Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija pretraživača koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Biofilmovi su važna komponenta u razvoju kroničnih infekcija, posebno kada su u pitanju medicinski uređaji. Ovaj problem predstavlja veliki izazov za medicinsku zajednicu, jer standardni antibiotici mogu iskorijeniti biofilm samo u vrlo ograničenom obimu. Sprečavanje formiranja biofilma dovelo je do razvoja različitih metoda premaza i novih materijala. Ove metode imaju za cilj premazivanje površina na način koji inhibira stvaranje metalnog stakla, a posebno metalnog stakla i svih biofilma. su se pojavili kao idealni antimikrobni premazi. Istovremeno se povećala upotreba tehnologije hladnog raspršivanja jer je to pogodna metoda za obradu materijala osjetljivih na temperaturu. Dio svrhe ove studije bio je razvoj novog antibakterijskog filma metalnog stakla sastavljenog od trokomponentnog Cu-Zr-Ni tehnikama mehaničkog legiranja. Besferični prah koji se koristi kao završni sloj od niskotemperaturnog čeličnog sloja. Podloge obložene metalnim staklom mogle su značajno smanjiti stvaranje biofilma za najmanje 1 log u odnosu na nehrđajući čelik.
Kroz ljudsku istoriju, svako društvo je bilo u mogućnosti da dizajnira i promoviše uvođenje novih materijala koji ispunjavaju njegove specifične zahtjeve, što je rezultiralo poboljšanim performansama i rangiranjem u globaliziranoj ekonomiji1. Oduvijek se pripisivalo ljudskoj sposobnosti da razvije materijale i opremu za proizvodnju i dizajne za proizvodnju i karakterizaciju materijala kako bi se postigla dobitka u zdravstvu, obrazovanju, industriji, ekonomiji, od jedne zemlje do druge zemlje ili regiona bez obzira na mjeru zemlje ili regiona.2 Tokom 60 godina, naučnici o materijalima su posvetili mnogo svog vremena fokusiranju na jednu veliku brigu: potragu za novim i najsavremenijim materijalima. Nedavna istraživanja su se fokusirala na poboljšanje kvaliteta i performansi postojećih materijala, kao i na sintetizaciju i izmišljanje potpuno novih vrsta materijala.
Dodavanje legirajućih elemenata, modifikacija mikrostrukture materijala i primjena tehnika termičke, mehaničke ili termomehaničke obrade rezultirali su značajnim poboljšanjima mehaničkih, hemijskih i fizičkih svojstava raznih materijala. Nadalje, do sada nečuvena jedinjenja uspješno su sintetizirana u ovoj tački. Ovi uporni napori iznjedrili su novu porodicu materijala. nanočestice, nanocevi, kvantne tačke, nul-dimenzionalna, amorfna metalna stakla i legure visoke entropije samo su neki od primera naprednih materijala koji su uvedeni u svet od sredine prošlog veka. Prilikom proizvodnje i razvoja novih legura sa superiornim svojstvima, bilo u finalnom proizvodu ili u međufazama proizvodnje, često se dodaje problem nove tehnike proizvodnje. nakon ravnoteže, otkrivena je čitava nova klasa metastabilnih legura, poznatih kao metalna stakla.
Njegov rad na Caltech-u 1960. donio je revoluciju u konceptu metalnih legura kada je sintetizirao staklaste legure Au-25 at.% Si brzim očvršćavanjem tekućina pri skoro milion stupnjeva u sekundi 4. Otkriće profesora Pola Duwezsa ne samo da je najavilo početak povijesti metalnih naočara, već je doveo i do promjene načina razmišljanja ljudi o metalu (MG). Najveće pionirske studije u sintezi MG legura, gotovo sva metalna stakla su u potpunosti proizvedena upotrebom jedne od sljedećih metoda;(i) brzo očvršćavanje rastopa ili pare, (ii) atomsko neuređenje rešetke, (iii) reakcije amorfizacije u čvrstom stanju između čistih metalnih elemenata i (iv) prelaze u čvrstom stanju metastabilnih faza.
