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Biofilms sò un cumpunente impurtante in u sviluppu di infizzioni cronica, soprattuttu quandu si tratta di dispusitivi medichi.Stu prublema presenta una sfida enormosa à a cumunità medica, postu chì l'antibiotici standard ponu solu distrughje biofilms in una misura assai limitata.A prevenzione di a furmazione di biofilm hà purtatu à u sviluppu di diversi metudi di rivestimentu è novi materiali.Queste tecniche sò destinate à rivestire e superfici in una manera chì impedisce a furmazione di biofilm.Allligati di metalli vitrei, in particulare quelli chì cuntenenu metalli di cobre è titaniu, sò diventati revestimenti antimicrobichi ideali.À u listessu tempu, l'usu di a tecnulugia di spruzzo friddu hè aumentatu, postu chì hè un metudu adattatu per trasfurmà materiali sensibili à a temperatura.Parte di u scopu di sta ricerca era di sviluppà un novu film antibacterial vetru metallicu cumpostu di Cu-Zr-Ni ternary utilizendu tecniche di lega meccanica.U polu sfericu chì custituisce u pruduttu finali hè utilizatu com'è materia prima per spraying friddu di superfici d'acciaio inox à bassa temperatura.I sustrati rivestiti di vetru di metallu sò stati capaci di riduce significativamente a furmazione di biofilm da almenu 1 log paragunatu à l'acciaio inox.
In tutta a storia umana, ogni sucità hà sappiutu sviluppà è prumove l'intruduzioni di novi materiali per risponde à i so bisogni specifichi, risultatu in una produttività aumentata è ranking in una ecunumia globalizzata1.Hè sempre stata attribuita à a capacità umana di cuncepisce materiali è equipaghji di fabricazione, è ancu di disinni per fabricà è caratterizà i materiali per ottene salute, educazione, industria, economia, cultura è altri campi da un paese o regione à l'altru.U prugressu hè misuratu indipendentemente da u paese o a regione2.Per 60 anni, i scientisti di i materiali anu dedicatu assai tempu à un compitu principalu: a ricerca di materiali novi è avanzati.Ricerche recenti anu focu annantu à migliurà a qualità è a prestazione di i materiali esistenti, è ancu à sintetizà è inventà tipi di materiali completamente novi.
L'aghjunzione di elementi di lega, a mudificazione di a microstruttura di u materiale è l'applicazione di metudi di trattamentu termale, meccanicu o termomeccanicu anu purtatu à una mellura significativa in e proprietà meccaniche, chimiche è fisiche di diversi materiali.Inoltre, cumposti finu à quì scunnisciuti sò stati sintetizzati cun successu.Questi sforzi persistenti anu datu nascita à una nova famiglia di materiali innovatori cunnisciuti cullettivamente cum'è Advanced Materials2.Nanocristalli, nanoparticelle, nanotubi, punti quantistici, vetri metallici amorfi di dimensione zero, è ligami d'alta entropia sò solu alcuni esempi di materiali avanzati chì sò apparsu in u mondu da a mità di u seculu passatu.In a fabricazione è u sviluppu di novi alleati cù proprietà mejorate, in u pruduttu finali è in i fasi intermedii di a so pruduzzione, u prublema di sbilanciamentu hè spessu aghjuntu.In u risultatu di l'intruduzioni di novi tecniche di fabricazione chì permettenu deviazioni significativu da l'equilibriu, hè stata scuperta una nova classe di lega metastabile, cunnisciuta cum'è vetri metallichi.
U so travagliu à Caltech in u 1960 hà rivoluzionatu u cuncettu di l'alliages di metalli quandu sintetizza l'Au-25 at.% Si alliati vetru da liquidi solidificà rapidamente à quasi un milione di gradi per seconda.4 A scuperta di u prufessore Paul Duves hà micca solu marcatu l'iniziu di a storia di i bicchieri di metallo (MS), ma hà ancu purtatu à un cambiamentu di paradigma in a manera chì a ghjente pensa à l'alliage di metalli.Dapoi a prima ricerca pioniera in a sintesi di leghe MS, quasi tutti i vetri metallichi sò stati ottenuti cumplettamente cù unu di i seguenti metudi: (i) solidificazione rapida di a fusione o vapore, (ii) disordine di a reticula atomica, (iii) reazzioni d'amorfizazione in u statu solidu trà elementi metallici puri è (iv) transizioni di fase solida di fasi metastabili.
I MG sò distinti da l'absenza di l'ordine atomicu à longu andà assuciatu cù i cristalli, chì hè una caratteristica di definizione di i cristalli.In u mondu mudernu, un grande prugressu hè statu fattu in u campu di u vetru metallicu.Quessi sò novi materiali cù pruprietà interessanti chì sò d'interessu micca solu per a fisica di u solidu, ma ancu per a metallurgia, a chimica di a superficia, a tecnulugia, a biologia è assai altri spazii.Stu novu tipu di materiale hà pruprietà chì sò diffirenti di metalli duru, facendu un candidatu interessante per l'applicazioni tecnologiche in una varietà di campi.Hanu qualchi pruprietà impurtanti: (i) alta duttilità meccanica è forza di rendiment, (ii) alta permeabilità magnetica, (iii) coercivity bassu, (iv) resistenza à a corrosione inusual, (v) indipendenza di a temperatura.Conductività 6.7.
