Dankie dat jy Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte ondersteuning vir CSS. Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer afskakel). Intussen, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die werf sonder style en JavaScript vertoon.
Biofilms is 'n belangrike komponent in die ontwikkeling van chroniese infeksies, veral wanneer mediese toestelle betrokke is. Hierdie probleem bied 'n groot uitdaging aan die mediese gemeenskap, aangesien standaard antibiotika biofilms slegs in 'n baie beperkte mate kan uitroei. Die voorkoming van biofilmvorming het gelei tot die ontwikkeling van verskeie bedekkingsmetodes en nuwe materiale. Hierdie metodes het ten doel om oppervlaktes op 'n manier te bedek op 'n wyse wat veral die glas- en kofilmvorming bevat. ium metale, het na vore gekom as ideale antimikrobiese bedekkings. Terselfdertyd het die gebruik van koue spuittegnologie toegeneem aangesien dit 'n geskikte metode is vir die verwerking van temperatuursensitiewe materiale. 'n Deel van die doel van hierdie studie was om 'n nuwe antibakteriese film metaalglas te ontwikkel wat saamgestel is uit drieledige Cu-Zr-Ni deur meganiese legeringstegnieke te gebruik wat die finale staalbedekkingsmateriaal uitmaak wat as 'n sferiese staalbedekkingsmateriaal gebruik word as 'n sferiese staaloppervlak. by lae temperature.Substrate bedek met metaalglas kon biofilmvorming aansienlik verminder met ten minste 1 log in vergelyking met vlekvrye staal.
Deur die menslike geskiedenis was enige samelewing in staat om die bekendstelling van nuwe materiale te ontwerp en te bevorder wat aan sy spesifieke vereistes voldoen, wat gelei het tot verbeterde prestasie en rangorde in 'n geglobaliseerde ekonomie1. Dit is nog altyd toegeskryf aan die menslike vermoë om materiaal en vervaardigingstoerusting en ontwerpe vir materiaalvervaardiging en -karakterisering te ontwikkel om winste te behaal in gesondheid, onderwys, industrie, ekonomie, kultuur en ander gebiede van een land of streek sonder vooruitgang tot 'n ander gebied van vooruitgang van land of streek tot 'n ander gebied.2 Vir 60 jaar het materiaalwetenskaplikes baie van hul tyd daaraan gewy om op een groot bekommernis te fokus: die strewe na nuwe en voorpunt-materiale. Onlangse navorsing het gefokus op die verbetering van die kwaliteit en werkverrigting van bestaande materiale, sowel as om heeltemal nuwe soorte materiale te sintetiseer en uit te vind.
Die byvoeging van legeringselemente, die wysiging van die materiaalmikrostruktuur en die toepassing van termiese, meganiese of termomeganiese verwerkingstegnieke het gelei tot aansienlike verbeterings in die meganiese, chemiese en fisiese eienskappe van 'n verskeidenheid verskillende materiale.Verder is tot dusver ongehoorde verbindings op hierdie punt suksesvol gesintetiseer.Hierdie aanhoudende nuwe materiaal en gevorderde pogings van innoverende 2N materiaal het voortgespruit. , nanopartikels, nanobuise, kwantumkolletjies, nul-dimensionele, 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 ingebring is. s om aansienlik van ewewig af te wyk, is 'n hele nuwe klas metastabiele legerings, bekend as metaalglase, ontdek.
Sy werk by Caltech in 1960 het 'n omwenteling in die konsep van metaallegerings gebring toe hy glasagtige Au-25 at.% Si-legerings gesintetiseer het deur vloeistowwe vinnig te stol teen byna 'n miljoen grade per sekonde 4.Professor Pol Duwezs se ontdekkingsgebeurtenis het nie net die begin van die geskiedenis van metaalglase (MG) ingelui nie, maar het ook gelei tot 'n paradigmverskuiwing van metaal in die manier waarop mense in die ore begin dink. studies in die sintese van MG-legerings, is byna alle metaalglase geheel en al vervaardig deur een van die volgende metodes te gebruik;(i) vinnige stolling van die smelt of stoom, (ii) atoomwanorde van die rooster, (iii) vastestof-amorfiseringsreaksies tussen suiwer metaalelemente, en (iv) vastetoestand-oorgange van metastabiele fases.
