Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com. Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη για CSS. Για την καλύτερη εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Στο μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Τα βιοφίλμ είναι ένα σημαντικό συστατικό στην ανάπτυξη χρόνιων λοιμώξεων, ειδικά όταν εμπλέκονται ιατρικές συσκευές. Αυτό το πρόβλημα αποτελεί τεράστια πρόκληση για την ιατρική κοινότητα, καθώς τα τυπικά αντιβιοτικά μπορούν να εξαλείψουν τα βιοφίλμ μόνο σε πολύ περιορισμένο βαθμό. Η πρόληψη του σχηματισμού βιοφίλμ έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη διαφόρων μεθόδων επίστρωσης και νέων υλικών. και τα μέταλλα τιτανίου έχουν αναδειχθεί ως ιδανικές αντιμικροβιακές επικαλύψεις. Ταυτόχρονα, η χρήση της τεχνολογίας ψυχρού ψεκασμού έχει αυξηθεί καθώς είναι μια κατάλληλη μέθοδος για την επεξεργασία ευαίσθητων στη θερμοκρασία υλικών. Μέρος του σκοπού αυτής της μελέτης ήταν η ανάπτυξη ενός νέου αντιβακτηριακού φιλμ μεταλλικού γυαλιού αποτελούμενου από τριαδικό Cu-Zr-Ni με χρήση μηχανικής τεχνικής κρύου ψεκασμού. επιφανειών από ανοξείδωτο χάλυβα σε χαμηλές θερμοκρασίες.Υποστρώματα επικαλυμμένα με μεταλλικό γυαλί μπόρεσαν να μειώσουν σημαντικά τον σχηματισμό βιοφίλμ κατά τουλάχιστον 1 log σε σύγκριση με τον ανοξείδωτο χάλυβα.
Σε όλη την ανθρώπινη ιστορία, κάθε κοινωνία μπόρεσε να σχεδιάσει και να προωθήσει την εισαγωγή νέων υλικών που ανταποκρίνονται στις ειδικές απαιτήσεις της, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα βελτιωμένες επιδόσεις και κατάταξη σε μια παγκοσμιοποιημένη οικονομία1. Πάντα αποδίδεται στην ανθρώπινη ικανότητα να αναπτύσσει υλικά και εξοπλισμό κατασκευής και σχέδια για την κατασκευή και τον χαρακτηρισμό υλικών για να επιτύχει κέρδη στην υγεία, την εκπαίδευση, τη βιομηχανία, την οικονομία, τον πολιτισμό ή την άλλη περιοχή.2 Για 60 χρόνια, οι επιστήμονες υλικών αφιέρωσαν μεγάλο μέρος του χρόνου τους για να εστιάσουν σε ένα σημαντικό μέλημα: την αναζήτηση νέων και αιχμής υλικών. Η πρόσφατη έρευνα επικεντρώθηκε στη βελτίωση της ποιότητας και της απόδοσης των υπαρχόντων υλικών, καθώς και στη σύνθεση και την εφεύρεση εντελώς νέων τύπων υλικών.
Η προσθήκη στοιχείων κράματος, η τροποποίηση της μικροδομής του υλικού και η εφαρμογή τεχνικών θερμικής, μηχανικής ή θερμομηχανικής επεξεργασίας έχουν οδηγήσει σε σημαντικές βελτιώσεις στις μηχανικές, χημικές και φυσικές ιδιότητες μιας ποικιλίας διαφορετικών υλικών. Επιπλέον, άγνωστες μέχρι τώρα ενώσεις έχουν συντεθεί επιτυχώς σε αυτό το σημείο. .Νανοκρύσταλλοι, νανοσωματίδια, νανοσωλήνες, κβαντικές κουκκίδες, μηδενικές διαστάσεις, άμορφα μεταλλικά γυαλιά και κράματα υψηλής εντροπίας είναι μερικά μόνο παραδείγματα προηγμένων υλικών που εισήχθησαν στον κόσμο από τα μέσα του περασμένου αιώνα. από την εφαρμογή νέων τεχνικών κατασκευής για σημαντική απόκλιση από την ισορροπία, ανακαλύφθηκε μια εντελώς νέα κατηγορία μετασταθερών κραμάτων, γνωστά ως μεταλλικά γυαλιά.
Η δουλειά του στο Caltech το 1960 έφερε επανάσταση στην έννοια των μεταλλικών κραμάτων όταν συνέθεσε υαλώδη κράματα Au-25 σε % Si στερεοποιώντας ταχέως υγρά σε σχεδόν ένα εκατομμύριο βαθμούς ανά δευτερόλεπτο. Στις πρώτες πρωτοποριακές μελέτες στη σύνθεση κραμάτων MG, σχεδόν όλα τα μεταλλικά γυαλιά έχουν παραχθεί εξ ολοκλήρου χρησιμοποιώντας μία από τις ακόλουθες μεθόδους.(i) ταχεία στερεοποίηση του τήγματος ή του ατμού, (ii) ατομική διαταραχή του πλέγματος, (iii) αντιδράσεις αμορφοποίησης στερεάς κατάστασης μεταξύ καθαρών μεταλλικών στοιχείων και (iv) μεταπτώσεις σε στερεά κατάσταση μετασταθερών φάσεων.
