Dankie dat jy Nature.com besoek het.Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
Biofilms is 'n belangrike komponent in die ontwikkeling van chroniese infeksies, veral wanneer dit by mediese toestelle kom.Hierdie probleem bied 'n groot uitdaging aan die mediese gemeenskap, aangesien standaard antibiotika biofilms slegs in 'n baie beperkte mate kan vernietig.Die voorkoming van biofilmvorming het gelei tot die ontwikkeling van verskeie bedekkingsmetodes en nuwe materiale.Hierdie tegnieke het ten doel om oppervlaktes te bedek op 'n manier wat die vorming van biofilm voorkom.Glasagtige metaallegerings, veral dié wat koper- en titaanmetale bevat, het ideale antimikrobiese bedekkings geword.Terselfdertyd het die gebruik van kouespuittegnologie toegeneem aangesien dit 'n geskikte metode is om temperatuursensitiewe materiale te verwerk.Deel van die doel van hierdie navorsing was om 'n nuwe antibakteriese film metaalglas saamgestel uit Cu-Zr-Ni ternêr te ontwikkel deur meganiese legeringstegnieke te gebruik.Die sferiese poeier waaruit die finale produk bestaan, word gebruik as 'n grondstof vir koue bespuiting van vlekvrye staal oppervlaktes by lae temperature.Metaalglasbedekte substrate kon biofilmvorming aansienlik verminder met ten minste 1 log in vergelyking met vlekvrye staal.
Dwarsdeur die menslike geskiedenis kon enige samelewing die bekendstelling van nuwe materiale ontwikkel en bevorder om aan sy spesifieke vereistes te voldoen, wat gelei het tot verhoogde produktiwiteit en posisie in 'n geglobaliseerde ekonomie1.Dit is nog altyd toegeskryf aan die menslike vermoë om materiale en vervaardigingstoerusting te ontwerp, sowel as ontwerpe om materiaal te vervaardig en te karakteriseer om gesondheid, onderwys, nywerheid, ekonomie, kultuur en ander velde van een land of streek na 'n ander te bereik.Vordering word gemeet ongeag land of streek2.Vir 60 jaar het materiaalwetenskaplikes baie tyd aan een hooftaak gewy: die soeke na nuwe en gevorderde materiale.Onlangse navorsing het gefokus op die verbetering van die kwaliteit en werkverrigting van bestaande materiale, sowel as die sintetisering en uitvind van heeltemal nuwe soorte materiale.
Die byvoeging van legeringselemente, die wysiging van die mikrostruktuur van die materiaal en die toepassing van termiese, meganiese of termomeganiese behandelingsmetodes het gelei tot 'n aansienlike verbetering in die meganiese, chemiese en fisiese eienskappe van verskeie materiale.Daarbenewens is tot dusver onbekende verbindings suksesvol gesintetiseer.Hierdie aanhoudende pogings het aanleiding gegee tot 'n nuwe familie van innoverende materiale, gesamentlik bekend as Advanced Materials2.Nanokristalle, nanopartikels, nanobuise, kwantumkolletjies, nuldimensionele, amorfe metaalglase en hoë-entropie-legerings is net 'n paar voorbeelde van gevorderde materiale wat sedert die middel van die vorige eeu in die wêreld verskyn het.By die vervaardiging en ontwikkeling van nuwe legerings met verbeterde eienskappe, beide in die finale produk en in die tussenstadium van die produksie daarvan, word die probleem van onbalans dikwels bygevoeg.As gevolg van die bekendstelling van nuwe vervaardigingstegnieke wat aansienlike afwykings van ewewig moontlik maak, is 'n hele nuwe klas metstabiele legerings, bekend as metaalglase, ontdek.
Sy werk by Caltech in 1960 het die konsep van metaallegerings 'n rewolusie laat ontstaan ​​toe hy Au-25 at.% Si glasagtige legerings gesintetiseer het deur vloeistowwe vinnig te stol teen byna 'n miljoen grade per sekonde.4 Professor Paul Duves se ontdekking was nie net die begin van die geskiedenis van metaalbrille (MS) nie, maar het ook gelei tot 'n paradigmaskuif in hoe mense oor metaallegerings dink.Sedert die heel eerste baanbrekernavorsing in die sintese van MS-legerings, is byna alle metaalglase volledig verkry deur een van die volgende metodes te gebruik: (i) vinnige stolling van die smelt of damp, (ii) atoomroosterversteuring, (iii) vastestof-amorfiseringsreaksies tussen suiwer metaalelemente en (iv) vastefase-oorgange van metastabiele fase.
MG's word onderskei deur die afwesigheid van langafstand-atoomorde wat met kristalle geassosieer word, wat 'n bepalende kenmerk van kristalle is.In die moderne wêreld is groot vordering gemaak op die gebied van metaalglas.Dit is nuwe materiale met interessante eienskappe wat nie net van belang is vir vastestoffisika nie, maar ook vir metallurgie, oppervlakchemie, tegnologie, biologie en baie ander gebiede.Hierdie nuwe tipe materiaal het eienskappe wat verskil van harde metale, wat dit 'n interessante kandidaat maak vir tegnologiese toepassings in 'n verskeidenheid velde.Hulle het 'n paar belangrike eienskappe: (i) hoë meganiese rekbaarheid en treksterkte, (ii) hoë magnetiese deurlaatbaarheid, (iii) lae koërsiwiteit, (iv) ongewone korrosieweerstand, (v) temperatuuronafhanklikheid.Geleidingsvermoë 6.7.
