Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS üçin çäkli goldaw bar. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de utgaşyklylyk režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, goldawy dowam etdirmegi üpjün etmek üçin saýty stillersiz we JavaScript-siz görkezeris.
Bioplenkalar, esasanam lukmançylyk enjamlary ulanylanda, 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 gelmegine päsgel berýän usulda örtmegi maksat edinýär. Metall aýna ýaly erginler, esasanam mis we titan metallaryny öz içine alýanlar, ideal antimikrob örtükler hökmünde peýda boldy. Şol bir wagtyň özünde, sowuk püskürtme tehnologiýasynyň ulanylyşy artdy, sebäbi ol temperatura duýgur materiallary gaýtadan işlemek üçin amatly usuldyr. Bu gözlegiň maksadynyň bir bölegi mehaniki erginleşdirme usullaryny ulanyp, üçlü Cu-Zr-Ni-den düzülen täze antibakterial plýonkaly metal aýnany işläp düzmekdi. Soňky önümi emele getirýän sferiki poroşok pes temperaturada poslamaýan polat ýüzlerini sowuk püskürtme bilen örtmek 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 dizaýn edip we ornaşdyrmagy höweslendirip bildi, bu bolsa globallaşan ykdysadyýetde netijeliligiň we reýtingiň gowulanmagyna getirdi1. Bu hemişe adamyň bir ýurtdan ýa-da sebitden başga bir ýurda saglygy goraýyş, bilim, senagat, ykdysadyýet, medeniýet we beýleki ugurlarda üstünlik gazanmak üçin materiallary we önümçilik enjamlaryny, şeýle hem materiallary öndürmek we häsiýetlendirmek üçin dizaýnlary işläp düzmek ukybyna bagly bolup geldi. Ösüş ýurtdan ýa-da sebitden garamazdan ölçenýär. 2 60 ýylyň dowamynda materialşynaslar wagtlarynyň köp bölegini bir esasy meselä: täze we öňdebaryjy materiallary gözlemäge gönükdirdiler. Soňky barlaglar bar bolan materiallaryň hilini we netijeliligini ýokarlandyrmaga, şeýle hem düýbünden täze görnüşli materiallary sintezlemäge we oýlap tapmaga gönükdirildi.
Legir elementleriniň goşulmagy, material mikrostrukturynyň üýtgedilmegi we termiki, mehaniki ýa-da termomehaniki gaýtadan işlemek usullarynyň ulanylmagy dürli materiallaryň mehaniki, himiki we fiziki häsiýetleriniň düýpli gowulanmagyna getirdi. Mundan başga-da, şu wagta çenli eşidilmedik birleşmeler şu nokada üstünlikli sintez edildi. Bu yzygiderli tagallalar, umumylykda Ösen Materiallar diýlip atlandyrylýan täze innowasion materiallar maşgalasyny döretdi2. Nanokristallar, nanopartikullar, nanotubalar, kwantum nokatlary, nol ölçegli, amorf metal aýnalar we ýokary entropiýaly legirler geçen asyryň ortalaryndan bäri dünýä girizilen ösen materiallaryň diňe käbir mysallarydyr. Soňky önümde ýa-da önümçiligiň aralyk tapgyrlarynda ýokary häsiýetlere eýe bolan täze legirler öndürilende we işlenip düzülende, köplenç deňagramlylykdan çykmak meselesi goşulýar. Deňagramlylykdan düýpli çykmak üçin täze önümçilik usullarynyň ornaşdyrylmagynyň netijesinde, metal aýnalar diýlip atlandyrylýan metastabil legirleriň düýbünden täze klasy açyldy.
1960-njy ýylda Kaltekde geçiren işi, suwuklyklary sekuntda million gradus tizlikde çalt gatamak arkaly aýna görnüşli Au-25 at.% Si garyndylaryny sintezläp, metal garyndylary düşünjesinde rewolýusiýa getirdi. 4. Professor Pol Duweziň açyş wakasy diňe bir metal aýnalaryň (MG) taryhynyň başlangyjyny yglan etmän, eýsem adamlaryň metal garyndylary baradaky pikirlerinde paradigmanyň üýtgemegine hem getirdi.MG garyndylarynyň sintezi boýunça ilkinji öňdebaryjy barlaglardan bäri, metal aýnalaryň ählisi diýen ýaly aşakdaky usullaryň birini ulanmak arkaly doly öndürildi; (i) eriniň ýa-da bugyň çalt gatamagy, (ii) toruň atom bozulmasy, (iii) arassa metal elementleriniň arasyndaky gaty ýagdaý amorfizasiýa reaksiýalary we (iv) metastabil fazalaryň gaty ýagdaý geçişleri.