Τα MG διακρίνονται από την έλλειψη της ατομικής τάξης μεγάλης εμβέλειας που σχετίζεται με τους κρυστάλλους, κάτι που είναι καθοριστικό χαρακτηριστικό των κρυστάλλων. Στον σημερινό κόσμο, έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος στον τομέα του μεταλλικού γυαλιού. Είναι νέα υλικά με ενδιαφέρουσες ιδιότητες που ενδιαφέρουν όχι μόνο τη φυσική στερεάς κατάστασης, αλλά και τη μεταλλουργία, τη μεταλλουργία, τη χημεία επιφανειών και πολλές άλλες ιδιότητες των στερεών υλικών. s, καθιστώντας το ένα ενδιαφέρον υποψήφιο για τεχνολογικές εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Έχουν μερικές σημαντικές ιδιότητες.(i) υψηλή μηχανική ολκιμότητα και αντοχή σε διαρροή, (ii) υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, (iii) χαμηλή καταναγκαστική ικανότητα, (iv) ασυνήθιστη αντοχή στη διάβρωση, (v) ανεξαρτησία θερμοκρασίας Η αγωγιμότητα 6,7.
Το Mechanical Alloying (MA)1,8 είναι μια σχετικά νέα τεχνική, που εισήχθη για πρώτη φορά το 19839 από τον καθηγητή CC Kock και τους συνεργάτες του. Παρασκεύασαν άμορφες σκόνες Ni60Nb40 αλέθοντας ένα μείγμα καθαρών στοιχείων σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος πολύ κοντά στη θερμοκρασία δωματίου.Τυπικά, η αντίδραση ΜΑ πραγματοποιείται μεταξύ της διάχυτης σύζευξης των σκονών του αντιδρώντος υλικού σε έναν αντιδραστήρα, συνήθως κατασκευασμένου από ανοξείδωτο χάλυβα σε ένα μύλο με σφαιρίδια 10 (Εικ. 1a, b). 2,13,14,15, 16. Ειδικότερα, αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή μη αναμίξιμων συστημάτων όπως το Cu-Ta17, καθώς και κραμάτων υψηλού σημείου τήξης όπως τα συστήματα μετάλλων μετάπτωσης Al (TM; Zr, Hf, Nb και Ta) 18,19 και Fe-W20, που δεν μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση της πιο ισχυρής μεθόδου προετοιμασίας της τεχνολογίας MAF. βιομηχανικής κλίμακας νανοκρυσταλλικά και νανοσύνθετα σωματίδια σκόνης από οξείδια μετάλλων, καρβίδια, νιτρίδια, υδρίδια, νανοσωλήνες άνθρακα, νανοδιαμάντια, καθώς και ευρεία σταθεροποίηση μέσω μιας προσέγγισης από πάνω προς τα κάτω 1 και μετασταθερών σταδίων.
Σχηματική που δείχνει τη μέθοδο κατασκευής που χρησιμοποιήθηκε για την προετοιμασία της επικάλυψης Cu50(Zr50−xNix) μεταλλικού γυαλιού (MG)/SUS 304 σε αυτή τη μελέτη. σφραγίζεται σε ένα ντουλαπάκι γεμάτο με ατμόσφαιρα He. (γ) Ένα διαφανές μοντέλο του δοχείου λείανσης που απεικονίζει την κίνηση της μπάλας κατά τη διάρκεια της λείανσης. Το τελικό προϊόν της σκόνης που ελήφθη μετά από 50 ώρες χρησιμοποιήθηκε για την επικάλυψη του υποστρώματος SUS 304 χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ψυχρού ψεκασμού (δ).
Όταν πρόκειται για επιφάνειες χύδην υλικού (υποστρώματα), η μηχανική επιφανειών περιλαμβάνει το σχεδιασμό και την τροποποίηση επιφανειών (υποστρωμάτων) για την παροχή ορισμένων φυσικών, χημικών και τεχνικών ιδιοτήτων που δεν περιέχονται στο αρχικό χύμα υλικό. Ορισμένες ιδιότητες που μπορούν να βελτιωθούν αποτελεσματικά με επιφανειακές επεξεργασίες περιλαμβάνουν αντοχή στην τριβή, στην οξείδωση και στη διάβρωση, συντελεστή τριβής, ποιότητα, ηλεκτρισμό και λίγες ιδιότητες. μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση μεταλλουργικών, μηχανικών ή χημικών τεχνικών. Ως πολύ γνωστή διαδικασία, μια επίστρωση ορίζεται απλώς ως ένα μόνο ή πολλαπλά στρώματα υλικού που εναποτίθενται τεχνητά στην επιφάνεια ενός μεγάλου αντικειμένου (υποστρώματος) κατασκευασμένου από άλλο υλικό. Έτσι, οι επικαλύψεις χρησιμοποιούνται εν μέρει για την επίτευξη ορισμένων επιθυμητών τεχνικών ή διακοσμητικών ιδιοτήτων, καθώς και για την προστασία των φυσικών υλικών από τις αναμενόμενες αλληλεπιδράσεις2.
Για την εναπόθεση κατάλληλων επιφανειακών στρώσεων με πάχη που κυμαίνονται από λίγα μικρόμετρα (κάτω από 10-20 μικρόμετρα) έως πάνω από 30 μικρόμετρα ή ακόμα και μερικά χιλιοστά, μπορούν να εφαρμοστούν πολλές μέθοδοι και τεχνικές. cing, φυσική εναπόθεση ατμού (PVD), χημική εναπόθεση ατμού (CVD), τεχνικές θερμικού ψεκασμού και πιο πρόσφατα τεχνικές ψυχρού ψεκασμού 24 (Εικ. 1δ).
