Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS өчен чикләнгән ярдәм күрсәтелә. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без сезгә яңартылган браузер кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерегез). Шуңа кадәр, ярдәмне дәвам итү өчен, без сайтны стильләрсез һәм JavaScriptсыз күрсәтәчәкбез.
Биопленкалар хроник инфекцияләр үсешендә мөһим компонент булып тора, бигрәк тә медицина җайланмалары катнашканда. Бу проблема медицина җәмгыяте өчен зур кыенлыклар тудыра, чөнки стандарт антибиотиклар биопленкаларны бик чикләнгән күләмдә генә юк итә ала. Биопленка барлыкка килүен булдырмау төрле каплау ысулларын һәм яңа материалларны эшләүгә китерде. Бу ысуллар өслекләрне биопленка барлыкка килүен тоткарлый торган ысул белән капларга юнәлтелгән. Металл пыяла эретмәләре, бигрәк тә бакыр һәм титан металларын үз эченә алганнары, идеаль антимикроб каплаулар буларак барлыкка килде. Шул ук вакытта, салкын сиптерү технологиясен куллану артты, чөнки ул температурага сизгер материалларны эшкәртү өчен яраклы ысул. Бу тикшеренүнең максатларының бер өлеше механик эретмә ысулларын кулланып, өчләтә Cu-Zr-Ni дан торган яңа антибактериаль пленкалы металлик пыяла эшләү иде. Соңгы продуктны тәшкил итүче сферик порошок түбән температураларда дат басмас корыч өслекләрне салкын сиптерү өчен чимал буларак кулланыла. Металл пыяла белән капланган субстратлар дат басмас корыч белән чагыштырганда биопленка барлыкка килүен ким дигәндә 1 логарифмга киметә алды.
Кешелек тарихы дәвамында теләсә нинди җәмгыять үзенең махсус таләпләренә туры килә торган яңа материалларны эшләү һәм кертүне алга этәрә алган, бу исә глобальләшкән икътисадта эшчәнлекнең һәм рейтингның яхшыруына китергән1. Бу һәрвакыт кешенең материаллар һәм җитештерү җиһазлары эшләү һәм материаллар җитештерү һәм характеристикалау өчен конструкцияләр эшләү сәләтенә бәйле булган, бу сәламәтлек саклау, мәгариф, сәнәгать, икътисад, мәдәният һәм башка өлкәләрдә казанышларга ирешү өчен бер илдә яки төбәктә алгарыш илгә яки төбәккә бәйсез рәвештә үлчәнә.2 60 ел дәвамында материал галимнәре үз вакытларының күп өлешен бер төп мәсьәләгә игътибар итүгә багышлаганнар: яңа һәм алдынгы материаллар эзләү. Соңгы тикшеренүләр гамәлдәге материалларның сыйфатын һәм эшчәнлеген яхшыртуга, шулай ук ​​бөтенләй яңа төр материалларны синтезлауга һәм уйлап табуга юнәлтелгән.
Легирлау элементларын өстәү, материал микроструктурасын үзгәртү һәм термик, механик яки термомеханик эшкәртү ысулларын куллану төрле материалларның механик, химик һәм физик үзлекләрендә сизелерлек яхшыруларга китерде. Моннан тыш, моңарчы күрелмәгән кушылмалар бу ноктада уңышлы синтезланды. Бу тырышлык нәтиҗәсендә яңа инновацион материаллар гаиләсе барлыкка килде, алар бергәләп Алдынгы Материаллар дип атала2. Нанокристаллар, нанокисәкчәләр, нанотөрбәләр, квант нокталары, нуль үлчәмле, аморф металлик пыялалар һәм югары энтропияле эретмәләр - узган гасыр уртасыннан бирле дөньяга кертелгән алдынгы материалларның берничә мисалы гына. Соңгы продуктта яки җитештерүнең арадаш этапларында югарырак үзлекләргә ия булган яңа эретмәләрне җитештергәндә һәм эшләгәндә, еш кына баланстан чыгу проблемасы өстәлә. Тигезлектән сизелерлек тайпылу өчен яңа җитештерү ысулларын куллану нәтиҗәсендә, металлик пыялалар дип аталган метастабиль эретмәләрнең яңа классы ачылды.
1960 елда Калифорния технология университетында эшләгән эше металл эретмәләре концепциясендә революция ясады, ул сыеклыкларны секундына миллион градуска якын тизлектә катыру юлы белән пыяла Au-25 at.% Si эретмәләрен синтезлады. 4. Профессор Пол Дувезның ачышы металл пыялалар (MG) тарихының башлануын гына түгел, ә кешеләрнең металл эретмәләре турында фикерләү рәвешен дә үзгәртте. MG эретмәләрен синтезлау буенча иң беренче пионер тикшеренүләрдән бирле, барлык металл пыялалар диярлек түбәндәге ысулларның берсен кулланып тулысынча җитештерелде: (i) эретмәнең яки ​​парның тиз катыруы, (ii) рәшәткәнең атом бозылуы, (iii) саф металл элементлары арасындагы каты халәт аморфизация реакцияләре һәм (iv) метастабиль фазаларның каты халәт күчешләре.