MG's word onderskei deur hul gebrek aan die langafstand-atoomorde wat met kristalle geassosieer word, wat 'n bepalende eienskap van kristalle is. In vandag se wêreld is groot vordering gemaak op die gebied van metaalglas. Hulle is nuwe materiale met interessante eienskappe wat nie net van belang is in vastestoffisika nie, maar ook in metallurgie, baie, tegnologiese biologie en ander tipe chemikalieë. t eienskappe van soliede metale, wat dit 'n interessante kandidaat maak vir tegnologiese toepassings in 'n verskeidenheid velde. Hulle het 'n paar belangrike eienskappe;(i) hoë meganiese smeebaarheid en treksterkte, (ii) hoë magnetiese deurlaatbaarheid, (iii) lae koërsiwiteit, (iv) ongewone korrosieweerstand, (v) temperatuuronafhanklikheid Die geleidingsvermoë van 6,7.
Meganiese legering (MA)1,8 is 'n relatief nuwe tegniek, wat die eerste keer in 19839 deur prof. CC Kock en kollegas bekendgestel is. Hulle het amorfe Ni60Nb40-poeiers voorberei deur 'n mengsel van suiwer elemente by omgewingstemperature baie naby aan kamertemperatuur te maal.Tipies word die MA-reaksie uitgevoer tussen diffusiewe koppeling van die reaktantmateriaalpoeiers in 'n reaktor, gewoonlik gemaak van vlekvrye staal in 'n kogelmeul 10 (Fig. 1a, b). Sedertdien is hierdie meganies-geïnduseerde vastestofreaksietegniek gebruik om nuwe amorfe/metaalglaslegeringspoeiers voor te berei deur gebruik te maak van lae (Fig., 1) meul, 1 meul, 1 staaf, 1 meul poeier, sowel as hoë energie. ,13,14,15 , 16. Hierdie metode is veral gebruik om onmengbare stelsels soos Cu-Ta17 voor te berei, sowel as hoësmeltpuntlegerings soos Al-oorgangsmetaalstelsels (TM; Zr, Hf, Nb en Ta)18,19 en Fe-W20 , wat nie verkry kan word deur gebruik te maak van konvensionele voorbereidingsroetes nie. okkristallyne en nano-saamgestelde poeierdeeltjies van metaaloksiede, karbiede, nitriede, hidriede, koolstofnanobuise, nanodiamante, Sowel as breë stabilisering via 'n top-down benadering 1 en metastabiele stadiums.
Skematiese wys die vervaardigingsmetode wat gebruik is om Cu50(Zr50−xNix) metaalglas (MG) coating/SUS 304 in hierdie studie voor te berei.(a) Voorbereiding van MG allooi poeiers met verskillende Ni konsentrasies x (x; 10, 20, 30 en 40 at.%) deur gebruik te maak van lae energie bal maal tegniek.(a) Die staal gereedskap wat saam in 'n gloeb in 'n gloeb-werktuig is, is 'n silinder-balk en 'n beginmateriaal. boks gevul met He-atmosfeer.(c) 'n Deursigtige model van die maalhouer wat balbeweging tydens maal illustreer. Die finale produk van die poeier wat na 50 uur verkry is, is gebruik om die SUS 304-substraat met behulp van die koue spuitmetode te bedek (d).
Wanneer dit by grootmaatmateriaaloppervlaktes (substrate) kom, behels oppervlakingenieurswese die ontwerp en modifikasie van oppervlaktes (substrate) om sekere fisiese, chemiese en tegniese eienskappe te verskaf wat nie in die oorspronklike grootmaatmateriaal vervat is nie. Sommige eienskappe wat effektief verbeter kan word deur oppervlakbehandelings sluit in skuurweerstand, oksidasie- en korrosiebestandheid, wrywingskoëffisiënt, bio-traagheid, en die naam van elektriese en faksuur-eienskappe te verbeter. metallurgiese, meganiese of chemiese tegnieke.As 'n bekende proses word 'n deklaag eenvoudig gedefinieer as 'n enkele of veelvuldige lae materiaal wat kunsmatig op die oppervlak van 'n grootmaat voorwerp (substraat) gemaak is van 'n ander materiaal neergelê word. Dus word coatings deels gebruik om sekere gewenste tegniese of dekoratiewe eienskappe te bereik, asook om materiaal te beskerm teen verwagte chemiese en fisiese interaksies met die omliggende omgewing23.
Om geskikte oppervlakbeskermingslae te deponeer met diktes wat wissel van 'n paar mikrometer (onder 10-20 mikrometer) tot meer as 30 mikrometer of selfs 'n paar millimeter, kan baie metodes en tegnieke toegepas word. Oor die algemeen kan coatingprosesse in twee kategorieë verdeel word: (i) nat coating metodes, insluitend elektroplatering, stroomlose platering, en insluitende warm-galvaniseermetodes, branderverdringingsmetodes, brandsmeermetodes. , fisiese dampneerslag (PVD), chemiese dampneerslag (CVD), termiese spuittegnieke en meer onlangs koue spuittegnieke 24 (Fig. 1d).