MG se odlikuju nedostatkom atomskog poretka dugog dometa povezanog s kristalima, što je definišuća karakteristika kristala. U današnjem svijetu, veliki napredak je postignut u oblasti metalnog stakla. Oni su novi materijali sa zanimljivim svojstvima koji su od interesa ne samo u fizici čvrstog stanja, već i u metalurgiji, hemiji površine, tehnologiji, biologiji i mnogim drugim vrstama materijala koji se razlikuju od bioloških i drugih vrsta metala. tehnološke primjene u raznim oblastima. Imaju neka važna svojstva;(i) visoka mehanička duktilnost i granica popuštanja, (ii) visoka magnetna permeabilnost, (iii) niska koercitivnost, (iv) neobična otpornost na koroziju, (v) nezavisnost od temperature. Provodljivost od 6,7.
Mehaničko legiranje (MA)1,8 je relativno nova tehnika, koju su prvi put uveli 19839. godine prof. CC Kock i kolege. Pripremili su amorfne prahove Ni60Nb40 mljevenjem mješavine čistih elemenata na temperaturi okoline koja je vrlo blizu sobnoj.Tipično, MA reakcija se izvodi između difuznog spajanja prahova reaktantnog materijala u reaktoru, obično napravljenom od nehrđajućeg čelika u kuglični mlin 10 (sl. 1a, b). Od tada se ova mehanički inducirana tehnika reakcije u čvrstom stanju koristi za pripremu novih amorfnih/metalnih staklenih legura, kao i praha od legura bušotine, kao štapići s malom energijom, mi1. 13,14,15, 16. Konkretno, ova metoda je korištena za pripremu sistema koji se ne miješaju kao što je Cu-Ta17, kao i legura visoke tačke topljenja kao što su Al-prijelazni metalni sistemi (TM; Zr, Hf, Nb i Ta)18,19 i Fe-W20, koji se ne mogu dobiti korištenjem konvencionalnih metoda pripreme za najmoćniji način proizvodnje MAF-skale. nokristalne i nanokompozitne čestice praha metalnih oksida, karbida, nitrida, hidrida, ugljičnih nanocijevi, nanodijamanata, kao i široka stabilizacija putem pristupa odozgo prema dolje 1 i metastabilnih faza.
Šematski prikaz metode izrade korištene za pripremu prevlake Cu50(Zr50-xNix) metalnog stakla (MG)/SUS 304 u ovoj studiji. (a) Priprema praha legure MG s različitim koncentracijama Ni x (x; 10, 20, 30 i 40 at.%) korištenjem niskoenergetskog kugličnog glodanja, alata za glodanje i materijal je zajedno sa opterećenjem. (a) zatvoren u pretincu za rukavice napunjen atmosferom He. (c) Prozirni model posude za mljevenje koji ilustruje kretanje kuglice tokom mljevenja. Konačni proizvod praha dobiven nakon 50 sati korišten je za premazivanje supstrata SUS 304 metodom hladnog prskanja (d).
Kada su u pitanju površine (podloge) rasutih materijala, površinski inženjering uključuje dizajn i modifikaciju površina (podloga) kako bi se osigurali određeni fizički, hemijski i tehnički kvaliteti koji nisu sadržani u originalnom rasutom materijalu. Neka svojstva koja se mogu efikasno poboljšati površinskim tretmanima uključuju otpornost na abraziju, otpornost na oksidaciju i koroziju, koeficijent trenja, kvalitetu i toplotnu moć trenja, nekoliko karakteristika električnog isušivanja. se poboljšati metalurškim, mehaničkim ili hemijskim tehnikama. Kao dobro poznati proces, premaz se jednostavno definira kao jedan ili više slojeva materijala umjetno nanesenih na površinu masivnog predmeta (podloge) napravljenog od drugog materijala. Dakle, premazi se dijelom koriste za postizanje nekih željenih tehničkih ili dekorativnih svojstava, kao i za zaštitu materijala od očekivane fizičke interakcije2 s okolinom.
Kako bi se nanijeli odgovarajući površinski zaštitni slojevi debljine od nekoliko mikrometara (ispod 10-20 mikrometara) do preko 30 mikrometara ili čak nekoliko milimetara, mogu se primijeniti mnoge metode i tehnike. Općenito, procesi nanošenja premaza mogu se podijeliti u dvije kategorije: (i) metode mokre prevlake, uključujući galvanizaciju, elektroliku, metode suhe prevlake, metode surfanja i suhe prevlake. cing , fizičko taloženje pare (PVD), hemijsko taloženje pare (CVD), tehnike termičkog raspršivanja i nedavno tehnike hladnog raspršivanja 24 (slika 1d).