MGлар кристаллар белән бәйле озын диапазонлы атом тәртибенең булмавы белән аерылып тора, бу кристалларның төп үзенчәлеге. Бүгенге дөньяда металлик пыяла өлкәсендә зур алгарышка ирешелде. Алар каты тирәлек физикасында гына түгел, ә металлургиядә, өслек химиясендә, технологиядә, биологиядә һәм башка күп өлкәләрдә дә кызыксыну уята торган кызыклы үзлекләргә ия яңа материаллар. Бу яңа төр материал каты металлардан аерылып торган үзлекләргә ия, бу аны төрле өлкәләрдә технологик кушымталар өчен кызыклы кандидат итә. Аларның кайбер мөһим үзлекләре бар: (i) югары механик сыгылучанлык һәм ныклык, (ii) югары магнит үткәрүчәнлеге, (iii) түбән коэрцитивлык, (iv) гадәти булмаган коррозиягә чыдамлык, (v) температурага бәйсезлек. Үткәрүчәнлек 6,7.
Механик эретмә (MA)1,8 - чагыштырмача яңа ысул, ул беренче тапкыр 19839 елда профессор К.К. Кок һәм хезмәттәшләре тарафыннан тәкъдим ителде. Алар чиста элементлар катнашмасын бүлмә температурасына бик якын тирә-юнь температурасында ваклап, аморф Ni60Nb40 порошокларын әзерләделәр. Гадәттә, MA реакциясе реактив материал порошокларының диффузион тоташуы арасында реакторда башкарыла, гадәттә дат басмас корычтан шарлы тегермәнгә 10 ясала (1a, b рәсем). Шул вакыттан бирле, бу механик рәвештә индукцияләнгән каты халәт реакциясе ысулы түбән (1c рәсем) һәм югары энергияле шарлы тегермәннәрне, шулай ук ​​стерженьлы тегермәннәрне 11,12,13,14,15, 16 кулланып яңа аморф/металл пыяла эретмәсе порошокларын әзерләү өчен кулланыла. Аерым алганда, бу ысул Cu-Ta17 кебек кушылмый торган системаларны, шулай ук ​​гадәти әзерләү ысуллары белән алып булмый торган Al-күчеш металл системалары (TM; Zr, Hf, Nb һәм Ta) 18,19 һәм Fe-W20 кебек югары эрү температурасылы эретмәләрне әзерләү өчен кулланылды. Моннан тыш, MA металл оксидларының, карбидларының, нитридларының, гидридларының, углерод нанотрубкаларының сәнәгать масштабындагы нанокристалл һәм нанокомпозит порошок кисәкчәләрен әзерләү өчен иң көчле нанотехнология коралларының берсе дип санала. наноалмазлар, шулай ук ​​югарыдан аска таба 1 ысулы һәм метастабиль этаплар аша киң тотрыклыландыру.
Бу тикшеренүдә Cu50(Zr50−xNix) металлик пыяла (MG) каплавын/SUS 304 әзерләү өчен кулланылган җитештерү ысулын күрсәтүче схема.(a) Түбән энергияле шар фрезерлау ысулын кулланып, төрле Ni концентрацияләре x (x; 10, 20, 30 һәм 40 ат.%) булган MG эретмәсе порошокларын әзерләү.(a) Башлангыч материал корал цилиндрына корал шарлары белән бергә йөкләнә һәм (b) He атмосферасы белән тутырылган перчатка тартмасында ябыла.(c) Тарту вакытында шар хәрәкәтен күрсәтүче тарту савытының үтә күренмәле моделе. 50 сәгатьтән соң алынган порошокның соңгы продукты SUS 304 нигезен салкын сиптерү ысулы белән каплау өчен кулланылды (d).
Күпләп тутырылган материал өслекләренә (субстратларга) килгәндә, өслек инженериясе өслекләрне (субстратларны) проектлауны һәм үзгәртүне үз эченә ала, алар башлангыч күпләп тутырылган материалда булмаган билгеле бер физик, химик һәм техник сыйфатларны тәэмин итә. Өслек эшкәртү ярдәмендә нәтиҗәле рәвештә яхшыртылып була торган кайбер үзенчәлекләргә абразивлыкка чыдамлык, оксидлашуга һәм коррозиягә чыдамлык, ышкылу коэффициенты, биоинертлык, электр үзлекләре һәм җылылык изоляциясе керә, болар барысы да. Өслек сыйфатын металлургик, механик яки химик ысуллар кулланып яхшыртырга мөмкин. Билгеле процесс буларак, каплау гади генә әйткәндә, башка материалдан ясалган күпләп тутырылган әйбер (субстрат) өслегенә ясалма рәвештә урнаштырылган бер яки берничә катлам материал дип билгеләнә. Шулай итеп, каплаулар өлешчә теләгән техник яки декоратив үзенчәлекләргә ирешү, шулай ук ​​материалларны тирә-юнь мохит белән көтелгән химик һәм физик үзара бәйләнешләрдән саклау өчен кулланыла23.
Берничә микрометрдан (10-20 микрометрдан кимрәк) 30 микрометрдан артык яки хәтта берничә миллиметр калынлыктагы яраклы өслек саклау катламнарын урнаштыру өчен күп ысуллар һәм техникалар кулланылырга мөмкин. Гомумән алганда, каплау процессларын ике категориягә бүлергә мөмкин: (i) дымлы каплау ысуллары, шул исәптән электрокаплау, электросыз каплау һәм кайнар гальванизация ысуллары, һәм (ii) коры каплау ысуллары, шул исәптән пышкылау, өслек белән каплау, физик пар белән каплау (PVD), химик пар белән каплау (CVD), термик сиптерү ысуллары һәм соңгы вакытта салкын сиптерү ысуллары 24 (1d рәсем).
