legirleme poroşoklaryny taýýarlamak üçin ulanyldy. Hususan-da, bu usul Cu-Ta17 ýaly garyşmaýan ulgamlary, şeýle hem Al-geçiş metaly (TM, Zr, Hf, Nb we Ta)18,19 we Fe-W20 ulgamlary ýaly ýokary ereme nokady legirlerini taýýarlamak üçin ulanyldy. , ony adaty bişirme usullary bilen alyp bolmaýar. Mundan başga-da, MA metal oksidleriniň, karbidleriň, nitridleriň, gidridleriň, uglerod nanotubalarynyň, nanoalmazlaryň nanokristal we nanokompozit poroşok bölejiklerini senagat möçberinde öndürmek, şeýle hem ýokardan aşak çemeleşme arkaly giň durnuklaşdyrmak üçin iň güýçli nanotehnologik gurallaryň biri hasaplanýar. 1 we metastabil tapgyrlar.
Bu gözlegde Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 metal aýna örtügini taýýarlamak üçin ulanylan önümçilik usulyny görkezýän shema. (a) Pes energiýaly şar frezerleme usulyny ulanyp, dürli konsentrasiýaly Ni x (x; 10, 20, 30 we 40 at.%) bolan MC ergin poroşoklaryny taýýarlamak. (a) Başlangyç material gural polat şarlary bilen birlikde gural silindrine ýüklenýär we (b) He atmosferasy bilen doldurylan ellik gutusyna möhürlenýär. (c) Öwürmek wagtynda şaryň hereketini görkezýän üwürmek gapjygynyň açyk modeli. 50 sagatdan soň alnan soňky poroşok önümi SUS 304 substratyny sowuk püskürtmek üçin ulanyldy (d).
Köp mukdarda materiallaryň ýüzlerine (substratlaryna) gelende, ýüz inženerçiligi asyl köp mukdarda materiallarda bolmadyk belli bir fiziki, himiki we tehniki häsiýetleri üpjün etmek üçin ýüzleriň (substratlaryň) dizaýnyny we üýtgedilmegini öz içine alýar. Ýüzi işläp bejermek arkaly netijeli gowulandyrylyp bilinýän häsiýetleriň käbirine aşynma, oksidlenme we korroziýa garşylygy, sürtülme koeffisiýenti, bioinertlik, elektrik häsiýetleri we ýylylyk izolýasiýasy girýär, diňe birnäçesini sanap geçmek üçin. Ýüziň hilini metallurgiýa, mehaniki ýa-da himiki usullar bilen gowulandyryp bolýar. Meşhur bir proses hökmünde, örtük diňe başga bir materialdan ýasalan köp mukdarda obýektiň (substratyň) ýüzüne emeli usulda çalynýan bir ýa-da birnäçe material gatlagy hökmünde kesgitlenýär. Şeýlelik bilen, örtükler islenýän tehniki ýa-da bezeg häsiýetlerine ýetmek, şeýle hem materiallary daşky gurşaw bilen garaşylýan himiki we fiziki özara täsirlerden goramak üçin bölekleýin ulanylýar23.
Birnäçe mikrometrden (10-20 mikrometrden aşak) 30 mikrometrden gowrak ýa-da hatda birnäçe millimetr galyňlyga çenli degişli gorag gatlaklaryny ulanmak üçin dürli usullar we tehnikalar ulanylyp bilner. Umuman, örtük proseslerini iki kategoriýa bölmek bolýar: (i) elektrokaplama, elektrokaplama we gyzgyn sinkleme ýaly çygly örtük usullary we (ii) lehimleme, gaty örtükleme, fiziki bug çökündisi (PVD) ýaly gurak örtük usullary. ), himiki bug çökündisi (CVD), termal püskürtme usullary we soňky döwürde sowuk püskürtme usullary 24 (1d surat).
Bioplenkalar ýüzlere gaýtaryp bolmajak derejede birikdirilen we öz-özünden öndürilýän daşky hüjre polimerleri (EPS) bilen gurşalan mikrob jemgyýetleri hökmünde kesgitlenýär. Ýüzleý ýetişen bioplenkanyň emele gelmegi köp pudaklarda, şol sanda azyk gaýtadan işlemekde, suw ulgamlarynda we saglygy goraýyşda uly ýitgilere sebäp bolup biler. Adamlarda bioplenkalaryň emele gelmegi bilen mikrob infeksiýalarynyň 80% -den gowragyny (Enterobacteriaceae we Staphylococci bilen birlikde) bejermek kyn bolýar. Mundan başga-da, ýetişen bioplenkalaryň plankton bakteriýa öýjüklerine garanyňda antibiotik bejergisine 1000 esse has çydamlydygy habar berildi, bu bolsa esasy bejeriş kynçylygy hasaplanýar. Taryhy taýdan, umumy organiki birleşmelerden alynýan antimikrob ýüz örtük materiallary ulanylypdyr. Şeýle materiallar köplenç adamlar üçin zyýanly bolup biljek zäherli komponentleri öz içine alsa-da,25,26 bu bakteriýalaryň geçirilmeginiň we materiallaryň zaýalanmagynyň öňüni almaga kömek edip biler.
