Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi CSS-ni cheklangan darajada qo‘llab-quvvatlaydi. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o‘chirib qo‘ying). Ayni paytda qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScript-larsiz ko‘rsatamiz.
Surunkali infektsiyalarning rivojlanishida biofilmlar, ayniqsa, tibbiy asboblar jalb qilinganda muhim komponent hisoblanadi. Bu muammo tibbiyot hamjamiyatiga katta muammo tug'diradi, chunki standart antibiotiklar faqat juda cheklangan darajada bioplyonkalarni yo'q qila oladi. Bioplyonka hosil bo'lishining oldini olish turli qoplama usullari va yangi materiallarni ishlab chiqishga olib keldi. Bu usullar yuzalarni qoplashga qaratilgan bo'lib, ular, ayniqsa, barcha biofilm hosil bo'lishini inhibe qiladi. titanium metallar ideal mikroblarga qarshi qoplamalar sifatida paydo bo'ldi. Shu bilan birga, sovuq püskürtme texnologiyasidan foydalanish haroratga sezgir materiallarni qayta ishlash uchun mos usul bo'lganligi sababli ko'paydi. Ushbu tadqiqotning bir qismi sovuq qotishma kukuni sifatida ishlatiladigan mexanik qotishma kukuni sifatida ishlatiladigan uchlik Cu-Zr-Ni dan tashkil topgan yangi antibakterial plyonkali metall shishani ishlab chiqish edi. past haroratlarda zanglamaydigan po'latdan yasalgan yuzalarni buzadigan amallar bilan qoplash.Metalik shisha bilan qoplangan substratlar zanglamaydigan po'latga nisbatan biofilm shakllanishini kamida 1 logga sezilarli darajada kamaytirishga muvaffaq bo'ldi.
Insoniyat tarixi davomida har qanday jamiyat o'zining maxsus talablariga javob beradigan yangi materiallarni ishlab chiqish va joriy etishni rag'batlantirishga muvaffaq bo'ldi, bu esa globallashgan iqtisodiyotda ishlash va reytingning yaxshilanishiga olib keldi1. Bu har doim insonning sog'liqni saqlash, ta'lim, sanoat, iqtisod, madaniyat va boshqa mintaqadan boshqa sohalarda yutuqlarga erishish uchun materiallar va ishlab chiqarish uskunalari va dizaynlarini ishlab chiqish va tavsiflash qobiliyati bilan bog'liq edi. mintaqa. 2 60 yil davomida materialshunoslar oʻzlarining koʻp vaqtlarini bir asosiy masalaga qaratishdi: yangi va zamonaviy materiallarga intilish.Oxirgi izlanishlar mavjud materiallarning sifati va ish faoliyatini yaxshilashga, shuningdek, butunlay yangi turdagi materiallarni sintez qilish va ixtiro qilishga qaratilgan.
Qotishma elementlarning qo'shilishi, materialning mikro tuzilishini o'zgartirish va issiqlik, mexanik yoki termo-mexanik ishlov berish usullarini qo'llash turli xil materiallarning mexanik, kimyoviy va fizik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilashga olib keldi. Bundan tashqari, hozirgacha eshitilmagan birikmalar muvaffaqiyatli sintez qilindi. Materiallar 2. Nanokristallar, nanozarrachalar, nanotubalar, kvant nuqtalari, nol o'lchamli, amorf metall oynalar va yuqori entropiyali qotishmalar dunyoga o'tgan asrning o'rtalaridan beri kiritilgan ilg'or materiallarning bir nechta namunasidir. balansdan tashqari tez-tez qo'shiladi.Muvozanatdan sezilarli darajada og'ish uchun yangi ishlab chiqarish usullarini joriy etish natijasida metall oynalar deb nomlanuvchi metastabil qotishmalarning butunlay yangi sinfi kashf qilindi.
Uning 1960 yilda Kaltekdagi ishi sekundiga deyarli million daraja tezlikda suyuqliklarni tez qotib qolishi orqali shishasimon Au-25 at.% Si qotishmalarini sintez qilganda metall qotishmalari tushunchasida inqilobni keltirib chiqardi. qotishmalar.MG qotishmalarini sintez qilish bo'yicha eng qadimgi kashshof tadqiqotlardan boshlab, deyarli barcha metall oynalar to'liq quyidagi usullardan biri yordamida ishlab chiqarilgan; (i) eritma yoki bug'ning tez qotib qolishi, (ii) panjaraning atomik buzilishi, (iii) sof metall elementlar orasidagi qattiq holatdagi amorfizatsiya reaktsiyalari va (iv) metastabil fazalarning qattiq holatga o'tishi.
MGlar kristallar bilan bog'liq uzoq masofali atom tartibining yo'qligi bilan ajralib turadi, bu kristallarning o'ziga xos xususiyati hisoblanadi. Bugungi dunyoda metall shisha sohasida katta yutuqlarga erishildi. Ular qiziqarli xususiyatlarga ega yangi materiallar bo'lib, nafaqat qattiq jismlar fizikasi, balki metallurgiya, sirt kimyosi va boshqa ko'plab sohalarda ham qiziqish uyg'otadi. qattiq metallardan ajralib turadigan xossalari, bu uni turli sohalarda texnologik ilovalar uchun qiziqarli nomzodga aylantiradi.Ular ba'zi muhim xususiyatlarga ega; (i) yuqori mexanik egiluvchanlik va oquvchanlik kuchi, (ii) yuqori magnit o'tkazuvchanlik, (iii) past koerstivite, (iv) noodatiy korroziyaga chidamlilik, (v) haroratdan mustaqillik o'tkazuvchanlik 6,7.