Биопленкалар өслекләргә кире кайтарып булмый торган рәвештә беркетелгән һәм үзеннән-үзе җитештерелгән күзәнәктән тыш полимерлар (EPS) белән әйләндереп алынган микроб берләшмәләре буларак билгеләнә. Өслектә өлгергән биопленка формалашуы күп кенә сәнәгать тармакларында, шул исәптән азык-төлек сәнәгатендә, су системаларында һәм сәламәтлек саклау мохитендә зур югалтуларга китерергә мөмкин. Кешеләрдә биопленкалар формалашканда, микроб инфекцияләренең 80% тан артыгын (шул исәптән Enterobacteriaceae һәм Staphylococci) дәвалау авыр. Моннан тыш, өлгергән биопленкаларның планктоник бактерия күзәнәкләренә караганда антибиотик дәвалауга 1000 тапкыр күбрәк чыдам булуы турында хәбәр ителә, бу терапевтик яктан зур проблема дип санала. Гадәти органик кушылмалардан алынган микробларга каршы өслек каплау материаллары электән үк кулланылган. Мондый материалларда еш кына кешеләр өчен потенциаль куркыныч тудыра торган агулы компонентлар булса да,25,26, алар бактерияләрнең таралуын һәм материалларның җимерелүен булдырмаска ярдәм итә ала.
Бактерияләрнең биопленка барлыкка килү сәбәпле антибиотикларга каршы торучанлыгы киң таралган, бу куркынычсыз кулланыла алырлык нәтиҗәле антимикроб мембрана белән капланган өслек булдыру зарурлыгына китерде27. Бактерия күзәнәкләренең адгезия аркасында биопленкалар төзүенә һәм бәйләнүенә комачаулый торган физик яки химик антиадгеб өслек булдыру - бу процессның беренче ысулы27. Икенче технология - антимикроб химик матдәләрне кирәкле урынга, югары концентрацияле һәм махсус күләмдә җиткерергә мөмкинлек бирә торган капламалар эшләү. Моңа графен/германий28, кара алмаз29 һәм ZnO белән кушылган алмазсыман углерод капламалары30 кебек уникаль каплама материалларын эшләү юлы белән ирешелә, алар бактерияләргә чыдам, бу технология биопленка барлыкка килү аркасында токсиклыкны һәм каршылык үсешен максимальләштерә. Моннан тыш, бактериаль пычранудан озак вакытлы саклау өчен өслекләргә бактерицид химик матдәләр кертүче капламалар популярлаша бара. Өч процедура да капланган өслекләргә антимикроб эффектлары бирә алса да, аларның һәрберсенең куллану стратегияләрен эшләгәндә исәпкә алынырга тиешле үз чикләүләре бар.
Хәзерге вакытта базардагы продуктлар биологик актив ингредиентлар өчен саклагыч каплауларны анализлау һәм сынау өчен вакыт җитмәү сәбәпле тоткарлана. Компанияләр үз продуктлары кулланучыларга кирәкле функциональ аспектлар бирәчәк дип раслыйлар; ләкин бу хәзерге вакытта базардагы продуктларның уңышына киртә булып тора. Көмештән алынган кушылмалар кулланучылар өчен хәзер мөмкин булган күпчелек антимикроб терапияләрдә кулланыла. Бу продуктлар кулланучыларны микроорганизмнарның куркыныч йогынтысыннан саклау өчен эшләнгән. Көмеш кушылмаларының тоткарланган антимикроб тәэсире һәм аңа бәйле токсиклыгы тикшеренүчеләргә зарарсызрак альтернатива эшләү өчен басымны арттыра36,37. Өйдә дә, тышта да эшли торган глобаль антимикроб каплау булдыру әле дә авыр бурыч булып кала. Бу сәламәтлек һәм куркынычсызлык өчен бәйле куркынычлар аркасында. Кешеләр өчен зарарсызрак булган антимикроб агентны табу һәм аны озаграк саклау вакыты белән каплау субстратларына ничек кертергә икәнен аңлау - бик таләп ителгән максат38. Иң яңа антимикроб һәм антибиопленка материаллары бактерияләрне якын арада, турыдан-туры контакт аша яки актив агент чыгарылганнан соң үтерү өчен эшләнгән. Алар моны башлангыч бактерия адгезиясен тоткарлау (өслектә аксым катламы барлыкка килүенә каршы торуны да кертеп) яки күзәнәк тышчасына комачаулап бактерияләрне үтерү юлы белән эшли ала.
Нигездә, өслек белән каплау - өслеккә бәйле сыйфатларны яхшырту өчен компонент өслегенә тагын бер катлам урнаштыру процессы. Өслек белән каплауның максаты - компонентның өслеккә якын өлкәсенең микроструктурасын һәм/яки составын көйләү39. Өслек белән каплау ысулларын төрле ысулларга бүлергә мөмкин, алар 2a рәсемдә кыскача күрсәтелгән. Каплауларны, кулланылган ысулга карап, термик, химик, физик һәм электрохимик категорияләргә бүлергә мөмкин.
(а) Өслек өчен кулланылган төп җитештерү ысуллары күрсәтелгән өстәмә, һәм (б) салкын сиптерү ысулының сайланган өстенлекләре һәм кимчелекләре.