Meganiese legering (MA)1,8 is 'n relatief nuwe metode, wat die eerste keer in 19839 deur prof. KK Kok en sy kollegas bekendgestel is.Hulle het amorfe Ni60Nb40-poeiers geproduseer deur 'n mengsel van suiwer elemente teen omgewingstemperatuur baie naby aan kamertemperatuur te maal.Tipies word die MA-reaksie uitgevoer tussen diffusiebinding van reaktantpoeiers in 'n reaktor, gewoonlik gemaak van vlekvrye staal, in 'n kogelmeul.10 (Fig. 1a, b).Sedertdien is hierdie meganies-geïnduseerde vastestofreaksiemetode gebruik om nuwe amorfe/metaalglaslegeringspoeiers voor te berei deur gebruik te maak van lae (Fig. 1c) en hoë-energie balmeulens en staafmeulens11,12,13,14,15,16.Hierdie metode is veral gebruik om onmengbare stelsels soos Cu-Ta17 sowel as hoë smeltpunt legerings soos Al-oorgangsmetaal (TM, Zr, Hf, Nb en Ta)18,19 en Fe-W20 stelsels voor te berei., wat nie met konvensionele gaarmaakmetodes verkry kan word nie.Daarbenewens word MA beskou as een van die kragtigste nanotegnologiese instrumente vir industriële produksie van nanokristallyne en nano-saamgestelde poeierdeeltjies van metaaloksiede, karbiede, nitriede, hidriede, koolstofnanobuise, nanodiamante, sowel as breë stabilisering met behulp van 'n top-down benadering.1 en metastabiele stadiums.
Skematiese toon die vervaardigingsmetode wat gebruik is om die Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 metaalglasbedekking in hierdie studie voor te berei.(a) Voorbereiding van MC-legeringspoeiers met verskeie konsentrasies Ni x (x; 10, 20, 30 en 40 at.%) deur die lae-energie balmaalmetode te gebruik.(a) Die beginmateriaal word saam met gereedskapstaalballe in 'n gereedskapsilinder gelaai en (b) in 'n He-atmosfeer gevulde handskoenkas verseël.(c) Deursigtige model van die slyphouer wat die beweging van die bal tydens slyp illustreer.Die finale poeierproduk wat na 50 uur verkry is, is gebruik om die SUS 304-substraat koud te spuit (d).
Wanneer dit by grootmaatmateriaaloppervlaktes (substrate) kom, behels oppervlakingenieurswese die ontwerp en wysiging van oppervlaktes (substrate) om sekere fisiese, chemiese en tegniese eienskappe te verskaf wat nie in die oorspronklike grootmaatmateriaal teenwoordig is nie.Sommige van die eienskappe wat effektief verbeter kan word deur oppervlakbehandeling sluit in skuur-, oksidasie- en korrosiebestandheid, wrywingskoëffisiënt, bio-inertheid, elektriese eienskappe en termiese isolasie, om net 'n paar te noem.Oppervlakkwaliteit kan verbeter word deur metallurgiese, meganiese of chemiese metodes.As 'n bekende proses word deklaag eenvoudig gedefinieer as een of meer lae materiaal wat kunsmatig op die oppervlak van 'n grootmaat voorwerp (substraat) wat van 'n ander materiaal gemaak is, aangebring word.Bedekkings word dus deels gebruik om gewenste tegniese of dekoratiewe eienskappe te bereik, asook om materiale te beskerm teen verwagte chemiese en fisiese interaksies met die omgewing23.
'n Verskeidenheid metodes en tegnieke kan gebruik word om geskikte beskermende lae van 'n paar mikrometer (onder 10-20 mikrometer) tot meer as 30 mikrometer of selfs 'n paar millimeter dik aan te wend.Oor die algemeen kan bedekkingsprosesse in twee kategorieë verdeel word: (i) natbekledingsmetodes, insluitend elektroplatering, elektroplatering en warm dompelverzinking, en (ii) droëbekledingsmetodes, insluitend soldering, hardebedekking, fisiese dampneerlegging (PVD).), chemiese dampneerlegging (CVD), termiese spuittegnieke en meer onlangs koue spuittegnieke 24 (Figuur 1d).