Mexanik qotishma (MA)1,8 nisbatan yangi usul boʻlib, birinchi marta 19839 yilda professor CC Kok va uning hamkasblari tomonidan kiritilgan. Ular xona haroratiga juda yaqin atrof-muhit haroratida sof elementlar aralashmasini maydalash yoʻli bilan amorf Ni60Nb40 kukunlarini tayyorladilar. Odatda, MA reaktsiyasi reaktorda reaktiv material kukunlarini diffuziv ulash o'rtasida amalga oshiriladi, odatda zanglamaydigan po'latdan yasalgan shar tegirmoniga 10 (1a-rasm, b). O'shandan beri bu mexanik induktsiyalangan qattiq holat reaktsiyasi texnikasi yangi amorf / metallli shisha qotishma kukunlari va past energiyali shisha qotishma kukunlarini tayyorlash uchun ishlatilgan. novda tegirmonlari11,12,13,14,15 , 16. Xususan, bu usul Cu-Ta17 kabi bir-biriga aralashmaydigan tizimlarni, shuningdek, Al-o'tish metall tizimlari (TM; Zr, Hf, Nb va Ta) 18,19 va Fe-W20 kabi yuqori erish nuqtasi qotishmalarini tayyorlash uchun qo'llanilgan, ularni boshqa konventsiyalardan foydalanib ko'rib chiqish mumkin emas. metall oksidlari, karbidlar, nitridlar, gidridlar, uglerod nanotubalari, nanoolmoslarning sanoat miqyosidagi nanokristalli va nanokompozit kukun zarralarini tayyorlash uchun eng kuchli nanotexnologiya vositalari, Shuningdek, yuqoridan pastga yondashuv 1 va metastabil bosqichlar orqali keng barqarorlashtirish.
Ushbu tadqiqotda Cu50(Zr50−xNix) metall shisha (MG) qoplamasini/SUS 304 ni tayyorlashda qoʻllaniladigan ishlab chiqarish usulini koʻrsatuvchi sxema. (a) Turli Ni konsentrasiyalari x (x; 10, 20, 30 va 40 at.%) boʻlgan MG qotishma kukunlarini kam energiyali sharlarni frezalash texnikasi yordamida tayyorlash. va (b) He atmosferasi bilan to'ldirilgan qo'lqop qutisiga muhrlangan. (c) silliqlash paytida sharning harakatini tasvirlaydigan silliqlash idishining shaffof modeli. 50 soatdan keyin olingan kukunning yakuniy mahsuloti SUS 304 substratini sovuq püskürtme usuli (d) yordamida qoplash uchun ishlatilgan.
Yumshoq material sirtlari (substratlar) haqida gap ketganda, sirt muhandisligi asl quyma materialda mavjud bo'lmagan ma'lum fizik, kimyoviy va texnik xususiyatlarni ta'minlash uchun sirtlarni (substratlarni) loyihalash va o'zgartirishni o'z ichiga oladi. Sirtni qayta ishlash orqali samarali ravishda yaxshilanishi mumkin bo'lgan ba'zi xususiyatlar aşınmaya qarshilik, oksidlanish va korroziyaga chidamlilik, ishqalanish koeffitsienti, bioinertlik, emalollik xususiyatlari, Sirt sifatini metallurgiya, mexanik yoki kimyoviy usullar yordamida yaxshilash mumkin. Ma'lum bo'lgan jarayon sifatida, qoplama oddiygina boshqa materialdan tayyorlangan ommaviy ob'ekt (substrat) yuzasiga sun'iy ravishda yotqizilgan materialning bir yoki bir nechta qatlamlari sifatida ta'riflanadi. Shunday qilib, qoplamalar qisman istalgan texnik yoki fizikaviy materiallarni atrof-muhitning kutilgan kimyoviy va fizik o'zaro ta'siridan himoya qilish uchun ishlatiladi23.
Qalinligi bir necha mikrometrdan (10-20 mikrometrdan past) 30 mikrometrgacha yoki hatto bir necha millimetrgacha bo'lgan mos sirt himoya qatlamlarini yotqizish uchun ko'plab usullar va usullarni qo'llash mumkin. Umuman olganda, qoplama jarayonlarini ikki toifaga bo'lish mumkin: (i) ho'l qoplama usullari, shu jumladan elektrokaplama, elektrsiz qoplama va issiq galvanik usullar, lehimlash, sirt qoplamasi, fizik bug 'cho'kishi (PVD), kimyoviy bug'larning cho'kishi (CVD), termal püskürtme texnikasi va yaqinda sovuq püskürtme texnikasi 24 (1d-rasm).