Biofilmovi se definišu kao mikrobne zajednice koje su nepovratno vezane za površine i okružene samoproizvedenim ekstracelularnim polimerima (EPS). Površno zrelo formiranje biofilma može dovesti do značajnih gubitaka u mnogim industrijskim sektorima, uključujući prehrambenu industriju, sisteme vode i zdravstvena okruženja. ae i Staphylococci) je teško liječiti. Nadalje, izvješćeno je da su zreli biofilmi 1000 puta otporniji na liječenje antibioticima u usporedbi s planktonskim bakterijskim ćelijama, što se smatra glavnim terapijskim izazovom. Antimikrobni materijali za površinsku prevlaku dobiveni od konvencionalnih organskih jedinjenja su se u prošlosti koristili kao potencijalni toksični materijali2. prijenos bakterija i uništavanje materijala.
Široko rasprostranjena otpornost bakterija na antibiotske tretmane zbog formiranja biofilma dovela je do potrebe za razvojem efikasne površine obložene antimikrobnom membranom koja se može bezbedno nanositi27. Razvoj fizičke ili hemijske površine protiv prianjanja na koju se bakterijske ćelije inhibiraju da se vežu i grade biofilm zbog adhezije je prvi pristup u ovom procesu koji omogućava da se precizna tehnologija u ovom procesu omogući da se razviju precizne antihemijske prevlake27. , u visoko koncentriranim i prilagođenim količinama. To se postiže razvojem jedinstvenih materijala za premazivanje kao što su grafen/germanij28, crni dijamant29 i ugljični premazi dopirani ZnO-om koji su otporni na bakterije, tehnologija koja maksimalno povećava toksičnost i razvoj otpornosti zbog formiranja biofilma su značajno smanjeni. postaju sve popularnije. Iako su sve tri procedure sposobne da proizvedu antimikrobne efekte na premazanim površinama, svaka od njih ima svoj skup ograničenja koja treba uzeti u obzir pri razvoju strategija primjene.
Proizvodi koji su trenutno na tržištu otežani su nedovoljno vremena za analizu i testiranje zaštitnih premaza na biološki aktivne sastojke. Kompanije tvrde da će njihovi proizvodi korisnicima pružiti poželjne funkcionalne aspekte;međutim, ovo je bila prepreka uspjehu proizvoda koji se trenutno nalaze na tržištu. Jedinjenja dobijena od srebra koriste se u velikoj većini antimikrobnih terapija koje su sada dostupne potrošačima. Ovi proizvodi su razvijeni da zaštite korisnike od potencijalno opasnih učinaka mikroorganizama. Odgođeni antimikrobni učinak i povezana toksičnost spojeva srebra, povećavaju pritisak na globalne antimikrobne antimikrobne tvari koje stvaraju manje štete37. rad u zatvorenom i vani i dalje se pokazuje kao zastrašujući zadatak. To je zbog povezanih rizika i po zdravlje i sigurnost. Otkrivanje antimikrobnog agensa koji je manje štetan za ljude i pronalaženje načina ugradnje u podloge za premazivanje s dužim vijekom trajanja je vrlo tražen cilj38. Najnoviji antimikrobni i antimikrobni materijali su dizajnirani ili u kontaktu sa aktivnim bakterijama u dometu ili u kontaktu s kim bakterijama. može to učiniti inhibiranjem početne bakterijske adhezije (uključujući sprječavanje stvaranja proteinskog sloja na površini) ili ubijanjem bakterija ometanjem stanične stijenke.
U osnovi, površinski premaz je proces postavljanja drugog sloja na površinu komponente radi poboljšanja kvaliteta površine. Cilj površinskog premaza je da se prilagodi mikrostruktura i/ili sastav područja blizu površine komponente. koristi se za stvaranje premaza.
(a) Umetak koji prikazuje glavne tehnike izrade korišćene za površinu i (b) odabrane prednosti i nedostatke tehnike hladnog prskanja.