Τα βιοφίλμ ορίζονται ως μικροβιακές κοινότητες που είναι αμετάκλητα προσκολλημένες σε επιφάνειες και περιβάλλονται από αυτοπαραγόμενα εξωκυτταρικά πολυμερή (EPS). Ο επιφανειακά ώριμος σχηματισμός βιοφίλμ μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές απώλειες σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της βιομηχανίας τροφίμων, των συστημάτων νερού και των περιβαλλόντων υγειονομικής περίθαλψης. teriaceae και Staphylococci) είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν. Επιπλέον, τα ώριμα βιοφίλμ έχουν αναφερθεί ότι είναι 1000 φορές πιο ανθεκτικά στη θεραπεία με αντιβιοτικά σε σύγκριση με τα πλαγκτονικά βακτηριακά κύτταρα, κάτι που θεωρείται σημαντική θεραπευτική πρόκληση. μπορεί να βοηθήσει στην αποφυγή βακτηριακής μετάδοσης και καταστροφής υλικού.
Η ευρεία αντίσταση των βακτηρίων στις αντιβιοτικές θεραπείες λόγω του σχηματισμού βιοφίλμ έχει οδηγήσει στην ανάγκη ανάπτυξης μιας αποτελεσματικής αντιμικροβιακής επιφάνειας επικαλυμμένης με μεμβράνη που μπορεί να εφαρμοστεί με ασφάλεια27. Η ανάπτυξη μιας φυσικής ή χημικής αντικολλητικής επιφάνειας στην οποία αναστέλλονται τα βακτηριακά κύτταρα να δεσμεύονται και να δημιουργούν βιοφίλμ λόγω προσκόλλησης. Παραδίδονται ακριβώς όπου χρειάζονται, σε εξαιρετικά συγκεντρωμένες και προσαρμοσμένες ποσότητες. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάπτυξη μοναδικών υλικών επικάλυψης όπως γραφένιο/γερμάνιο28, μαύρο διαμάντι29 και επιχρίσματα άνθρακα με πρόσμειξη με διαμάντι30 που είναι ανθεκτικά στα βακτήρια. Τα μικροβιοκτόνα χημικά στις επιφάνειες για την παροχή μακροπρόθεσμης προστασίας από βακτηριακή μόλυνση γίνονται όλο και πιο δημοφιλή. Παρόλο που και οι τρεις διαδικασίες είναι ικανές να παράγουν αντιμικροβιακά αποτελέσματα σε επικαλυμμένες επιφάνειες, η καθεμία έχει το δικό της σύνολο περιορισμών που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την ανάπτυξη στρατηγικών εφαρμογής.
Τα προϊόντα που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά εμποδίζονται από τον ανεπαρκή χρόνο ανάλυσης και δοκιμής προστατευτικών επικαλύψεων για βιολογικά ενεργά συστατικά. Οι εταιρείες ισχυρίζονται ότι τα προϊόντα τους θα παρέχουν στους χρήστες επιθυμητές λειτουργικές πτυχές.Ωστόσο, αυτό ήταν ένα εμπόδιο στην επιτυχία των προϊόντων που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά. Οι ενώσεις που προέρχονται από ασήμι χρησιμοποιούνται στη συντριπτική πλειονότητα των αντιμικροβιακών θεραπειών που είναι τώρα διαθέσιμες στους καταναλωτές. Αυτά τα προϊόντα έχουν αναπτυχθεί για να προστατεύουν τους χρήστες από τις δυνητικά επικίνδυνες επιπτώσεις των μικροοργανισμών. Η επίστρωση που λειτουργεί σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους εξακολουθεί να αποδεικνύεται μια τρομακτική εργασία. Αυτό οφείλεται στους σχετικούς κινδύνους τόσο για την υγεία όσο και για την ασφάλεια. Η ανακάλυψη ενός αντιμικροβιακού παράγοντα που είναι λιγότερο επιβλαβής για τον άνθρωπο και ο τρόπος ενσωμάτωσής του σε υποστρώματα επικάλυψης με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είναι ένας ιδιαίτερα περιζήτητος στόχος, το πιο πρόσφατο αντιμικροβιακό εύρος υλικών38. επαφή ή μετά την απελευθέρωση του δραστικού παράγοντα. Μπορούν να το κάνουν αναστέλλοντας την αρχική βακτηριακή προσκόλληση (συμπεριλαμβανομένης της εξουδετέρωσης του σχηματισμού πρωτεϊνικού στρώματος στην επιφάνεια) ή σκοτώνοντας βακτήρια παρεμβαίνοντας στο κυτταρικό τοίχωμα.
Ουσιαστικά, επιφανειακή επίστρωση είναι η διαδικασία τοποθέτησης ενός άλλου στρώματος στην επιφάνεια ενός συστατικού για την ενίσχυση των ιδιοτήτων που σχετίζονται με την επιφάνεια. Ο στόχος της επιφανειακής επίστρωσης είναι να προσαρμόσει τη μικροδομή και/ή τη σύνθεση της περιοχής κοντά στην επιφάνεια του εξαρτήματος39. Οι τεχνικές επιφανειακής επίστρωσης μπορούν να χωριστούν σε διαφορετικές μεθόδους, οι οποίες συνοψίζονται στο Σχ. 2α. δημιουργήστε την επίστρωση.
(α) Ένθετο που δείχνει τις κύριες τεχνικές κατασκευής που χρησιμοποιούνται για την επιφάνεια, και (β) επιλεγμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνικής ψυχρού ψεκασμού.