L'alliage meccanicu (MA) 1,8 hè un metudu relativamente novu, prima introduttu in 19839 da u prufessore KK Kok è i so culleghi.Anu pruduciutu polveri amorfi Ni60Nb40 macinendu una mistura di elementi puri à a temperatura ambiente assai vicinu à a temperatura di l'ambienti.Tipicamenti, a reazzione MA hè realizatu trà diffusion ligame di pulveri reactant in un reattore, di solitu fattu di acciaio inox, in un mulinu ball.10 (Fig. 1a, b).Da tandu, stu metudu di reazzione solidu induvatu meccanicamente hè stata utilizata per preparà novi polveri d'alea di vetru amorfu / metallicu chì utilizanu mulini di palla bassa (Fig. 1c) è d'alta energia è mulini di bastone11,12,13,14,15,16.In particulare, stu metudu hè stata aduprata per preparà sistemi immiscible cum'è Cu-Ta17 è ancu alliati à altu puntu di fusione cum'è i metalli di transizione Al (TM, Zr, Hf, Nb è Ta) 18,19 è Fe-W20., chì ùn pò micca esse acquistatu cù i metudi di cucina cunvinziunali.Inoltre, MA hè cunsideratu unu di i strumenti nanotecnologici più putenti per a produzzione in scala industriale di particelle nanocristalline è nanocomposite di polveri di ossidi metallici, carburi, nitruri, idruri, nanotubi di carbone, nanodiamanti, è ancu una larga stabilizazione cù un approcciu top-down.1 è stadi metastabili.
Schematic chì mostra u metudu di fabricazione utilizatu per preparà u revestimentu di vetru metallicu Cu50(Zr50-xNix) / SUS 304 in stu studiu.(a) Preparazione di polveri di lega MC cù diverse cuncintrazioni di Ni x (x; 10, 20, 30, è 40 at.%) cù u metudu di fresatura di bola di bassa energia.(a) U materiale di partenza hè caricatu in un cilindru di l'uttellu cù sfere d'acciaio per l'utensili è (b) sigillati in una guantera piena di l'atmosfera.(c) Modellu trasparente di u vasu di macinazione chì illustra u muvimentu di a bola durante a macinazione.U pruduttu finale in polvere ottenutu dopu à l'ora di 50 hè stata utilizata per spruzzate friddu u sustrato SUS 304 (d).
Quandu si tratta di superfici di materiale in granu (substrati), l'ingegneria di a superficia implica u disignu è a mudificazione di e superfici (substrati) per furnisce certe proprietà fisiche, chimiche è tecniche chì ùn sò micca prisenti in u materiale di massa originale.Alcune di e proprietà chì ponu esse migliurate in modu efficace cù u trattamentu di a superficia includenu l'abrasione, l'ossidazione è a resistenza à a corrosione, u coefficient di attritu, bioinertness, proprietà elettriche è insulazione termale, solu per nome uni pochi.A qualità di a superficia pò esse migliurata da metudi metallurgichi, meccanichi o chimichi.Cum'è un prucessu ben cunnisciutu, u revestimentu hè simplicemente definitu cum'è una o più strati di materiale appiicata artificialmente à a superficia di un ughjettu ingrossu (substrat) fattu da un altru materiale.Cusì, i rivestimenti sò usati in parte per ottene e proprietà tecniche o decorative desiderate, è ancu per prutege i materiali da l'interazzione chimica è fisica prevista cù l'ambiente23.
Una varietà di metudi è tecniche ponu esse aduprate per applicà strati protettivi adattati da uni pochi micrometri (sottu 10-20 micrometri) à più di 30 micrometri o ancu parechji millimetri di grossu.In generale, i prucessi di rivestimentu ponu esse divisi in duie categurie: (i) metudi di rivestimentu umitu, cumprese l'electroplating, l'electroplating, è a galvanizazione in caldu, è (ii) i metudi di rivestimentu seccu, cumpresi a saldatura, u hardfacing, a deposizione fisica di vapore (PVD).), a deposizione di vapore chimicu (CVD), tecniche di spray termale, è più recentemente tecniche di spray fretu 24 (Figura 1d).
I biofilmi sò definiti cum'è cumunità microbiche chì sò irreversibilmente attaccati à e superfici è circundati da polimeri extracellulari autoproduciti (EPS).A furmazione di un biofilm superficialmente maturu pò purtà à perdite significativu in parechje industrii, cumprese a trasfurmazioni di l'alimentariu, i sistemi d'acqua è l'assistenza sanitaria.In l'omu, cù a furmazione di biofilms, più di 80% di i casi di infizzioni microbiche (inclusi Enterobacteriaceae è Staphylococci) sò difficiuli di trattà.Inoltre, i biofilmi maturi sò stati rappurtati per esse 1000 volte più resistenti à u trattamentu antibioticu cumparatu cù e cellule bacteriale planctoniche, chì hè cunsideratu una sfida terapeutica maiò.Stòricamente, i materiali di rivestimentu di superficia antimicrobica derivati ​​da cumposti organici cumuni sò stati utilizati.Ancu se tali materiali cuntenenu spessu cumpunenti tossichi potenzialmente dannosi per l'omu, 25,26 questu pò aiutà à evità a trasmissione bacteriana è a degradazione di materiale.