Bioplenkanyň emele gelmegi sebäpli antibiotik bejergisine bakteriýalaryň giňden ýaýran garşylygy howpsuz ulanylyp bilinýän netijeli antimikrob membran örtükli ýüzüni işläp düzmek zerurlygyna getirdi27. Bakteriýa öýjükleriniň ýapyşmagy sebäpli bioplenkalary birikip we emele getirip bilmeýän fiziki ýa-da himiki ýapyşma garşy ýüzüni işläp düzmek bu prosesde ilkinji çemeleşmedir27. Ikinji tehnologiýa, antimikrob himiki maddalary zerur bolan ýerde, ýokary derejede konsentrasiýalanan we ýöriteleşdirilen mukdarda berýän örtükleri işläp düzmekdir. Bu, bakteriýalara garşy çydamly grafen/germanium28, gara almaz29 we ZnO30 bilen goşulan almaz ýaly uglerod örtükleri ýaly özboluşly örtük materiallaryny işläp düzmek arkaly gazanylýar, bu tehnologiýa bioplenkanyň emele gelmegi sebäpli zäherliligiň we garşylygyň ösüşini iň ýokary derejä çykarýar. Mundan başga-da, bakteriýa hapalanmasyndan uzak möhletli gorag berýän germisid himiki maddalary öz içine alýan örtükler barha meşhur bolýar. Üç proseduranyň hemmesi örtülen ýüzlerde antimikrob işjeňligini görkezip bilse-de, her biriniň ulanyş strategiýasyny işläp düzende göz öňünde tutulmaly öz çäklendirmeleri bar.
Häzirki wagtda bazardaky önümler biologiki taýdan işjeň maddalar üçin gorag örtüklerini seljermek we synagdan geçirmek üçin wagtyň ýetmezçiligi sebäpli kynçylyk çekýär. Kompaniýalar öz önümleriniň ulanyjylara islenýän funksional taraplary berjekdigini öňe sürýärler, ýöne bu häzirki wagtda bazardaky önümleriň üstünligine päsgelçilik döretdi. Kümüşden alynýan birleşmeler häzirki wagtda sarp edijiler üçin elýeterli bolan antimikrob serişdeleriň aglaba böleginde ulanylýar. Bu önümler ulanyjylary mikroorganizmleriň zyýanly täsirinden goramak üçin niýetlenendir. Gümüş birleşmeleriniň gijikdirilen antimikrob täsiri we degişli zäherliligi barlagçylara has az zyýanly alternatiw işläp düzmek üçin basyşy artdyrýar36,37. Içerden we daşardan işleýän global antimikrob örtügini döretmek kyn bolmagynda galýar. Bu saglyk we howpsuzlyk bilen baglanyşykly töwekgelçilikler bilen baglanyşyklydyr. Adamlar üçin has az zyýanly bolan antimikrob serişdesini tapmak we ony has uzak möhletli örtük substratlaryna nädip goşmalydygyny bilmek köp gözlenýän maksatdyr38. Iň täze antimikrob we antibioplenka materiallary bakteriýalary ýakyn aralykda ýa-da gönüden-göni aragatnaşyk arkaly ýa-da işjeň serişde boşadylandan soň öldürmek üçin niýetlenendir. Olar muny bakteriýalaryň başlangyç ýapyşmasynyň öňüni almak (ýüzde belok gatlagynyň emele gelmeginiň öňüni almak bilen) ýa-da öýjük diwaryna päsgel bermek arkaly bakteriýalary öldürmek arkaly edip bilerler.
Esasan, ýüzleý örtük, ýüzleý häsiýetlerini gowulandyrmak üçin komponentiň ýüzüne başga bir gatlak çalmak prosesidir. Ýüzleý örtüginiň maksady komponentiň ýüzleýe golaý böleginiň mikrostrukturasyny we/ýa-da düzümini üýtgetmekdir39. Ýüzleý örtük usullaryny dürli usullara bölmek bolýar, olar 2a suratda jemlenendir. Örtükleri örtügi döretmek üçin ulanylýan usula baglylykda termal, himiki, fiziki we elektrohimiki kategoriýalara bölmek bolýar.
(a) Esasy ýüzleý öndüriş usullaryny görkezýän goşmaça maglumat we (b) sowuk püskürtme usulynyň saýlanan artykmaçlyklary we kemçilikleri.