Η τεχνολογία κρύου ψεκασμού μοιράζεται πολλές ομοιότητες με τις συμβατικές μεθόδους θερμικού ψεκασμού. Ωστόσο, υπάρχουν επίσης ορισμένες βασικές θεμελιώδεις ιδιότητες που κάνουν τη διαδικασία ψυχρού ψεκασμού και τα υλικά ψυχρού ψεκασμού ιδιαίτερα μοναδικά. Η τεχνολογία κρύου ψεκασμού είναι ακόμη στα σπάργανα, αλλά έχει λαμπρό μέλλον. Σε ορισμένες εφαρμογές, οι μοναδικές ιδιότητες του ψυχρού ψεκασμού προσφέρουν μεγάλα οφέλη, ξεπερνώντας τους εγγενείς περιορισμούς της παραδοσιακής τεχνολογίας Προφανώς, αυτή η παραδοσιακή διαδικασία επίστρωσης δεν είναι κατάλληλη για πολύ ευαίσθητα στη θερμοκρασία υλικά, όπως νανοκρύσταλλοι, νανοσωματίδια, άμορφα και μεταλλικά γυαλιά40, 41, 42. Επιπλέον, τα υλικά επίστρωσης με θερμικό ψεκασμό έχουν πάντα υψηλά επίπεδα τεχνολογίας ακτίνων. ) ελάχιστη εισροή θερμότητας στο υπόστρωμα, (ii) ευελιξία στις επιλογές επίστρωσης υποστρώματος, (iii) απουσία μετασχηματισμού φάσης και ανάπτυξη κόκκων, (iv) υψηλή αντοχή δεσμού1,39 (Εικ.2b).Επιπλέον, τα υλικά επικάλυψης με κρύο ψεκασμό έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση, υψηλή αντοχή και σκληρότητα, υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και υψηλή πυκνότητα41. Σε αντίθεση με τα πλεονεκτήματα της διαδικασίας ψυχρού ψεκασμού, εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα στη χρήση αυτής της τεχνικής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2β. Όταν δεν επικαλύπτονται καθαρές κεραμικές σκόνες όπως το Al2,O2,Ti, Zray, κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, οι σύνθετες σκόνες κεραμικού/μετάλλου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες για επιστρώσεις. Το ίδιο ισχύει και για άλλες μεθόδους θερμικού ψεκασμού. Οι περίπλοκες επιφάνειες και οι εσωτερικές επιφάνειες σωλήνων εξακολουθούν να είναι δύσκολο να ψεκαστούν.
Δεδομένου ότι η τρέχουσα εργασία στοχεύει να χρησιμοποιήσει μεταλλικές υαλώδεις σκόνες ως πρώτες ύλες επικάλυψης, είναι σαφές ότι ο συμβατικός θερμικός ψεκασμός δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σκοπό αυτό. Αυτό συμβαίνει επειδή οι μεταλλικές υαλώδεις σκόνες κρυσταλλώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες1.
Τα περισσότερα εργαλεία που χρησιμοποιούνται στην ιατρική και τη βιομηχανία τροφίμων είναι κατασκευασμένα από κράματα ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα (SUS316 και SUS304) με περιεκτικότητα σε χρώμιο μεταξύ 12 και 20% κ.β. για την παραγωγή χειρουργικών εργαλείων. αντοχή στη διάβρωση, δεν παρουσιάζουν σημαντικές αντιμικροβιακές ιδιότητες38,39. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την υψηλή αντοχή τους στη διάβρωση. Μετά από αυτό, μπορεί να προβλεφθεί η ανάπτυξη μόλυνσης και φλεγμονής, η οποία προκαλείται κυρίως από βακτηριακή πρόσφυση και αποικισμό στην επιφάνεια βιοϋλικών από ανοξείδωτο χάλυβα. πολλές συνέπειες που μπορεί να επηρεάσουν άμεσα ή έμμεσα την ανθρώπινη υγεία.
Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη φάση ενός έργου που χρηματοδοτείται από το Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), Συμβόλαιο Αρ. , θα εξετάσει λεπτομερώς τα ηλεκτροχημικά χαρακτηριστικά διάβρωσης και τις μηχανικές ιδιότητες του συστήματος. Θα πραγματοποιηθούν λεπτομερείς μικροβιολογικές δοκιμές για διαφορετικά είδη βακτηρίων.
Σε αυτό το άρθρο, η επίδραση της περιεκτικότητας σε στοιχεία κράματος Zr στην ικανότητα σχηματισμού γυαλιού (GFA) συζητείται με βάση μορφολογικά και δομικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, συζητήθηκαν επίσης οι αντιβακτηριακές ιδιότητες της επικαλυμμένης μεταλλικής σκόνης σύνθετου γυαλιού/SUS304. Επιπλέον, έχει διεξαχθεί τρέχουσα εργασία για τη διερεύνηση της πιθανότητας εμφάνισης δομικών μετασχηματισμών γυάλινων ακτίνων σε υγρή περιοχή μετάλλου. Ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα, κράματα μεταλλικού γυαλιού Cu50Zr30Ni20 και Cu50Zr20Ni30 έχουν χρησιμοποιηθεί σε αυτή τη μελέτη.
Σε αυτήν την ενότητα, παρουσιάζονται οι μορφολογικές αλλαγές των στοιχειακών σκονών Cu, Zr και Ni σε σφαιρική άλεση χαμηλής ενέργειας. Ως ενδεικτικά παραδείγματα, δύο διαφορετικά συστήματα που αποτελούνται από Cu50Zr20Ni30 και Cu50Zr40Ni10 θα χρησιμοποιηθούν ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα.
Μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά σκονών μηχανικού κράματος (MA) που ελήφθησαν μετά από διαφορετικά στάδια του χρόνου άλεσης με σφαίρες. Οι εικόνες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης πεδίου (FE-SEM) των σκονών MA και Cu50Zr40Ni10 που ελήφθησαν μετά από χρόνους άλεσης με σφαίρα χαμηλής ενέργειας 3, 12 και 50 h φαίνονται στα (a), (a), (30Z0) για το σύστημα MA, (c) και (c) Οι εικόνες του συστήματος Cu50Zr40Ni10 που έχουν ληφθεί μετά την πάροδο του χρόνου εμφανίζονται στα (b), (d) και (f).