A resistenza bacteriana diffusa à u trattamentu antibioticu per via di a furmazione di biofilm hà purtatu à a necessità di sviluppà una superficia efficace di membrana antimicrobiana chì pò esse applicata in modu sicuru27.U sviluppu di una superficia anti-adhesiva fisica o chimica à quale e cellule batteriche ùn ponu micca unisce è formanu biofilms per via di l'adesione hè u primu approcciu in stu prucessu27.A seconda tecnulugia hè di sviluppà rivestimenti chì furniscenu chimichi antimicrobici esattamente induve sò necessarii, in quantità altamente cuncentrate è adattate.Questu hè ottenutu per via di u sviluppu di materiali di rivestimentu unichi cum'è graphene / germanium28, diamante neru29 è rivestimenti di carbonu di diamante dopatu ZnO30 chì sò resistenti à i batteri, una tecnulugia chì maximizeghja u sviluppu di toxicità è resistenza per via di a furmazione di biofilm.Inoltre, i rivestimenti chì cuntenenu sustanzi chimichi germicidi chì furnisce una prutezzione à longu andà contra a contaminazione bacteriana sò diventate sempre più populari.Mentre tutti i trè prucedure sò capaci di esercità attività antimicrobiana nantu à e superfici rivestite, ognunu hà u so propiu inseme di limitazioni chì deve esse cunsideratu quandu si sviluppa una strategia di applicazione.
I prudutti attualmente in u mercatu sò ostaculati da a mancanza di tempu per analizà è pruvà i rivestimenti protettivi per ingredienti biologicamente attivi.L'imprese dicenu chì i so prudutti furnisceranu à l'utilizatori l'aspetti funziunali desiderati, però, questu hè diventatu un ostaculu à u successu di i prudutti attualmente in u mercatu.I cumposti derivati ​​​​da l'argentu sò usati in a maiò parte di l'antimicrobici attualmente dispunibili per i cunsumatori.Questi prudutti sò pensati per prutege l'utilizatori da l'esposizione potenzialmente dannosa à i microorganismi.L'effettu antimicrobicu ritardatu è a toxicità assuciata di i composti d'argentu aumentanu a prissioni annantu à i circadori per sviluppà una alternativa menu dannusu36,37.Crià un revestimentu antimicrobicu glubale chì funziona in l'internu è fora resta una sfida.Questu vene cun risichi per a salute è a sicurezza assuciati.Scopre un agentu antimicrobicu chì hè menu dannusu per l'omu è capisce cumu incorpore in sustrati di rivestimentu cù una durata di conservazione più longa hè un scopu assai cercatu38.L'ultimi materiali antimicrobiali è antibiofilmi sò pensati per tumbà i batteri à una distanza vicinu sia per cuntattu direttu sia dopu a liberazione di l'agente attivu.Puderanu fà questu inibendu l'aderenza bacteriana iniziale (cumpresa a prevenzione di a furmazione di una capa di prutezione nantu à a superficia) o uccidendu i batteri interferendu cù u muru di a cellula.
Essenzialmente, u revestimentu di a superficia hè u prucessu di applicà una altra capa à a superficia di un cumpunente per migliurà e caratteristiche di a superficia.U scopu di un revestimentu di superficia hè di cambià a microstruttura è / o a cumpusizioni di a regione vicinu à a superficia di un cumpunente39.I metudi di revestimentu di a superficia pò esse divisu in metudi diffirenti, chì sò riassunti in a figura 2a.I rivestimenti ponu esse divisi in categurie termiche, chimiche, fisiche è elettrochimiche secondu u metudu utilizatu per creà u revestimentu.
(a) Un inset chì mostra e tecniche principali di fabricazione di a superficia, è (b) vantaghji è svantaghji selezziunati di u metudu di spruzzo à freddo.