Biofilms word gedefinieer as mikrobiese gemeenskappe wat onomkeerbaar aan oppervlaktes geheg is en omring word deur selfvervaardigde ekstrasellulêre polimere (EPS).Die vorming van 'n oppervlakkig volwasse biofilm kan lei tot aansienlike verliese in baie nywerhede, insluitend voedselverwerking, waterstelsels en gesondheidsorg.By mense, met die vorming van biofilms, is meer as 80% van gevalle van mikrobiese infeksies (insluitend Enterobacteriaceae en Staphylococci) moeilik om te behandel.Boonop is gerapporteer dat volwasse biofilms 1000 keer meer bestand is teen antibiotikabehandeling in vergelyking met planktoniese bakteriële selle, wat as 'n groot terapeutiese uitdaging beskou word.Histories is antimikrobiese oppervlakbedekkingsmateriaal wat van algemene organiese verbindings afgelei is, gebruik.Alhoewel sulke materiale dikwels giftige komponente bevat wat potensieel skadelik vir mense is,25,26 kan dit help om bakteriese oordrag en materiaaldegradasie te vermy.
Wydverspreide bakteriese weerstand teen antibiotikabehandeling as gevolg van biofilmvorming het gelei tot die behoefte om 'n effektiewe antimikrobiese membraanbedekte oppervlak te ontwikkel wat veilig toegedien kan word27.Die ontwikkeling van 'n fisiese of chemiese anti-kleefoppervlak waaraan bakterieselle nie kan bind en biofilms vorm as gevolg van adhesie nie, is die eerste benadering in hierdie proses27.Die tweede tegnologie is om bedekkings te ontwikkel wat antimikrobiese chemikalieë lewer presies waar dit nodig is, in hoogs gekonsentreerde en pasgemaakte hoeveelhede.Dit word bereik deur die ontwikkeling van unieke bedekkingsmateriale soos grafeen/germanium28, swart diamant29 en ZnO30-gedoteerde diamantagtige koolstofbedekkings wat bestand is teen bakterieë, 'n tegnologie wat die ontwikkeling van toksisiteit en weerstand as gevolg van biofilmvorming maksimeer.Daarbenewens word bedekkings wat kiemdodende chemikalieë bevat wat langtermyn beskerming bied teen bakteriële besoedeling, al hoe meer gewild.Alhoewel al drie prosedures in staat is om antimikrobiese aktiwiteit op bedekte oppervlaktes uit te oefen, het elkeen sy eie stel beperkings wat in ag geneem moet word wanneer 'n toedieningstrategie ontwikkel word.
Die produkte wat tans op die mark is, word belemmer deur die gebrek aan tyd om beskermende bedekkings vir biologies aktiewe bestanddele te ontleed en te toets.Maatskappye beweer dat hul produkte gebruikers die gewenste funksionele aspekte sal bied, maar dit het 'n struikelblok geword vir die sukses van die produkte wat tans op die mark is.Verbindings afkomstig van silwer word gebruik in die oorgrote meerderheid antimikrobiese middels wat tans aan verbruikers beskikbaar is.Hierdie produkte is ontwerp om gebruikers te beskerm teen potensieel skadelike blootstelling aan mikro-organismes.Die vertraagde antimikrobiese effek en die gepaardgaande toksisiteit van silwerverbindings verhoog die druk op navorsers om 'n minder skadelike alternatief te ontwikkel36,37.Die skep van 'n wêreldwye antimikrobiese laag wat binne en buite werk, bly 'n uitdaging.Dit kom met gepaardgaande gesondheids- en veiligheidsrisiko's.Om 'n antimikrobiese middel te ontdek wat minder skadelik vir mense is en om uit te vind hoe om dit in bedekkingssubstrate met 'n langer raklewe in te werk, is 'n baie gesogte doelwit38.Die nuutste antimikrobiese en antibiofilmmateriale is ontwerp om bakterieë op 'n kort afstand dood te maak, hetsy deur direkte kontak of na die vrystelling van die aktiewe middel.Hulle kan dit doen deur aanvanklike bakteriese adhesie te inhibeer (insluitend die voorkoming van die vorming van 'n proteïenlaag op die oppervlak) of deur bakterieë dood te maak deur met die selwand in te meng.
In wese is oppervlakbedekking die proses om nog 'n laag op die oppervlak van 'n komponent toe te pas om die oppervlakkenmerke te verbeter.Die doel van 'n oppervlakbedekking is om die mikrostruktuur en/of samestelling van die naby-oppervlakgebied van 'n komponent te verander39.Oppervlakdeklaagmetodes kan in verskillende metodes verdeel word, wat in Fig. 2a opgesom word.Bedekkings kan in termiese, chemiese, fisiese en elektrochemiese kategorieë verdeel word, afhangende van die metode wat gebruik word om die bedekking te skep.
(a) 'n Insetsel wat die hoofoppervlakvervaardigingstegnieke toon, en (b) geselekteerde voordele en nadele van die koue spuitmetode.