Κατά τη διάρκεια της άλεσης με σφαιρίδια, η αποτελεσματική κινητική ενέργεια που μπορεί να μεταφερθεί στη σκόνη μετάλλου επηρεάζεται από τον συνδυασμό παραμέτρων, όπως φαίνεται στο Σχ. 1α. Αυτό περιλαμβάνει συγκρούσεις μεταξύ σφαιρών και σκονών, συμπιεστική διάτμηση σκόνης που έχει κολλήσει μεταξύ ή μεταξύ των μέσων άλεσης, πρόσκρουση σφαιρών που πέφτουν, διάτμηση και φθορά λόγω έλξης σκόνης μεταξύ κινούμενων μέσων φρεζαρίσματος σφαίρας. Οι σκόνες Cu, Zr και Ni παραμορφώθηκαν σοβαρά λόγω της ψυχρής συγκόλλησης στο πρώιμο στάδιο της ΜΑ (3 ώρες), με αποτέλεσμα μεγάλα σωματίδια σκόνης (>1 mm σε διάμετρο). Αυτά τα μεγάλα σύνθετα σωματίδια χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό παχιών στρωμάτων στοιχείων κράματος (Cu, Zr, Ni), όπως φαίνεται στο Σχ. 3a,b. ενέργεια του σφαιρόμυλου, με αποτέλεσμα την αποσύνθεση της σύνθετης σκόνης σε λεπτότερες σκόνες (λιγότερο από 200 μm), όπως φαίνεται στο Σχ. 3γ, δ. Σε αυτό το στάδιο, η εφαρμοζόμενη δύναμη διάτμησης οδηγεί στο σχηματισμό μιας νέας μεταλλικής επιφάνειας με λεπτά στρώματα υπόδειξης Cu, Zr, Ni, όπως φαίνεται στο Σχ. 3c, d.
Στο αποκορύφωμα της διαδικασίας MA (μετά από 50 ώρες), η λεπτή μεταλλογραφία ήταν μόνο αμυδρά ορατή (Εικ. 3e,f), αλλά η στιλβωμένη επιφάνεια της σκόνης έδειξε μεταλλογραφία καθρέφτη. Αυτό σημαίνει ότι η διαδικασία MA έχει ολοκληρωθεί και έχει συμβεί η δημιουργία μιας ενιαίας φάσης αντίδρασης. py (FE-SEM) σε συνδυασμό με φασματοσκοπία ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (EDS) (IV).
Στον Πίνακα 2, οι στοιχειακές συγκεντρώσεις των στοιχείων κράματος φαίνονται ως ποσοστό του συνολικού βάρους κάθε περιοχής που επιλέχτηκε στο Σχ. 3ε, στ. Κατά τη σύγκριση αυτών των αποτελεσμάτων με τις αρχικές ονομαστικές συνθέσεις των Cu50Zr20Ni30 και Cu50Zr40Ni10 που αναφέρονται στον Πίνακα 1, μπορεί να φανεί ότι οι συνθέσεις αυτές δεν έχουν περισσότερες όμοιες τιμές με τις τελικές συνθέσεις F. Οι τιμές των συστατικών για τις περιοχές που αναφέρονται στο Σχήμα 3e,f δεν υποδηλώνουν σημαντική αλλοίωση ή διακύμανση στη σύνθεση κάθε δείγματος από τη μια περιοχή στην άλλη. Αυτό αποδεικνύεται από το γεγονός ότι δεν υπάρχει αλλαγή στη σύνθεση από τη μια περιοχή στην άλλη. Αυτό δείχνει την παραγωγή ομοιογενών σκονών κράματος, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2.
Μικρογραφίες FE-SEM της σκόνης τελικού προϊόντος Cu50(Zr50−xNix) λήφθηκαν μετά από 50 ΜΑ φορές, όπως φαίνεται στο Σχ. 4a–d, όπου το x είναι 10, 20, 30 και 40 at.%, αντίστοιχα. Μετά από αυτό το βήμα άλεσης, τα συσσωματώματα σκόνης αποτελούνται από τη μορφή της μεγάλης διαμέτρου των σωματιδίων van der Wagges. από 73 έως 126 nm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.
Μορφολογικά χαρακτηριστικά των σκονών Cu50(Zr50−xNix) που ελήφθησαν μετά από χρόνο MA 50 ωρών. Για τα συστήματα Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40), οι εικόνες FE-SEM των σκονών που εμφανίζονται σε (5) και MAC αντίστοιχα, λαμβάνονται αντίστοιχα (α) και MAC .
Πριν φορτωθούν οι σκόνες σε έναν ψυχρό τροφοδότη ψεκασμού, πρώτα υποβλήθηκαν σε υπερήχους σε αιθανόλη αναλυτικής ποιότητας για 15 λεπτά και στη συνέχεια ξηράνθηκαν στους 150°C για 2 ώρες. Αυτό το βήμα πρέπει να γίνει για την επιτυχή καταπολέμηση της συσσωμάτωσης που συχνά προκαλεί πολλά σημαντικά προβλήματα σε όλη τη διαδικασία επικάλυψης. Μικρογραφίες FE-SEM και οι αντίστοιχες εικόνες EDS των στοιχείων κράματος Cu, Zr και Ni του κράματος Cu50Zr30Ni20 που ελήφθησαν μετά από 50 ώρες χρόνου Μ, αντίστοιχα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι σκόνες κράματος που παράγονται μετά από αυτό το βήμα είναι ομοιογενείς καθώς δεν παρουσιάζουν διακυμάνσεις σύνθεσης πέρα ​​από το επίπεδο του υπο-5.