A tecnulugia di spruzzo à friddu hà assai in cumunu cù e tecniche tradiziunali di spray termale.Tuttavia, ci sò ancu alcune proprietà fundamentali chjave chì facenu u prucessu di spruzzamentu friddu è i materiali di spruzzamentu friddu particularmente unichi.A tecnulugia di spray fredda hè sempre in a so infanzia, ma hà un gran futuru.In certi casi, e proprietà uniche di spraying friddu offre grandi benefici, superendu e limitazioni di e tecniche di spraying termale cunvinziunali.Supera i limitazioni significati di a tecnulugia di spray termale tradiziunale, in quale u polu deve esse funnutu per esse dipositu nantu à un sustrato.Ovviamente, stu prucessu di revestimentu tradiziunale ùn hè micca adattatu per materiali assai sensibili à a temperatura, cum'è nanocristalli, nanoparticuli, vetri amorfi è metallici40, 41, 42. Inoltre, i materiali di revestimentu di spray termale anu sempre un altu livellu di porosità è ossidi.A tecnulugia di spruzzo friddu hà assai vantaghji significativi nantu à a tecnulugia di spruzzo termale, cum'è (i) input di calore minimu à u sustrato, (ii) flessibilità in a scelta di u revestimentu di sustrato, (iii) senza trasfurmazioni di fasi è crescita di granu, (iv) alta forza adhesiva1 .39 (Fig. 2b).Inoltre, i materiali di rivestimentu di spray à freddo anu una alta resistenza à a corrosione, alta forza è durezza, alta conduttività elettrica è alta densità41.Malgradu i vantaghji di u prucessu di spruzzamentu friddu, stu metudu hà ancu qualchì svantaghju, cum'è mostra in Figura 2b.Quandu u revestimentu di polveri di ceramica pura cum'è Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, etc., u metudu di spray fretu ùn pò micca esse usatu.Per d 'altra banda, i polveri compositi di ceramica / metallu ponu esse utilizati com'è materie prime per i rivestimenti.U stessu passa per altri metudi di spraying termale.I superfici difficiuli è l'internu di pipa sò sempre difficiuli di spray.
In cunsiderà chì u travagliu attuale hè direttu à l'usu di polveri vitreous metalliche cum'è materiali di partenza per i rivestimenti, hè chjaru chì u spraying termale cunvinziunali ùn pò micca esse usatu per questu scopu.Questu hè duvuta à u fattu chì i polveri vitreous metallichi cristallizzanu à temperature elevate1.
A maiò parte di i strumenti utilizati in l'industrii medichi è alimentarii sò fatti di leghe d'acciaio austeniticu (SUS316 è SUS304) cù un cuntenutu di cromu da 12 à 20% in peso per a produzzione di strumenti chirurgici.Hè generalmente accettatu chì l'usu di u cromu metallu cum'è un elementu di aleazione in ligami d'acciaio pò migliurà significativamente a resistenza à a corrosione di ligami d'acciaio standard.L'alliage d'acciaio inossidabile, malgradu a so alta resistenza à a corrosione, ùn anu micca proprietà antimicrobiche significative38,39.Questu cuntrastà cù a so alta resistenza à a corrosione.Dopu questu, hè pussibule predichendu u sviluppu di l'infezzione è l'infiammazione, chì sò principarmenti per l'aderenza bacteriana è a culunizazione nantu à a superficia di i biomateriali in acciaio inox.Difficultà significativu pò esce per via di e difficultà significative assuciate à l'aderenza bacteriana è i camini di furmazione di biofilm, chì ponu purtà à una mala salute, chì pò avè parechje cunsequenze chì ponu influenzà direttamente o indirettamente a salute umana.
Stu studiu hè a prima fase di un prughjettu finanzatu da a Fundazione Kuwait per l'Avanzamentu di a Scienza (KFAS), cuntrattu n.2010-550401, per investigà a fattibilità di pruduzzione di polveri ternarie metalliche Cu-Zr-Ni cù a tecnulugia MA (tavula).1) Per a produzzione di film / revestimentu di prutezzione di superficia antibatterica SUS304.A seconda fase di u prugettu, chì deve principià in ghjennaghju 2023, studiarà in dettaglio e caratteristiche di corrosione galvanica è e proprietà meccaniche di u sistema.Testi microbiologichi detallati per vari tipi di batteri seranu realizati.
Questu articulu discute l'effettu di u cuntenutu di l'alia Zr nantu à a capacità di furmazione di vetru (GFA) basatu nantu à e caratteristiche morfologiche è strutturali.Inoltre, e proprietà antibacteriale di u vetru metallicu in polvere / compostu SUS304 sò stati ancu discututi.Inoltre, u travagliu in corso hè statu realizatu per investigà a pussibilità di trasfurmazioni strutturali di polveri di vetru metallicu chì si verificanu durante a spruzzatura à freddo in a regione liquida supercooled di sistemi di vetru metallicu fabbricatu.Cu50Zr30Ni20 è Cu50Zr20Ni30 ligami di vetru metallicu sò stati utilizati com'è esempi rapprisentanti in stu studiu.
Questa rùbbrica presenta i cambiamenti morfologichi in polveri di Cu, Zr è Ni elementali durante a fresatura di palla à bassa energia.Dui sistemi diffirenti cumposti da Cu50Zr20Ni30 è Cu50Zr40Ni10 seranu usati cum'è esempi illustrativi.U prucessu MA pò esse divisu in trè tappe separati, cum'è evidenza da a carattarizazione metalografica di u polu acquistatu in u stadiu di grinding (Fig. 3).