MG-ler kristallar bilen baglanyşykly uzak aralykly atom tertibiniň ýoklugy bilen tapawutlanýar, bu bolsa kristallaryň kesgitleýji häsiýetnamasydyr. Häzirki dünýäde metal aýna ulgamynda uly ösüşler gazanyldy. Olar diňe bir gaty jisim fizikasynda däl, eýsem metallurgiýada, ýerüsti himiýada, tehnologiýada, biologiýada we başga-da köp ugurlarda gyzykly häsiýetlere eýe bolan täze materiallardyr. Bu täze görnüşli material gaty metallardan tapawutly häsiýetleri görkezýär, bu bolsa ony dürli ugurlarda tehnologik ulanylyş üçin gyzykly dalaşgär edýär. Olaryň käbir möhüm häsiýetleri bar; (i) ýokary mehaniki çeýelik we akym güýji, (ii) ýokary magnit geçirijiligi, (iii) pes koersitiwlik, (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 CC Kok we onuň kärdeşleri tarapyndan hödürlendi. Olar arassa elementleriň garyndysyny otagyň temperaturasyna örän ýakyn gurşaw temperaturasynda üwemek arkaly amorf Ni60Nb40 poroşoklaryny taýýarladylar. Adatça, MA reaksiýasy reaktant material poroşoklarynyň diffuziýa birleşmesiniň arasynda reaktorda geçirilýär, adatça poslamaýan polatdan ýasalýar we şar degirmenine 10 girýär (1a, b surat). Şondan bäri, bu mehaniki induksiýa edilen gaty ýagdaý reaksiýasy usuly pes (1c surat) we ýokary energiýaly şar degirmenlerini, şeýle hem steržen degirmenlerini 11,12,13,14,15, 16 ulanyp täze amorf/metal aýna ergin poroşoklaryny taýýarlamak üçin ulanyldy. Hususan-da, bu usul Cu-Ta17 ýaly garyşmaýan ulgamlary, şeýle hem adaty taýýarlamak ýollary arkaly alnyp bilinmeýän Al-geçiş metal ulgamlary (TM; Zr, Hf, Nb we Ta) 18,19 we Fe-W20 ýaly ýokary ereme nokady erginlerini taýýarlamak üçin ulanyldy. Mundan başga-da, MA metal oksidleriniň, karbidleriň, nitridleriň, gidridleriň, uglerod nanotubalarynyň senagat möçberindäki nanokristal we nanokompozit poroşok bölejiklerini taýýarlamak üçin iň güýçli nanotehnologiýa gurallarynyň biri hasaplanýar. nanoalmazlar, şeýle hem ýokardan aşak çemeleşme 1 we metastabil tapgyrlar arkaly giň durnuklaşdyrma.
Bu gözlegde Cu50(Zr50−xNix) metal aýna (MG) örtügini/SUS 304 taýýarlamak üçin ulanylan önümçilik usulyny görkezýän shema.(a) Pes energiýaly şar frezerleme usulyny ulanyp, dürli Ni konsentrasiýalary x (x; 10, 20, 30 we 40 at.%) bolan MG ergin poroşoklaryny taýýarlamak.(a) Başlangyç material gural polat şarlary bilen bilelikde gural silindrine ýüklenýär we (b) He atmosferasy bilen doldurylan ellik gutusyna möhürlenýär.(c) Öwürmek wagtynda şaryň hereketini görkezýän öwürmek gapjygynyň açyk modeli. 50 sagatdan soň alnan poroşokyň soňky önümi sowuk püskürme usuly bilen SUS 304 substratyny örtmek üçin ulanyldy (d).
Köp mukdarda materiallaryň ýüzlerine (substratlaryna) gelende, ýüz inženerçiligi asyl köp mukdarda materiallarda bolmadyk käbir fiziki, himiki we tehniki häsiýetleri üpjün etmek üçin ýüzleriň (substratlaryň) dizaýnyny we üýtgedilmegini öz içine alýar. Ýüzi işläp bejermek arkaly netijeli gowulandyrylyp bilinýän käbir häsiýetlere aşynma garşylygy, oksidlenme we korroziýa garşylygy, sürtülme koeffisiýenti, bio-inertlik, elektrik häsiýetleri we ýylylyk izolýasiýasy we ş.m. girýär. Ýüziň hilini metallurgiýa, mehaniki ýa-da himiki usullary ulanmak arkaly gowulandyryp bolýar. Meşhur bir proses hökmünde örtük diňe başga bir materialdan ýasalan köp mukdarda obýektiň (substratyň) ýüzüne emeli ýerleşdirilen bir ýa-da birnäçe gatlak material hökmünde kesgitlenýär. Şeýlelik bilen, örtükler käbir 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 ýokary ýa-da hatda birnäçe millimetre çenli galyňlykdaky laýyk ýüz gorag gatlaklaryny goýmak üçin köp usullar we tehnikalar ulanylyp bilner. Umuman, örtük proseslerini iki kategoriýa bölmek bolýar: (i) elektrokaplama, elektrosiz örtük we gyzgyn sinkleme usullary ýaly çygly örtük usullary we (ii) gury örtük usullary, şol sanda lehimleme, ýüzleýiş, fiziki bug çökündisi (PVD), 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 öýjükara polimerler (EPS) bilen gurşalan mikrob jemgyýetleri hökmünde kesgitlenýär. Ýüze ýetişen bioplenkanyň emele gelmegi köp senagat pudaklarynda, şol sanda azyk senagatynda, suw ulgamlarynda we saglygy goraýyş gurşawlarynda uly ýitgilere sebäp bolup biler. Adamlarda bioplenkalar emele gelende, mikrob infeksiýalarynyň (Enterobacteriaceae we Staphylococci ýaly) 80% -den gowragyny 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. Adaty organiki birleşmelerden alynýan mikroblara garşy ýüz örtük materiallary taryhy taýdan ulanylyp gelindi. Şeýle materiallar köplenç adamlar üçin howply bolup biljek zäherli komponentleri öz içine alsa-da,25,26 ol bakteriýalaryň geçirilmeginiň we materiallaryň ýok edilmeginiň öňüni almaga kömek edip biler.