Μορφολογία και τοπική στοιχειακή κατανομή της σκόνης MG Cu50Zr30Ni20 που ελήφθη μετά από 50 ΜΑ φορές με φασματοσκοπία FE-SEM/ενέργειας διασποράς ακτίνων Χ (EDS).
Τα μοτίβα XRD των μηχανικά κραματοποιημένων σκονών Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 και Cu50Zr20Ni30 που ελήφθησαν μετά από χρόνο MA 50 ωρών παρουσιάζονται στο Σχ. 6a–d, αντίστοιχα. μοτίβα ιόντων που φαίνονται στο Σχ. 6.
Μοτίβα XRD των (α) Cu50Zr40Ni10, (β) Cu50Zr30Ni20, (γ) Cu50Zr20Ni30 και (δ) σκονών Cu50Zr20Ni30 μετά από χρόνο ΜΑ 50 ωρών. Όλα τα δείγματα χωρίς εξαίρεση έδειξαν ένα μοτίβο σχηματισμού φάσης διάχυσης αλογόνου ενός αμορφισμού.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης υψηλής ανάλυσης πεδίου (FE-HRTEM) χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση δομικών αλλαγών και την κατανόηση της τοπικής δομής των σκονών που προκύπτουν από άλεση με σφαιρίδια σε διαφορετικούς χρόνους MA. Οι εικόνες FE-HRTEM των σκονών που ελήφθησαν μετά από τα πρώιμα (6 ώρες) και τα ενδιάμεσα (18 ώρες) στάδια άλεσης φαίνονται για Cu50Zr301i σε σκόνη Cu50Zr30N. a,c, αντίστοιχα. Σύμφωνα με την εικόνα φωτεινού πεδίου (BFI) της σκόνης που παράγεται μετά από 6 ώρες MA​​, η σκόνη αποτελείται από μεγάλους κόκκους με καλά καθορισμένα όρια των στοιχείων fcc-Cu, hcp-Zr και fcc-Ni, και δεν υπάρχει σημάδι ότι η φάση της αντίδρασης έχει σχηματιστεί, όπως φαίνεται στο σχήμα DP7. Η μεσαία περιοχή του (α) αποκάλυψε ένα μοτίβο περίθλασης ακμής (Εικ. 7β), υποδεικνύοντας την παρουσία μεγάλων κρυσταλλιδίων και την απουσία μιας αντιδραστικής φάσης.
Τοπικός δομικός χαρακτηρισμός της σκόνης MA που λήφθηκε μετά από πρώιμα (6 ώρες) και ενδιάμεσα (18 ώρες) στάδια. (α) Ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης υψηλής ανάλυσης πεδίου εκπομπής (FE-HRTEM) και (β) το αντίστοιχο επιλεγμένο μοτίβο περίθλασης περιοχής (SADP) του Cu50Zr30Ni20 μετά από επεξεργασία ΜΑ σκόνης για 6 ώρες CuFEH40EMRT. των 18 ωρών φαίνεται στο (γ).
Όπως φαίνεται στο Σχ. 7γ, η επέκταση της διάρκειας MA σε 18 ώρες οδήγησε σε σοβαρά ελαττώματα πλέγματος σε συνδυασμό με πλαστική παραμόρφωση. Κατά τη διάρκεια αυτού του ενδιάμεσου σταδίου της διαδικασίας MA, η σκόνη παρουσιάζει διάφορα ελαττώματα, όπως ελαττώματα στοίβαξης, ελαττώματα πλέγματος και ελαττώματα σημείου (Σχήμα 7). από 20 nm (Εικ. 7γ).
Η τοπική δομή της σκόνης Cu50Z30Ni20 που αλέστηκε για 36 ώρες ΜΑ έχει τον σχηματισμό εξαιρετικά λεπτών νανοκόκκων ενσωματωμένων σε μια άμορφη λεπτή μήτρα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8α. Η τοπική ανάλυση EDS έδειξε ότι αυτά τα νανοσυμπλέγματα που φαίνονται στο Σχήμα 8α συνδέονταν με τα μη επεξεργασμένα στοιχεία της σκόνης Α και το μη επεξεργασμένο χρόνο της σκόνης Cuoyx. κυμαίνεται από ~32 at.% (άπαχο εμβαδόν) έως ~74 at.% (πλούσιο εμβαδόν), υποδεικνύοντας το σχηματισμό ετερογενών προϊόντων. Επιπλέον, τα αντίστοιχα SADPs των σκονών που λαμβάνονται μετά την άλεση σε αυτό το στάδιο δείχνουν αλογονο-διάχυτους πρωτεύοντες και δευτερεύοντες δακτυλίους άμορφης φάσης, που επικαλύπτονται με αιχμηρά σημεία που σχετίζονται με αυτά.
Πέρα από τοπικά δομικά χαρακτηριστικά νανοκλίμακας σκόνης 36 h-Cu50Zr30Ni20. (α) Εικόνα φωτεινού πεδίου (BFI) και αντίστοιχη (β) SADP σκόνης Cu50Zr30Ni20 που λαμβάνεται μετά από άλεση για 36 ώρες MA.
Κοντά στο τέλος της διαδικασίας MA (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X;Οι σκόνες 10, 20, 30 και 40 at.% έχουν πάντα μια μορφολογία δαιδαλώδους άμορφης φάσης όπως φαίνεται στο Σχ. 9a–d. Στην αντίστοιχη SADP κάθε σύνθεσης, δεν μπορούν να ανιχνευθούν ούτε σημειακές περιθλάσεις ούτε αιχμηρά δακτυλιοειδή σχέδια. Αυτό δείχνει ότι δεν υπάρχει ακατέργαστο μεταλλικό κρύσταλλο. Τα μοτίβα διάχυσης αλογόνου χρησιμοποιήθηκαν επίσης ως στοιχεία για την ανάπτυξη άμορφων φάσεων στο υλικό του τελικού προϊόντος.