Caratteristiche metallografiche di polveri di leghe meccaniche (MA) ottenute dopu diverse fasi di macinazione di sfera.L'imaghjini di microscopia elettronica à scansione di emissioni di campu (FE-SEM) di i polveri MA è Cu50Zr40Ni10 ottenuti dopu a fresatura di bola di bassa energia per 3, 12 è 50 ore sò mostrati in (a), (c) è (e) per u sistema Cu50Zr20Ni30, mentre chì in u stessu MA.L'imaghjini currispundenti di u sistema Cu50Zr40Ni10 pigliati dopu à u tempu sò mostrati in (b), (d) è (f).
Durante a fresatura di bola, l'energia cinetica efficace chì pò esse trasferita à u polu di metallu hè affettata da una cumminazione di parametri, cum'è mostra in Fig.Stu include collisions trà e palle è polveri, cumpressione di cisellatura di polveri stuck trà o trà i media di grinding, impacts from falling balls, shear and wear caused by powder drag between the moving body of a ball mill, and a shock wave passing through falling balls propagating through loaded culture (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ратанней на ратаней сильно деформированы из-за холодной сварки на ратанней сильно ело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). L'elementu Cu, Zr è Ni powders sò stati severamente deformati per via di saldatura fridda in una prima tappa di MA (3 h), chì hà purtatu à a furmazione di particeddi grossi di polveri (> 1 mm di diametru).Sti particeddi grossi cumposti sò carattarizati da a furmazione di strati grossi di elementi di lega (Cu, Zr, Ni), cum'è mostra in a fig.3a,b.Un incrementu di u tempu MA à 12 h (stadiu intermediu) hà purtatu à un incrementu di l'energia cinetica di u mulinu di bola, chì hà purtatu à a descomposizione di u polu compostu in polveri più chjuchi (menu di 200 μm), cum'è mostra in Fig. 3c, cità.In questu stadiu, a forza di tagliola applicata porta à a furmazione di una nova superficia metallica cù strati di Cu, Zr, Ni, cum'è mostra in Fig. 3c, d.In u risultatu di a macinazione di i strati à l'interfaccia di i fiocchi, i reazzioni di a fase solida si verificanu cù a furmazione di novi fasi.
À u climax di u prucessu MA (dopu à 50 h), a metallografia di flake hè stata appena notu (Fig. 3e, f), è a metalografia di specchiu hè stata osservata nantu à a superficia pulita di u polu.Questu significa chì u prucessu MA hè statu cumpletu è una sola fase di reazione hè stata creata.A cumpusizioni elementali di e regioni indicate in Figs.3e (I, II, III), f, v, vi) sò stati determinati utilizendu a microscopia elettronica à scansione di emissioni di campu (FE-SEM) in cumminazione cù spettroscopia di raghji X dispersiva d'energia (EDS).(IV).
In tavula.2 cuncintrazioni elementari di elementi alliati sò mostrati cum'è un percentinu di a massa tutale di ogni regione selezziunata in a fig.3e, f.Paragunendu sti risultati cù e cumpusizioni nominali iniziali di Cu50Zr20Ni30 è Cu50Zr40Ni10 datu in a Table 1 mostra chì e cumpusizioni di sti dui prudutti finali sò assai vicinu à e cumpusizioni nominali.Inoltre, i valori relative di i cumpunenti per e regioni elencate in Fig. 3e,f ùn suggerenu micca un deterioramentu significativu o variazione in a cumpusizioni di ogni mostra da una regione à l'altru.Questu hè pruvucatu da u fattu chì ùn ci hè micca un cambiamentu in a cumpusizioni da una regione à l'altru.Questu indica a pruduzzione di polveri di lega uniformi cum'è mostra in a Tabella 2.
I micrografi FE-SEM di u polu di u pruduttu finale Cu50 (Zr50-xNix) sò stati ottenuti dopu à 50 MA volte, cum'è mostra in Fig. 4a-d, induve x hè 10, 20, 30 è 40 at.%, rispettivamente.Dopu stu passu di macinazione, l'aggregati in polvere per l'effettu van der Waals, chì porta à a furmazione di grandi aggregati custituiti da particelle ultrafine cù un diametru di 73 à 126 nm, cum'è mostra in a Figura 4.
E caratteristiche morfologiche di i polveri Cu50 (Zr50-xNix) ottenuti dopu à 50-hour MA.Per i sistemi Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, l'imaghjini FE-SEM di polveri ottenute dopu à 50 MA sò mostrati in (a), (b), (c) è (d), rispettivamente.
Prima di carricà i polveri in l'alimentatore di spray fretu, sò stati prima sonicati in etanol di qualità analitica per 15 minuti è poi siccati à 150 ° C. per 2 ore.Stu passu deve esse fattu per cumbatte cù successu l'agglomerazione, chì spessu causa assai prublemi serii in u prucessu di revestimentu.Dopu à a fine di u prucessu MA, più studii sò stati realizati per investigà l'homogeneità di i polveri di lega.Nantu à fig.5a-d mostranu micrografie FE-SEM è l'imaghjini EDS currispondenti di l'elementi di lega Cu, Zr è Ni di a lega Cu50Zr30Ni20 presi dopu à 50 h di tempu M, rispettivamente.Semu devi esse nutatu chì i polveri di lega ottenuti dopu stu passu sò omogenei, postu chì ùn mostranu micca fluttuazioni di cumpusizioni oltre u livellu sub-nanometru, cum'è mostra in Figura 5.