Kouespuittegnologie het baie in gemeen met tradisionele termiese spuittegnieke.Daar is egter ook 'n paar belangrike fundamentele eienskappe wat die koue spuitproses en koue spuitmateriaal besonder uniek maak.Kouespuittegnologie is nog in sy kinderskoene, maar dit het ’n groot toekoms.In sommige gevalle bied die unieke eienskappe van koue bespuiting groot voordele, wat die beperkings van konvensionele termiese spuittegnieke oorkom.Dit oorkom die beduidende beperkings van tradisionele termiese spuittegnologie, waarin die poeier gesmelt moet word om op 'n substraat neergesit te word.Uiteraard is hierdie tradisionele deklaagproses nie geskik vir baie temperatuursensitiewe materiale soos nanokristalle, nanopartikels, amorfe en metaalglase40, 41, 42 nie. Daarbenewens het termiese spuitbedekkingsmateriale altyd 'n hoë vlak van porositeit en oksiede.Kouespuittegnologie het baie betekenisvolle voordele bo termiese spuittegnologie, soos (i) minimale hitte-toevoer na die substraat, (ii) buigsaamheid in die keuse van die substraatbedekking, (iii) geen fasetransformasie en korrelgroei nie, (iv) hoë kleefsterkte1 .39 (Fig. 2b).Daarbenewens het koue spuitbedekkingsmateriaal hoë korrosiebestandheid, hoë sterkte en hardheid, hoë elektriese geleidingsvermoë en hoë digtheid41.Ten spyte van die voordele van die koue spuitproses, het hierdie metode steeds 'n paar nadele, soos getoon in Figuur 2b.Wanneer suiwer keramiekpoeiers soos Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, ens. bedek word, kan die koue spuitmetode nie gebruik word nie.Aan die ander kant kan keramiek/metaal saamgestelde poeiers as grondstowwe vir bedekkings gebruik word.Dieselfde geld vir ander termiese spuitmetodes.Moeilike oppervlaktes en pypbinnekante is steeds moeilik om te spuit.
As in ag geneem word dat die huidige werk gerig is op die gebruik van metaalagtige glasagtige poeiers as beginmateriaal vir bedekkings, is dit duidelik dat konvensionele termiese bespuiting nie vir hierdie doel gebruik kan word nie.Dit is te wyte aan die feit dat metaalagtige glasagtige poeiers by hoë temperature kristalliseer1.
Die meeste van die instrumente wat in die mediese en voedselindustrie gebruik word, word gemaak van austenitiese vlekvrye staallegerings (SUS316 en SUS304) met 'n chroominhoud van 12 tot 20 gew.% vir die vervaardiging van chirurgiese instrumente.Dit word algemeen aanvaar dat die gebruik van chroommetaal as 'n legeringselement in staallegerings die korrosiebestandheid van standaard staallegerings aansienlik kan verbeter.Vlekvrye staal allooie, ten spyte van hul hoë weerstand teen korrosie, het nie noemenswaardige antimikrobiese eienskappe nie38,39.Dit staan ​​in kontras met hul hoë weerstand teen korrosie.Daarna is dit moontlik om die ontwikkeling van infeksie en inflammasie te voorspel, wat hoofsaaklik te wyte is aan bakteriese adhesie en kolonisasie op die oppervlak van vlekvrye staal biomateriale.Beduidende probleme kan ontstaan ​​as gevolg van die aansienlike probleme wat verband hou met bakteriese adhesie en biofilm vorming paaie, wat kan lei tot swak gesondheid, wat baie gevolge kan hê wat direk of indirek menslike gesondheid kan beïnvloed.
Hierdie studie is die eerste fase van 'n projek wat deur die Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), kontrak nr.2010-550401, om die haalbaarheid van die vervaardiging van metaalglasagtige Cu-Zr-Ni-ternêre poeiers met behulp van MA-tegnologie (tabel) te ondersoek.1) Vir die vervaardiging van SUS304 antibakteriese oppervlakbeskermingsfilm/bedekking.Die tweede fase van die projek, wat in Januarie 2023 sou begin, sal die galvaniese korrosie-eienskappe en die meganiese eienskappe van die stelsel in detail bestudeer.Gedetailleerde mikrobiologiese toetse vir verskeie tipes bakterieë sal uitgevoer word.
Hierdie artikel bespreek die effek van Zr-legeringsinhoud op glasvormingsvermoë (GFA) gebaseer op morfologiese en strukturele eienskappe.Daarbenewens is die antibakteriese eienskappe van die poeierbedekte metaalglas/SUS304 saamgestelde ook bespreek.Daarbenewens is deurlopende werk uitgevoer om die moontlikheid van strukturele transformasie van metaalglaspoeiers wat tydens koue bespuiting in die onderverkoelde vloeistofgebied van vervaardigde metaalglasstelsels voorkom, te ondersoek.Cu50Zr30Ni20 en Cu50Zr20Ni30 metaalglaslegerings is as verteenwoordigende voorbeelde in hierdie studie gebruik.
Hierdie afdeling bied die morfologiese veranderinge in poeiers van elementêre Cu, Zr en Ni tydens lae-energie bal maal.Twee verskillende stelsels bestaande uit Cu50Zr20Ni30 en Cu50Zr40Ni10 sal as illustratiewe voorbeelde gebruik word.Die MA-proses kan in drie afsonderlike stadiums verdeel word, soos blyk uit die metallografiese karakterisering van die poeier wat in die maalstadium verkry is (Fig. 3).