Салкын сиптерү технологиясе гадәти термик сиптерү ысуллары белән күп охшашлыкларга ия. Шулай да, салкын сиптерү процессын һәм салкын сиптерү материалларын аеруча уникаль итә торган кайбер төп фундаменталь үзенчәлекләр дә бар. Салкын сиптерү технологиясе әле башлангыч этапта, ләкин аның якты киләчәге бар. Кайбер кушымталарда салкын сиптерүнең уникаль үзенчәлекләре зур файда китерә, гадәти термик сиптерү ысулларының чикләүләрен җиңә. Ул традицион термик сиптерү технологиясенең мөһим чикләүләрен җиңәргә мөмкинлек бирә, бу вакытта порошок субстратка утырыр өчен эретелергә тиеш. Әлбәттә, бу традицион каплау процессы нанокристаллар, нанокисәкчәләр, аморф һәм металлик пыялалар кебек температурага сизгер материаллар өчен яраклы түгел40, 41, 42. Моннан тыш, термик сиптерү каплау материаллары һәрвакыт югары дәрәҗәдәге порулык һәм оксидлар күрсәтә. Салкын сиптерү технологиясенең термик сиптерү технологиясенә караганда күп кенә мөһим өстенлекләре бар, мәсәлән: (i) субстратка минималь җылылык керүе, (ii) субстрат каплау сайлауларында сыгылучанлык, (iii) фаза трансформациясе һәм бөртек үсеше булмау, (iv) югары бәйләнеш ныклыгы1,39 (2b рәсем). Моннан тыш, салкын сиптерү каплау материаллары югары коррозиягә ия. каршылык, югары ныклык һәм катылык, югары электр үткәрүчәнлеге һәм югары тыгызлык41. Салкын сиптерү процессының өстенлекләренә каршы, бу техниканы куллануның кайбер кимчелекләре дә бар, 2b рәсемдә күрсәтелгәнчә. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC һ.б. кебек саф керамик порошокларны каплаганда, салкын сиптерү ысулын кулланып булмый. Икенче яктан, керамик/металл композит порошокларын каплау өчен чимал буларак кулланырга мөмкин. Башка термик сиптерү ысулларына да шул ук кагыла. Катлаулы өслекләрне һәм эчке торба өслекләрен сиптерү әле дә авыр.
Хәзерге эш металлик пыяла порошокларны чимал каплау материалы буларак куллануга юнәлтелгәнлеген исәпкә алганда, гадәти термик сиптерүне бу максатта кулланып булмавы ачык. Чөнки металлик пыяла порошоклар югары температурада кристаллаша1.
Медицина һәм азык-төлек сәнәгатендә кулланыла торган коралларның күбесе хирургик кораллар җитештерү өчен 12 дән 20 авырлык% ка кадәр хромлы аустенитлы дат басмас корыч эретмәләреннән (SUS316 һәм SUS304) ясалган. Корыч эретмәләрендә хром металлын эретмә элементы буларак куллану стандарт корыч эретмәләренең коррозиягә чыдамлыгын шактый яхшырта ала дип гомуми кабул ителә. Дат басмас корыч эретмәләре, югары коррозиягә чыдам булуларына карамастан, антимикроб үзлекләр күрсәтмиләр38,39. Бу аларның югары коррозиягә чыдамлыгы белән капма-каршы килә. Шуннан соң, инфекция һәм ялкынсыну үсешен фаразларга мөмкин, бу нигездә дат басмас корыч биоматериаллары өслегендә бактерияләрнең адгезиясе һәм колонизациясе аркасында килеп чыга. Бактерияләрнең адгезиясе һәм биофильм формалашу юллары белән бәйле җитди кыенлыклар аркасында зур кыенлыклар килеп чыгарга мөмкин, бу исә сәламәтлекнең начарлануына китерергә мөмкин, бу исә кеше сәламәтлегенә турыдан-туры яки турыдан-туры булмаган йогынты ясарга мөмкин булган күп нәтиҗәләргә китерергә мөмкин.
Бу тикшеренү Кувейт Фәнне Алга Китү Фонды (KFAS) тарафыннан финансланган, 2010-550401 номерлы контракт проектының беренче этабы булып тора, ул антибактериаль пленка/SUS304 өслек саклау капламасы җитештерү өчен MA технологиясен (1 нче таблица) кулланып металлик пыяла Cu-Zr-Ni өчләтә порошокларын җитештерү мөмкинлеген тикшерүгә юнәлтелгән. Проектның 2023 елның гыйнварында башланырга тиешле икенче этабында системаның электрохимик коррозия үзенчәлекләре һәм механик үзлекләре җентекләп тикшереләчәк. Төрле бактерия төрләре өчен җентекле микробиологик сынаулар үткәреләчәк.
Бу мәкаләдә, Zr эретмә элементы күләменең пыяла формалаштыру сәләтенә (GFA) йогынтысы морфологик һәм структураль үзенчәлекләргә нигезләнеп тикшерелә. Моннан тыш, капланган металлик пыяла порошок каплавының/SUS304 композитының антибактериаль үзлекләре дә тикшерелде. Моннан тыш, хәзерге вакытта металлик пыяла системаларының суытылган сыеклык өлкәсендә салкын сиптерү вакытында металлик пыяла порошокларының структураль трансформациясе мөмкинлеген тикшерү буенча эшләр башкарылды. Мисаллар буларак, бу тикшеренүдә Cu50Zr30Ni20 һәм Cu50Zr20Ni30 металлик пыяла эретмәләре кулланылды.
Бу бүлектә, түбән энергияле шарлы фрезерлауда элементар Cu, Zr һәм Ni порошокларының морфологик үзгәрешләре күрсәтелә. Мисаллар буларак, Cu50Zr20Ni30 һәм Cu50Zr40Ni10 дан торган ике төрле система кулланылачак. MA процессын өч аерым этапка бүләргә мөмкин, бу тарту этабында барлыкка килгән порошокның металлографик характеристикасы белән күрсәтелгән (3 нче рәсем).