Morfologia è distribuzione lucale di elementi in MG Cu50Zr30Ni20 powder ottenutu dopu à 50 MA da FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) SEM e X-ray EDS imaging di (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, e (d) Ni-Kα.
I mudelli di diffrazione di raghji X di polveri Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 è Cu50Zr20Ni30 alleati meccanicamente ottenuti dopu à 50 ore MA sò mostrati in Figs.6a-d, rispettivamente.Dopu à sta tappa di grinding, tutti i campioni cù cuncintrazioni di Zr differente avianu strutture amorfi cù mudelli di diffusione di halo caratteristiche mostra in Fig.
Modelli di diffrazione di raghji X di Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) è Cu50Zr20Ni30 (d) polveri dopu MA per 50 h.Un mudellu di halo-diffusione hè statu osservatu in tutti i campioni senza eccezzioni, chì indicanu a furmazione di una fase amorfa.
A microscopia elettronica di trasmissione di emissioni di campu d'alta risoluzione (FE-HRTEM) hè stata aduprata per osservà i cambiamenti strutturali è capisce a struttura lucale di i polveri risultanti da a fresatura di palle in diversi tempi MA.L'imaghjini di i polveri ottenuti da u metudu FE-HRTEM dopu a prima (6 h) è intermediate (18 h) fasi di macinazione di polveri Cu50Zr30Ni20 è Cu50Zr40Ni10 sò mostrati in Figs.7a, rispettivamente.Sicondu l'imaghjini di u campu luminoso (BFI) di u polu uttinutu dopu à 6 h di MA, u polu hè custituitu di grani grossi cù cunfini chjaramente definiti di l'elementi fcc-Cu, hcp-Zr è fcc-Ni, è ùn ci sò micca signali di a furmazione di una fase di reazione, cum'è mostra in Fig. 7a.Inoltre, un mudellu di diffrazione di l'area selezziunata correlata (SADP) pigliatu da a regione media (a) palesa un mudellu di diffrazione sharp (Fig. 7b) chì indica a prisenza di grandi cristalli è l'absenza di una fase reattiva.
E caratteristiche strutturale lucali di u polveru MA ottenutu dopu à i primi (6 h) è intermediate (18 h).(a) Microscopia elettronica di trasmissione di emissioni di campu d'alta risoluzione (FE-HRTEM) è (b) diffrattogramma di l'area selezionata (SADP) currispondente di polvere Cu50Zr30Ni20 dopu trattamentu MA per 6 ore.L'immagine FE-HRTEM di Cu50Zr40Ni10 ottenuta dopo 18 ore MA è mostrata in (c).
Comu mostra in fig.7c, un aumentu di a durata di MA à 18 h hà purtatu à difetti di lattice serii in cumbinazioni cù a deformazione plastica.In questa tappa intermedia di u prucessu MA, parechji difetti appariscenu in u polu, cumpresi i difetti di stacking, i difetti di lattice, è i difetti di u puntu (Fig. 7).Questi difetti causanu a frammentazione di grani grossi longu à e fruntiere di granu in subgrani più chjuchi di 20 nm in grandezza (Fig. 7c).
A struttura lucale di u polveru Cu50Z30Ni20 macinatu per 36 h MA hè carattarizatu da a furmazione di nanograins ultrafine incrustati in una matrice fina amorfa, cum'è mostra in Fig. 8a.Un'analisi lucale di l'EMF hà dimustratu chì i nanoclusters mostrati in Figs.8a sò assuciati cù leghe in polvere di Cu, Zr è Ni non trattati.U cuntenutu di Cu in a matrice variava da ~ 32 at.% (zona povera) à ~ 74 at.% (zona ricca), chì indica a furmazione di prudutti eterogenei.Inoltre, i SADP currispundenti di i polveri ottenuti dopu a fresatura in questu passu mostranu l'anelli di fasi amorfi di halo-diffusion primariu è secundariu chì si sovrapponenu cù punti sharp associati cù questi elementi di ligamenti micca trattati, cum'è mostra in Fig. 8b.
Caratteristiche strutturali lucali in nanoscala di Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 in polvere.(a) Bright field image (BFI) è currispundente (b) SADP di Cu50Zr30Ni20 powder ottenuta dopu a fresatura per 36 h MA.
Versu a fine di u prucessu MA (50 h), Cu50 (Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 è 40 at.% powders, senza eccezzioni, anu una morfologia labirintica di a fase amorfa, cum'è mostra in Fig.Nè a diffrazione puntuale nè i mudelli anulari affilati ùn anu pussutu esse rilevati in i SADS currispondenti di ogni cumpusizioni.Questu indica l'absenza di metallu cristallinu micca trattatu, ma piuttostu a furmazione di un polveru di alea amorfu.Questi SADP correlati chì mostranu mudelli di diffusione di halo sò stati ancu usati com'è evidenza per u sviluppu di fasi amorfi in u materiale di u pruduttu finali.