Sowuk püskürtme tehnologiýasynyň däp bolan termal püskürtme tehnikalary bilen köp umumylygy bar. Şeýle-de bolsa, sowuk püskürtme prosesini we sowuk püskürtme materiallaryny aýratyn özboluşly edýän käbir esasy esasy häsiýetler hem bar. Sowuk püskürtme tehnologiýasy heniz başlangyç tapgyrynda, ýöne onuň uly geljegi bar. Käbir ýagdaýlarda, sowuk püskürtmegiň özboluşly häsiýetleri uly peýda berýär we adaty termal püskürtme tehnikalarynyň çäklendirmelerini ýeňip geçýär. Ol poroşogy substrata goýmak üçin eredip bolmaly bolýan däp bolan termal püskürtme tehnologiýasynyň möhüm çäklendirmelerini ýeňip geçýär. Elbetde, bu däp bolan örtük prosesi nanokristallar, nanopartikullar, amorf we metal aýnalar ýaly temperatura duýgur materiallar üçin amatly däl40, 41, 42. Mundan başga-da, termal püskürtme örtük materiallary hemişe ýokary derejede gözeneklilige we oksidlere eýe bolýar. Sowuk püskürtme tehnologiýasynyň termal püskürtme tehnologiýasyna garanda köp möhüm artykmaçlyklary bar, mysal üçin (i) substrata minimal ýylylyk girmegi, (ii) substrat örtügini saýlamakda çeýelik, (iii) faza öwrülmesiniň we dänejikleriň ösmeginiň ýoklugy, (iv) ýokary ýelmeşme güýji1 .39 (2b-nji surat). Mundan başga-da, sowuk püskürtme örtük materiallary ýokary korroziýa garşylygyna, ýokary berkligine we gatylygyna, ýokary elektrik geçirijiligine we ýokary dykyzlygyna eýedir41. Sowuk püskürtme prosesiniň artykmaçlyklaryna garamazdan, bu usulyň 2b-nji suratda görkezilişi ýaly käbir kemçilikleri bar. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC we ş.m. ýaly arassa keramiki poroşoklary örtende, sowuk püskürtme usulyny ulanyp bolmaýar. Beýleki tarapdan, keramiki/metal kompozit poroşoklary örtükler üçin çig mal hökmünde ulanylyp bilner. Beýleki termal püskürtme usullary üçin hem şeýle. Kyn ýüzleri we turbalaryň içki böleklerini püskürtmek henizem kyn.
Häzirki işiň metal aýna poroşoklaryny örtükler üçin başlangyç material hökmünde ulanmaga gönükdirilendigini göz öňünde tutup, adaty termal püskürtmegiň bu maksat üçin ulanylyp bilinmejekdigi aýdyňdyr. Munuň sebäbi metal aýna poroşoklarynyň ýokary temperaturada kristallaşmagydyr1.
Lukmançylyk we azyk senagatynda ulanylýan gurallaryň köpüsi hirurgik gurallary öndürmek üçin hrom mukdary 12-den 20% -e çenli bolan austenitik poslamaýan polat erginlerinden (SUS316 we SUS304) ýasalýar. Polad erginlerinde legirleýji element hökmünde hrom metalyny ulanmagyň standart polat erginleriniň korroziýa garşylygyny ep-esli ýokarlandyryp biljekdigi umumy kabul edilýär. Poslamaýan polat erginleri, ýokary korroziýa garşylygyna garamazdan, möhüm antimikrob häsiýetlerine eýe däl38,39. Bu olaryň ýokary korroziýa garşylygyna garşy durýar. Şondan soň, esasan poslamaýan polat biomateriallarynyň ýüzünde bakteriýalaryň ýelmeşmegi we kolonizasiýa sebäpli infeksiýanyň we iltihaplanmanyň ösüşini çaklamak mümkin. Bakteriýalaryň ýelmeşmegi we bioplenka emele gelmegi bilen baglanyşykly uly kynçylyklar sebäpli uly kynçylyklar ýüze çykyp biler, bu bolsa saglygyň ýaramazlaşmagyna getirip biler, bu bolsa adamyň saglygyna gönüden-göni ýa-da gytaklaýyn täsir edip biljek köp netijeleri berip biler.
Bu gözleg, MA tehnologiýasyny ulanyp, metal aýnaly Cu-Zr-Ni üçlü poroşoklaryny öndürmegiň mümkinçiligini öwrenmek üçin Kuweýtiň Ylmy Ösdürmek Gaznasy (KFAS) tarapyndan maliýeleşdirilýän taslamanyň birinji tapgyrydyr (tablisa). 1) SUS304 antibakterial ýüz gorag plýonkasyny/örtügini öndürmek üçin. Taslamanyň 2023-nji ýylyň ýanwarynda başlanjak ikinji tapgyrynda galwaniki korroziýanyň häsiýetleri we ulgamyň mehaniki häsiýetleri jikme-jik öwreniler. Dürli görnüşli bakteriýalar üçin jikme-jik mikrobiologik synaglar geçiriler.