Biofilms word gedefinieer as mikrobiese gemeenskappe wat onomkeerbaar aan oppervlaktes geheg is en omring word deur self-geproduseerde ekstrasellulêre polimere (EPS). Oppervlakkige volwasse biofilmvorming kan lei tot aansienlike verliese in baie industriële sektore, insluitend die voedselindustrie, waterstelsels en gesondheidsorgomgewings. By mense, wanneer biofilms vorm, is meer as 80% van gevalle van mikrobakteriebesmetting en Stapobakterie-besmetting moeilik te behandel.Verder 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.Antimikrobiese oppervlakbedekkingsmateriaal wat van konvensionele organiese verbindings verkry is, is histories gebruik.Alhoewel sulke materiale dikwels toksiese materiaal bevat,2 kan dit giftige komponente bevat,2 kan dit moontlik die oordrag van menslike 2 en bakterieë2 vermy.
Die wydverspreide weerstand van bakterieë teen antibiotiese behandelings as gevolg van biofilmvorming het daartoe gelei dat 'n effektiewe antimikrobiese membraanbedekte oppervlak ontwikkel moet word wat veilig aangewend kan word27. Die ontwikkeling van 'n fisiese of chemiese anti-hechtende oppervlak waaraan bakteriële selle geïnhibeer word om te bind en biofilms te bou as gevolg van adhesie is die eerste benadering in hierdie en27-tegnologie om te ontwikkel. 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 ZnO-gedoteerde diamantagtige koolstofbedekkings30 wat bestand is teen bakterieë, 'n tegnologie wat toksisiteit en weerstandsontwikkeling maksimeer as gevolg van biofilm-vorming, wat aansienlik verminderde bedekking in die oppervlak verskaf, en beduidende verminderde bedekkings in die vorming van biofilm inkorporeer. termynbeskerming teen bakteriële kontaminasie word al hoe meer gewild. Alhoewel al drie prosedures in staat is om antimikrobiese effekte op bedekte oppervlaktes te produseer, het hulle elkeen hul eie stel beperkings wat in ag geneem moet word wanneer toedieningstrategieë ontwikkel word.
Produkte wat tans op die mark is word belemmer deur onvoldoende tyd om beskermende bedekkings vir biologies aktiewe bestanddele te ontleed en te toets. Maatskappye beweer dat hul produkte gebruikers van gewenste funksionele aspekte sal voorsien;dit was egter 'n struikelblok vir die sukses van produkte wat tans op die mark is.Verbindings afkomstig van silwer word gebruik in die oorgrote meerderheid van antimikrobiese terapieë wat nou aan verbruikers beskikbaar is.Hierdie produkte is ontwikkel om gebruikers te beskerm teen die potensieel gevaarlike effekte van mikroörganismes.Die vertraagde antimikrobiese effek en gepaardgaande toksisiteit van silwerverbindings verhoog die druk op navorsers wat minder skadelik is vir die ontwikkeling van 'n alternatiewe36 antimikrobiese deklaag op navorsers. binne en buite blyk steeds 'n uitdagende taak te wees. Dit is as gevolg van die gepaardgaande risiko's vir beide gesondheid en veiligheid. 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 rakleeftyd in te werk, is 'n uiters gesogte doel38. Die nuutste antimikrobiese middel is ontwerp om direkte vrystelling van die aktiewe en anti-biobakterieë middels, óf deur kontak, óf teen-bio-bakterieë vry te stel. y kan dit doen deur aanvanklike bakteriese adhesie te inhibeer (insluitend om die vorming van 'n proteïenlaag op die oppervlak teë te werk) of deur bakterieë dood te maak deur met die selwand in te meng.
Fundamenteel is oppervlakbedekking die proses om nog 'n laag op die oppervlak van 'n komponent te plaas om oppervlakverwante kwaliteite te verbeter. Die doel van oppervlakbedekking is om die mikrostruktuur en/of samestelling van die naby-oppervlakgebied van die komponent aan te pas39. Oppervlakbedekkingstegnieke kan in verskillende metodes verdeel word, wat opgesom word in Fig. oor die metode wat gebruik word om die deklaag te skep.
(a) Insetsel wat die hoofvervaardigingstegnieke aantoon wat vir die oppervlak gebruik word, en (b) geselekteerde voordele en nadele van die koue spuittegniek.