Bioplenka emele gelmegi sebäpli bakteriýalaryň antibiotik bejergilerine giňden garşylygy howpsuz ulanylyp bilinýän netijeli antimikrob membrana örtülen ýüzüň döredilmegine zerurlyk döretdi27. Bakteriýa öýjükleriniň ýapyşmagy sebäpli bioplenkalary birleşdirmegine we döretmegine päsgel berilýän fiziki ýa-da himiki ýapyşma garşy ýüzüň döredilmegi bu prosesde ilkinji çemeleşmedir27. Ikinji tehnologiýa antimikrob himiki maddalaryň zerur bolan ýerine, ýokary derejede konsentrasiýalanan we ýöriteleşdirilen möçberlerde eltilmegine mümkinçilik berýän örtükleri işläp düzmekdir. Bu, bakteriýalara garşy çydamly grafen/germanium28, gara almaz29 we ZnO bilen goşulan almaz ýaly uglerod örtükleri30 ýaly özboluşly örtük materiallaryny işläp düzmek arkaly gazanylýar, bu tehnologiýa bioplenka emele gelmegi sebäpli zäherliligi we garşylygyň ösüşini iň ýokary derejä çykarýar. Mundan başga-da, bakteriýa hapalanmasyndan uzak möhletli goragy üpjün etmek üçin ýüzlere germicid himiki maddalary goşýan örtükler has meşhur bolýar. Üç proseduranyň hemmesi örtülen ýüzlerde antimikrob täsirlerini döredip bilse-de, olaryň her biriniň ulanyş strategiýalaryny işläp düzmekde göz öňünde tutulmaly öz çäklendirmeleri bar.
Häzirki wagtda bazardaky önümler biologiki taýdan işjeň maddalar üçin gorag örtüklerini seljermek we synagdan geçirmek üçin ýeterlik wagtyň ýoklugy sebäpli kynçylyk çekýär. Kompaniýalar öz önümleriniň ulanyjylara islenýän funksional taraplary hödürlejekdigini öňe sürýärler; emma, bu häzirki wagtda bazardaky önümleriň üstünligine päsgelçilik boldy. Kümüşden alynýan birleşmeler häzirki wagtda sarp edijiler üçin elýeterli bolan antimikrobial terapiýalaryň aglaba böleginde ulanylýar. Bu önümler ulanyjylary mikroorganizmleriň howply täsirlerinden goramak üçin işlenip düzüldi. Kümüş birleşmeleriniň gijikdirilen antimikrobial täsiri we degişli zäherliligi barlagçylara has az zyýanly alternatiw işläp düzmek üçin basyşy artdyrýar36,37. Öýde we daşarda işleýän global antimikrobial örtügi döretmek henizem kyn iş bolup galýar. Bu saglyk we howpsuzlyk üçin baglanyşykly töwekgelçilikler bilen baglanyşyklydyr. Adamlar üçin has az zyýanly bolan antimikrobial agenti tapmak we ony has uzak saklanyş möhleti bolan örtük substratlaryna nädip goşmalydygyny bilmek örän gözlenýän maksatdyr38. Iň täze antimikrobial we antibioplenka materiallary bakteriýalary ýakyn aralykda, gönüden-göni aragatnaşyk arkaly ýa-da işjeň agent boşadylandan soň öldürmek üçin niýetlenendir. Olar muny başlangyç bakteriýalaryň ýapyşmagyny basyp ýatyrmak (ýüzde belok gatlagynyň emele gelmegine garşy durmak bilen birlikde) ýa-da öýjük diwaryna päsgel bermek arkaly bakteriýalary öldürmek arkaly edip bilerler.
Esasan, ýüzleý örtük, ýüzleý bilen baglanyşykly häsiýetleri ýokarlandyrmak üçin komponentiň ýüzüne başga bir gatlagy ýerleşdirmek prosesidir. Ýüzleý örtüginiň maksady komponentiň ýüzleýe golaý böleginiň mikrostrukturasyny we/ýa-da düzümini sazlamakdyr39. Ýüzleý örtük tehnikalaryny dürli usullara bölmek mümkin, olar 2a suratda jemlenendir. Örtükleri örtügi döretmek üçin ulanylýan usula baglylykda termal, himiki, fiziki we elektrohimiki kategoriýalara bölmek mümkin.
(a) Ýüz üçin ulanylýan esasy önümçilik usullaryny görkezýän goşmaça maglumat we (b) sowuk püskürtme usulynyň saýlanan artykmaçlyklary we kemçilikleri.