Bu makalada morfologiki we gurluş aýratynlyklaryna esaslanyp, Zr ergininiň mukdarynyň aýna emele getirmek ukybyna (GFA) täsiri ara alnyp maslahatlaşylýar. Mundan başga-da, poroşok bilen örtülen metal aýnanyň/SUS304 kompozitiniň antibakterial häsiýetleri hem ara alnyp maslahatlaşyldy. Mundan başga-da, öndürilen metal aýna ulgamlarynyň aşa sowadylan suwuklyk sebitinde sowuk püskürtme wagtynda metal aýna poroşoklarynyň gurluş özgerişiniň mümkinçiligini öwrenmek boýunça yzygiderli işler alnyp baryldy. Bu gözlegde wekilçilikli mysallar hökmünde Cu50Zr30Ni20 we Cu50Zr20Ni30 metal aýna erginleri ulanyldy.
Bu bölümde pes energiýaly şar frezerleme wagtynda elementar Cu, Zr we Ni poroşoklaryndaky morfologik üýtgeşmeler görkezilýär. Mysal hökmünde Cu50Zr20Ni30 we Cu50Zr40Ni10-dan ybarat iki dürli ulgam ulanylar. MA prosesini üç aýry tapgyra bölmek bolýar, muny üwemek tapgyrynda alnan poroşokyň metallografik häsiýetnamasy görkezýär (3-nji surat).
Top üwemegiň dürli tapgyrlaryndan soň alnan mehaniki erginleriň (MA) poroşoklarynyň metallografik häsiýetnamalary. 3, 12 we 50 sagatlap pes energiýaly top üwemekden soň alnan MA we Cu50Zr40Ni10 poroşoklarynyň meýdan emissiýa skanirleýji elektron mikroskopiýasynyň (FE-SEM) suratlary şol bir MA-da bolan Cu50Zr20Ni30 ulgamy üçin (a), (c) we (e)-de görkezilen. Cu50Zr40Ni10 ulgamynyň wagtdan soň alnan degişli suratlary (b), (d) we (f)-de görkezilen.
Şar frezerleme wagtynda, metal poroşogyna geçirilip bilinýän netijeli kinetik energiýa, 1a suratda görkezilişi ýaly, birnäçe parametrleriň utgaşmasy bilen täsirlenýär. Bu şarlar bilen poroşoklaryň arasyndaky çaknyşyklary, üweýji serişdeleriň arasynda ýa-da arasynda galan poroşogyň kesişme basyşyny, düşýän şarlardan täsirleri, şar frezeriniň hereket edýän jisimleriniň arasyndaky poroşogyň süýräp çykmagy sebäpli ýüze çykýan kesişme we aşynma, şeýle hem ýüklenen medeniýet arkaly ýaýraýan düşýän şarlardan geçýän şok tolkuny öz içine alýar (1a surat). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированя из-за холодной сварки на раннейдидиди МА (3 ч), что привело к курованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). Elementar Cu, Zr we Ni poroşoklary MA-nyň irki tapgyrynda (3 sagat) sowuk kebşirleme sebäpli agyr deformasiýa sezewar boldy, bu bolsa uly poroşok bölejikleriniň (diametri > 1 mm) emele gelmegine getirdi.Bu uly kompozit bölejikler, 3a,b suratlarynda görkezilişi ýaly, legirleýji elementleriň (Cu, Zr, Ni) galyň gatlaklarynyň emele gelmegi bilen häsiýetlendirilýär. MA wagtynyň 12 sagada çenli (orta tapgyr) artmagy, şar degirmeniň kinetiki energiýasynyň ýokarlanmagyna getirdi, bu bolsa kompozit poroşogyň kiçi poroşoklara (200 μm-den az) bölünmegine getirdi, 3c suratda görkezilişi ýaly. Bu tapgyrda ulanylan kesiş güýji, 3c, d suratlarynda görkezilişi ýaly, inçe Cu, Zr, Ni gatlaklary bolan täze metal ýüzüniň emele gelmegine getirýär. Gatlaklaryň gatlaklaryň serhetinde üwelmeginiň netijesinde, täze fazalaryň emele gelmegi bilen gaty fazaly reaksiýalar bolup geçýär.
MA prosesiniň iň ýokary nokadynda (50 sagatdan soň), ýaryk metallografiýasy asla duýulmady (3e, f surat) we poroşogyň jylaňlanan ýüzünde aýna metallografiýasy syn edildi. Bu MA prosesiniň tamamlanandygyny we ýeke-täk reaksiýa fazasynyň döredilendigini aňladýar. 3e (I, II, III), f, v, vi) suratlarynda görkezilen sebitleriň element düzümi meýdan emissiýa skanerleme elektron mikroskopiýasyny (FE-SEM) energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy (EDS) bilen utgaşdyryp ulanmak arkaly kesgitlenildi. (IV).