Kouespuittegnologie deel baie ooreenkomste met konvensionele termiese spuitmetodes. Daar is egter ook 'n paar belangrike fundamentele eienskappe wat die koue spuitproses en koue spuitmateriale besonder uniek maak. Kouespuittegnologie is nog in sy kinderskoene, maar het 'n blink toekoms. In sekere toepassings bied die unieke eienskappe van koue bespuiting groot voordele, wat die inherente beperkings van die tradisionele spuitmetode te bowe kom. straaltegnologie, waartydens die poeier gesmelt moet word om op die substraat neer te sit.Natuurlik is hierdie tradisionele bedekkingsproses nie geskik vir baie temperatuursensitiewe materiale soos nanokristalle, nanopartikels, amorfe en metaalglase40, 41, 42.Verder het termiese spuitbedekkingsmateriale altyd beduidende hoë vlakke van sproei- en sproeitegnologie bo die poroksied- en sproeitegnologie. as (i) minimale hitte-toevoer na die substraat, (ii) buigsaamheid in substraatbedekkingskeuses, (iii) afwesigheid van fasetransformasie en korrelgroei, (iv) hoë bindingssterkte1,39 (Fig.2b).Daarbenewens het koue spuitbedekkingsmateriale hoë korrosiebestandheid, hoë sterkte en hardheid, hoë elektriese geleidingsvermoë en hoë digtheid41.In teenstelling met die voordele van die koue spuitproses, is daar steeds 'n paar nadele aan die gebruik van hierdie tegniek, soos in Figuur 2b getoon.Wanneer suiwer keramiekpoeiers soos Al2O3, TiO2, kan die koue gebruik word, kan nie die ander hand gebruik word nie. keramiek/metaal saamgestelde poeiers kan as grondstowwe vir bedekkings gebruik word. Dieselfde geld vir ander termiese spuitmetodes. Ingewikkelde oppervlaktes en binnepypoppervlaktes is steeds moeilik om te spuit.
Gegewe dat die huidige werk daarop gemik is om metaalagtige glasagtige poeiers as rou deklaagmateriaal te gebruik, is dit duidelik dat konvensionele termiese bespuiting nie vir hierdie doel gebruik kan word nie. Dit is omdat metaalglasagtige poeiers by hoë temperature kristalliseer1.
Die meeste van die gereedskap wat in die mediese en voedselindustrie gebruik word, is gemaak van austenitiese vlekvrye staallegerings (SUS316 en SUS304) met 'n chroominhoud tussen 12 en 20 gew.% vir die vervaardiging van chirurgiese instrumente. Dit word algemeen aanvaar dat die gebruik van chroommetaal as 'n legeringselement in staal, die korrosie-weerstand van staal, hul allooie staal, korrosiebestandheid van allooie aansienlik kan verbeter. weerstand, toon nie noemenswaardige antimikrobiese eienskappe nie38,39.Dit staan ​​in kontras met hul hoë korrosiebestandheid.Hierna kan die ontwikkeling van infeksie en inflammasie voorspel word, wat hoofsaaklik veroorsaak word deur bakteriese adhesie en kolonisasie op die oppervlak van vlekvrye staal biomateriale.Beduidende probleme kan ontstaan ​​as gevolg van beduidende probleme wat verband hou met en biobakteriese weë wat met lood kan veroorsaak, wat gesondheid kan veroorsaak, wat kan lei gevolge wat mense se gesondheid direk of indirek kan beïnvloed.
Hierdie studie is die eerste fase van 'n projek wat befonds word deur die Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), Kontrak No. 2010-550401, om die haalbaarheid van die vervaardiging van metaalglasagtige Cu-Zr-Ni-ternêre poeiers met behulp van MA-tegnologie (Tabel 1 ) te ondersoek vir die vervaardiging van antibakteriese filmbedekking van die tweede fase van die projek/S3,204 van Januarie tot die begin van die projek US3,204. sal die elektrochemiese korrosie-eienskappe en meganiese eienskappe van die sisteem in detail ondersoek. Gedetailleerde mikrobiologiese toetse sal vir verskillende bakteriese spesies uitgevoer word.
In hierdie referaat word die effek van Zr-legeringselement-inhoud op glasvormingsvermoë (GFA) bespreek op grond van morfologiese en strukturele kenmerke. Daarbenewens is die antibakteriese eienskappe van die bedekte metaalglaspoeierbedekking/SUS304-komposiet ook bespreek. Verder is huidige werk uitgevoer om die moontlikheid te ondersoek dat strukturele poeiermetaaltransformasie van vloeibare poeierglas binne die vloeibare poeierglas-streek plaasvind tydens die transformasie van vloeibare glase. stelsels.As verteenwoordigende voorbeelde is Cu50Zr30Ni20 en Cu50Zr20Ni30 metaalglaslegerings in hierdie studie gebruik.