Шар фрезерлау вакытының төрле этапларыннан соң алынган механик эретмә (MA) порошокларының металлографик характеристикасы. Cu50Zr20Ni30 системасы өчен 3, 12 һәм 50 сәгатьлек түбән энергияле шар фрезерлау вакытыннан соң алынган MA һәм Cu50Zr40Ni10 порошокларының кыр эмиссиясен сканерлаучы электрон микроскопиясе (FE-SEM) рәсемнәре (a), (c) һәм (e) пунктларында күрсәтелгән, ә шул ук MA пунктында Cu50Zr40Ni10 системасының вакыт узгач төшерелгән тиешле рәсемнәре (b), (d) һәм (f) пунктларында күрсәтелгән.
Шарлы фрезерлау вакытында металл порошогына күчерелергә мөмкин булган эффектив кинетик энергия, 1a рәсемдә күрсәтелгәнчә, параметрлар комбинациясенә бәйле. Моңа шарлар һәм порошоклар арасындагы бәрелүләр, тарту чаралары арасында яки алар арасында калган порошокның кысылу рәвешендә киселүе, төшкән шарларның бәрелүе, хәрәкәт итүче шарлы фрезерлау чаралары арасындагы порошок сөйрәве аркасында кисү һәм тузу, һәм уңыш йөкләре аша таралган төшкән шарлар аша үтүче шок дулкыны керә (1a рәсем). Элемент Cu, Zr һәм Ni порошоклары MA башлангыч этабында (3 сәгать) салкын эретеп ябыштыру аркасында нык деформацияләнгән, нәтиҗәдә зур порошок кисәкчәләре (диаметры >1 мм) барлыкка килгән. Бу зур композит кисәкчәләре 3a, b рәсемнәрдә күрсәтелгәнчә, эретмә элементларының (Cu, Zr, Ni) калын катламнары формалашуы белән характерлана. MA вакытын 12 сәгатькә кадәр арттыру (ара этап) шарлы фрезерлауның кинетик энергиясе артуга китергән, нәтиҗәдә композит порошок вак порошокларга таркалган (200 мкм дан кимрәк), 3c, d рәсемнәрдә күрсәтелгәнчә. Бу этапта кулланылган кисү көче 3c, d рәсемнәрендә күрсәтелгәнчә, вак Cu, Zr, Ni катламнары белән яңа металл өслеге барлыкка килүенә китерә. Катламны чистарту нәтиҗәсендә, яңа фазалар барлыкка китерү өчен кабырчыклар чигендә каты фаза реакцияләре бара.
MA процессының кульминация ноктасында (50 сәгатьтән соң), кабырчыклы металлография аз гына күренә иде (3e, f рәсем), ләкин порошокның ялтыратылган өслеге көзге металлографиясен күрсәтте. Бу MA процессы тәмамланганын һәм бер реакция фазасы барлыкка килгәнен аңлата. 3e рәсемдә (I, II, III), f, v, vi) күрсәтелгән өлкәләрнең элемент составы кыр эмиссиясен сканерлаучы электрон микроскопиясе (FE-SEM) һәм энергия дисперсияле рентген спектроскопиясе (EDS) (IV) ярдәмендә билгеләнде.
2 нче таблицада, эретмә элементларының элемент концентрацияләре 3e, f рәсемнәрендә сайланган һәр өлкәнең гомуми авырлыгына карата процент рәвешендә күрсәтелгән. Бу нәтиҗәләрне 1 нче таблицада күрсәтелгән Cu50Zr20Ni30 һәм Cu50Zr40Ni10 башлангыч номиналь составлары белән чагыштырганда, бу ике соңгы продукт составларының номиналь составларга бик охшаш кыйммәтләргә ия булуын күрергә мөмкин. Моннан тыш, 3e, f рәсемнәрендә күрсәтелгән төбәкләр өчен чагыштырма компонент кыйммәтләре һәр үрнәк составының бер өлкәдән икенчесенә сизелерлек начарлануын яки тирбәнешен аңлатмый. Бу бер өлкәдән икенчесенә составның үзгәрмәве белән раслана. Бу 2 нче таблицада күрсәтелгәнчә, гомоген эретмә порошоклары җитештерүгә ишарә итә.
4a–d рәсемнәрендә күрсәтелгәнчә, Cu50(Zr50−xNix) порошогы продуктының FE-SEM микрографияләре 50 MA тапкырдан соң алынды, монда x тиешенчә 10, 20, 30 һәм 40 ат.% тәшкил итә. Бу фрезерлау этабыннан соң, ван-дер-Ваальс эффекты аркасында порошок агрегатлары барлыкка килә, нәтиҗәдә, 4 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, диаметрлары 73 нмнан 126 нмга кадәр булган ультра нечкә кисәкчәләрдән торган зур агрегатлар барлыкка килә.
50 сәгатьлек MA вакытыннан соң алынган Cu50(Zr50−xNix) порошокларының морфологик үзенчәлекләре. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 системалары өчен, 50 MA вакытыннан соң алынган порошокларның FE-SEM рәсемнәре (a), (b), (c) һәм (d) пунктларында күрсәтелгән.
Порошокларны салкын сиптергечкә тутырыр алдыннан, алар башта аналитик сортлы этанолда 15 минут дәвамында ультратавыш белән эшкәртелде, аннары 150°C температурада 2 сәгать киптерелде. Бу адым каплау процессында еш кына күп кенә җитди проблемалар тудыра торган агломерациягә каршы уңышлы көрәшү өчен ясалырга тиеш. MA процессы тәмамланганнан соң, эретмә порошокларының бер төрлелеген тикшерү өчен өстәмә характеристикалар үткәрелде. 5a–d рәсемендә 50 сәгать M вакытыннан соң алынган Cu50Zr30Ni20 эретмәсенең Cu, Zr һәм Ni эретмә элементларының FE-SEM микрографлары һәм тиешле EDS рәсемнәре күрсәтелгән. Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, бу адымнан соң җитештерелгән эретмә порошоклары гомоген, чөнки алар 5 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, субнанометр дәрәҗәсеннән артык состав тирбәнешләрен күрсәтмиләр.