Tehnologija hladnog raspršivanja dijeli mnoge sličnosti s konvencionalnim metodama termičkog raspršivanja. Međutim, postoje i neka ključna osnovna svojstva koja proces hladnog raspršivanja i materijale hladnog raspršivanja čine posebno jedinstvenim. Tehnologija hladnog raspršivanja je još uvijek u povojima, ali ima svijetlu budućnost. U određenim primjenama, jedinstvena svojstva hladnog raspršivanja nude velike prednosti, prevladavajući inherentna ograničenja termičke tehnologije u odnosu na tipične termalne metode. , tokom kojeg se prah mora otopiti da bi se taložio na podlogu. Očigledno, ovaj tradicionalni proces premazivanja nije prikladan za materijale koji su vrlo osjetljivi na temperaturu kao što su nanokristali, nanočestice, amorfna i metalna stakla40, 41, 42. Nadalje, materijali za premazivanje termičkim raspršivačem uvijek pokazuju značajne prednosti tehnologije raspršivanja u odnosu na staru tehnologiju raspršivanja. (i) minimalan unos toplote u podlogu, (ii) fleksibilnost u izboru premaza podloge, (iii) odsustvo fazne transformacije i rasta zrna, (iv) visoka čvrstoća veze1,39 (Sl.2b).Pored toga, materijali za premazivanje hladnim prskanjem imaju visoku otpornost na koroziju, visoku čvrstoću i tvrdoću, visoku električnu provodljivost i veliku gustoću41. Za razliku od prednosti procesa hladnog prskanja, još uvijek postoje neki nedostaci korištenja ove tehnike, kao što je prikazano na slici 2b. Prilikom oblaganja čistih keramičkih prahova kao što su Al2O, ZC spray, itd., ne mogu se koristiti hladni keramički prahovi, itd. S druge strane, keramičko/metalni kompozitni prah se može koristiti kao sirovina za premaze. Isto važi i za druge metode termičkog raspršivanja. Komplikovane površine i unutrašnje površine cijevi još uvijek je teško prskati.
S obzirom da sadašnji rad ima za cilj korištenje metalnih staklastih prahova kao sirovih materijala za oblaganje, jasno je da se konvencionalno termalno raspršivanje ne može koristiti u tu svrhu. To je zato što metalni staklasti prah kristalizira na visokim temperaturama1.
Većina alata koji se koriste u medicinskoj i prehrambenoj industriji izrađeni su od legura austenitnog nehrđajućeg čelika (SUS316 i SUS304) sa sadržajem hroma između 12 i 20 tež% za proizvodnju hirurških instrumenata. Općenito je prihvaćeno da upotreba metala hroma kao legirajućeg elementa u čeliku, uprkos tome što njihove legure bez korozije mogu u velikoj mjeri poboljšati visoku otpornost čelika bez korozije. sionsku otpornost, ne pokazuju značajna antimikrobna svojstva38,39.To je u suprotnosti s njihovom visokom otpornošću na koroziju.Nakon toga može se predvidjeti razvoj infekcije i upale, što je uglavnom uzrokovano bakterijskom adhezijom i kolonizacijom na površini biomaterijala od nehrđajućeg čelika.Mogu nastati značajne poteškoće i sa razvojem bakterija, što može dovesti do značajnih poteškoća u stvaranju biofila. imaju mnoge posljedice koje mogu direktno ili indirektno utjecati na zdravlje ljudi.
Ova studija je prva faza projekta finansiranog od strane Kuvajtske fondacije za unapređenje nauke (KFAS), Ugovor br. 2010-550401, za ispitivanje izvodljivosti proizvodnje metalnih staklastih Cu-Zr-Ni trojnih prahova korišćenjem MA tehnologije (Tabela 1) za proizvodnju antibakterijskog filma u SAD-u, početak druge faze antibakterijskog filma/S u januaru. 3, detaljno će ispitati karakteristike elektrohemijske korozije i mehanička svojstva sistema. Detaljna mikrobiološka ispitivanja će se izvršiti za različite vrste bakterija.
U ovom radu se raspravlja o utjecaju sadržaja legiranog elementa Zr na sposobnost stvaranja stakla (GFA) na osnovu morfoloških i strukturnih karakteristika. Osim toga, raspravljalo se i o antibakterijskim svojstvima obloženog metalnog staklenog praškastog premaza/SUS304 kompozita. Nadalje, aktualni su radovi na istraživanju mogućnosti strukturne transformacije tečnog staklenog sloja u hladnom staklenom podrucju. .Kao reprezentativni primjeri, u ovom istraživanju korištene su legure metalnog stakla Cu50Zr30Ni20 i Cu50Zr20Ni30.
U ovom odeljku su predstavljene morfološke promene elementarnih prahova Cu, Zr i Ni u mlevenju niskoenergetskih kuglica. Kao ilustrativni primeri, dva različita sistema koja se sastoje od Cu50Zr20Ni30 i Cu50Zr40Ni10 će se koristiti kao reprezentativni primeri. MA proces se može podeliti u tri različite faze, kao što je prikazano u fazi metalografske karakterizacije praha na slici 3).