Metallografiese eienskappe van poeiers van meganiese legerings (MA) verkry na verskeie stadiums van balmaal.Veldemissie-skanderingselektronmikroskopie (FE-SEM) beelde van MA- en Cu50Zr40Ni10-poeiers wat verkry is na lae-energie balmaal vir 3, 12 en 50 uur word in (a), (c) en (e) getoon vir die Cu50Zr20Ni30-stelsel, terwyl op dieselfde MA.Die ooreenstemmende beelde van die Cu50Zr40Ni10-stelsel wat na die tyd geneem is, word in (b), (d) en (f) getoon.
Tydens balmaal word die effektiewe kinetiese energie wat na die metaalpoeier oorgedra kan word deur 'n kombinasie van parameters beïnvloed, soos in Fig. 1a getoon.Dit sluit in botsings tussen balle en poeiers, skuifkompressie van poeier wat tussen of tussen maalmedia vassit, impakte van vallende balle, skuifwerk en slytasie wat veroorsaak word deur poeiersleep tussen die bewegende liggame van 'n balmeul, en 'n skokgolf wat deur vallende balle gaan wat deur gelaaide kultuur voortplant (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr en Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии Манней стадии Маричою (3 ч), рупных частиц порошка (> 1 mm в диаметре). Die elementêre Cu-, Zr- en Ni-poeiers was erg vervorm as gevolg van koue sweiswerk in 'n vroeë stadium van MA (3 uur), wat gelei het tot die vorming van groot poeierdeeltjies (> 1 mm in deursnee).Hierdie groot saamgestelde deeltjies word gekenmerk deur die vorming van dik lae legeringselemente (Cu, Zr, Ni), soos in fig.3a,b.'n Toename in die MA-tyd tot 12 h (tussenstadium) het gelei tot 'n toename in die kinetiese energie van die kogelmeul, wat gelei het tot die ontbinding van die saamgestelde poeier in kleiner poeiers (minder as 200 μm), soos getoon in Fig. 3c, stad.Op hierdie stadium lei die toegepaste skuifkrag tot die vorming van 'n nuwe metaaloppervlak met dun Cu, Zr, Ni-wenklae, soos getoon in Fig. 3c, d.As gevolg van die maal van die lae by die koppelvlak van die vlokkies, vind vastefase-reaksies plaas met die vorming van nuwe fases.
By die klimaks van die MA-proses (na 50 uur), was vlokmetallografie skaars waarneembaar (Fig. 3e, f), en spieëlmetallografie is op die gepoleerde oppervlak van die poeier waargeneem.Dit beteken dat die MA-proses voltooi is en 'n enkele reaksiefase geskep is.Die elementêre samestelling van die streke wat in Fig.3e (I, II, III), f, v, vi) is bepaal deur gebruik te maak van veldemissie skandeer-elektronmikroskopie (FE-SEM) in kombinasie met energieverspreidende X-straalspektroskopie (EDS).(IV).
In tabel.2 elementêre konsentrasies van legeringselemente word getoon as 'n persentasie van die totale massa van elke streek gekies in fig.3e, f.Deur hierdie resultate te vergelyk met die aanvanklike nominale samestellings van Cu50Zr20Ni30 en Cu50Zr40Ni10 wat in Tabel 1 gegee word, toon dat die samestellings van hierdie twee finale produkte baie na aan die nominale samestellings is.Daarbenewens dui die relatiewe waardes van die komponente vir die streke gelys in Fig. 3e,f nie beduidende agteruitgang of variasie in die samestelling van elke monster van een streek na 'n ander nie.Dit word bewys deur die feit dat daar geen verandering in samestelling van een streek na 'n ander is nie.Dit dui op die produksie van eenvormige legeringspoeiers soos in Tabel 2 getoon.
FE-SEM mikrograwe van die Cu50(Zr50-xNix) finale produk poeier is verkry na 50 MA keer, soos getoon in Fig. 4a-d, waar x onderskeidelik 10, 20, 30 en 40 at.% is.Na hierdie maalstap aggregateer die poeier as gevolg van die van der Waals-effek, wat lei tot die vorming van groot aggregate wat bestaan ​​uit ultrafyn deeltjies met 'n deursnee van 73 tot 126 nm, soos in Figuur 4 getoon.
Morfologiese eienskappe van Cu50(Zr50-xNix) poeiers verkry na 50 uur MA.Vir die Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 stelsels word die FE-SEM beelde van poeiers verkry na 50 MA onderskeidelik in (a), (b), (c) en (d) getoon.
Voordat die poeiers in die koue spuittoevoer gelaai is, is dit eers vir 15 minute in analitiese graad etanol gesoniceer en dan vir 2 uur by 150°C gedroog.Hierdie stap moet geneem word om agglomerasie suksesvol te bekamp, ​​wat dikwels baie ernstige probleme in die deklaagproses veroorsaak.Na die voltooiing van die MA-proses is verdere studies uitgevoer om die homogeniteit van die legeringspoeiers te ondersoek.Op fig.5a–d toon FE-SEM mikrograwe en ooreenstemmende EDS beelde van die Cu, Zr en Ni legeringselemente van die Cu50Zr30Ni20 legering wat onderskeidelik na 50 uur tyd M geneem is.Daar moet kennis geneem word dat die legeringspoeiers wat na hierdie stap verkry word, homogeen is, aangesien hulle geen samestellingskommelings verder as die sub-nanometervlak vertoon nie, soos in Figuur 5 getoon.