Τοπική δομή του τελικού προϊόντος του συστήματος MG Cu50 (Zr50−xNix)
Η θερμική σταθερότητα της θερμοκρασίας μετάπτωσης υάλου (Tg), της υπόψυκτης περιοχής υγρού (ΔTx) και της θερμοκρασίας κρυστάλλωσης (Tx) ως συνάρτηση της περιεκτικότητας σε Ni (x) του άμορφου συστήματος Cu50 (Zr50−xNix) έχει διερευνηθεί χρησιμοποιώντας θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης (DSC) των ιδιοτήτων υπό τη ροή αερίου He40N30Zr. Οι σκόνες άμορφου κράματος 0 και Cu50Zr10Ni40 που λαμβάνονται μετά από χρόνο MA 50 ωρών φαίνονται στο Σχ. 10a, b, e, αντίστοιχα. Ενώ η καμπύλη DSC του άμορφου Cu50Zr20Ni30 φαίνεται ξεχωριστά στο Σχ. 10c. Εικ. 10δ.
Θερμική σταθερότητα των σκονών Cu50(Zr50−xNix) MG που λήφθηκε μετά από χρόνο MA 50 ωρών, όπως δεικνύεται από τη θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου (Tg), τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης (Tx) και την περιοχή υπόψυξης υγρού (ΔTx). ) Cu50Zr20Ni30 και (ε) Cu50Zr10Ni40 MG σκόνες κράματος μετά από χρόνο ΜΑ 50 ωρών. Το σχέδιο περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) του δείγματος Cu50Zr30Ni20 που θερμάνθηκε στους~700 °C σε DSC φαίνεται στο (d).
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 10, οι καμπύλες DSC όλων των συνθέσεων με διαφορετικές συγκεντρώσεις Ni (x) υποδεικνύουν δύο διαφορετικές περιπτώσεις, μια ενδόθερμη και η άλλη εξώθερμη. Το πρώτο ενδόθερμο συμβάν αντιστοιχεί σε Tg, ενώ το δεύτερο σχετίζεται με Tx. Η περιοχή οριζόντιου ανοίγματος που υπάρχει μεταξύ Tg και Tx ονομάζεται υποψυγμένη περιοχή υγρού (ΔTx0 και Tig Τα αποτελέσματα του Tg = Tx Nx). 10 δείγματα (Εικ. 10a), τοποθετημένα στους 526°C και 612°C, μετατοπίζουν την περιεκτικότητα (x) στο 20 at.% προς την πλευρά χαμηλής θερμοκρασίας των 482°C και 563°C με αυξανόμενη περιεκτικότητα σε Ni (x), αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 10β. Κατά συνέπεια, το 81°C μειώνεται από το 81°C σε Δ1°C από Cu. 81 °C για το Cu50Zr30Ni20 (Εικ. 10β). Για το κράμα MG Cu50Zr40Ni10, παρατηρήθηκε επίσης ότι οι τιμές των Tg, Tx και ΔTx μειώθηκαν στα επίπεδα των 447°C, 526°C και 79°C (Αυτό υποδηλώνει ότι η περιεκτικότητα σε G είναι η δυνατότητα αύξησης του κράματος a. Αντίθετα, η τιμή Tg (507 °C) του κράματος MG Cu50Zr20Ni30 είναι χαμηλότερη από αυτή του κράματος MG Cu50Zr40Ni10.Ωστόσο, το Tx του δείχνει μια συγκρίσιμη τιμή με το προηγούμενο (612 °C). Επομένως, το ΔTx εμφανίζει υψηλότερη τιμή (87 °C), όπως φαίνεται στο Σχ. 10γ.
Το σύστημα MG Cu50(Zr50−xNix), λαμβάνοντας ως παράδειγμα το κράμα MG Cu50Zr20Ni30, κρυσταλλώνεται μέσω μιας αιχμηρής εξώθερμης κορυφής στις κρυσταλλικές φάσεις του fcc-ZrCu5, του ορθορομβικού-Zr7Cu10 και του ορθορομβικού-Zr7Cu10 και επιβεβαιώθηκε από την ορθορομβική-ZrNi-line. XRD του δείγματος MG (Εικ. 10d), το οποίο θερμάνθηκε στους 700 °C σε DSC.
Το Σχήμα 11 δείχνει φωτογραφίες που τραβήχτηκαν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψυχρού ψεκασμού που πραγματοποιήθηκε στην τρέχουσα εργασία. Σε αυτή τη μελέτη, τα μεταλλικά σωματίδια σκόνης που μοιάζουν με γυαλί που συντέθηκαν μετά από χρόνο ΜΑ 50 ωρών (λαμβάνοντας ως παράδειγμα το Cu50Zr20Ni30) χρησιμοποιήθηκαν ως αντιβακτηριδιακές πρώτες ύλες και η πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα (SUS304) επιλέχτηκε με την τεχνολογία ψυχρού ψεκασμού με τεχνολογία ψυχρού ψεκασμού. είναι η πιο αποτελεσματική μέθοδος στη σειρά θερμικού ψεκασμού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μετασταθερά υλικά ευαίσθητα στη θερμοκρασία, όπως άμορφες και νανοκρυσταλλικές σκόνες, που δεν υπόκεινται σε μεταβάσεις φάσης. Αυτός είναι ο κύριος παράγοντας στην επιλογή αυτής της μεθόδου.