Struttura lucale di u pruduttu finali di u sistema Cu50 MS (Zr50-xNix).FE-HRTEM è modelli di diffrazione nanobeam correlati (NBDP) di (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, è (d) Cu50Zr10Ni40 ottenuti dopu 50 h di MA.
Utilizendu a calorimetria di scanning differenziale, a stabilità termica di a temperatura di transizione vetru (Tg), a regione liquida supercooled (ΔTx) è a temperatura di cristallizazione (Tx) hè stata studiata secondu u cuntenutu di Ni (x) in u sistema amorfu Cu50(Zr50-xNix).(DSC) proprietà in u flussu di gas He.E curve DSC di polveri di Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, è Cu50Zr10Ni40 aleaghji amorfi ottenuti dopu MA per 50 h sò mostrati in Figs.10a, b, e, rispettivamente.Mentri a curva DSC di Cu50Zr20Ni30 amorfu hè mostratu separatamente in Fig. 10u seculu Intantu, una mostra Cu50Zr30Ni20 riscaldata à ~ 700 ° C in DSC hè mostrata in Fig. 10g.
A stabilità termale di i polveri Cu50 (Zr50-xNix) MG ottenuti dopu MA per l'ora di 50 hè determinata da a temperatura di transizione vetru (Tg), a temperatura di cristallizazione (Tx) è a regione liquida supercooled (ΔTx).Termogrammi di polveri di calorimetri a scansione differenziale (DSC) di Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) è (e) Cu50Zr10Ni40 MG polveri di lega dopu MA per 50 ore.Un mudellu di diffrazione di raghji X (XRD) di un campione Cu50Zr30Ni20 riscaldatu à ~ 700 ° C in DSC hè mostratu in (d).
Comu mostra in a Figura 10, e curve DSC per tutte e cumpusizioni cù diverse concentrazioni di nichel (x) indicanu dui casi diffirenti, unu endotermicu è l'altru esotermicu.U primu avvenimentu endotermicu currisponde à Tg, è u sicondu hè assuciatu à Tx.L'area di span horizontale chì esiste trà Tg è Tx hè chjamata area di liquidu subcooled (ΔTx = Tx - Tg).I risultati mostranu chì u Tg è Tx di u sample Cu50Zr40Ni10 (Fig. 10a) pusatu à 526 ° C è 612 ° C shift the content (x) up to 20 at % versu u latu di a temperatura bassa di 482 ° C è 563 ° C.° C cù u cuntenutu crescente di Ni (x), rispettivamente, cum'è mostra in Figura 10b.In cunseguenza, ΔTx Cu50Zr40Ni10 diminuite da 86 ° С (Fig. 10a) à 81 ° С per Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Per l'alloy MC Cu50Zr40Ni10, una diminuzione di i valori di Tg, Tx è ΔTx à i livelli di 447 ° С, 526 ° С, è 79 ° С hè statu ancu osservatu (Fig. 10b).Questu indica chì un incrementu di u cuntenutu di Ni porta à una diminuzione di a stabilità termale di l'alliage MS.À u cuntrariu, u valore di Tg (507 ° C) di l'alliage MC Cu50Zr20Ni30 hè più bassu di quellu di l'alliage MC Cu50Zr40Ni10;néanmoins, son Tx montre une valeur comparable à lui (612 °C).Dunque, ΔTx hà un valore più altu (87 ° C) cum'è mostra in fig.10u seculu
U sistema Cu50(Zr50-xNix) MC, utilizendu l'alea Cu50Zr20Ni30 MC cum'è un esempiu, cristallizza attraversu un piccu esotermicu forte in fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, è orthorhombic-ZrNi fasi cristallini (Fig. 10c).Questa transizione di fasa da amorfu à cristallina hè stata cunfirmata da l'analisi di diffrazione di raghji X di a mostra MG (Fig. 10d) chì hè stata calda à 700 ° C in DSC.
Nantu à fig.11 mostra e ritratti pigliati durante u prucessu di spruzzamentu friddu realizatu in u travagliu attuale.In questu studiu, particeddi di polvere di metallu vetru sintetizzati dopu MA per 50 ore (aduprendu Cu50Zr20Ni30 cum'è un esempiu) sò stati utilizati com'è materia prima antibacteriale, è una piastra d'acciaio inox (SUS304) hè stata spruzzata fredda.U metudu di spruzzamentu friddu hè statu sceltu per u rivestimentu in a serie di tecnulugia di spruzzo termale perchè hè u metudu più efficiente in a serie di tecnulugia di spruzzo termale induve pò esse usatu per materiali metallici metastabili sensibili à u calore, cum'è polveri amorfi è nanocristallini.Ùn hè sottumessu à a fase.transizioni.Questu hè u fattore principale in a scelta di stu metudu.U prucessu di deposizione à freddo hè realizatu cù particelle d'alta velocità chì cunverte l'energia cinetica di e particelle in deformazione plastica, deformazione è calore à l'impattu cù u sustrato o particelle depositate prima.