FE-SEM/энергия дисперсиясе рентген спектроскопиясе (EDS) ярдәмендә 50 MA тапкырдан соң алынган MG Cu50Zr30Ni20 порошогының морфологиясе һәм локаль элементлар буенча таралышы.(а) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα һәм (d) Ni-Kα рәсемнәренең SEM һәм рентген EDS картага төшерүе.
50 сәгатьлек MA вакытыннан соң алынган механик кушылма Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 һәм Cu50Zr20Ni30 порошокларының рентген реңкләре 6a–d рәсемнәрендә күрсәтелгән. Фрезерлауның бу этабыннан соң, төрле Zr концентрацияләре булган барлык үрнәкләр дә 6 нчы рәсемдә күрсәтелгән характерлы гало диффузия үрнәкләре белән аморф структуралар күрсәттеләр.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 һәм (d) Cu50Zr20Ni30 порошокларының 50 сәгатьлек MA вакытыннан соң рентгенограмма үрнәкләре. Барлык үрнәкләрдә дә, искәрмәсез, гало диффузия үрнәге күрсәтелде, бу аморф фаза барлыкка килүен күрсәтә.
Төрле MA вакытларында шарлы фрезерлау нәтиҗәсендә барлыкка килгән порошокларның структура үзгәрешләрен күзәтү һәм җирле структурасын аңлау өчен кыр эмиссиясе югары ачыклыклы трансмиссия электрон микроскопиясе (FE-HRTEM) кулланылды. Cu50Zr30Ni20 һәм Cu50Zr40Ni10 порошокларын фрезерлауның иртә (6 сәгать) һәм арадаш (18 сәгать) этапларыннан соң алынган порошокларның FE-HRTEM рәсемнәре 7a,c рәсемнәрендә күрсәтелгән. MA 6 сәгатьтән соң җитештерелгән порошокның якты кыр рәсеменә (BFI) караганда, порошок fcc-Cu, hcp-Zr һәм fcc-Ni элементларының ачык билгеләнгән чикләре булган зур бөртекләрдән тора, һәм 7a рәсемдә күрсәтелгәнчә, реакция фазасы барлыкка килгән дигән билге юк. Моннан тыш, (a) урта өлкәсеннән алынган корреляцияләнгән сайланган мәйдан дифракциясе рәсеме (SADP) зур кристаллитларның булуын һәм реактив фаза булмавын күрсәтә торган кусп дифракция рәсемен күрсәтте (7b рәсем).
Башлангыч (6 сәгать) һәм уртача (18 сәгать) этаплардан соң алынган MA порошогының локаль структураль характеристикасы.(а) Кыр эмиссиясе югары ачыклыклы тапшыру электрон микроскопиясе (FE-HRTEM), һәм (b) 6 сәгать дәвамында MA эшкәртүеннән соң Cu50Zr30Ni20 порошогының тиешле сайланган өлкә дифракциясе үрнәге (SADP). 18 сәгатьлек MA вакытыннан соң алынган Cu50Zr40Ni10 FE-HRTEM рәсеме (c)да күрсәтелгән.
7c рәсемдә күрсәтелгәнчә, MA вакытын 18 сәгатькә кадәр озайтканда, пластик деформация белән бергә җитди решетка кимчелекләре барлыкка килә. MA процессының бу арадаш этабында порошок төрле кимчелекләр күрсәтә, шул исәптән катламнарның кимүе, решетка кимчелекләре һәм нокта кимчелекләре (7 нче рәсем). Бу кимчелекләр зур бөртекләрнең үзләренең решетка чикләре буенча 20 нм дан кечерәк зурлыктагы суббөркекләргә бүленүенә китерә (7c рәсем).
36 сәгатьлек MA вакыты эчендә тартылган Cu50Z30Ni20 порошогы локаль структурасында аморф вак матрицага урнаштырылган ультра вак нанобөртәкләр барлыкка килә, бу 8a рәсемдә күрсәтелгән. Локаль EDS анализы күрсәткәнчә, 8a рәсемдә күрсәтелгән бу нанокластерлар эшкәртелмәгән Cu, Zr һәм Ni порошогы кушымта элементлары белән бәйле. Шул ук вакытта, матрицаның Cu эчтәлеге ~32 ат.% тан (ябык мәйдан) ~74 ат.% ка кадәр үзгәрде, бу гетероген продуктлар барлыкка килүен күрсәтә. Моннан тыш, бу этапта фрезерлаганнан соң алынган порошокларның тиешле SADPлары аморф фазаның гало-диффузияләүче беренчел һәм икенчел боҗраларын күрсәтә, 8b рәсемдә күрсәтелгәнчә, бу чи кушымта элементлары белән бәйле үткен нокталар белән каплана.
36 h-Cu50Zr30Ni20 порошогы нанокүләмле җирле структура үзенчәлекләреннән тыш.(a) Якты кыр сурәте (BFI) һәм аңа туры килә торган (b) 36 сәгатьлек марафон вакыты дәвамында фрезерлаудан соң алынган Cu50Zr30Ni20 порошогы SADP.