In hierdie afdeling word die morfologiese veranderinge van elementêre Cu-, Zr- en Ni-poeiers in lae-energie-balmaalwerk aangebied. As illustratiewe voorbeelde sal twee verskillende stelsels bestaande uit Cu50Zr20Ni30 en Cu50Zr40Ni10 as verteenwoordigende voorbeelde gebruik word. Die MA-proses kan in drie afsonderlike stadiums verdeel word, soos getoon deur die maalpoeier wat geproduseer is tydens die maalproses (3).
Metallografiese kenmerke van meganiese legering (MA) poeiers verkry na verskillende stadiums van balmaaltyd.Veldemissie skandeerelektronmikroskopie (FE-SEM) beelde van MA en Cu50Zr40Ni10 poeiers verkry na lae energie balmaaltye van 3, 12 en 50 uur word in (a), (c) en (e) die MA-, (c)- en (e)-beelde vir dieselfde MA-, (c)- en (e)- en (e)-beelde getoon. van die Cu50Zr40Ni10-stelsel wat na tyd geneem is, word in (b), (d) en (f) getoon.
Tydens balmaal word die effektiewe kinetiese energie wat na die metaalpoeier oorgedra kan word, beïnvloed deur die kombinasie van parameters, soos getoon in Fig. 1a. Dit sluit in botsings tussen balle en poeiers, drukskeer van poeier wat vassit tussen of tussen maalmedia, impak van vallende balle, skeer en slytasie as gevolg van poeiersleep tussen bewegende balmaalmedia wat deur crop-wa1 versprei word (Evallading balmeulmiddels wat deur crop waFa versprei). al Cu-, Zr- en Ni-poeiers was erg vervorm as gevolg van koue sweiswerk in die vroeë stadium van MA (3 uur), wat groot poeierdeeltjies (>1 mm in deursnee) tot gevolg gehad het. Hierdie groot saamgestelde deeltjies word gekenmerk deur die vorming van dik lae legeringselemente (Cu, Zr, Ni), soos getoon in Fig. 3a,b. die kogelmeul, wat lei tot die ontbinding van die saamgestelde poeier in fyner poeiers (minder as 200 µm), soos getoon in Fig. 3c,d.In hierdie stadium lei die toegepaste skuifkrag tot die vorming van 'n nuwe metaaloppervlak met fyn Cu, Zr, Ni-wenklae, soos getoon in Fig. 3c,d.
By die klimaks van die MA-proses (na 50 uur) was die vlokkerige metallografie slegs effens sigbaar (Fig. 3e,f), maar die gepoleerde oppervlak van die poeier het spieëlmetallografie getoon. Dit beteken dat die MA-proses voltooi is en die skepping van 'n enkele reaksiefase plaasgevind het. Die elementêre samestelling van die streke wat in Fig. n mikroskopie (FE-SEM) gekombineer met energie dispersiewe X-straalspektroskopie (EDS) (IV).
In Tabel 2 word die elementêre konsentrasies van legeringselemente getoon as 'n persentasie van die totale gewig van elke streek gekies in Fig. 3e,f. Wanneer hierdie resultate vergelyk word met die begin nominale samestellings van Cu50Zr20Ni30 en Cu50Zr40Ni10 wat in Tabel 1 gelys word, kan gesien word dat die samestellings van hierdie twee, meer nominale samestellings dieselfde waarde het as die finale samestellings. e komponentwaardes vir die streke gelys in Fig. 3e,f impliseer nie 'n beduidende agteruitgang of fluktuasie 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 homogene legeringspoeiers, soos in Tabel 2 getoon.
FE-SEM mikrograwe van die finale produk Cu50(Zr50−xNix) poeier is verkry na 50 MA keer, soos getoon in Fig. 4a–d, waar x onderskeidelik 10, 20, 30 en 40 at.% is. tot 126 nm, soos in Figuur 4 getoon.
Morfologiese kenmerke van Cu50(Zr50−xNix) poeiers verkry na MA tyd van 50 h.Vir die Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 stelsels, word die FE-SEM beelde van die poeiers verkry na (b) en (b) respek, (b) tye wat verkry is na (b) getoon.
Voordat die poeiers in 'n koue spuittoevoer gelaai is, is hulle 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 beduidende probleme deur die deklaagproses veroorsaak.Nadat die MA-proses voltooi is, is verdere karakteriserings uitgevoer om die poeier5-homogeenheid van die poeier5 te ondersoek. grafieke en die ooreenstemmende EDS-beelde van die Cu-, Zr- en Ni-legeringselemente van die Cu50Zr30Ni20-legering wat onderskeidelik na 50 uur M-tyd verkry is.Daar moet op gelet word dat die legeringspoeiers wat na hierdie stap geproduseer word homogeen is aangesien hulle geen komposisieskommelings verder as die sub-nanometervlak toon nie, soos in Figuur 5 getoon.