I ritratti di u campu mostranu a prucedura di spray fredda utilizata per cinque preparazioni successive di MG/SUS 304 à 550 ° C.
L'energia cinetica di e particelle, è ancu l'impulsu di ogni particella durante a furmazione di u revestimentu, deve esse cunvertitu in altre forme d'energia per mezu di meccanismi cum'è a deformazione plastica (particelle primarie è interazzione interparticule in a matrice è interazzione di particelle), nodi interstiziali di solidi, rotazione trà e particelle, deformazione è limitazione di u riscaldamentu in energia, se ùn hè micca deformata in energia in tuttu. energia di furmazione, u risultatu serà una collisione elastica, chì significa chì i particeddi rimbalzanu solu dopu l'impattu.Hè statu nutatu chì u 90% di l'energia di l'impattu appiicata à u materiale di particella / substratu hè cunvertitu in calore lucale 40 .Inoltre, quandu u stress d'impattu hè applicatu, alti tassi di deformazione plastica sò ottenuti in a regione di cuntattu particella / substratu in pocu tempu41,42.
A deformazione plastica hè generalmente cunsiderata cum'è un prucessu di dissipazione di l'energia, o piuttostu, cum'è una fonte di calore in a regione interfacial.Tuttavia, l'aumentu di a temperatura in a regione interfacial ùn hè micca abbastanza per l'occurrence di fusione interfacial o stimulazione significativa di a diffusione mutuale di l'atomi.Nisuna publicazione cunnisciuta da l'autori hà investigatu l'effettu di e proprietà di sti polveri vitreous metallichi nantu à l'aderenza di u polveru è a stallazione chì si verificanu quandu si usanu tecniche di spruzzo friddu.
U BFI di u MG Cu50Zr20Ni30 alloy powder pò esse vistu in Fig. 12a, chì hè statu dipositu nantu à u sustrato SUS 304 (Fig. 11, 12b).Comu pò esse vistu da a figura, i polveri rivestiti conservanu a so struttura amorfa originale, postu chì anu una struttura di labirintu dilicatu senza caratteristiche cristalline o difetti di lattice.Per d 'altra banda, l'imaghjini indica a prisenza di una fase straniera, cum'è pruvucatu da i nanoparticuli inclusi in a matrice di polvere MG-coated (Fig. 12a).A figura 12c mostra u mudellu di diffrazione di nanofaisce indexatu (NBDP) assuciatu à a regione I (Figura 12a).Comu mostra in fig.12c, NBDP mostra un mudellu di diffusione di halo debule di struttura amorfa è coesiste cù spots sharp chì currispondenu à una fase cristallina grande cubica metastabile Zr2Ni più una fase CuO tetragonale.A furmazione di CuO pò esse spiegata da l'ossidazione di u polu quandu si move da a bocca di a pistola spray à SUS 304 in l'aria aperta in un flussu supersonicu.Per d 'altra banda, a devitrificazione di polveri vetru di metallu hà risultatu in a furmazione di grandi fasi cubichi dopu à u trattamentu di spruzzo friddu à 550 ° C per 30 min.
(a) L'immagine FE-HRTEM di MG powder depositata nantu à (b) sustrato SUS 304 (Figura inset).L'indice NBDP di u simbulu rotondu indicatu in (a) hè mostratu in (c).
Per pruvà stu mecanismu potenziale per a furmazione di grandi nanoparticuli cúbichi Zr2Ni, hè statu realizatu un esperimentu indipendente.In questu esperimentu, i polveri sò stati spruzzati da un atomizer à 550 ° C in a direzzione di u sustrato SUS 304;in ogni modu, per determinà l'effettu di l'anneling, i polveri sò stati eliminati da a striscia SUS304 u più prestu pussibule (circa 60 s).).Un'altra seria di esperimenti hè stata realizata in quale a polvera hè stata eliminata da u sustrato circa 180 seconde dopu l'applicazione.
I figuri 13a,b mostranu l'imaghjini di u campu scuru (DFI) di Microscopia Elettronica di Trasmissione à Scansione (STEM) di dui materiali sputtered dipositati nantu à sustrati SUS 304 per 60 s è 180 s, rispettivamente.L'imaghjini di pulveru dipositu per 60 seconde ùn mancanu dettagli morfologichi, chì mostranu featurelessness (Fig. 13a).Questu hè statu ancu cunfirmatu da XRD, chì hà dimustratu chì a struttura generale di sti polveri era amorfa, cum'è indicatu da i picchi di diffrazione primaria è secundaria larga mostrata in Figura 14a.Questu indica l'absenza di precipitati metastabili / mesophase, in quale u polu conserva a so struttura amorfa originale.In cuntrastu, u polu dipositu à a listessa temperatura (550 ° C) ma lasciatu nantu à u sustrato per 180 s hà dimustratu a deposizione di grani nanosimi, cum'è mostratu da e frecce in Fig. 13b.