Morfologie en plaaslike verspreiding van elemente in MG Cu50Zr30Ni20 poeier verkry na 50 MA deur FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) SEM en X-straal EDS beelding van (b) Cu-Kα, (c) Zr-La, en (d) Ni-Kα.
Die X-straaldiffraksiepatrone van meganies gelegeerde Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 en Cu50Zr20Ni30 poeiers wat na 50 uur MA verkry is, word in Fig.6a–d, onderskeidelik.Na hierdie maalstadium het alle monsters met verskillende Zr-konsentrasies amorfe strukture gehad met kenmerkende halo-diffusiepatrone getoon in Fig. 6.
X-straaldiffraksiepatrone van Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), en Cu50Zr20Ni30 (d) poeiers na MA vir 50 uur.'n Halo-diffusiepatroon is waargeneem in alle monsters sonder uitsondering, wat die vorming van 'n amorfe fase aandui.
Hoë resolusie veld emissie transmissie elektronmikroskopie (FE-HRTEM) is gebruik om strukturele veranderinge waar te neem en die plaaslike struktuur van poeiers wat voortspruit uit balmaaltyd op verskillende MA tye te verstaan.Beelde van poeiers verkry deur die FE-HRTEM metode na die vroeë (6 uur) en intermediêre (18 uur) stadiums van maal Cu50Zr30Ni20 en Cu50Zr40Ni10 poeiers word in Fig.7a, onderskeidelik.Volgens die helderveldbeeld (BFI) van die poeier wat na 6 uur MA verkry is, bestaan ​​die poeier uit groot korrels met duidelik gedefinieerde grense van die fcc-Cu-, hcp-Zr- en fcc-Ni-elemente, en daar is geen tekens van die vorming van 'n reaksiefase nie, soos in Fig. 7a getoon.Daarbenewens het 'n gekorreleerde geselekteerde area diffraksiepatroon (SADP) geneem vanaf die middelstreek (a) 'n skerp diffraksiepatroon geopenbaar (Fig. 7b) wat die teenwoordigheid van groot kristalliete en die afwesigheid van 'n reaktiewe fase aandui.
Plaaslike strukturele eienskappe van die MA-poeier verkry na die vroeë (6 uur) en intermediêre (18 uur) stadiums.(a) Hoë resolusie veld emissie transmissie elektronmikroskopie (FE-HRTEM) en (b) ooreenstemmende geselekteerde area diffraktogram (SADP) van Cu50Zr30Ni20 poeier na MA behandeling vir 6 uur.Die FE-HRTEM-beeld van Cu50Zr40Ni10 verkry na 18-uur MA word in (c) getoon.
Soos in fig.7c, 'n toename in die duur van MA tot 18 uur het gelei tot ernstige roosterdefekte in kombinasie met plastiese vervorming.Op hierdie tussenstadium van die MA-proses verskyn verskeie defekte in die poeier, insluitend stapelfoute, roosterdefekte en puntdefekte (Fig. 7).Hierdie defekte veroorsaak die fragmentasie van groot korrels langs die korrelgrense in subkorrels kleiner as 20 nm in grootte (Fig. 7c).
Die plaaslike struktuur van die Cu50Z30Ni20 poeier wat vir 36 uur MA gemaal is, word gekenmerk deur die vorming van ultrafyn nanokorrels wat in 'n amorfe dun matriks ingebed is, soos in Fig. 8a getoon.'n Plaaslike ontleding van die EMF het getoon dat die nanoclusters wat in Fig.8a word geassosieer met onbehandelde Cu-, Zr- en Ni-poeierlegerings.Die inhoud van Cu in die matriks het gewissel van ~32 at.% (arm sone) tot ~74 at.% (ryk sone), wat die vorming van heterogene produkte aandui.Daarbenewens toon die ooreenstemmende SADP's van die poeiers wat verkry is na maal in hierdie stap primêre en sekondêre halodiffusie amorfe fase ringe wat oorvleuel met skerp punte wat verband hou met hierdie onbehandelde legeringselemente, soos getoon in Fig. 8b.
Nanoskaal plaaslike strukturele kenmerke van Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 poeier.(a) Helderveldbeeld (BFI) en ooreenstemmende (b) SADP van Cu50Zr30Ni20 poeier verkry na maal vir 36 uur MA.
Teen die einde van die MA-proses (50 h), het Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 en 40 at.% poeiers, sonder uitsondering, 'n labirintiese morfologie van die amorfe fase, soos in Fig.Nóg puntdiffraksie of skerp ringvormige patrone kon in die ooreenstemmende SADS van elke samestelling opgespoor word nie.Dit dui op die afwesigheid van onbehandelde kristallyne metaal, maar eerder die vorming van 'n amorfe legeringspoeier.Hierdie gekorreleerde SADP's wat halo-diffusiepatrone toon, is ook gebruik as bewyse vir die ontwikkeling van amorfe fases in die finale produkmateriaal.