Biofilmlar yuzalarga qaytarilmas tarzda biriktirilgan va o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan hujayradan tashqari polimerlar (EPS) bilan o'ralgan mikrobial jamoalar deb ta'riflanadi. Yuzaki etuk biofilm shakllanishi ko'plab sanoat tarmoqlarida, jumladan oziq-ovqat sanoati, suv tizimlari va sog'liqni saqlash muhitida sezilarli yo'qotishlarga olib kelishi mumkin. Enterobacteriaceae va Staphylococci) davolash qiyin. Bundan tashqari, etuk bioplyonkalar planktonik bakteriya hujayralariga nisbatan antibiotiklar bilan davolashga 1000 baravar ko'proq chidamli ekani xabar qilingan, bu asosiy terapevtik muammo hisoblanadi. An'anaviy organik birikmalardan olingan mikroblarga qarshi sirt qoplama materiallari tarixan toksik bo'lishi mumkin bo'lgan potentsial materiallardan foydalanilgan. odamlar,25,26 bu bakterial yuqish va materiallarni yo'q qilishning oldini olishga yordam beradi.
Bakteriyalarning biofilm hosil bo'lishi tufayli antibiotiklarni davolashga keng tarqalgan qarshiligi xavfsiz qo'llanilishi mumkin bo'lgan samarali mikroblarga qarshi membrana bilan qoplangan sirtni ishlab chiqish zaruratini keltirib chiqardi27. Bakteriya hujayralarining yopishishi tufayli bioplyonkalarni bog'lash va qurishga to'sqinlik qiladigan fizik yoki kimyoviy piyodalarga chidamli sirtni ishlab chiqish bu jarayondagi birinchi yondashuvdir27. Ular kerak bo'lganda, yuqori konsentrlangan va moslashtirilgan miqdorda. Bunga bakteriyalarga chidamli bo'lgan grafen/germaniy28, qora olmos29 va ZnO qo'shilgan olmosga o'xshash uglerod qoplamalari30 kabi noyob qoplama materiallarini ishlab chiqish orqali erishiladi. Bakterial ifloslanishdan uzoq muddatli himoya qilish uchun yuzalarga mikroblarga qarshi kimyoviy moddalar qo'llash tobora ommalashib bormoqda. Har uchala protsedura ham qoplangan yuzalarga mikroblarga qarshi ta'sir ko'rsatishga qodir bo'lsa-da, ularning har biri qo'llash strategiyasini ishlab chiqishda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan o'z cheklovlariga ega.
Hozirgi vaqtda bozorda mavjud bo'lgan mahsulotlarga biologik faol moddalar uchun himoya qoplamalarini tahlil qilish va sinovdan o'tkazish uchun vaqt yetarli emas. Kompaniyalar o'z mahsulotlari foydalanuvchilarga kerakli funktsional jihatlarni taqdim etishini da'vo qilmoqda; ammo, bu bozorda mavjud bo'lgan mahsulotlar muvaffaqiyatiga to'sqinlik qilmoqda. Kumushdan olingan aralashmalar hozirda iste'molchilar uchun mavjud bo'lgan mikroblarga qarshi davolash usullarining aksariyatida qo'llaniladi. Bu mahsulotlar foydalanuvchilarni mikroorganizmlarning potentsial xavfli ta'siridan himoya qilish uchun ishlab chiqilgan. Mikroorganizmlarning kechiktirilgan antimikrobiyal ta'siri va kumush birikmalarining toksikligi muqobil tadqiqotchilarga bosimni oshiradi36. Ichkarida va tashqarisida ishlaydigan global mikroblarga qarshi qoplama hali ham mashaqqatli vazifa bo'lib qolmoqda. Bu sog'liq va xavfsizlikka bog'liq xavflar bilan bog'liq. Odamlar uchun kamroq zararli bo'lgan mikroblarga qarshi vositani topish va uni uzoqroq saqlash muddati bilan qoplama substratlariga qanday qo'shishni aniqlash mikrobiklarga qarshi eng so'nggi maqsaddir. to'g'ridan-to'g'ri aloqa orqali yoki faol agent chiqarilgandan so'ng yaqin masofada bakteriyalarni o'ldirish.Ular buni boshlang'ich bakterial yopishishini inhibe qilish (jumladan, sirtdagi oqsil qatlamining shakllanishiga qarshi) yoki hujayra devoriga aralashish orqali bakteriyalarni o'ldirish orqali amalga oshirishi mumkin.
Asosan, sirt qoplamasi sirt bilan bog'liq sifatlarni yaxshilash uchun komponent yuzasiga boshqa qatlam qo'yish jarayonidir. Sirt qoplamasining maqsadi komponentning sirtga yaqin hududining mikro tuzilishi va/yoki tarkibini moslashtirishdir39. Sirtni qoplash usullarini turli usullarga bo'lish mumkin, ular 2a-rasmda umumlashtirilgan, fizikaviy va kimyoviy qismlarga ajratilishi mumkin. qoplamani yaratish uchun ishlatiladigan usulga qarab elektrokimyoviy toifalar.
(a) sirt uchun ishlatiladigan asosiy ishlab chiqarish usullarini ko'rsatadigan va (b) sovuq püskürtme texnikasining tanlangan afzalliklari va kamchiliklari.