Sowuk püskürtme tehnologiýasy adaty termal püskürtme usullary bilen köp meňzeşlikleri paýlaşýar. Şeýle-de bolsa, sowuk püskürtme prosesini we sowuk püskürtme materiallaryny aýratyn özboluşly edýän käbir esasy häsiýetler hem bar. Sowuk püskürtme tehnologiýasy heniz başlangyç tapgyrynda, ýöne onuň geljegi ajaýyp. Käbir ulanylyşlarda sowuk püskürtmeleriň özboluşly häsiýetleri uly peýda berýär we adaty termal püskürtme usullarynyň içki çäklendirmelerini ýeňip geçýär. Ol däp bolan termal püskürtme tehnologiýasynyň möhüm çäklendirmelerini ýeňip geçmegiň ýoluny hödürleýär, bu döwürde poroşok substrata çökmek üçin eremeli bolýar. 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 gözeneklilik we oksidleri görkezýär. Sowuk püskürtme tehnologiýasynyň termal püskürtme tehnologiýasyna garanda köp sanly möhüm artykmaçlyklary bar, mysal üçin (i) substrata minimal ýylylyk girmegi, (ii) substrat örtük saýlamalarynda çeýelik, (iii) faza öwrülmesiniň we däne ösüşiniň ýoklugy, (iv) ýokary baglanyşyk güýji1,39 (2b-nji surat). Mundan başga-da, sowuk püskürtme örtük materiallary ýokary korroziýa eýedir. garşylyk, ýokary berklik we gatylyk, ýokary elektrik geçirijiligi we ýokary dykyzlyk41. Sowuk püskürtme prosesiniň artykmaçlyklaryna garşy, 2b suratda görkezilişi ýaly, bu usuly ulanmagyň käbir kemçilikleri bar. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC we ş.m. ýaly arassa keramiki poroşoklary örtmekde sowuk püskürtme usulyny ulanyp bolmaýar. Beýleki tarapdan, keramiki/metal kompozit poroşoklary örtmek üçin çig mal hökmünde ulanylyp bilner. Beýleki termal püskürtme usullary üçin hem şeýle. Çylşyrymly ýüzleri we içki turba ýüzlerini püskürtmek henizem kyn.
Häzirki işiň çig örtük materiallary hökmünde metal aýna poroşoklaryny ulanmaga gönükdirilendigini göz öňünde tutup, adaty termal püskürtmegiň bu maksat üçin ulanylyp bilinmejekdigi düşnükli. Sebäbi metal aýna poroşoklary ýokary temperaturada kristallaşýar1.
Lukmançylyk we azyk senagatynda ulanylýan gurallaryň köpüsi hirurgiki gurallary öndürmek üçin 12 we 20 agramlyk % aralygynda hrom mukdary 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 häsiýetlerini görkezmeýär38,39. Bu olaryň ýokary korroziýa garşylygyna garşy durýar. Mundan soň, infeksiýanyň we iltihaplanmanyň ösüşini öňünden aýdyp bolýar, bu bolsa esasan poslamaýan polat biomateriallarynyň ýüzünde bakteriýalaryň ýelmeşmegi we kolonizasiýasyndan ýüze çykýar. Bakteriýalaryň ýelmeşmegi we bioplenka emele gelmegi bilen baglanyşykly möhüm 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 döredip biler.
Bu gözleg Kuweýtiň Ylmy Ösdürmek Gaznasy (KFAS) tarapyndan maliýeleşdirilýän, 2010-550401 belgili şertnama boýunça amala aşyrylýan taslamanyň birinji tapgyry bolup, antibakterial plýonka/SUS304 ýüz gorag örtügini öndürmek üçin MA tehnologiýasyny (1-nji tablisa) ulanyp, metal aýnaly Cu-Zr-Ni üçlü poroşoklaryny öndürmegiň mümkinçiligini öwrenmek maksady bilen geçirilýär. Taslamanyň 2023-nji ýylyň ýanwarynda başlanjak ikinji tapgyrynda ulgamyň elektrohimiki korroziýa häsiýetleri we mehaniki häsiýetleri jikme-jik öwreniler. Dürli bakteriýa görnüşleri üçin jikme-jik mikrobiologik synaglar geçiriler.
Bu makalada, Zr legirleýji elementiň mukdarynyň aýna emele getirmek ukybyna (GFA) täsiri morfologiki we gurluş aýratynlyklaryna esaslanyp ara alnyp maslahatlaşylýar. Mundan başga-da, örtülen metal aýna poroşok örtüginiň/SUS304 kompozitiniň antibakterial häsiýetleri hem ara alnyp maslahatlaşyldy. Mundan başga-da, öndürilen metal aýna ulgamlarynyň subsowadylan suwuklyk sebitinde sowuk püskürtme wagtynda metal aýna poroşoklarynyň gurluş özgerişiniň mümkinçiligini öwrenmek üçin häzirki işler geçirildi. Mysal hökmünde, bu işde Cu50Zr30Ni20 we Cu50Zr20Ni30 metal aýna legirleri ulanyldy.
Bu bölümde, pes energiýaly top frezerlemede elementar Cu, Zr we Ni poroşoklarynyň morfologiki üýtgeşmeleri görkezilýär. Mysal hökmünde, Cu50Zr20Ni30 we Cu50Zr40Ni10-dan ybarat iki dürli ulgam wekilçilikli mysallar hökmünde ulanylar. MA prosesini üç aýry tapgyra bölmek bolýar, bu bolsa üweme tapgyrynda öndürilen poroşokyň metallografik häsiýetnamasy bilen görkezilýär (3-nji surat).
Top frezerleme wagtynyň dürli tapgyrlaryndan soň alnan mehaniki ergin (MA) poroşoklarynyň metallografik häsiýetnamalary. 3, 12 we 50 sagatlyk pes energiýaly top frezerleme wagtlaryndan soň alnan MA we Cu50Zr40Ni10 poroşoklarynyň meýdan emissiýa skanirleme elektron mikroskopiýasynyň (FE-SEM) suratlary Cu50Zr20Ni30 ulgamy üçin (a), (c) we (e) bölümlerinde görkezilen, şol bir MA bölüminde bolsa Cu50Zr40Ni10 ulgamynyň wagtdan soň alnan degişli suratlary (b), (d) we (f) bölümlerinde görkezilen.