2-nji tablisada legirleýji elementleriň element konsentrasiýalary 3e, f şekillerinde saýlanan her sebitiň umumy massasynyň göterimi hökmünde görkezilýär. Bu netijeleri 1-nji tablisada berlen Cu50Zr20Ni30 we Cu50Zr40Ni10 başlangyç nominal düzümleri bilen deňeşdirmek, bu iki gutarnykly önümiň düzümleriniň nominal düzümlere örän ýakyndygyny görkezýär. Mundan başga-da, 3e, f şekillerinde sanalan sebitler üçin komponentleriň deňeşdirme gymmatlyklary her bir nusganyň düzüminde bir sebitden beýleki sebite düýpli ýaramazlaşmany ýa-da üýtgeşmäni görkezmeýär. Bu bir sebitden beýleki sebite düzümde üýtgeşikligiň ýokdugy bilen subut edilýär. Bu 2-nji tablisada görkezilişi ýaly birmeňzeş legirleýji poroşoklaryň öndürilişini görkezýär.
Cu50(Zr50-xNix) gutarnykly önüm poroşogynyň FE-SEM mikrograflary 4a-d suratda görkezilişi ýaly, 50 MA gezek ulanylandan soň alyndy, bu ýerde x degişlilikde 10, 20, 30 we 40 at.% -e deňdir. Bu üweme ädiminden soň, poroşok wan der Waals täsiri sebäpli agregatlanýar, bu bolsa 4-nji suratda görkezilişi ýaly, diametri 73-den 126 nm-e çenli bolan ultra inçe bölejiklerden ybarat uly agregatlaryň emele gelmegine getirýär.
50 sagatlyk MA-dan soň alnan Cu50(Zr50-xNix) poroşoklarynyň morfologiki häsiýetnamalary. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 ulgamlary üçin 50 MA-dan soň alnan poroşoklaryň FE-SEM şekilleri degişlilikde (a), (b), (c) we (d)-de görkezilen.
Tozlary sowuk püskürtme berijisine ýüklemezden öň, olar ilki analitiki derejeli etanolda 15 minutlap ultrases bilen işlenip, soňra 150° C-de 2 sagatlap guradyldy. Bu ädim örtük prosesinde köp sanly çynlakaý kynçylyklara sebäp bolýan aglomerasiýa garşy üstünlikli göreşmek üçin ädilmelidir. MA prosesi tamamlanandan soň, legir poroşoklarynyň birmeňzeşligini öwrenmek üçin goşmaça barlaglar geçirildi. 5a–d suratda Cu50Zr30Ni20 legiriniň Cu, Zr we Ni legirleýji elementleriniň degişlilikde 50 sagat M wagtdan soň alnan FE-SEM mikrograflaryny we degişli EDS suratlaryny görkeziň. Bu ädimden soň alnan legir poroşoklarynyň birmeňzeşdigini bellemeli, sebäbi olar 5-nji suratda görkezilişi ýaly, nanometrden aşaky derejeden ýokary düzüm üýtgemelerini görkezmeýär.
FE-SEM/Energiýa Dispersiýa Rentgen Spektroskopiýasy (EDS) arkaly 50 MA-dan soň alnan MG Cu50Zr30Ni20 poroşogyndaky elementleriň morfologiýasy we ýerli paýlanyşy. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα we (d) Ni-Kα-nyň SEM we rentgen EDS şekilleri.
50 sagatlyk MA-dan soň alnan mehaniki legirlenen Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 we Cu50Zr20Ni30 poroşoklarynyň rentgen difraksiýa nagyşlary degişlilikde 6a–d suratlarda görkezilen. Bu üweme tapgyryndan soň, dürli Zr konsentrasiýalaryna eýe bolan ähli nusgalar 6-njy suratda görkezilen häsiýetli halo diffuziýa nagyşlary bilen amorf gurluşlara eýe boldy.
Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) we Cu50Zr20Ni30 (d) poroşoklarynyň 50 sagatlap MA-dan soň rentgen difraksiýa nagyşlary. Istisnasyz ähli nusgalarda galo-diffuziýa nagyşlary syn edildi, bu bolsa amorf fazanyň emele gelendigini görkezýär.
Dürli MA wagtlarynda top frezerleme netijesinde emele gelen poroşoklaryň gurluş üýtgeşmelerini synlamak we ýerli gurluşyny düşünmek üçin ýokary çözgütli meýdan emissiýa geçiriji elektron mikroskopiýasy (FE-HRTEM) ulanyldy. Cu50Zr30Ni20 we Cu50Zr40Ni10 poroşoklaryny üwemegiň irki (6 sagat) we orta (18 sagat) tapgyrlaryndan soň FE-HRTEM usuly bilen alnan poroşoklaryň suratlary degişlilikde 7a suratda görkezilen. MA-nyň 6 sagadyndan soň alnan poroşokyň ýagty meýdan suratyna (BFI) görä, poroşok fcc-Cu, hcp-Zr we fcc-Ni elementleriniň aýdyň kesgitlenen serhetleri bolan uly dänejiklerden ybarat we 7a suratda görkezilişi ýaly reaksiýa fazasynyň emele gelmeginiň alamatlary ýok. Mundan başga-da, orta sebitden (a) alnan özara baglanyşykly saýlanan meýdan difraksiýa nusgasy (SADP) uly kristallitleriň bardygyny we reaksiýa fazasynyň ýokdugyny görkezýän ýiti difraksiýa nusgasyny (7b surat) ýüze çykardy.