Sovuq purkash texnologiyasi an'anaviy termal püskürtme usullari bilan juda ko'p o'xshashliklarga ega. Biroq, sovuq püskürtme jarayoni va sovuq püskürtme materiallarini ayniqsa noyob qiladigan ba'zi asosiy fundamental xususiyatlar ham mavjud. Sovuq püskürtme texnologiyasi hali boshlang'ich bosqichida, lekin yorqin kelajakka ega. Ba'zi ilovalarda sovuq purkagichning o'ziga xos xususiyatlari katta afzalliklarni taqdim etadi va an'anaviy termal püskürtme usullarining o'ziga xos cheklovlarini engib o'tadi. termal buzadigan amallar texnologiyasi, uning davomida kukun substratga cho'kishi uchun eritilishi kerak. Shubhasiz, bu an'anaviy qoplama jarayoni nanokristallar, nanopartikullar, amorf va metall shishalar40, 41, 42 kabi haroratga juda sezgir materiallar uchun mos emas.Bundan tashqari, termal buzadigan amallar purkash texnologiyasi har doim juda ko'p pokoksidlar bilan qoplangan yuqori darajada purkagichga ega. termal püskürtme texnologiyasiga nisbatan afzalliklari, masalan, (i) substratga minimal issiqlik kiritish, (ii) substrat qoplamasini tanlashda moslashuvchanlik, (iii) fazali transformatsiyaning yo'qligi va donning o'sishi , (iv) yuqori bog'lanish kuchi1,39 (2b-rasm). Bundan tashqari, sovuq buzadigan amallar qoplama materiallari yuqori korroziyaga chidamliligi, yuqori qattiqlik o'tkazuvchanligi va yuqori electrga ega. zichlik41.Sovuq purkash jarayonining afzalliklaridan farqli o'laroq, 2b-rasmda ko'rsatilganidek, ushbu texnikani qo'llashda hali ham ba'zi kamchiliklar mavjud. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC va boshqalar kabi sof keramika kukunlarini qoplashda sovuq purkash usulini qo'llash mumkin emas. Boshqa tomondan, keramika/metall kompozitsiyalari uchun ham xuddi shunday materiallardan foydalanish mumkin. boshqa termal purkash usullari.Murakkab yuzalar va ichki quvur sirtlari hali ham purkash qiyin.
Hozirgi ish metall shishasimon kukunlarni xom-ashyo qoplama materiallari sifatida ishlatishga qaratilganligini hisobga olsak, bu maqsadda an'anaviy termik purkashni qo'llash mumkin emasligi aniq.Buning sababi shundaki, metall shishasimon kukunlar yuqori haroratlarda kristallanadi1.
Tibbiyot va oziq-ovqat sanoatida qo'llaniladigan asboblarning aksariyati jarrohlik asboblarini ishlab chiqarish uchun og'irligi 12 dan 20% gacha bo'lgan ostenitik zanglamaydigan po'latdan yasalgan qotishmalardan (SUS316 va SUS304) tayyorlanadi. qotishmalar, ularning yuqori korroziyaga chidamliligiga qaramay, sezilarli mikroblarga qarshi xususiyatlarni namoyish etmaydi38,39. Bu ularning yuqori korroziyaga chidamliligi bilan farq qiladi. Shundan so'ng, infektsiya va yallig'lanishning rivojlanishini taxmin qilish mumkin, bu asosan zanglamaydigan po'latdan yasalgan yuzasida bakterial yopishish va kolonizatsiya tufayli yuzaga keladi. inson salomatligiga bevosita yoki bilvosita ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan ko'plab oqibatlarga olib kelishi mumkin bo'lgan sog'liqning yomonlashishiga olib kelishi mumkin bo'lgan biofilm shakllanishi yo'llari.
Ushbu tadqiqot Quvayt Fanni Rivojlantirish Jamg'armasi (KFAS) tomonidan moliyalashtirilgan loyihaning birinchi bosqichi bo'lib, 2010-550401-sonli shartnoma bo'lib, MA texnologiyasidan foydalangan holda metall shishasimon Cu-Zr-Ni uchlik kukunlarini ishlab chiqarishning maqsadga muvofiqligini o'rganish uchun (1-jadval) antibakterial plyonka/SUS 30 yuzasini himoya qilish loyihasining ikkinchi bosqichini ishga tushiradi. 2023 yil yanvar oyida tizimning elektrokimyoviy korroziya xususiyatlari va mexanik xususiyatlari batafsil o'rganiladi. Turli bakteriya turlari uchun batafsil mikrobiologik testlar o'tkaziladi.
Ushbu maqolada Zr qotishma elementi tarkibining shisha hosil qilish qobiliyatiga (GFA) ta'siri morfologik va strukturaviy xususiyatlar asosida muhokama qilinadi. Bundan tashqari, qoplangan metall shisha chang qoplamasi / SUS304 kompozitsiyasining antibakterial xususiyatlari ham ko'rib chiqildi. Bundan tashqari, hozirgi ishlar metall konstruktiv spiralning sovuq konvertatsiya qilish jarayonida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan jarayonlarni o'rganish uchun olib borildi. Tayyorlangan metall shisha tizimlarining to'liq sovutilgan suyuq hududi. Misol tariqasida, Cu50Zr30Ni20 va Cu50Zr20Ni30 metall shisha qotishmalari ushbu tadqiqotda ishlatilgan.
Ushbu bo'limda kam energiyali sharli frezalashda elementar Cu, Zr va Ni kukunlarining morfologik o'zgarishlari keltirilgan. Tasviriy misol sifatida Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr40Ni10 dan iborat ikki xil tizim vakillik misollar sifatida ishlatiladi. MA jarayonini uchta alohida bosqichga bo'lish mumkin, bu metallurgiya xarakteristikasini ishlab chiqarish bosqichida ko'rsatilgan.