Şar frezerleme wagtynda, metal poroşogyna geçirilip bilinýän netijeli kinetik energiýa, 1a suratda görkezilişi ýaly, parametrleriň utgaşmasyndan täsirlenýär. Bu, şarlaryň we poroşoklaryň arasyndaky çaknyşyklary, üweýji serişdeleriň arasynda ýa-da arasynda galan poroşogyň basyşly kesilmegini, düşýän şarlaryň täsirini, hereket edýän şar frezerleme serişdeleriň arasyndaky poroşogyň süýräp çykmagy sebäpli kesilmegi we aşynmagyny we ekin ýükleri arkaly ýaýraýan düşýän şarlardan geçýän şok tolkunyny öz içine alýar (1a surat). Element Cu, Zr we Ni poroşoklary MA-nyň irki tapgyrynda (3 sagat) sowuk kebşirleme sebäpli agyr deformasiýa boldy, netijede uly poroşok bölejikleri (diametri >1 mm) emele geldi. Bu uly kompozit bölejikler, 3a, b suratda görkezilişi ýaly, legirleýji elementleriň (Cu, Zr, Ni) galyň gatlaklarynyň emele gelmegi bilen häsiýetlendirilýär. MA wagtyny 12 sagada çenli (orta tapgyr) artdyrmak, şar frezerlemesiniň kinetik energiýasynyň artmagyna getirdi, netijede kompozit poroşogyň has inçe poroşoklara (200 µm-den az) parçalanmagyna getirdi, 3c, d 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. Gatlagyň kämilleşdirilmegi netijesinde, täze fazalary döretmek üçin gabyklaryň serhedinde gaty faza reaksiýalary bolup geçýär.
MA prosesiniň iň ýokary nokadynda (50 sagatdan soň), gabykly metallografiýa diňe gowşak görünýärdi (3e, f surat), ýöne poroşogyň jylaňlanan ýüzi aýna metallografiýasyny görkezdi. Bu MA prosesiniň tamamlanandygyny we ýeke-täk reaksiýa fazasynyň döredilendigini aňladýar. 3e suratda (I, II, III), f, v, vi) indekslenen sebitleriň element düzümi meýdan emissiýa skanerleme elektron mikroskopiýasyny (FE-SEM) energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy (EDS) (IV) bilen utgaşdyrmak arkaly kesgitlenildi.
2-nji tablisada, legirleýji elementleriň element konsentrasiýalary 3e, f suratlarynda saýlanan her bir sebitiň umumy agramynyň göterimi hökmünde görkezilýär. Bu netijeleri 1-nji tablisada görkezilen Cu50Zr20Ni30 we Cu50Zr40Ni10 başlangyç nominal düzümleri bilen deňeşdirende, bu iki gutarnykly önümiň düzümleriniň nominal düzümlere örän meňzeş gymmatlyklaryň bardygyny görmek bolýar. Mundan başga-da, 3e, f suratlarynda görkezilen sebitler üçin deňeşdirilýän komponent gymmatlyklary her bir nusganyň düzüminde bir sebitden beýleki sebite düýpli ýaramazlaşmany ýa-da üýtgemeleriň bardygyny aňlatmaýar. Bu, bir sebitden beýleki sebite düzümde üýtgemeleriň ýokdugy bilen subut edilýär. Bu, 2-nji tablisada görkezilişi ýaly, birmeňzeş legirleýji poroşoklaryň öndürilmegine şaýatlyk edýär.
Soňky önüm Cu50(Zr50−xNix) 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 frezerleme tapgyryndan soň, poroşok agregatlary van der Waals täsiri sebäpli birleşýär we netijede diametri 73-den 126 nm-e çenli bolan ultra inçe bölejiklerden ybarat uly agregatlar emele gelýär, 4-nji suratda görkezilişi ýaly.
50 sagatlyk MA wagtyndan soň alnan Cu50(Zr50−xNix) poroşoklarynyň morfologiki häsiýetnamalary. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 ulgamlary üçin 50 MA wagtyndan soň alnan poroşoklaryň FE-SEM şekilleri degişlilikde (a), (b), (c) we (d) bölümlerinde görkezilen.
Tozlary sowuk püskürtüji goşundy ýüklemezden öň, olar ilki analitiki derejeli etanolda 15 minutlap ultrases bilen işlenip, soňra 150°C-de 2 sagatlap guradyldy. Bu ädim örtük prosesiniň dowamynda köp sanly möhüm kynçylyklara sebäp bolýan aglomerasiýa garşy üstünlikli göreşmek üçin ädilmelidir. MA prosesi tamamlanandan soň, legir poroşoklarynyň birmeňzeşligini öwrenmek üçin goşmaça häsiýetlendirmeler geçirildi. 5a–d suratda degişlilikde 50 sagat M wagtdan soň alnan Cu50Zr30Ni20 legirleýji elementleriniň FE-SEM mikrograflary we degişli EDS suratlary görkezilýär. Bu ädimden soň öndürilen legir poroşoklarynyň 5-nji suratda görkezilişi ýaly, subnanometr derejesinden daşary düzüm üýtgemelerini görkezmeýändigi üçin birmeňzeşdigini bellemeli.