MA процессы ахырына якын (50 сәгать), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 һәм 40 ат.% порошоклар һәрвакыт лабиринт аморф фаза морфологиясенә ия, 9a–d рәсемнәрендә күрсәтелгәнчә. Һәр составның тиешле SADPсында нокта сыман дифракцияләр дә, кискен боҗрасыман үрнәкләр дә ачыкланмады. Бу эшкәртелмәгән кристалл металл юклыгын, ә аморф эретмә порошогы барлыкка килүен күрсәтә. Гало диффузия үрнәкләрен күрсәтүче бу корреляцияләнгән SADPлар шулай ук ​​соңгы продукт материалында аморф фазаларның үсеше өчен дәлил буларак кулланылды.
MG Cu50 (Zr50−xNix) системасының соңгы продуктының локаль структурасы. 50 сәгатьлек MA дан соң алынган (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 һәм (d) Cu50Zr10Ni40 ның FE-HRTEM һәм корреляцияләнгән нанонуштак дифракция үрнәкләре (NBDP).
Пыяла күчү температурасының (Tg), суытылган сыеклык өлкәсенең (ΔTx) һәм кристаллашу температурасының (Tx) термик тотрыклылыгы аморф Cu50(Zr50−xNix) системасының Ni күләменә (x) бәйле булуы, He газ агымы астында үзлекләрнең дифференциаль сканерлау калориметриясе (DSC) ярдәмендә тикшерелде. 50 сәгатьлек MA вакытыннан соң алынган Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 һәм Cu50Zr10Ni40 аморф эретмә порошокларының DSC эзләре 10a, b, e рәсемнәрендә күрсәтелгән. Аморф Cu50Zr20Ni30ның DSC кәкресе 10c рәсемдә аерым күрсәтелгән. Шул ук вакытта, DSCда ~700 °C кадәр җылытылган Cu50Zr30Ni20 үрнәге 10d рәсемдә күрсәтелгән.
50 сәгатьлек MA вакытыннан соң алынган Cu50(Zr50−xNix) MG порошокларының җылылык тотрыклылыгы, пыяла күчү температурасы (Tg), кристаллашу температурасы (Tx) һәм суытылган сыеклык өлкәсе (ΔTx) белән индексацияләнә. (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 һәм (e) Cu50Zr10Ni40 MG эретмәсе порошокларының 50 сәгатьлек MA вакытыннан соң дифференциаль сканерлау калориметры (DSC) термограммалары. DSCда ~700 °C кадәр җылытылган Cu50Zr30Ni20 үрнәгенең рентген дифракциясе (XRD) үрнәге (d)дә күрсәтелгән.
10 нчы рәсемдә күрсәтелгәнчә, төрле Ni концентрацияләре (x) булган барлык составларның DSC кәкреләре ике төрле очракны күрсәтә, берсе эндотермик, икенчесе экзотермик. Беренче эндотермик вакыйга Tg га туры килә, ә икенчесе Tx белән бәйле. Tg һәм Tx арасында булган горизонталь киңлек өлкәсе суытылган сыеклык өлкәсе дип атала (ΔTx = Tx – Tg). Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, 526°C һәм 612°C температурада урнаштырылган Cu50Zr40Ni10 үрнәгенең (10а рәсем) Tg һәм Tx, Ni күләме (x) артканда, 10b рәсемдә күрсәтелгәнчә, эчтәлекне (x) 482°C һәм 563°C түбән температура ягына 20 ат.% ка күчерә. Нәтиҗәдә, Cu50Zr40Ni10 ΔTx Cu50Zr30Ni20 өчен 86 °C дан (10а рәсем) 81 °C га кадәр кими (рәсем). 10b). MG Cu50Zr40Ni10 эретмәсе өчен Tg, Tx һәм ΔTx кыйммәтләренең 447°C, 526°C һәм 79°C дәрәҗәсенә кадәр төшүе күзәтелде (10b рәсем). Бу Ni күләменең артуы MG эретмәсенең термик тотрыклылыгының кимүенә китерә икәнен күрсәтә. Киресенчә, MG Cu50Zr20Ni30 эретмәсенең Tg кыйммәте (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 эретмәсенекеннән түбәнрәк; шулай да, аның Tx беренчесенә (612 °C) охшаш кыйммәт күрсәтә. Шуңа күрә, ΔTx югарырак кыйммәт күрсәтә (87 °C, 10c рәсемдә күрсәтелгәнчә).
MG Cu50(Zr50−xNix) системасы, MG Cu50Zr20Ni30 эретмәсен мисал итеп алып, кискен экзотермик пик аша fcc-ZrCu5, орторомбик-Zr7Cu10 һәм орторомбик-ZrNi кристалл фазаларына кристаллаша (10c рәсем). Бу аморфтан кристаллга фаза күчүе MG үрнәгенең рентгенограммасы белән расланган (10d рәсем), ул DSCда 700 °C кадәр җылытылган.
11 нче рәсемдә хәзерге эштә үткәрелгән салкын сиптерү процессы вакытында төшерелгән фотосурәтләр күрсәтелгән. Бу тикшеренүдә 50 сәгатьлек MA вакытыннан соң синтезланган металл пыяла сыман порошок кисәкчәләре (мисал итеп Cu50Zr20Ni30 алынган) антибактериаль чимал буларак кулланылган, ә дат басмас корыч пластина (SUS304) салкын сиптерү технологиясе белән капланган. Термик сиптерү технологияләре сериясендә каплау өчен салкын сиптерү ысулы сайланган, чөнки ул термик сиптерү сериясендә иң нәтиҗәле ысул булып тора һәм фаза күчешләренә дучар булмаган аморф һәм нанокристалл порошоклар кебек металл метастабиль температурага сизгер материаллар өчен кулланылырга мөмкин. Бу ысулны сайлауда төп фактор булып тора. Салкын сиптерү процессы югары тизлекле кисәкчәләр кулланып башкарыла, алар кисәкчәләрнең кинетик энергиясен субстрат яки элек урнаштырылган кисәкчәләр белән бәрелү вакытында пластик деформациягә, деформациягә һәм җылылыкка әйләндерә.