Mexanik qotishma (MA) kukunlarining sharni frezalash vaqtining turli bosqichlaridan so'ng olingan metallografik xarakteristikalari. 3, 12 va 50 soatlik kam energiyali sharli frezalash vaqtlaridan so'ng olingan MA va Cu50Zr40Ni10 kukunlarining dala emissiyasi skanerlovchi elektron mikroskopiyasi (FE-SEM) tasvirlari (a), (c) va (e) da Cu05 tizimida bir xilda, MA20 da ko'rsatilgan. Vaqtdan keyin olingan Cu50Zr40Ni10 tizimining mos keladigan tasvirlari (b), (d) va (f) da ko'rsatilgan.
Bilyali frezalash jarayonida metall kukuniga o'tkazilishi mumkin bo'lgan samarali kinetik energiya 1a-rasmda ko'rsatilganidek, parametrlar kombinatsiyasidan ta'sirlanadi. Bunga sharlar va kukunlar o'rtasidagi to'qnashuvlar, silliqlash vositalari orasiga yoki orasiga yopishib qolgan kukunning siqilish natijasida qirqishi, tushayotgan sharlarning ta'siri, qirqish va aşınma, chang to'lqinli frezalash vositalaridan o'tish va harakatlanuvchi sharlarni frezalash orqali o'tish kiradi. yuklaydi (1a-rasm).Elementar Cu, Zr va Ni kukunlari MA ning dastlabki bosqichida (3 soat) sovuq payvandlash natijasida qattiq deformatsiyaga uchragan, natijada katta chang zarralari (diametri >1 mm) hosil boʻlgan. Bu yirik kompozit zarralar qotishma elementlarning qalin qatlamlari (Cu, Zr, Ni) hosil boʻlishi bilan tavsiflanadi. h (oraliq bosqich) sharli tegirmonning kinetik energiyasining ortishiga olib keldi, natijada kompozit kukun mayda kukunlarga (200 mkm dan kam) parchalanadi. tozalash, qattiq faza reaktsiyalari yangi fazalarni hosil qilish uchun parchalar interfeysida sodir bo'ladi.
MA jarayonining eng yuqori cho'qqisida (50 soatdan keyin) xiralashgan metallografiya faqat zaif ko'rindi (3e,f-rasm), lekin kukunning sayqallangan yuzasi oyna metallografiyasini ko'rsatdi.Bu MA jarayoni yakunlanganligini va yagona reaktsiya fazasini yaratish sodir bo'lganligini anglatadi.II, 3e-rasmda indekslangan hududlarning elementar tarkibi, skanerlash (I, e) yordamida aniqlandi. elektron mikroskopiya (FE-SEM) energiya dispersiv rentgen spektroskopiyasi (EDS) (IV) bilan birgalikda.
2-jadvalda qotishma elementlarning elementar kontsentratsiyasi 3e,f-rasmda tanlangan har bir hududning umumiy og'irligiga foiz sifatida ko'rsatilgan. Ushbu natijalarni 1-jadvalda keltirilgan Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr40Ni10 ning boshlang'ich nominal kompozitsiyalari bilan solishtirganda, ushbu ikkita yakuniy mahsulotning nominal tarkibiga juda o'xshashligini ko'rish mumkin. Bundan tashqari, 3e,f-rasmda sanab o'tilgan mintaqalar uchun nisbiy komponent qiymatlari har bir namunaning bir mintaqadan ikkinchisiga sezilarli darajada yomonlashishi yoki o'zgarishini anglatmaydi. Bu bir mintaqadan ikkinchisiga tarkibda o'zgarish yo'qligidan dalolat beradi. Bu Table 2 da ko'rsatilganidek, bir hil qotishma kukunlari ishlab chiqarishga ishora qiladi.
Yakuniy mahsulot Cu50(Zr50−xNix) kukunining FE-SEM mikrografigi 4a-d-rasmda ko'rsatilganidek, 50 MA martadan so'ng olingan, bu erda x mos ravishda 10, 20, 30 va 40 at.% ni tashkil qiladi.Ushbu frezalash bosqichidan so'ng kukun agregatlari katta van der Waals hosil bo'lishi natijasida ultraagregatlar hosil bo'lishidan iborat. 4-rasmda ko'rsatilganidek, diametri 73 dan 126 nm gacha bo'lgan zarralar.
50 soat MA vaqtdan keyin olingan Cu50(Zr50−xNix) kukunlarining morfologik xarakteristikalari. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 tizimlari uchun kukunlarning FE-SEM tasvirlari (5 marta ko'rsatilgan), va (5 marta ko'rsatilgan), b (5 marta)ac dan keyin). mos ravishda.