Metalografske karakteristike prahova mehaničkih legura (MA) dobijenih nakon različitih faza vremena mlevenja kuglica. Snimke emisione emisione skenirajuće elektronske mikroskopije (FE-SEM) prahova MA i Cu50Zr40Ni10 dobijene nakon vremena mlevenja kuglica niske energije od 3, 12 i 50 h prikazane su u (a), (c) i (e) dok isti snimci CuNi sistema odgovaraju CuNi3, e. 0Zr40Ni10 sistem uzet nakon vremena prikazan je u (b), (d) i (f).
Tokom mljevenja loptice, na efektivnu kinetičku energiju koja se može prenijeti na metalni prah utiče kombinacija parametara, kao što je prikazano na slici 1a. Ovo uključuje sudare između kuglica i praha, kompresivno smicanje praha zaglavljenog između ili između mljevenja, utjecaj padajućih loptica, smicanje i habanje zbog povlačenja praha između pokretnih kuglica za glodanje, i kr. Zr, i Ni prahovi su bili jako deformisani usled hladnog zavarivanja u ranoj fazi MA (3 h), što je rezultiralo velikim česticama praha (>1 mm u prečniku). Ove velike kompozitne čestice karakteriše formiranje debelih slojeva legirajućih elemenata (Cu, Zr, Ni), kao što je prikazano na slici 3a,b. ll, što rezultira razgradnjom kompozitnog praha u finije prahove (manje od 200 µm), kao što je prikazano na slici 3c,d. U ovoj fazi, primijenjena sila smicanja dovodi do formiranja nove metalne površine sa finim slojevima Cu, Zr, Ni nagoveštaj, kao što je prikazano na slici 3c,d.
Na vrhuncu MA procesa (nakon 50 h) ljuskava metalografija je bila tek slabo vidljiva (sl. 3e,f), ali je polirana površina praha pokazivala metalografiju zrcala. To znači da je MA proces završen i da je došlo do stvaranja jedne reakcione faze. Elementarni sastav regija indeksiranih na sl., sl. 3e, elektro polja je određen pomoću indeksa v sl., II, 3e fI, v. mikroskopija (FE-SEM) u kombinaciji sa energetski disperzivnom rendgenskom spektroskopijom (EDS) (IV).
U tabeli 2, elementarne koncentracije legirajućih elemenata prikazane su kao postotak ukupne težine svake regije odabrane na slici 3e,f. Kada se uporede ovi rezultati sa početnim nominalnim sastavima Cu50Zr20Ni30 i Cu50Zr40Ni10 navedenim u tabeli 1, može se vidjeti da su sastavi ovih dvaju nominalnih vrijednosti sastava za krajnje komponente F vrlo sličnih vrijednosti. Navedene na slici 3e,f ne impliciraju značajno pogoršanje ili fluktuaciju sastava svakog uzorka iz jednog regiona u drugi. O tome svedoči činjenica da nema promene sastava iz jednog regiona u drugi. To ukazuje na proizvodnju homogenih prahova legure, kao što je prikazano u tabeli 2.
FE-SEM mikrofotografije konačnog proizvoda Cu50(Zr50-xNix) praha su dobijene nakon 50 MA puta, kao što je prikazano na slici 4a–d, gdje je x 10, 20, 30 i 40 at.%, respektivno. Nakon ovog koraka mljevenja, agregati praha zbog van der Waalsovog agregata se sastoje od van der Waalsovog agregata koji se sastoji od efekta van der Waalsovog raspona formiranja velikog prečnika. 73 do 126 nm, kao što je prikazano na slici 4.
Morfološke karakteristike Cu50(Zr50−xNix) prahova dobijenih nakon MA vremena od 50 h. Za Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 sisteme, prikazane su FE-SEM slike prahova dobijenih nakon 50 MA vremena (d), (d) (d) (d) (d).
Prije ubacivanja praha u hladnu raspršivaču, prvo su obrađeni ultrazvukom u etanolu analitičkog kvaliteta 15 minuta, a zatim sušeni na 150°C 2 sata. Ovaj korak se mora poduzeti kako bi se uspješno suzbila aglomeracija koja često uzrokuje mnoge značajne probleme u toku procesa oblaganja. Nakon što je završen MA proces, izvršeno je daljnje ispitivanje homogenosti praha. d prikazuju FE-SEM mikrografije i odgovarajuće EDS slike legirajućih elemenata Cu, Zr i Ni legure Cu50Zr30Ni20 dobijene nakon 50 h M vremena, respektivno. Treba napomenuti da su prahovi legure proizvedeni nakon ovog koraka homogeni jer ne pokazuju nikakve kompozicione fluktuacije iznad nivoa prikazanog na slici 5.