Morfologie en plaaslike elementêre verspreiding van MG Cu50Zr30Ni20 poeier verkry na 50 MA keer deur FE-SEM/energie dispersiewe X-straalspektroskopie (EDS).(a) SEM en X-straal EDS kartering van (b) Cu-Kα, (c) Zr-La en (d) Ni-Kα beelde.
Die XRD-patrone van meganies-gelegeerde Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 en Cu50Zr20Ni30 poeiers verkry na MA tyd van 50 uur word onderskeidelik in Fig. 6a–d getoon. 6.
XRD patrone van (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 en (d) Cu50Zr20Ni30 poeiers na MA tyd van 50 h. Alle monsters het sonder uitsondering 'n halodiffusiepatroon getoon, wat die vorming van 'n amandelfase impliseer.
Veld-emissie hoë-resolusie transmissie elektronmikroskopie (FE-HRTEM) is gebruik om strukturele veranderinge waar te neem en om die plaaslike struktuur van die poeiers wat voortspruit uit balmaaltyd op verskillende MA tye te verstaan. FE-HRTEM beelde van die poeiers verkry na die vroeë (6 uur) en intermediêre (18 uur) stadiums van maal vir Cu50Zr30Ni20 poeier word getoon in Fig. ly.Volgens die helderveldbeeld (BFI) van die poeier wat na MA​​ 6 uur geproduseer word, is die poeier saamgestel uit groot korrels met goed gedefinieerde grense van die elemente fcc-Cu, hcp-Zr en fcc-Ni, en daar is geen teken dat die reaksiefase gevorm het nie, soos getoon in Fig. diffraksiepatroon (Fig. 7b), wat die teenwoordigheid van groot kristalliete en die afwesigheid van 'n reaktiewe fase aandui.
Plaaslike strukturele karakterisering van MA poeier verkry na vroeë (6 uur) en intermediêre (18 uur) stadiums.(a) Veldemissie hoë resolusie transmissie elektronmikroskopie (FE-HRTEM), en (b) die ooreenstemmende geselekteerde area diffraksie patroon (SADP) van Cu50Zr30Ni20 poeier na MA behandeling vir 6 uur. Die FE-HRT1ZR beeld van 'n MA01Z0 tyd word verkry na 'n tyd van MA01Z10 is verkry. in (c).
Soos getoon in Fig. 7c, het die verlenging van die MA-duur tot 18 uur ernstige traliefoute gekombineer met plastiese vervorming tot gevolg gehad.Gedurende hierdie tussenstadium van die MA-proses vertoon die poeier verskeie defekte, insluitend stapelfoute, traliefoute en puntdefekte (Figuur 7).Hierdie korrels laat saam met hul sub-graingroottes in groot subgrense verdeel as hul g0unda-grootte verdeel. nm (Fig. 7c).
Die plaaslike struktuur van Cu50Z30Ni20 poeier wat vir 36 uur MA tyd gemaal is, het die vorming van ultrafyn nanokorrels ingebed in 'n amorfe fyn matriks, soos getoon in Fig. 8a. Plaaslike EDS-analise het aangedui dat daardie nanoclusters wat in Fig. 8a getoon is, geassosieer is met onverwerkte Cu, Zr en Ni poeier wat die inhoud van dieselfde matriks van ~3 gelegeer het op dieselfde tydstip. (maer area) tot ~74 at.% (ryk area), wat die vorming van heterogene produkte aandui.Verder toon die ooreenstemmende SADP's van die poeiers wat na maal op hierdie stadium verkry is, halo-diffuserende primêre en sekondêre ringe van amorfe fase, wat oorvleuel met skerp punte wat met daardie rou legeringselemente geassosieer word, soos getoon in Fig.
Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 poeier nanoskaal plaaslike strukturele kenmerke.(a) Helderveldbeeld (BFI) en ooreenstemmende (b) SADP van Cu50Zr30Ni20 poeier verkry na maal vir 36 uur MA tyd.
Naby die einde van die MA-proses (50 uur), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 en 40 at.% poeiers het altyd 'n labirintiese amorfe fase morfologie soos getoon in Fig. 9a–d. In die ooreenstemmende SADP van elke samestelling kon nie puntagtige diffraksies of skerp ringvormige patrone opgespoor word nie. Dit dui daarop dat geen onverwerkte kristallyne metaal of gekorreleerde kristallyne metaal aanwesig is nie, maar SADP. ing halo diffusie patrone is ook gebruik as bewys vir die ontwikkeling van amorfe fases in die finale produk materiaal.