Plaaslike struktuur van die finale produk van die Cu50 MS-stelsel (Zr50-xNix).FE-HRTEM en gekorreleerde nanostraaldiffraksiepatrone (NBDP) van (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, en (d) Cu50Zr10Ni40 verkry na 50 uur van MA.
Met behulp van differensiële skanderingkalorimetrie is die termiese stabiliteit van die glasoorgangstemperatuur (Tg), onderverkoelde vloeistofgebied (ΔTx) en kristallisasietemperatuur (Tx) bestudeer afhangende van die inhoud van Ni (x) in die Cu50(Zr50-xNix) amorfe sisteem.(DSC) eienskappe in die He-gasvloei.Die DSC-krommes van poeiers van Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 en Cu50Zr10Ni40 amorfe legerings wat na MA vir 50 uur verkry is, word in Fig.10a, b, e, onderskeidelik.Terwyl die DSC-kromme van amorfe Cu50Zr20Ni30 afsonderlik in Fig. 10de eeu getoon word. Intussen word 'n Cu50Zr30Ni20-monster verhit tot ~700°C in DSC in Fig. 10g getoon.
Die termiese stabiliteit van Cu50(Zr50-xNix) MG-poeiers wat na MA vir 50 uur verkry word, word bepaal deur die glasoorgangstemperatuur (Tg), kristallisasietemperatuur (Tx) en onderverkoelde vloeistofgebied (ΔTx).Termogramme van differensiële skanderingkalorimeter (DSC) poeiers van Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), en (e) Cu50Zr10Ni40 MG legeringspoeiers na MA vir 50 uur.'n X-straaldiffraksiepatroon (XRD) van 'n Cu50Zr30Ni20 monster verhit tot ~700°C in DSC word in (d) getoon.
Soos in Figuur 10 getoon, dui die DSC-krommes vir alle samestellings met verskillende nikkelkonsentrasies (x) twee verskillende gevalle aan, een endotermies en die ander eksotermies.Die eerste endotermiese gebeurtenis stem ooreen met Tg, en die tweede word geassosieer met Tx.Die horisontale spangebied wat tussen Tg en Tx bestaan, word die onderverkoelde vloeistofarea genoem (ΔTx = Tx – Tg).Die resultate toon dat die Tg en Tx van die Cu50Zr40Ni10 monster (Fig. 10a) wat by 526°C en 612°C geplaas is, die inhoud (x) tot 20 at % na die lae temperatuur kant van 482°C en 563°C verskuif.°C met toenemende Ni-inhoud (x), onderskeidelik, soos getoon in Figuur 10b.Gevolglik neem ΔTx Cu50Zr40Ni10 af van 86°С (Fig. 10a) tot 81°С vir Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Vir die MC Cu50Zr40Ni10-legering is 'n afname in die waardes van Tg, Tx en ΔTx tot die vlakke van 447°С, 526°С en 79°С ook waargeneem (Fig. 10b).Dit dui daarop dat 'n toename in die Ni-inhoud lei tot 'n afname in die termiese stabiliteit van die MS-legering.Inteendeel, die waarde van Tg (507 °C) van die MC Cu50Zr20Ni30-legering is laer as dié van die MC Cu50Zr40Ni10-legering;nietemin, sy Tx toon 'n waarde wat daarmee vergelykbaar is (612 °C).Daarom het ΔTx 'n hoër waarde (87°C) soos in fig.10de eeu
Die Cu50(Zr50-xNix) MC-stelsel, wat die Cu50Zr20Ni30 MC-legering as 'n voorbeeld gebruik, kristalliseer deur 'n skerp eksotermiese piek in fcc-ZrCu5, ortorombiese-Zr7Cu10 en ortorombiese-ZrNi kristallyne fases 10 (Fig.).Hierdie fase-oorgang van amorf na kristallyn is bevestig deur X-straaldiffraksie analise van die MG monster (Fig. 10d) wat verhit is tot 700 °C in DSC.
Op fig.11 toon foto's wat geneem is tydens die koue spuitproses wat in die huidige werk uitgevoer is.In hierdie studie is metaal glasagtige poeierdeeltjies gesintetiseer na MA vir 50 uur (met Cu50Zr20Ni30 as 'n voorbeeld) as 'n antibakteriese grondstof gebruik, en 'n vlekvrye staalplaat (SUS304) is koudgespuitbedek.Die koue spuitmetode is gekies vir bedekking in die termiese spuittegnologiereeks omdat dit die doeltreffendste metode in die termiese spuittegnologiereeks is waar dit gebruik kan word vir metaalmetastabiele hittesensitiewe materiale soos amorfe en nanokristallyne poeiers.Nie onderhewig aan fase nie.oorgange.Dit is die belangrikste faktor in die keuse van hierdie metode.Die koue afsettingsproses word uitgevoer met behulp van hoë-snelheid deeltjies wat die kinetiese energie van die deeltjies omskakel in plastiese vervorming, vervorming en hitte by impak met die substraat of voorheen neergesette deeltjies.