Irki (6 sagat) we orta (18 sagat) tapgyrlardan soň alnan MA poroşogynyň ýerli gurluş aýratynlyklary. (a) Ýokary çözgütli meýdan emissiýa geçiriji elektron mikroskopiýasy (FE-HRTEM) we (b) 6 sagatlap MA işlemesinden soň Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň degişli saýlanan meýdan difraktogrammasy (SADP). 18 sagatlyk MA-dan soň alnan Cu50Zr40Ni10-yň FE-HRTEM şekili (c)-de görkezilen.
7c suratda görkezilişi ýaly, MA-nyň dowamlylygynyň 18 sagada çenli artmagy plastik deformasiýa bilen birlikde çynlakaý tor kemçiliklerine getirdi. MA prosesiniň bu aralyk tapgyrynda poroşokda dürli kemçilikler, şol sanda üst-üst goýulýan kemçilikler, tor kemçilikleri we nokat kemçilikleri peýda bolýar (7-nji surat). Bu kemçilikler däne serhetleri boýunça uly dänejikleriň 20 nm-den kiçi kiçi dänejiklere bölünmegine sebäp bolýar (7c-nji surat).
36 sagat MA üçin üwelen Cu50Z30Ni20 poroşogynyň ýerli gurluşy, 8a suratda görkezilişi ýaly, amorf inçe matrisa içine ýerleşdirilen ultra inçe nanodänejikleriň emele gelmegi bilen häsiýetlendirilýär. EMF-iň ýerli seljermesi, 8a suratda görkezilen nanoklasterleriň işlenilmedik Cu, Zr we Ni poroşogy erginleri bilen baglanyşyklydygyny görkezdi. Matrisada Cu-nyň mukdary ~32 at.% (garyp zona) -dan ~74 at.% (baý zona) -a çenli üýtgedi, bu bolsa dürli önümleriň emele gelmegini görkezýär. Mundan başga-da, bu ädimde üwelenden soň alnan poroşoklaryň degişli SADP-leri, 8b suratda görkezilişi ýaly, bu işlenilmedik ergin elementleri bilen baglanyşykly ýiti uçlar bilen birinji we ikinji galo-diffuziýa amorf faza halkalarynyň üst-üste düşýändigini görkezýär.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň nanosölçegli ýerli gurluş aýratynlyklary. (a) Ýagty meýdan şekili (BFI) we degişli (b) 36 sagat MA üçin frezerlenenden soň alnan Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň SADP.
MA prosesiniň ahyryna golaý (50 sagat), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 we 40 at.% poroşoklary, istisnasyz, amorf fazanyň labirint morfologiýasyna eýedir, bu suratda görkezilişi ýaly. Her bir düzümiň degişli SADS-lerinde nokat difraksiýasy ýa-da ýiti halka şekilleri ýüze çykarylyp bilinmedi. Bu işlenilmedik kristal metalyň ýokdugyny, tersine, amorf ergin poroşogynyň emele gelendigini görkezýär. Halo diffuziýa şekillerini görkezýän bu özara baglanyşykly SADP-ler hem soňky önüm materialynda amorf fazalaryň ösmeginiň subutnamasy hökmünde ulanyldy.
Cu50 MS ulgamynyň (Zr50-xNix) gutarnykly önüminiň ýerli gurluşy. 50 sagat MA-dan soň alnan (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 we (d) Cu50Zr10Ni40-yň FE-HRTEM we özara baglanyşykly nanoşöhle difraksiýa nusgalary (NBDP).
Differensial skanirleme kalorimetriýasy ulanylyp, aýna geçiş temperaturasynyň (Tg), aşa sowadylan suwuklyk sebitiniň (ΔTx) we kristallaşma temperaturasynyň (Tx) termal durnuklylygy Cu50(Zr50-xNix) amorf ulgamyndaky Ni (x) mukdaryna baglylykda öwrenildi. (DSC) He gaz akymyndaky häsiýetler. 50 sagatlap MA-dan soň alnan Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 we Cu50Zr10Ni40 amorf erginleriniň poroşoklarynyň DSC egrileri degişlilikde 10a, b, e suratlarynda görkezilen. Amorf Cu50Zr20Ni30-yň DSC egrisi bolsa 10-njy asyryň suratynda aýratyn görkezilen. Şol bir wagtyň özünde, DSC-de ~700°C-a çenli gyzdyrylan Cu50Zr30Ni20 nusgasy 10g suratynda görkezilen.