Οι φωτογραφίες πεδίου δείχνουν τη διαδικασία ψυχρού ψεκασμού που χρησιμοποιήθηκε για πέντε διαδοχικές παρασκευές επικάλυψης MG/SUS 304 στους 550 °C.
Η κινητική ενέργεια των σωματιδίων, και επομένως η ορμή κάθε σωματιδίου στον σχηματισμό επικάλυψης, πρέπει να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας μέσω μηχανισμών όπως η πλαστική παραμόρφωση (αρχικές αλληλεπιδράσεις σωματιδίου και σωματιδίου-σωματιδίου στο υπόστρωμα και αλληλεπιδράσεις σωματιδίων), κενά, ενοποίηση, σωματίδιο-σωματίδιο σε περιστροφή σωματιδίου-σωματιδίου και περισσότερο σε περιστροφή σωματιδίων-σωματιδίων, Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα και ενέργεια παραμόρφωσης, το αποτέλεσμα είναι μια ελαστική σύγκρουση, που σημαίνει ότι τα σωματίδια απλώς αναπηδούν πίσω μετά την κρούση. Έχει επισημανθεί ότι το 90% της ενέργειας κρούσης που εφαρμόζεται στο υλικό σωματιδίου/υποστρώματος μετατρέπεται σε τοπική θερμότητα 40 .
Η πλαστική παραμόρφωση θεωρείται γενικά μια διαδικασία διασποράς ενέργειας ή πιο συγκεκριμένα, μια πηγή θερμότητας στη διεπιφανειακή περιοχή. Ωστόσο, η αύξηση της θερμοκρασίας στη διεπιφανειακή περιοχή συνήθως δεν είναι επαρκής για να προκαλέσει διεπιφανειακή τήξη ή να προωθήσει σημαντικά την ατομική διάχυση. Καμία δημοσίευση γνωστή στους συγγραφείς δεν διερευνά την επίδραση των ιδιοτήτων αυτών των μεθόδων απορρόφησης μεταλλικής σκόνης που χρησιμοποιούνται ψυχρής σκόνης.
Το BFI της σκόνης κράματος MG Cu50Zr20Ni30 μπορεί να φανεί στο Σχ. 12α, το οποίο επιστρώθηκε σε υπόστρωμα SUS 304 (Εικ. 11, 12b). Όπως φαίνεται από το σχήμα, οι επικαλυμμένες σκόνες διατηρούν την αρχική τους άμορφη δομή καθώς έχουν μια λεπτή λεπτή δομή λαβυρίνθου χωρίς άλλα χαρακτηριστικά λαβυρίνθου. μια εξωγενής φάση, όπως προτείνεται από νανοσωματίδια που ενσωματώνονται στη μήτρα σκόνης με επικάλυψη MG (Εικ. 12a). Το σχήμα 12γ απεικονίζει το μοτίβο περίθλασης με δείκτη νανοδέσμης (NBDP) που σχετίζεται με την περιοχή I (Σχήμα 12α). η κρυσταλλική μεγάλη κυβική Zr2Ni μετασταθερή συν τετραγωνική φάση CuO. Ο σχηματισμός CuO μπορεί να αποδοθεί στην οξείδωση της σκόνης όταν ταξιδεύετε από το ακροφύσιο του πιστολιού ψεκασμού στο SUS 304 στον υπαίθριο αέρα υπό υπερηχητική ροή. 0 λεπτά.
(α) Εικόνα FE-HRTEM της σκόνης MG επικαλυμμένης σε (β) υπόστρωμα SUS 304 (εικ. εικόνας). Ο δείκτης NBDP του κυκλικού συμβόλου που φαίνεται στο (α) φαίνεται στο (γ).
Για να επαληθευτεί αυτός ο πιθανός μηχανισμός για το σχηματισμό μεγάλων κυβικών νανοσωματιδίων Zr2Ni, πραγματοποιήθηκε ένα ανεξάρτητο πείραμα. Σε αυτό το πείραμα, οι σκόνες ψεκάστηκαν από ένα πιστόλι ψεκασμού στους 550 °C προς την κατεύθυνση του υποστρώματος SUS 304.Ωστόσο, για να αποσαφηνιστεί το αποτέλεσμα ανόπτησης των σκονών, αυτές αφαιρέθηκαν από τη λωρίδα SUS304 όσο το δυνατόν γρηγορότερα (περίπου 60 δευτερόλεπτα). Πραγματοποιήθηκε ένα άλλο σύνολο πειραμάτων στα οποία η σκόνη απομακρύνθηκε από το υπόστρωμα περίπου 180 δευτερόλεπτα μετά την εναπόθεση.
Τα σχήματα 13a,b δείχνουν εικόνες σκοτεινού πεδίου (DFI) που ελήφθησαν με σάρωση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης (STEM) δύο ψεκασμένων υλικών που εναποτέθηκαν σε υποστρώματα SUS 304 για 60 s και 180 s, αντίστοιχα. Η εικόνα σκόνης που κατατέθηκε για 60 δευτερόλεπτα δεν έχει μορφολογική λεπτομέρεια, δείχνοντας επίσης τη γενική λεπτομέρεια που επιβεβαιώνεται από το XX. Οι σκόνες ήταν άμορφες, όπως υποδεικνύεται από τα ευρεία πρωτογενή και δευτερογενή μέγιστα περίθλασης που φαίνονται στο Σχήμα 14α. Αυτά δείχνουν την απουσία κατακρήμνισης μετασταθερής/μεσόφασης, όπου η σκόνη διατηρεί την αρχική της άμορφη δομή. τα βέλη στο Σχ. 13β.