FE-SEM/energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy (EDS) arkaly 50 MA gezekden soň alnan MG Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň morfologiýasy we ýerli elementar paýlanyşy.(a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα we (d) Ni-Kα suratlarynyň SEM we rentgen EDS kartalaşdyrylyşy.
50 sagatlyk MA wagtyndan soň alnan mehaniki legirlenen Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 we Cu50Zr20Ni30 poroşoklarynyň XRD nagyşlary degişlilikde 6a–d suratda görkezilen. Frezelemegiň bu tapgyryndan soň, dürli Zr konsentrasiýalaryna eýe bolan ähli nusgalar 6-njy suratda görkezilen häsiýetli halo diffuziýa nagyşlary bilen amorf gurluşlary görkezdi.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 we (d) Cu50Zr20Ni30 poroşoklarynyň 50 sagatlyk MA wagtyndan soň rentgen diffuziýa nagyşlary. Istisnasyz ähli nusgalar halo diffuziýa nagyşyny görkezdi, bu bolsa amorf fazanyň emele gelmegini aňladýar.
Meýdan emissiýasy ýokary çözünürlikli geçiriji elektron mikroskopiýasy (FE-HRTEM) dürli MA wagtlarynda top frezerleme netijesinde emele gelen poroşoklaryň gurluş üýtgeşmelerini synlamak we ýerli gurluşyny düşünmek üçin ulanyldy. Cu50Zr30Ni20 we Cu50Zr40Ni10 poroşoklary üçin frezerlemeniň irki (6 sagat) we orta (18 sagat) tapgyrlaryndan soň alnan poroşoklaryň FE-HRTEM suratlary degişlilikde 7a, c suratlarynda görkezilen. MA 6 sagatdan soň öndürilen poroşokyň ýagty meýdan suratyna (BFI) görä, poroşok fcc-Cu, hcp-Zr we fcc-Ni elementleriniň anyk kesgitlenen serhetleri bolan uly dänejiklerden ybarat we 7a suratda görkezilişi ýaly reaksiýa fazasynyň emele gelendiginiň alamaty ýok. Mundan başga-da, (a)-nyň orta sebitinden alnan özara baglanyşykly saýlanan meýdan difraksiýa nusgasy (SADP) uly kristallitleriň bardygyny we reaksiýa fazasynyň ýokdugyny görkezýän difraksiýa nusgasyny ýüze çykardy (7b surat).
Irki (6 sagat) we orta (18 sagat) tapgyrlardan soň alnan MA poroşogynyň ýerli gurluş häsiýetnamasy.(a) Meýdan emissiýasy ýokary çözgütli geçirijilikli elektron mikroskopiýasy (FE-HRTEM) we (b) 6 sagatlap MA işlemesinden soň Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň degişli saýlanan meýdan difraksiýa nusgasy (SADP). 18 sagatlyk MA wagtyndan soň alnan Cu50Zr40Ni10-yň FE-HRTEM şekili (c)-de görkezilen.
7c suratda görkezilişi ýaly, MA dowamlylygyny 18 sagada çenli uzaltmak plastik deformasiýa bilen birleşen agyr tor kemçiliklerine getirdi. MA prosesiniň bu aralyk tapgyrynda poroşok dürli kemçilikleri, şol sanda üst-üst goýulýan kemçilikleri, tor kemçiliklerini we nokat kemçiliklerini görkezýär (7-nji surat). Bu kemçilikler iri dänejikleriň öz dänejik serhetleri boýunça 20 nm-den kiçi ölçegli kiçi dänejiklere bölünmegine sebäp bolýar (7c-nji surat).
36 sagat MA wagtynda üwelen Cu50Z30Ni20 poroşogynyň ýerli gurluşy, 8a suratda görkezilişi ýaly, amorf inçe matrisa içine ýerleşdirilen ultra inçe nanodänejikleriň emele gelmegine eýedir. Ýerli EDS analizi, 8a suratda görkezilen nanoklasterleriň işlenmedik Cu, Zr we Ni poroşogynyň legirleýji elementleri bilen baglanyşyklydygyny görkezdi. Şol bir wagtyň özünde, matrisanyň Cu mukdary ~32 at.% (ýapyk meýdan) ~74 at.% (baý meýdan) çenli üýtgedi, bu bolsa dürli önümleriň emele gelendigini görkezýär. Mundan başga-da, bu tapgyrda üwelenden soň alnan poroşoklaryň degişli SADP-leri, 8b suratda görkezilişi ýaly, şol çig legirleýji elementler bilen baglanyşykly ýiti uçlar bilen gabat gelýän amorf fazanyň galo-diffuziýa edýän birinji we ikinji halkalaryny görkezýär.
36 h-Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň nanosölçegli ýerli gurluş aýratynlyklaryndan başga.(a) Ýagty meýdan şekili (BFI) we degişli (b) 36 sagat MA wagty üçin frezerlenenden soň alnan Cu50Zr30Ni20 poroşogynyň SADP.