50 sagatlap MA-dan soň alnan Cu50(Zr50-xNix) MG poroşoklarynyň termal durnuklylygy aýna geçiş temperaturasy (Tg), kristallaşma temperaturasy (Tx) we aşa sowadylan suwuklyk sebiti (ΔTx) bilen kesgitlenýär. 50 sagatlap MA-dan soň Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) we (e) Cu50Zr10Ni40 MG garyndy poroşoklarynyň differensial skanirleýji kalorimetr (DSC) poroşoklarynyň termogrammalary. DSC-de ~700°C-a çenli gyzdyrylan Cu50Zr30Ni20 nusgasynyň rentgen difraksiýa nusgasy (XRD) (d)-de görkezilen.
10-njy suratda görkezilişi ýaly, dürli nikel konsentrasiýalaryna (x) eýe bolan ähli düzümler üçin DSC egrileri iki dürli ýagdaýy görkezýär, biri endotermik, beýlekisi bolsa ekzotermik. Birinji endotermik waka Tg-e gabat gelýär, ikinjisi bolsa Tx bilen baglanyşykly. Tg bilen Tx arasynda bar bolan gorizontal aralyk meýdany subsowadylan suwuklyk meýdany diýilýär (ΔTx = Tx – Tg). Netijeler görkezýär, 526°C we 612°C-de ýerleşdirilen Cu50Zr40Ni10 nusgasynyň (10a-njy surat) Tg we Tx, Ni mukdarynyň (x) ýokarlanmagy bilen (x) mukdaryny degişlilikde 482°C we 563°C pes temperatura tarapyna %-de 20-ä çenli süýşürýär, 10b-nji suratda görkezilişi ýaly. Netijede, ΔTx Cu50Zr40Ni10 Cu50Zr30Ni20 üçin 86°C-den (10a-njy surat) 81°C-e çenli pese gaçýar (10b-nji surat). MC Cu50Zr40Ni10 ergin üçin Tg, Tx we ΔTx gymmatlyklarynyň 447°C, 526°C we 79°C derejelerine çenli peselmegi hem syn edildi (10b-nji surat). Bu Ni mukdarynyň ýokarlanmagynyň MS ergininiň termal durnuklylygynyň peselmegine getirýändigini görkezýär. Tersine, MC Cu50Zr20Ni30 ergininiň Tg (507 °C) gymmaty MC Cu50Zr40Ni10 ergininiňkiden pes; muňa garamazdan, onuň Tx gymmaty oňa deňeşdirilip bilinýän gymmaty görkezýär (612 °C). Şonuň üçin ΔTx 10-njy asyryň suratynda görkezilişi ýaly has ýokary gymmata (87 °C) eýedir.
Mysal hökmünde Cu50Zr20Ni30 MC erginini ulanyp, Cu50(Zr50-xNix) MC ulgamy ýiti ekzotermik depe arkaly fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 we ortorombik-ZrNi kristal fazalaryna kristallaşýar (10c surat). Amorfdan kristala bu faza geçişi DSC-de 700 °C-a çenli gyzdyrylan MG nusgasynyň rentgen difraksiýa analizi bilen tassyklanyldy (10d surat).
11-nji suratda häzirki işde geçirilen sowuk püskürtme prosesinde düşürilen suratlar görkezilýär. Bu gözlegde, 50 sagatlap MA-dan soň sintezlenen metal aýna ýaly poroşok bölejikleri (mysal hökmünde Cu50Zr20Ni30 ulanylyp) antibakterial çig mal hökmünde ulanyldy we poslamaýan polat plastinka (SUS304) sowuk püskürtme bilen örtüldi. Sowuk püskürtme usuly termal püskürtme tehnologiýasy seriýasynda örtük üçin saýlandy, sebäbi ol termal püskürtme tehnologiýasy seriýasynda iň netijeli usul bolup, amorf we nanokristal poroşoklar ýaly metal metastabil ýylylyga duýgur materiallar üçin ulanylyp bilner. Faza geçişlerine sezewar däl. Bu usuly saýlamagyň esasy sebäbi. Sowuk çökdürme prosesi bölejikleriň kinetiki energiýasyny substrat ýa-da öň çökdürilen bölejikler bilen urlanda plastik deformasiýa, deformasiýa we ýylylyga öwürýän ýokary tizlikli bölejikler arkaly amala aşyrylýar.
Meýdan suratlarynda MG/SUS 304-iň 550°C-da yzygiderli bäş gezek taýýarlanylmagy üçin ulanylan sowuk püskürtme usuly görkezilýär.