Kukunlarni sovuq purkagichga yuklashdan oldin, ular avval analitik turdagi etanolda 15 daqiqa davomida sonikatsiyalangan va keyin 2 soat davomida 150 ° C da quritilgan. Bu qadam butun qoplama jarayonida ko'pincha ko'plab muhim muammolarni keltirib chiqaradigan aglomeratsiyaga qarshi muvaffaqiyatli kurashish uchun amalga oshirilishi kerak. MA jarayoni tugagandan so'ng, barcha homogenlikni aniqlash uchun qo'shimcha investitsiyalar o'tkazildi. kukunlar. 5a-d-rasmda 50 soat M vaqtdan keyin olingan Cu50Zr30Ni20 qotishmasining mos ravishda Cu, Zr va Ni qotishma elementlarining FE-SEM mikrografiyalari va tegishli EDS tasvirlari ko'rsatilgan. Shuni ta'kidlash kerakki, ushbu bosqichdan keyin hosil bo'lgan qotishma kukunlari bir hil bo'ladi, chunki ular har qanday sub'ektiv tarkibni ko'rsatmaydi. 5-rasmda.
MG Cu50Zr30Ni20 kukunining morfologiyasi va mahalliy elementar taqsimoti FE-SEM / energiya dispersiv rentgen spektroskopiyasi (EDS) tomonidan 50 MA martadan keyin olingan. (a) (b) Cu-Ka, (c) Zr-La va (d) Ni-Ka tasvirlarining SEM va rentgen EDS xaritasi.
50 soatlik MA vaqtdan keyin olingan mexanik qotishma Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 va Cu50Zr20Ni30 kukunlarining XRD namunalari mos ravishda 6a-d-rasmda ko'rsatilgan. 6-rasmda ko'rsatilgan halo diffuziya naqshlari.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 va (d) Cu50Zr20Ni30 kukunlari 50 soat MA vaqtdan keyin XRD namunalari. Istisnosiz barcha namunalar amorf fazasining halo diffuziya shaklini ko'rsatdi.
Dala emissiyasi yuqori aniqlikdagi transmissiya elektron mikroskopiyasi (FE-HRTEM) strukturaviy o'zgarishlarni kuzatish va turli MA vaqtlarida sharli frezalash natijasida hosil bo'lgan kukunlarning mahalliy tuzilishini tushunish uchun ishlatilgan. Tegishli ravishda 7a,c-rasm.MA 6 soatdan keyin hosil boʻlgan kukunning yorqin maydon tasviriga (BFI) koʻra, kukun fcc-Cu, hcp-Zr va fcc-Ni elementlarning aniq belgilangan chegaralariga ega boʻlgan yirik donalardan iborat boʻlib, koʻrsatilgandek, koʻproq 7-rasmda koʻrsatilganidek, reaksiya fazasi hosil boʻlganligining belgisi yoʻq. (a) ning o'rta hududidan olingan difraksion naqsh (SADP) katta kristallitlar mavjudligini va reaktiv fazaning yo'qligini ko'rsatadigan cho'qqi diffraktsiya naqshini (7b-rasm) aniqladi.
Erta (6 soat) va oraliq (18 soat) bosqichlardan so'ng olingan MA kukunining mahalliy strukturaviy tavsifi. (a) dala emissiyasi yuqori aniqlikdagi transmissiya elektron mikroskopiyasi (FE-HRTEM) va (b) Cu50Zr30Ni20 kukunining tegishli tanlangan maydoni diffraktsiya namunasi (SADP) 6 soat davomida MA bilan ishlov berishdan so'ng CuFE-50N40r tasvir. 18 soatlik MA vaqtdan keyin olingan (c) da ko'rsatilgan.
7c-rasmda ko'rsatilganidek, MA davomiyligini 18 soatgacha uzaytirish natijasida plastik deformatsiya bilan qo'shilgan jiddiy panjara nuqsonlari paydo bo'ldi.MA jarayonining ushbu oraliq bosqichida kukun turli nuqsonlarni, jumladan, stacking xatolarini, panjara nuqsonlarini va nuqta nuqsonlarini ko'rsatadi (7-rasm). o'lchamlari 20 nm dan kam bo'lgan pastki donalar (7c-rasm).
36 soat MA vaqt davomida maydalangan Cu50Z30Ni20 kukunining mahalliy tuzilishi 8a-rasmda ko'rsatilganidek, amorf nozik matritsaga o'rnatilgan o'ta nozik nanodonchalarning hosil bo'lishiga ega. Mahalliy EDS tahlili shuni ko'rsatdiki, 8a-rasmda ko'rsatilgan nanoklasterlar Cu, Zr va Ni20 elementi tarkibidagi Cu, Zr va NiA matrixning bir xil vaqt tarkibiga ega. ~32 at.% (oziq maydon) dan ~74 at.% gacha (boy hudud) tebranib, bu heterojen mahsulotlarning hosil bo'lishini ko'rsatadi. Bundan tashqari, bu bosqichda frezalashdan keyin olingan kukunlarning tegishli SADPlari amorf fazaning halo-diffuzion birlamchi va ikkilamchi halqalarini ko'rsatadi, bu elementlar bilan bog'liq bo'lgan o'tkir nuqtalar bilan bir-biriga yopishgan, Fi8g.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 kukuni nanomiqyosli mahalliy strukturaviy xususiyatlar. (a) Yorqin maydon tasviri (BFI) va mos keladigan (b) Cu50Zr30Ni20 kukunining SADP 36 soat MA vaqt davomida frezalashdan keyin olingan.