MA prosesiniň ahyryna golaý (50 sagat), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 we 40 at.% poroşoklar 9a–d suratda görkezilişi ýaly labirint amorf faza morfologiýasyna eýe bolýarlar. Her bir düzümiň degişli SADP-sinde nokat ýaly difraksiýalar hem, ýiti halka şekilleri hem ýüze çykarylmady. Bu işlenmedik kristal metalyň ýokdugyny, tersine amorf ergin poroşogynyň emele gelýändigini görkezýär. Halo diffuziýa şekillerini görkezýän bu özara baglanyşykly SADP-ler hem soňky önüm materialynda amorf fazalaryň ösmeginiň subutnamasy hökmünde ulanyldy.
MG Cu50 (Zr50−xNix) ulgamynyň 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).
Aýna geçiş temperaturasynyň (Tg), subsowadylan suwuklyk sebitiniň (ΔTx) we kristallaşma temperaturasynyň (Tx) amorf Cu50(Zr50−xNix) ulgamynyň Ni mukdarynyň (x) funksiýasy hökmünde termal durnuklylygy He gaz akymynyň aşagyndaky häsiýetleriň differensial skanirleme kalorimetriýasy (DSC) arkaly öwrenildi. 50 sagatlyk MA wagtyndan soň alnan Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 we Cu50Zr10Ni40 amorf ergin poroşoklarynyň DSC yzlary degişlilikde 10a, b, e suratlarynda görkezilen. Amorf Cu50Zr20Ni30-yň DSC egrisi 10c suratynda aýratyn görkezilen bolsa, şol bir wagtyň özünde, DSC-de ~700 °C-a çenli gyzdyrylan Cu50Zr30Ni20 nusgasy 10d suratynda görkezilen.
50 sagatlyk MA wagtyndan soň alnan Cu50(Zr50−xNix) MG poroşoklarynyň termal durnuklylygy, aýna geçiş temperaturasy (Tg), kristallaşma temperaturasy (Tx) we sowadylan suwuklyk sebiti (ΔTx) bilen indekslenýär. (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 we (e) Cu50Zr10Ni40 MG garyndy poroşoklarynyň 50 sagatlyk MA wagtyndan soň differensial skanirleýji kalorimetr (DSC) termogrammalary. DSC-de ~700 °C-a çenli gyzdyrylan Cu50Zr30Ni20 nusgasynyň rentgen difraksiýasy (XRD) nusgasy (d)-de görkezilen.
10-njy suratda görkezilişi ýaly, dürli Ni konsentrasiýalaryna (x) eýe bolan ähli düzümleriň DSC egrileri iki dürli ýagdaýy görkezýär, biri endotermik, beýlekisi bolsa ekzotermik. Birinji endotermik waka Tg-e gabat gelýär, ikinjisi bolsa Tx bilen baglanyşykly. Tg we Tx arasynda bar bolan gorizontal aralyk sebit subsowadylan suwuklyk sebiti diýlip atlandyrylýar (ΔTx = Tx – Tg). Netijeler, 526°C we 612°C-de ýerleşdirilen Cu50Zr40Ni10 nusgasynyň (10a-njy surat) Tg we Tx-niň, 10b-nji suratda görkezilişi ýaly, Ni mukdarynyň (x) artmagy bilen (x) mukdaryny degişlilikde 482°C we 563°C pes temperatura tarapyna 20 at.% -e süýşürýändigini görkezýär. Netijede, Cu50Zr40Ni10-yň ΔTx-i Cu50Zr30Ni20 üçin 86 °C-den (10a-njy surat) 81 °C-e çenli pese gaçýar (10a-njy surat). 10b). MG Cu50Zr40Ni10 ergin üçin Tg, Tx we ΔTx gymmatlyklarynyň 447°C, 526°C we 79°C derejesine çenli peselendigi hem bellenildi (10b-nji surat). Bu Ni mukdarynyň artmagynyň MG ergininiň termal durnuklylygynyň peselmegine getirýändigini görkezýär. Tersine, MG Cu50Zr20Ni30 ergininiň Tg gymmaty (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 ergininiňkiden pes; muňa garamazdan, onuň Tx birinjisi bilen deňeşdirilip boljak gymmaty görkezýär (612 °C). Şonuň üçin ΔTx 10c-nji suratda görkezilişi ýaly has ýokary gymmaty görkezýär (87 °C).
MG Cu50(Zr50−xNix) ulgamy, mysal hökmünde MG Cu50Zr20Ni30 erginini alyp, ýiti ekzotermik depe arkaly fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 we ortorombik-ZrNi kristal fazalaryna kristallaşýar (10c-nji surat). Bu amorfdan kristal faza geçişi MG nusgasynyň rentgenografiýasy bilen tassyklanyldy (10d-nji surat), ol DSC-de 700 °C-a çenli gyzdyryldy.
11-nji suratda häzirki işde geçirilýän sowuk püskürtme prosesinde düşürilen suratlar görkezilýär. Bu gözlegde, 50 sagatlyk MA wagtyndan soň sintezlenen metal aýna ýaly poroşok bölejikleri (mysal hökmünde Cu50Zr20Ni30 alynýar) antibakterial çig mal hökmünde ulanyldy we poslamaýan polat plastinka (SUS304) sowuk püskürtme tehnologiýasy bilen örtüldi. Sowuk püskürtme usuly termal püskürtme tehnologiýasy seriýasynda örtük üçin saýlandy, sebäbi ol termal püskürtme seriýasynda iň netijeli usul bolup, faza geçişlerine sezewar bolmadyk amorf we nanokristal poroşoklar ýaly metal metastabil temperatura duýgur materiallar üçin ulanylyp bilner. Bu usuly saýlamagyň esasy sebäbi şudur. Sowuk püskürtme prosesi, bölejikleriň kinetiki energiýasyny substrat ýa-da öň goýlan bölejikler bilen urlanda plastik deformasiýa, dartgynlylyk we gyzgynlyga öwürýän ýokary tizlikli bölejikleri ulanmak arkaly amala aşyrylýar.