Кыр фотоларында 550 °C температурада MG каплавын/SUS 304 ны биш тапкыр рәттән әзерләү өчен кулланылган салкын сиптерү процедурасы күрсәтелгән.
Кисәкчәләрнең кинетик энергиясе, шулай итеп, каплау формалашуындагы һәр кисәкчәнең импульсы, пластик деформация (субстратта башлангыч кисәкчә һәм кисәкчә-кисәкчә үзара бәйләнеше һәм кисәкчә үзара бәйләнеше), бушлыкларның консолидациясе, кисәкчә-кисәкчә әйләнүе, деформация һәм, ниһаять, җылылык кебек механизмнар аша башка энергия төрләренә әйләндерелергә тиеш 39. Моннан тыш, барлык керүче кинетик энергия җылылык һәм деформация энергиясенә әйләнмәсә, нәтиҗәдә эластик бәрелеш барлыкка килә, бу кисәкчәләрнең бәрелүдән соң кире кайтуын аңлата. Кисәкчә/субстрат материалына бирелгән бәрелү энергиясенең 90% ы җирле җылылыкка әйләнә дип билгеләп үтелде 40. Моннан тыш, бәрелү көчәнеше кулланылганда, контакт кисәкчәсе/субстрат өлкәсендә бик кыска вакыт эчендә югары пластик деформация тизлегенә ирешелә41,42.
Пластик деформация, гадәттә, энергия тарату процессы, яки аерым алганда, фазаара өлкәдә җылылык чыганагы дип санала. Ләкин, фазаара өлкәдә температура арту гадәттә фазаара эрүне барлыкка китерү яки атомнар арасындагы диффузияне сизелерлек арттыру өчен җитәрлек түгел. Авторларга билгеле булган бернинди басма да бу металлик пыяла порошокларның үзлекләренең салкын сиптерү ысуллары кулланылганда барлыкка килә торган порошок адгезиясенә һәм утыруына йогынтысын тикшерми.
MG Cu50Zr20Ni30 эретмәсе порошогы BFI 12a рәсемдә күренә, ул SUS 304 субстратына капланган (11, 12b рәсемнәр). Рәсемнән күренгәнчә, капланган порошоклар үзләренең башлангыч аморф структурасын саклыйлар, чөнки аларда кристалл үзенчәлекләре яки челтәр кимчелекләре булмаган нечкә лабиринт структурасы бар. Икенче яктан, рәсемдә MG белән капланган порошок матрицасына кертелгән нанокисәкчәләр күрсәткәнчә, тышкы фаза барлыгы күрсәтелә (12a рәсем). 12c рәсемдә I өлкәсе белән бәйле индексланган нано-нур дифракциясе үрнәге (NBDP) күрсәтелгән (12a рәсем). 12c рәсемдә күрсәтелгәнчә, NBDP аморф структурасының зәгыйфь гало диффузия үрнәген күрсәтә һәм кристалл зур куб Zr2Ni метастабиль һәм тетрагональ CuO фазасына туры килә торган кискен таплар белән бергә яши. CuO барлыкка килүен сиптергеч пистолетның насадкасыннан SUSка күчкәндә порошокның оксидлашуы белән аңлатырга мөмкин. 304 ачык һавада тавыш тизлегеннән югарырак агым астында. Икенче яктан, металлик пыяла порошокларның девитрификациясе нәтиҗәсендә 550 °C температурада 30 минут дәвамында салкын сиптерүдән соң зур куб фазалары барлыкка килде.
(a) (b) SUS 304 субстратына капланган MG порошогы FE-HRTEM рәсеме (рәсемнең өстәмәсе). (a) пунктында күрсәтелгән түгәрәк символның NBDP индексы (c) пунктында күрсәтелгән.
Зур куб Zr2Ni нанокисәкчәләренең барлыкка килү механизмын тикшерү өчен, бәйсез эксперимент үткәрелде. Бу экспериментта порошоклар 550 °C температурада SUS 304 субстраты юнәлешендә сиптергеч пистолеттан сиптерелде; ләкин, порошокларның яндыру эффектын ачыклау өчен, алар SUS304 тасмасыннан мөмкин кадәр тизрәк (якынча 60 секунд) алынды. Тагын бер тәҗрибә җыелмасы үткәрелде, анда порошок субстраттан утыртылганнан соң якынча 180 секундтан соң алынды.
13a, b рәсемнәрендә SUS 304 субстратларына 60 с һәм 180 с дәвамында сиптерелгән ике материалның сканерлау трансмиссия электрон микроскопиясе (STEM) ярдәмендә алынган караңгы кыр рәсемнәре (DFI) күрсәтелгән. 60 секунд дәвамында сиптерелгән порошок рәсеменең морфологик детальләре юк, ул үзенчәлексезлекне күрсәтә (13a рәсем). Моны шулай ук ​​рентгенография раслады, ул бу порошокларның гомуми структурасы аморф булуын күрсәтте, моны 14a рәсемдә күрсәтелгән киң беренчел һәм икенчел дифракция максимумнары күрсәтә. Болар метастабиль/мезофаза чүпләнеше булмавын күрсәтә, анда порошок үзенең башлангыч аморф структурасын саклый. Киресенчә, шул ук температурада (550 °C) сиптерелгән, ләкин субстратта 180 с калдырылган порошок, 13b рәсемдәге уклар белән күрсәтелгәнчә, нанозурлы бөртекләрнең чүпләнүен күрсәтте.