MA jarayonining oxiriga yaqin (50 soat), Cu50 (Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 va 40 at.% kukunlari 9a-d-rasmda ko'rsatilganidek, har doim labirintsimon amorf fazali morfologiyaga ega. Har bir kompozitsiyaning tegishli SADPida nuqtaga o'xshash difraksiyalar ham, o'tkir halqasimon naqshlar ham aniqlanmaydi. Bu shuni ko'rsatadiki, hech qanday nostandart metall kukunlari mavjud emas. Halo diffuziya naqshlarini ko'rsatadigan bu o'zaro bog'liq SADPlar yakuniy mahsulot materialida amorf fazalarning rivojlanishi uchun dalil sifatida ham ishlatilgan.
MG Cu50 (Zr50−xNix) tizimining yakuniy mahsulotining mahalliy tuzilishi. FE-HRTEM va (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni350 va olingan (c) Cu50Zr20Ni350 va olingan (a) ning korrelyatsiya qilingan nanobeam diffraktsiya naqshlari (NBDP) soat MA.
Amorf Cu50(Zr50−xNix) tizimining Ni tarkibiga (x) funksiyasi sifatida shisha o‘tish harorati (Tg), to‘liq sovutilgan suyuqlik hududi (DTx) va kristallanish harorati (Tx) ning termal barqarorligi He gaz oqimi ostidagi Cu50(Zr50−xNix) differensial skanerlash kalorimetri (DSC) yordamida o‘rganildi. 50 soat MA vaqtdan so'ng olingan Cu50Zr30Ni20 va Cu50Zr10Ni40 amorf qotishma kukunlari mos ravishda 10a, b, e-rasmda ko'rsatilgan. Amorf Cu50Zr20Ni30 ning DSC egri chizig'i 10hiZr20Ni30-rasmda alohida ko'rsatilgan bo'lsa, Cu50Zr10Ni40 amorf qotishma kukunlari 10hi20c-rasmda qizdirilgan. DSC da ~700 °C gacha 10d-rasmda ko'rsatilgan.
50 soat MA vaqtdan keyin olingan Cu50(Zr50−xNix) MG kukunlarining termal barqarorligi, shisha o'tish harorati (Tg), kristallanish harorati (Tx) va to'liq sovutilgan suyuqlik mintaqasi (DTx) bilan indekslanadi. Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 va (e) Cu50Zr10Ni40 MG qotishma kukunlari MA vaqti 50 soatdan keyin. ~700 °C gacha qizdirilgan Cu50Zr30Ni20 namunasining rentgen nurlanishining (XRD) namunasi DSC da ko'rsatilgan.
10-rasmda ko'rsatilganidek, har xil Ni kontsentratsiyasi (x) bo'lgan barcha kompozitsiyalarning DSC egri chiziqlari ikkita turli holatni ko'rsatadi, biri endotermik, ikkinchisi ekzotermik. Birinchi endotermik hodisa Tg ga to'g'ri keladi, ikkinchisi esa Tx bilan bog'liq. Tg va Tx o'rtasida mavjud bo'lgan gorizontal oraliq hududi to'g'ridan-to'g'ri sovutilgan suyuqlik hududi deb ataladi (Tx = Txg natijalarini ko'rsatadi). 526°C va 612°C da joylashtirilgan Cu50Zr40Ni10 namunasi (10a-rasm) 10b-rasmda ko'rsatilganidek, tarkibni (x) 20 at.% ga 482°C va 563°C past harorat tomoniga o'tkazing. Cu50Zr30Ni20 uchun 86 °C (10a-rasm) dan 81 °C gacha (10b-rasm). MG Cu50Zr40Ni10 qotishmasi uchun Tg, Tx va DTx qiymatlari 447 ° C darajasiga tushganligi ham kuzatildi (Fig 579 ° C va bu Fi). Ni tarkibining oshishi MG qotishmasining termal barqarorligining pasayishiga olib keladi.Aksincha, MG Cu50Zr20Ni30 qotishmasining Tg qiymati (507 ° C) MG Cu50Zr40Ni10 qotishmasidan past; shunga qaramay, uning Tx avvalgisi (612 °C) bilan solishtirish mumkin bo'lgan qiymatni ko'rsatadi. Shuning uchun, DTx 10c-rasmda ko'rsatilganidek, yuqoriroq qiymatni (87 ° C) ko'rsatadi.
MG Cu50(Zr50−xNix) tizimi MG Cu50Zr20Ni30 qotishmasini misol qilib olib, keskin ekzotermik tepalik orqali fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 va ortorombik-Zr7Cu10 (ortorombik-Zr7Cu10) kristal fazalariga kristallanadi. fazaga o'tish MG namunasining XRD tomonidan tasdiqlangan (10d-rasm), DSCda 700 ° C gacha qizdirilgan.
11-rasmda joriy ishda amalga oshirilgan sovuq püskürtme jarayonida olingan fotosuratlar ko'rsatilgan. Ushbu tadqiqotda 50 soat MA vaqtdan keyin sintez qilingan metall shishaga o'xshash kukun zarralari (masalan, Cu50Zr20Ni30) antibakterial xom ashyo sifatida ishlatilgan va zanglamaydigan po'latdan yasalgan plastinka (SUS304) sovuq püskürtme texnologiyasi bilan qoplangan. purkash texnologiyasi seriyasi, chunki u termal püskürtme seriyasidagi eng samarali usul bo'lib, amorf va nanokristalli kukunlar kabi fazaviy o'tishlarga tobe bo'lmagan metall metastabil haroratga sezgir materiallar uchun ishlatilishi mumkin. Bu usulni tanlashda asosiy omil. substrat yoki ilgari yotqizilgan zarralar bilan ta'sir qilish.