Meýdan suratlarynda MG örtüginiň/SUS 304-iň 550 °C-da yzygiderli bäş gezek taýýarlanylmagy üçin ulanylan sowuk püskürtme usuly görkezilýär.
Bölejikleriň kinetik energiýasy we şeýlelik bilen örtük emele gelmegindäki her bir bölejigiň impulsy plastik deformasiýa (substratda başlangyç bölejik we bölejik-bölejik özara täsirleri we bölejik özara täsirleri), boşluklaryň konsolidasiýasy, bölejik-bölejik aýlanmagy, dartgynlylyk we ahyrsoňy gyzgynlyk 39 ýaly mehanizmler arkaly energiýanyň beýleki görnüşlerine öwrülmelidir. Mundan başga-da, gelýän ähli kinetik energiýa ýylylyk we dartgynlylyk energiýasyna öwrülmese, netijede elastik çaknyşyk ýüze çykýar, bu bolsa bölejikleriň zarbadan soň yzyna gaýdyp gelýändigini aňladýar. Bölejik/substrat materialyna berilýän täsir energiýasynyň 90% -iniň ýerli gyzgynlyga öwrülýändigi bellenildi 40. Mundan başga-da, täsir dartgynlylygy ulanylanda, kontakt bölejik/substrat sebitinde gaty gysga wagtyň içinde ýokary plastik dartgynlylyk tizligi gazanylýar 41,42.
Plastik deformasiýa, adatça, energiýanyň dargamagynyň prosesi ýa-da has takygy, serhet sebitinde ýylylyk çeşmesi hasaplanýar. Şeýle-de bolsa, serhet sebitinde temperaturanyň ýokarlanmagy, adatça, serhet eremegini döretmek ýa-da atomlaryň özara diffuziýasyny ep-esli derejede ösdürmek üçin ýeterlik däl. Awtorlara mälim bolan hiç bir neşirde sowuk püskürtme usullary ulanylanda ýüze çykýan bu metal aýna poroşoklaryň häsiýetleriniň poroşok ýelmeşmegine we çökündisine täsiri öwrenilmeýär.
MG Cu50Zr20Ni30 ergin poroşogynyň BFI-ni SUS 304 substratyna örtülen 12a suratda görmek bolýar (11, 12b suratlar). 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 görkezilişi ýaly, daşarky 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 halo diffuziýa nusgasyny görkezýär we kristal uly kub Zr2Ni metastabil we tetragonal CuO fazasyna laýyk gelýän ýiti nokatlar bilen bilelikde ýaşaýar. CuO-nyň emele gelmegi püskürdiji tabanjanyň burunundan SUS-a hereket edende poroşogyň oksidlenmegi bilen baglanyşykly bolup biler. 304 açyk howada ses tizliginden ýokary akym astynda. Beýleki tarapdan, metal aýna poroşoklarynyň dewitrifikasiyasy 550 °C-da 30 minutlap sowuk püskürtmeden soň uly kub fazalarynyň emele gelmegine getirdi.
(a) (b) SUS 304 substratyna örtülen MG poroşogynyň FE-HRTEM şekili (şekiliň içine goýulan). (a)-da görkezilen tegelek simwolyň NBDP indeksi (c)-da görkezilen.
Uly kub Zr2Ni nanopartikullarynyň emele gelmeginiň bu mümkin mehanizmini barlamak üçin garaşsyz synag geçirildi. Bu synagda poroşoklar 550 °C-de SUS 304 substratynyň ugry boýunça püskürtüji tabançadan püskürtüldi; ýöne, poroşoklaryň ýumşatma täsirini düşündirmek üçin olar SUS304 zolagyndan mümkin boldugyça çalt (takmynan 60 sekunt) aýryldy. Başga bir synag toplumy geçirildi, onda poroşok çökdürilenden takmynan 180 sekunt soň substratdan aýryldy.
13a, b suratlarynda SUS 304 substratlaryna degişlilikde 60 sekunt we 180 sekuntlap ​​goýlan iki püskürdilen materialyň skanerleme arkaly geçirilýän elektron mikroskopiýasynyň (STEM) netijesinde alnan garaňky meýdan suratlary (DFI) görkezilýär. 60 sekuntlap ​​goýlan poroşok suratynda morfologik jikme-jiklikler ýok, bu bolsa aýratynlyksyzlygy görkezýär (13a surat). Bu, 14a suratda görkezilen giň ilkinji we ikinji difraksiýa maksimumlary bilen görkezilişi ýaly, bu poroşoklaryň umumy gurluşynyň amorfdygyny görkezýän XRD arkaly hem tassyklanyldy. Bular poroşokyň asyl amorf gurluşyny saklaýan metastabil/mezofaza çökündisiniň ýokdugyny görkezýär. Tersine, şol bir temperaturada (550 °C) püskürdilen, ýöne substratda 180 sekuntlap ​​goýlan poroşok, 13b suratdaky oklaryň görkezişi ýaly, nano ölçegli dänejikleriň çökündisini görkezdi.