Plaaslike struktuur van die finale produk van die MG Cu50 (Zr50−xNix) sisteem.FE-HRTEM en gekorreleerde nanostraal diffraksiepatrone (NBDP) van (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 en (d 1 CuN50i verkry na 40 h)
Die termiese stabiliteit van die glasoorgangstemperatuur (Tg), onderverkoelde vloeistofgebied (ΔTx) en kristallisasietemperatuur (Tx) as 'n funksie van Ni-inhoud (x) van die amorfe Cu50(Zr50−xNix)-stelsel is ondersoek deur gebruik te maak van differensiële skandering-kalorimetrie (DSC) van eienskappe onder He-gasvloei van die Cu50Z0r, Cu50Z0r. 0 en Cu50Zr10Ni40 amorfe legeringspoeiers verkry na MA tyd van 50 uur word onderskeidelik in Fig. 10a, b, e getoon. Terwyl die DSC-kromme van amorfe Cu50Zr20Ni30 afsonderlik in Fig. .
Termiese stabiliteit van Cu50(Zr50−xNix) MG-poeiers verkry na 'n MA-tyd van 50 uur, soos geïndekseer deur glasoorgangstemperatuur (Tg), kristallisasietemperatuur (Tx), en onderverkoelde vloeistofgebied (ΔTx). Cu50Zr20Ni30 en (e) Cu50Zr10Ni40 MG legeringspoeiers na MA tyd van 50 h. Die X-straaldiffraksie (XRD) patroon van die Cu50Zr30Ni20 monster verhit tot ~700 °C in DSC word in (d) getoon.
Soos in Figuur 10 getoon, dui die DSC-krommes van alle samestellings met verskillende Ni-konsentrasies (x) twee verskillende gevalle aan, een endotermies en die ander eksotermies. Die eerste endotermiese gebeurtenis stem ooreen met Tg, terwyl die tweede verband hou met Tx. Die horisontale spangebied wat tussen Tg en Tx bestaan, word die onderverkoelde vloeistofgebied genoem (ΔTg = Tx – Z0i toon dat die Tx – Z0i). 0 monster (Fig. 10a), geplaas by 526°C en 612°C, skuif die inhoud (x) na 20 at.% na die lae temperatuur kant van 482°C en 563°C met toenemende Ni-inhoud (x), onderskeidelik, soos getoon in Figuur 10b. Gevolglik neem die ΔTx4 van CuNi.01s af na 0501°C (0501°C). 81 °C vir Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Vir die MG Cu50Zr40Ni10-legering is daar ook waargeneem dat die waardes van Tg, Tx en ΔTx afgeneem het tot die vlak van 447°C, 526°C en 79°C en 79°C dui op die verhoging van die loodinhoud van die b (Fig. MG-legering. Daarteenoor is die Tg-waarde (507 °C) van die MG Cu50Zr20Ni30-legering laer as dié van die MG Cu50Zr40Ni10-legering;nietemin, sy Tx toon 'n vergelykbare waarde met eersgenoemde (612 °C). Daarom vertoon ΔTx 'n hoër waarde (87 °C), soos getoon in Fig. 10c.
Die MG Cu50(Zr50−xNix)-stelsel, wat die MG Cu50Zr20Ni30-legering as 'n voorbeeld neem, kristalliseer deur 'n skerp eksotermiese piek in die kristalfases van fcc-ZrCu5, ortorombies-Zr7Cu10 en ortorombies-ZrNi30-fase deur XRD1-oorgang bevestig deur XRD1 (Fig. van die MG-monster (Fig. 10d), wat tot 700 °C in DSC verhit is.
Figuur 11 toon foto's wat geneem is tydens die koue spuitproses wat in die huidige werk uitgevoer is. In hierdie studie is die metaalglasagtige poeierdeeltjies wat na 'n MA-tyd van 50 uur gesintetiseer is (as voorbeeld) gebruik as antibakteriese grondstowwe, en die roesvrye staalplaat (SUS304) is bedek met koue bespuiting. Dit is die doeltreffende metode in die thermale coating gekies. AL Spray-reekse en kan gebruik word vir metastabele temperatuursensitiewe materiale soos amorfe en nanokristallyne poeiers, wat nie onderhewig is aan fase-oorgange nie. Dit is die belangrikste faktor in die keuse van hierdie metode. Die koue spuitproses word uitgevoer deur gebruik te maak van hoë-velositeitsdeeltjies wat die kierige energie van die deeltjies omskakel in plastiese deformasie, stol en hitte op die impak van die substaat of die substaat of die substaat van die deeltjies van die deeltjies.
Veldfoto's toon die koue spuitprosedure wat gebruik is vir vyf opeenvolgende voorbereidings van MG coating/SUS 304 by 550 °C.