Dala fotosuratlari MG qoplamasi/SUS 304 ning 550 °C da ketma-ket beshta tayyorlash uchun sovuq purkash usulini ko'rsatadi.
Zarrachalarning kinetik energiyasi va shuning uchun qoplama hosil bo'lishidagi har bir zarrachaning momentumi plastik deformatsiyalar (boshlang'ich zarracha va zarracha-zarrachalarning substratdagi o'zaro ta'siri va zarrachalarning o'zaro ta'siri), bo'shliqlar Konsolidatsiyasi, zarracha-zarracha aylanishi, kuchlanish va ko'proq qizdirish kabi mexanizmlar orqali energiyaning boshqa shakllariga aylantirilishi kerak. energiya issiqlik va deformatsiya energiyasiga aylanadi, natijada elastik to'qnashuv sodir bo'ladi, ya'ni zarrachalar zarbadan keyin shunchaki orqaga qaytadi. Zarracha/substrat materialiga qo'llaniladigan ta'sir energiyasining 90% mahalliy issiqlikka aylanadi 40 .Bundan tashqari, zarba kuchlanishi qo'llanilganda, yuqori plastik deformatsiya tezligiga erishiladi zarrachalar juda qisqa vaqt ichida zarrachalar bilan aloqa qilish tezligi 142.
Plastmassa deformatsiyasi, odatda, energiyani yo'qotish jarayoni yoki aniqrog'i, fazalararo mintaqada issiqlik manbai hisoblanadi. Biroq, interfasial mintaqadagi haroratning oshishi odatda fazalar orasidagi erishni hosil qilish yoki atomlararo diffuziyani sezilarli darajada oshirish uchun etarli emas. Mualliflarga ma'lum bo'lgan hech bir nashrda bu metall va shishasimon kukunlar deformatsiyasining bu xossalarining ta'siri o'rganilmagan.
MG Cu50Zr20Ni30 qotishma kukunining BFI ni SUS 304 substratiga qoplangan 12a-rasmda ko'rish mumkin (11, 12b-rasm). Rasmdan ko'rinib turibdiki, qoplangan kukunlar o'zlarining asl amorf tuzilishini saqlab qoladilar, chunki ular nozik labirintli tuzilishga ega bo'lib, qo'lning boshqa xususiyatlariga ega bo'lib, hech qanday labirint tasviri yoki klasterli defektlarsiz. MG bilan qoplangan chang matritsasiga kiritilgan nanozarrachalar taklif qilganidek, begona faza mavjudligini ko'rsatadi (12a-rasm). amorf tuzilishga ega va kristalli katta kubik Zr2Ni metastabil va tetragonal CuO fazasiga mos keladigan o'tkir dog'lar bilan birga mavjud. CuO ning hosil bo'lishi ochiq havoda tovushdan tez oqim ostida SUS 304 ga o'tayotganda kukunning oksidlanishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. 30 daqiqa davomida 550 °C da sovuq buzadigan amallar bilan ishlov berishdan keyin kub fazalari.
(a) (b) SUS 304 substratida qoplangan MG kukunining FE-HRTEM tasviri (rasmning ichki qismi). (a) da ko'rsatilgan dumaloq belgining NBDP indeksi (c) da ko'rsatilgan.
Katta kubik Zr2Ni nanopartikullarini shakllantirishning ushbu potentsial mexanizmini tekshirish uchun mustaqil tajriba o'tkazildi.Ushbu tajribada kukunlar SUS 304 substrati yo'nalishi bo'yicha 550 °C da purkagichdan püskürtülür; biroq, kukunlarning tavlanish ta'sirini tushuntirish uchun ular SUS304 tasmasidan imkon qadar tezroq (taxminan 60 soniya) olib tashlandi. Yana bir tajribalar majmuasi o'tkazildi, unda cho'ktirilgandan keyin taxminan 180 soniyadan keyin kukun substratdan olib tashlandi.
Shakllar 13a, b SUS 304 substratlarida mos ravishda 60 s va 180 s davomida yotqizilgan ikkita purkalgan materialning transmissiya elektron mikroskopini (STEM) skanerlash natijasida olingan qorong'u maydon tasvirlarini (DFI) ko'rsatadi. 60 soniya davomida saqlangan chang tasvirida morfologik tafsilot yo'q, bu xususiyatsizlikni ko'rsatadi XD 3a ham tasdiqlaydi. Ushbu kukunlarning umumiy tuzilishi amorf edi, bu 14a-rasmda ko'rsatilgan keng birlamchi va ikkilamchi difraksiya maksimallari bilan ko'rsatilgan. Bular metastabil/mezofaz yog'inlarining yo'qligidan dalolat beradi, bu erda kukun o'zining asl amorf tuzilishini saqlaydi. Aksincha, kukun bir xil haroratda püskürtülür (550 °C), lekin substratlarda qoldirilishi18 0 ni ko'rsatadi. nano o'lchamdagi donalar, 13b-rasmdagi o'qlar bilan ko'rsatilgan.