Morfologija i lokalna elementarna distribucija praha MG Cu50Zr30Ni20 dobijenog nakon 50 MA puta FE-SEM/energetsko disperzivnom rendgenskom spektroskopijom (EDS). (a) SEM i rendgensko EDS mapiranje (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα i (d) Ni-Kα slika.
XRD uzorci mehanički legiranih prahova Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 i Cu50Zr20Ni30 dobijeni nakon MA vremena od 50 h prikazani su na sl. 6a–d, respektivno. Slika 6.
XRD uzorci prahova (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 i (d) Cu50Zr20Ni30 nakon MA vremena od 50 h. Svi uzorci bez izuzetka su pokazali halo difuzioni uzorak, što implicira formiranje morfne faze.
Emisiona emisiona elektronska mikroskopija visoke rezolucije (FE-HRTEM) korišćena je za posmatranje strukturnih promena i razumevanje lokalne strukture prahova koji su rezultat mlevenja kugli u različitim vremenima MA. FE-HRTEM slike prahova dobijene nakon ranih (6 h) i srednjih (18 h) faza mlevenja za Cu50Zr30Zr30Zr, prikazane su na slikama praha Cu50Zr30Zr30Zr,Sl. Prema snimku svijetlog polja (BFI) praha proizvedenog nakon MA​​ 6 h, prah se sastoji od velikih zrna s dobro definisanim granicama elemenata fcc-Cu, hcp-Zr i fcc-Ni, i nema znakova da je nastala faza reakcije, kao što je prikazano na slici 7a, dijagram DP-a, koji je preuzet iz srednjeg obrasca. je napravio difrakcijski uzorak (slika 7b), koji ukazuje na prisustvo velikih kristalita i odsustvo reaktivne faze.
Lokalna strukturna karakterizacija MA praha dobijenog nakon ranih (6 h) i srednjih (18 h) faza. (a) Emisiona transmisiona elektronska mikroskopija visoke rezolucije (FE-HRTEM) i (b) odgovarajući dijafrakcioni uzorak (SADP) Cu50Zr30Ni20 praha nakon MA tretmana u trajanju od 6 h. h je prikazano u (c).
Kao što je prikazano na slici 7c, produženje trajanja MA na 18 h rezultiralo je ozbiljnim defektima rešetke u kombinaciji sa plastičnom deformacijom. Tokom ove međufaze MA procesa, prah pokazuje različite defekte, uključujući greške u slaganju, defekte rešetke i tačkaste defekte (slika 7). Ovi defekti su manji od veličine grana koji uzrokuju manju veličinu grana nego 2. Ovi defekti uzrokuju manju veličinu grana nego 2. 0 nm (slika 7c).
Lokalna struktura praha Cu50Z30Ni20 mljevenog 36 h MA vremena ima formiranje ultrafinih nanozrnaca ugrađenih u amorfnu finu matricu, kao što je prikazano na slici 8a. Lokalna EDS analiza je pokazala da su ti nanoklasteri prikazani na slici 8a bili povezani sa neprerađenim sadržajem Cu, Zrflu u svim elementima Cu, Zrflu i Nima. od ~32 at.% (mršava površina) do ~74 at.% (bogata površina), što ukazuje na formiranje heterogenih proizvoda. Štaviše, odgovarajući SADP prahova dobijenih nakon mlevenja u ovoj fazi pokazuju halo-difuzne primarne i sekundarne prstenove amorfne faze, preklapajući se sa oštrim tačkama povezanim sa onima kao što je prikazano na sl.8.
Preko 36 h-Cu50Zr30Ni20 praškastih nanorazmjernih lokalnih strukturnih karakteristika. (a) Slika svijetlog polja (BFI) i odgovarajući (b) SADP praha Cu50Zr30Ni20 dobijenog nakon mljevenja tokom 36 h MA vremena.
Pri kraju MA procesa (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 i 40 at.% prahova uvijek imaju labirintsku amorfnu faznu morfologiju kao što je prikazano na slici 9a–d. U odgovarajućem SADP-u svake kompozicije, ni difrakcije u obliku tačaka niti oštri prstenasti uzorci nisu mogli biti otkriveni. Obrasci halo difuzije su također korišteni kao dokaz za razvoj amorfnih faza u materijalu konačnog proizvoda.