Veldfoto's toon die koue spuitprosedure wat gebruik is vir vyf opeenvolgende voorbereidings van MG/SUS 304 by 550°C.
Die kinetiese energie van die deeltjies, sowel as die momentum van elke deeltjie tydens die vorming van die deklaag, moet omgeskakel word in ander vorme van energie deur sulke meganismes soos plastiese vervorming (primêre deeltjies en interdeeltjies interaksies in die matriks en interaksies van deeltjies), interstisiële knope van vaste stowwe, rotasie tussen deeltjies, vervorming van die kinetiese energie en beperking in die byvoeging van hitte en beperking is nie omskep in die byvoeging van hitte3 nie. termiese energie en vervormingsenergie, sal die resultaat 'n elastiese botsing wees, wat beteken dat die deeltjies eenvoudig na impak bons.Daar is opgemerk dat 90% van die impakenergie wat op die deeltjie/substraatmateriaal toegedien word, in plaaslike hitte omgeskakel word 40 .Daarbenewens, wanneer impakstres toegepas word, word hoë plastiese vervormingstempo's in 'n baie kort tyd in die deeltjie/substraat kontakgebied bereik41,42.
Plastiese vervorming word gewoonlik beskou as 'n proses van energie-dissipasie, of eerder, as 'n hittebron in die grensvlakgebied.Die toename in temperatuur in die grensvlakgebied is egter gewoonlik nie voldoende vir die voorkoms van grensvlaksmelting of beduidende stimulasie van die onderlinge diffusie van atome nie.Geen publikasie wat aan die skrywers bekend is, het die effek van die eienskappe van hierdie metaalglasagtige poeiers op poeieradhesie en afsakking wat plaasvind wanneer koue spuittegnieke gebruik word, ondersoek nie.
Die BFI van die MG Cu50Zr20Ni30-legeringspoeier kan gesien word in Fig. 12a, wat op die SUS 304-substraat neergelê is (Fig. 11, 12b).Soos uit die figuur gesien kan word, behou die bedekte poeiers hul oorspronklike amorfe struktuur aangesien hulle 'n delikate labirintstruktuur het sonder enige kristallyne kenmerke of roosterdefekte.Aan die ander kant dui die beeld die teenwoordigheid van 'n vreemde fase aan, soos blyk uit die nanopartikels wat in die MG-bedekte poeiermatriks ingesluit is (Fig. 12a).Figuur 12c toon die geïndekseerde nanostraaldiffraksiepatroon (NBDP) wat met streek I geassosieer word (Figuur 12a).Soos in fig.12c, NBDP vertoon 'n swak halodiffusiepatroon van amorfe struktuur en bestaan ​​saam met skerp kolle wat ooreenstem met 'n kristallyne groot kubieke metstabiele Zr2Ni fase plus 'n tetragonale CuO fase.Die vorming van CuO kan verklaar word deur die oksidasie van die poeier wanneer beweeg van die spuitpunt van die spuitpistool na SUS 304 in die ope lug in 'n supersoniese vloei.Aan die ander kant het devitrifikasie van metaal glasagtige poeiers gelei tot die vorming van groot kubieke fases na koue spuitbehandeling by 550°C vir 30 min.
(a) FE-HRTEM beeld van MG poeier gedeponeer op (b) SUS 304 substraat (Figuur inlas).Die NBDP-indeks van die ronde simbool wat in (a) getoon word, word in (c) getoon.
Om hierdie potensiële meganisme vir die vorming van groot kubieke Zr2Ni nanopartikels te toets, is 'n onafhanklike eksperiment uitgevoer.In hierdie eksperiment is poeiers vanaf 'n verstuiver by 550°C in die rigting van die SUS 304-substraat gespuit;om die uitgloei-effek te bepaal, is die poeiers egter so vinnig as moontlik (ongeveer 60 s) van die SUS304-strook verwyder.).Nog 'n reeks eksperimente is uitgevoer waarin die poeier ongeveer 180 sekondes na toediening van die substraat verwyder is.
Figure 13a,b toon skandeertransmissie-elektronmikroskopie (STEM) donkerveld (DFI) beelde van twee gesputterde materiale wat op SUS 304 substrate neergelê is vir 60 s en 180 s, onderskeidelik.Die poeierbeeld wat vir 60 sekondes gedeponeer is, het nie morfologiese besonderhede nie, wat kenmerkloosheid toon (Fig. 13a).Dit is ook bevestig deur XRD, wat getoon het dat die algehele struktuur van hierdie poeiers amorf was, soos aangedui deur die breë primêre en sekondêre diffraksiepieke wat in Figuur 14a getoon word.Dit dui op die afwesigheid van metastabiele/mesofase-presipitate, waarin die poeier sy oorspronklike amorfe struktuur behou.Daarteenoor het die poeier wat by dieselfde temperatuur (550°C) neergelê is, maar vir 180 s op die substraat gelaat is, die afsetting van nanogrootte korrels getoon, soos getoon deur die pyle in Fig. 13b.