Bölejikleriň kinetiki energiýasy, şeýle hem örtügiň emele gelmegi wagtynda her bir bölejigiň impulsy, plastik deformasiýa (matrisada ilkinji bölejikler we bölejikleriň arasyndaky özara täsirler we bölejikleriň özara täsirleri), gaty jisimleriň aralyk düwünleri, bölejikleriň arasyndaky aýlanma, deformasiýa we çäklendiriji gyzdyrma 39 ýaly mehanizmler arkaly energiýanyň beýleki görnüşlerine öwrülmelidir. Mundan başga-da, gelýän kinetik energiýanyň hemmesi ýylylyk energiýasyna we deformasiýa energiýasyna öwrülmese, netijede elastik çaknyşyk bolar, bu bolsa bölejikleriň urgudan soň diňe sekirýändigini aňladýar. Bölejik/substrat materialyna berilýän urgu energiýasynyň 90% -iniň ýerli ýylylyga öwrülýändigi bellenildi 40. Mundan başga-da, urgu stresi ulanylanda, bölejik/substrat kontakt sebitinde gaty gysga wagtyň içinde ýokary plastik deformasiýa tizligi gazanylýar 41,42.
Plastik deformasiýa, adatça, energiýanyň dargamagy prosesi hökmünde, has dogrusy, serhet sebitinde ýylylyk çeşmesi hökmünde garalýar. Şeýle-de bolsa, serhet sebitinde temperaturanyň ýokarlanmagy, adatça, serhet eremeginiň ýa-da atomlaryň özara diffuziýasynyň düýpli höweslendirilmeginiň ýüze çykmagy üçin ýeterlik däl. Awtorlara mälim bolan hiç bir neşirde sowuk püskürme tehnikalary ulanylanda ýüze çykýan poroşok ýelmeşmegine we çökmegine bu metal aýna görnüşli poroşoklaryň häsiýetleriniň täsiri öwrenilmedi.
MG Cu50Zr20Ni30 ergin poroşogynyň BFI-ni SUS 304 substratyna goýlan 12a suratda görmek bolýar (11-nji surat, 12b). Suratdan görnüşi ýaly, örtülen poroşoklar kristal aýratynlyklary ýa-da tor kemçilikleri bolmazdan inçe labirint gurluşyna eýe bolany üçin asyl amorf gurluşyny saklaýarlar. Beýleki tarapdan, surat MG bilen örtülen poroşok matrisasyna goşulan nanopartikullar tarapyndan subut edilýän ýaly, daşary fazanyň bardygyny görkezýär (12a surat). 12c suratda I sebit bilen baglanyşykly indekslenen nanoşöhle difraksiýa nusgasy (NBDP) görkezilýär (12a surat). 12c suratda görkezilişi ýaly, NBDP amorf gurluşyň gowşak galo-diffuziýa nusgasyny görkezýär we kristal uly kub metastabil Zr2Ni fazasyna we tetragonal CuO fazasyna laýyk gelýän ýiti nokatlar bilen bilelikde ýaşaýar. CuO-nyň emele gelmegini, açyk howada SUS 304-e sesden ýokary tizlikde hereket edende poroşogyň oksidlenmegi bilen düşündirip bolýar. Beýleki tarapdan, metal aýna ýaly poroşoklaryň dewitrifikasiyasy 550°C-de 30 minutlap sowuk püskürmeden soň uly kub fazalaryň emele gelmegine getirdi.
(a) (b) SUS 304 substratyna çökdürilen MG poroşogynyň FE-HRTEM şekili (surat içine goýulýar). (a)-da görkezilen tegelek simwolyň NBDP indeksi (c)-de görkezilen.
Uly kub Zr2Ni nanopartikullarynyň emele gelmeginiň bu mümkin mehanizmini barlamak üçin garaşsyz synag geçirildi. Bu synagda poroşoklar atomizatordan 550°C-de SUS 304 substratynyň ugry boýunça püskürtüldi; ýöne, ýumşatma täsirini kesgitlemek üçin poroşoklar SUS304 zolagyndan mümkin boldugyça çalt (takmynan 60 sekunt) aýryldy. ). Başga bir synag tapgyry geçirildi, onda poroşok ulanylandan takmynan 180 sekunt soň substratdan aýryldy.
13a,b suratlarda SUS 304 substratlaryna degişlilikde 60 sekunt we 180 sekuntlap ​​goýlan iki sany sepilen materialyň Skanirleýji Geçiriji Elektron Mikroskopiýasynyň (STEM) garaňky meýdan (DFI) suratlary görkezilýär. 60 sekuntlap ​​goýlan poroşok suratynda morfologiki jikme-jiklikler ýok, bu bolsa aýratynlyksyzlygy görkezýär (13a surat). Muny 14a suratda görkezilen giň ilkinji we ikinji derejeli difraksiýa depeleri bilen görkezilişi ýaly, bu poroşoklaryň umumy gurluşynyň amorfdygyny görkezen Rentgen suratlandyrmasy hem tassyklady. Bu, poroşokyň asyl amorf gurluşyny saklaýan metastabil/mezofaza çökündileriniň ýokdugyny görkezýär. Tersine, şol bir temperaturada (550°C) goýlan, ýöne substratda 180 sekuntlap ​​goýlan poroşok, 13b suratdaky oklarda görkezilişi ýaly, nano ölçegli dänejikleriň çökündisini görkezdi.