Lokalna struktura finalnog proizvoda sistema MG Cu50 (Zr50−xNix). FE-HRTEM i korelirani uzorci difrakcije nanozraka (NBDP) za (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 i (d) Cu50Zr20Ni50 i (d) Cu50Zr20Ni50 i (d) Cu50Zr40Ni10.
Termička stabilnost temperature staklastog prijelaza (Tg), područja pothlađene tekućine (ΔTx) i temperature kristalizacije (Tx) u funkciji sadržaja Ni (x) amorfnog Cu50(Zr50−xNix) sistema je ispitana korištenjem diferencijalne skenirajuće kalorimetrije (DSC) svojstava pod protokom He plina. Prahovi amorfne legure 0Zr10Ni40 dobijeni nakon MA vremena od 50 h prikazani su na sl. 10a, b, e, respektivno. Dok je DSC kriva amorfnog Cu50Zr20Ni30 prikazana zasebno na slici 10c. U međuvremenu, temperatura Cu50Zr20Ni30 je prikazana na slici 10c. .
Termička stabilnost Cu50(Zr50-xNix) MG prahova dobijenih nakon MA vremena od 50 h, indeksirano temperaturom staklastog prijelaza (Tg), temperaturom kristalizacije (Tx) i pothlađenim područjem tekućine (ΔTx). Termogrami diferencijalnog skenirajućeg kalorimetra (DSC) od (a) Cu50CNi10Z02 (a) Cu50CNi0205 0Zr20Ni30 i (e) prah legure Cu50Zr10Ni40 MG nakon MA vremena od 50 h. Rendgenska difrakcija (XRD) uzorka Cu50Zr30Ni20 zagrijanog na ~700 °C u DSC je prikazana u (d).
Kao što je prikazano na slici 10, DSC krivulje svih sastava s različitim koncentracijama Ni (x) ukazuju na dva različita slučaja, jedan endotermni i drugi egzotermni. Prvi endotermni događaj odgovara Tg, dok je drugi povezan sa Tx. Horizontalni raspon raspona koji postoji između Tg i Tx naziva se područje pothlađene tekućine (ΔTx = Tx10 i Tx0). uzorak (slika 10a), postavljen na 526°C i 612°C, pomjera sadržaj (x) na 20 at.% prema strani niske temperature od 482°C i 563°C sa povećanjem sadržaja Ni (x), respektivno, kao što je prikazano na slici 10b. Posljedično, ΔTx Cu50Zr opada od Fig. za Cu50Zr30Ni20 (slika 10b). Za leguru MG Cu50Zr40Ni10, također je uočeno da su vrijednosti Tg, Tx i ΔTx smanjene na nivo od 447°C, 526°C i 79°C (slika 10b). g vrijednost (507 °C) legure MG Cu50Zr20Ni30 je niža od one legure MG Cu50Zr40Ni10;ipak, njegov Tx pokazuje uporedivu vrijednost sa prethodnim (612 °C). Prema tome, ΔTx pokazuje višu vrijednost (87 °C), kao što je prikazano na slici 10c.
MG Cu50(Zr50-xNix) sistem, uzimajući za primjer leguru MG Cu50Zr20Ni30, kristalizira kroz oštar egzotermni vrh u kristalne faze fcc-ZrCu5, ortorombne-Zr7Cu10 i ortorombske-ZrNic (Ovaj uzorak XRD je potvrdio kristalnu fazu XRD1). Slika 10d), koja je zagrijana na 700 °C u DSC.
Na slici 11 prikazane su fotografije snimljene tokom procesa hladnog raspršivanja sprovedenog u ovom radu. U ovoj studiji, metalne čestice praha nalik staklu sintetizirane nakon MA vremena od 50 h (uzimajući Cu50Zr20Ni30 kao primjer) korištene su kao antibakterijska sirovina, a odabrana je ploča od nehrđajućeg čelika (SUS304) jer je obložena tehnologijom hladnog prskanja u seriji hladnog raspršivanja. najefikasnija metoda u seriji termičkih raspršivanja i može se koristiti za metalne metastabilne temperaturno osjetljive materijale kao što su amorfni i nanokristalni prahovi, koji nisu podložni faznim prijelazima. Ovo je glavni faktor pri odabiru ove metode. Proces hladnog raspršivanja izvodi se korištenjem čestica velike brzine koje pretvaraju kinetičku energiju u plastičnu energiju prethodnog udara ili deformiranog dijela plastike. .