Die kinetiese energie van die deeltjies, en dus die momentum van elke deeltjie in die deklaagformasie, moet in ander vorme van energie omgeskakel word deur meganismes soos plastiese vervorming (aanvanklike deeltjie- en deeltjie-deeltjie-interaksies in die substraat en deeltjie-interaksies), leemtes Konsolidasie, deeltjie-deeltjie-rotasie, vervorming en uiteindelik omskep in hitte en ander kintiese energie in hittekoms 39. energie, die resultaat is 'n elastiese botsing, wat beteken dat die deeltjies eenvoudig terugbons na impak.Daar is daarop gewys dat 90% van die impakenergie wat op die deeltjie/substraatmateriaal toegedien word, in plaaslike hitte omgeskakel word 40 .Verder, wanneer impakstres toegepas word, word hoë plastiese vervormingstempo's in die kontakdeeltjie/substraatgebied in 'n baie kort tyd41 bereik,4241.
Plastiese vervorming word oor die algemeen beskou as 'n proses van energie-dissipasie, of meer spesifiek, 'n hittebron in die grensvlakgebied. Die temperatuurverhoging in die grensvlakgebied is egter gewoonlik nie voldoende om grensvlaksmelting te produseer of om atoominterdiffusie aansienlik te bevorder nie. Geen publikasie wat aan die skrywers bekend is, ondersoek die effek van die eienskappe van hierdie metaalglasagtige poeiers wat gebruik word wanneer poeiers op poeier wat koue adhesie gebruik word.
Die BFI van MG Cu50Zr20Ni30 legeringspoeier kan gesien word in Fig. 12a, wat op SUS 304-substraat bedek is (Fig. 11, 12b). Soos gesien kan word uit die figuur, behou die bedekte poeiers hul oorspronklike amorfe struktuur aangesien hulle 'n delikate labirintstruktuur het, dui op die teenwoordigheid van 'n ekstra hand-afbeelding of 'n ekstra hand-afbeelding. nuwe fase, soos voorgestel deur nanopartikels wat in die MG-bedekte poeiermatriks geïnkorporeer is (Fig. 12a). Figuur 12c beeld die geïndekseerde nanostraaldiffraksiepatroon (NBDP) uit wat met streek I geassosieer word (Figuur 12a). Soos in Fig. 12c getoon, vertoon NBDP 'n korrespondeerende struktuur van die hakstal-diffraksie met 'n skerp patroon en 'n skerp patroon van cstalli groot kubieke Zr2Ni metstabiele plus tetragonale CuO fase.Die vorming van CuO kan toegeskryf word aan die oksidasie van die poeier wanneer dit van die spuitpunt van die spuitpistool na SUS 304 in die opelug onder supersoniese vloei beweeg word.Aan die ander kant het die devitrifikasie van die metaalglasagtige poeiers die vorming van groot spray 30 kubieke fases bereik vir die vorming van groot spray 30 °C behandeling.
(a) FE-HRTEM beeld van MG poeier bedek op (b) SUS 304 substraat (insetsel van figuur). Die indeks NBDP van die sirkelvormige simbool wat in (a) getoon word, word in (c) getoon.
Om hierdie potensiële meganisme vir die vorming van groot kubieke Zr2Ni nanopartikels te verifieer, is 'n onafhanklike eksperiment uitgevoer.In hierdie eksperiment is die poeiers uit 'n spuitpistool by 550 °C in die rigting van die SUS 304 substraat gespuit;om die uitgloei-effek van die poeiers egter toe te lig, is dit so vinnig as moontlik van die SUS304-strook verwyder (ongeveer 60 sekondes). Nog 'n stel eksperimente is uitgevoer waarin poeier ongeveer 180 sekondes na afsetting van die substraat verwyder is.
Figure 13a,b toon donkerveldbeelde (DFI) wat verkry is deur skandeertransmissie-elektronmikroskopie (STEM) van twee gespuite materiale wat onderskeidelik 60 s en 180 s op SUS 304-substrate gedeponeer is. Die poeierbeeld wat vir 60 sekondes gedeponeer is, het geen morfologiese detail nie, wat struktuurloosheid toon (Fig. 13a het ook bevestig dat hierdie poeiers deur 13a aangedui is). phous, soos aangedui deur die breë primêre en sekondêre diffraksiemaksima wat in Figuur 14a getoon word. Dit dui op die afwesigheid van metstabiele/mesofase-presipitasie, waar die poeier sy oorspronklike amorfe struktuur behou. Daarteenoor het die poeier wat by dieselfde temperatuur (550 °C) gespuit is, maar op die substraat gelaat vir 180 na-neerslag, die ondergrond van 180 na-neerslag getoon. s in Fig. 13b.