Fotografije sa terena prikazuju postupak hladnog prskanja koji se koristi za pet uzastopnih priprema MG premaza/SUS 304 na 550 °C.
Kinetička energija čestica, a samim tim i zamah svake čestice u formiranju prevlake, mora se pretvoriti u druge oblike energije kroz mehanizme kao što su plastična deformacija (početne interakcije čestica i čestica-čestica u supstratu i interakcije čestica), konsolidacija šupljina, čestica-čestica, konačna rotacija čestica-čestica, konačna rotacija čestica-čestica, konačna energija koja dolazi od topline se pretvara u naprezanje39. topline i energije deformacije, rezultat je elastični sudar, što znači da se čestice jednostavno odbijaju nakon udara. Istaknuto je da se 90% energije udarca primijenjene na materijal čestice/podloge pretvara u lokalnu toplinu 40 . Nadalje, kada se primjenjuje udarni napon, postižu se visoke stope plastične deformacije u vrlo kratkom vremenskom području čestice supstrata 4 u području kontaktne čestice41.
Plastična deformacija se općenito smatra procesom disipacije energije, ili još preciznije, izvorom topline u međufaznom području. Međutim, povećanje temperature u međufaznom području obično nije dovoljno da proizvede topljenje međufaze ili da značajno potakne atomsku međudifuziju. Nijedna publikacija poznata autorima ne istražuje učinak svojstava ovih metalnih i staklastih prahova koji se koriste kada se koriste metode nanošenja metalnog staklastog praha.
BFI praha legure MG Cu50Zr20Ni30 može se vidjeti na slici 12a, koja je premazana na podlogu SUS 304 (slike 11, 12b). Kao što se može vidjeti sa slike, obloženi prahovi zadržavaju svoju originalnu amorfnu strukturu jer imaju delikatnu strukturu kristala, bez ikakvog prisustva labirinta na slici. vanjske faze, kao što sugeriraju nanočestice ugrađene u matricu praha obloženu MG (slika 12a). Slika 12c prikazuje indeksirani uzorak difrakcije nano snopa (NBDP) povezan sa regijom I (slika 12a). Kao što je prikazano na slici 12c, NBDP pokazuje slabu kristalnu strukturu i oštru strukturu palo difuzije koja odgovara velika kubna metastabilna Zr2Ni plus tetragonalna CuO faza. Formiranje CuO se može pripisati oksidaciji praha prilikom putovanja od mlaznice pištolja za prskanje do SUS 304 na otvorenom pod nadzvučnim strujanjem. S druge strane, devitrifikacija metalnih staklastih prahova postigla je formiranje velikih prahova nakon obrade hladnom cubisp 30 °C.
(a) FE-HRTEM slika MG praha premazanog na (b) SUS 304 supstratu (umetak slike). Indeks NBDP kružnog simbola prikazanog u (a) prikazan je u (c).
Da bi se potvrdio ovaj potencijalni mehanizam za formiranje velikih kubičnih Zr2Ni nanočestica, izveden je nezavisni eksperiment. U ovom eksperimentu, praškovi su raspršeni iz pištolja za raspršivanje na 550 °C u smjeru supstrata SUS 304;međutim, da bi se razjasnio efekat žarenja prahova, oni su uklonjeni sa SUS304 trake što je brže moguće (oko 60 sekundi). Izveden je još jedan set eksperimenata u kojima je prah uklonjen sa supstrata oko 180 sekundi nakon taloženja.
Slike 13a,b prikazuju slike tamnog polja (DFI) dobijene skenirajućom transmisijskom elektronskom mikroskopijom (STEM) dva raspršena materijala nanesena na podloge SUS 304 u trajanju od 60 s, odnosno 180 s. Slika praha deponovana 60 sekundi nema morfološki detalj, što pokazuje da su ovi oblici praha bez osobina, što je također potvrđeno od strane XRD (Slika 13). fous, kao što pokazuju široki primarni i sekundarni difrakcijski maksimumi prikazani na slici 14a. Oni ukazuju na odsustvo metastabilne/mezofazne precipitacije, gdje prah zadržava svoju originalnu amorfnu strukturu. Suprotno tome, prah raspršen na istoj temperaturi (550 °C), ali ostavljen na podlozi za 180 s, pokazuje precipitaciju na granici od 180 s. 13b.