Dankon pro vizito de Nature.com.La retumila versio, kiun vi uzas, havas limigitan CSS-subtenon.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Intertempe, por certigi daŭran subtenon, ni redonos la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Biofilmoj estas grava komponento en la disvolviĝo de kronikaj infektoj, precipe kiam temas pri medicinaj aparatoj.Ĉi tiu problemo prezentas grandegan defion al la medicina komunumo, ĉar normaj antibiotikoj povas nur detrui biofilmojn en tre limigita mezuro.La preventado de biofilmformado kaŭzis la evoluon de diversaj tegmetodoj kaj novaj materialoj.Tiuj teknikoj planas tegi surfacojn en maniero kiel kiu malhelpas biofilmformadon.Vitraj metalaj alojoj, precipe tiuj enhavantaj kuprajn kaj titanajn metalojn, fariĝis idealaj kontraŭmikrobaj tegaĵoj.Samtempe, la uzo de malvarma ŝprucaĵteknologio pliiĝis, ĉar ĝi estas taŭga metodo por prilaborado de temperaturo-sentemaj materialoj.Parto de la celo de tiu esplorado estis evoluigi novan kontraŭbakterian filmon metalan vitron kunmetitan de Cu-Zr-Ni ternario uzante mekanikajn alojajn teknikojn.La sfera pulvoro, kiu konsistigas la finan produkton, estas uzata kiel kruda materialo por malvarma ŝprucado de neoksideblaj ŝtalaj surfacoj ĉe malaltaj temperaturoj.Metalvitro kovritaj substratoj povis signife redukti biofilmformadon je almenaŭ 1 tagalo kompare kun rustorezista ŝtalo.
Dum la tuta homa historio, iu ajn socio povis disvolvi kaj antaŭenigi la enkondukon de novaj materialoj por plenumi siajn specifajn postulojn, rezultigante pliigon de produktiveco kaj rangon en tutmondigita ekonomio1.Ĝi ĉiam estis atribuita al la homa kapablo desegni materialojn kaj fabrikajn ekipaĵojn, same kiel dezajnojn por fabriki kaj karakterizi materialojn por atingi sanon, edukadon, industrion, ekonomion, kulturon kaj aliajn kampojn de unu lando aŭ regiono al alia.Progreso estas mezurata sendepende de lando aŭ regiono2.Dum 60 jaroj, materialsciencistoj dediĉis multan tempon al unu ĉefa tasko: la serĉo de novaj kaj altnivelaj materialoj.Lastatempa esplorado koncentriĝis pri plibonigo de la kvalito kaj efikeco de ekzistantaj materialoj, same kiel sintezi kaj inventi tute novajn specojn de materialoj.
La aldono de alojaj elementoj, la modifo de la mikrostrukturo de la materialo kaj la apliko de termikaj, mekanikaj aŭ termomekanikaj traktaj metodoj kaŭzis gravan plibonigon de la mekanikaj, kemiaj kaj fizikaj ecoj de diversaj materialoj.Krome, ĝis nun nekonataj kunmetaĵoj estis sukcese sintezitaj.Ĉi tiuj persistaj klopodoj estigis novan familion de novigaj materialoj kolektive konataj kiel Altnivelaj Materialoj2.Nanokristaloj, nanopartikloj, nanotuboj, kvantumpunktoj, nul-dimensiaj, amorfaj metalaj vitroj kaj alt-entropiaj alojoj estas nur kelkaj ekzemploj de altnivelaj materialoj, kiuj aperis en la mondo ekde la mezo de la lasta jarcento.En la fabrikado kaj disvolviĝo de novaj alojoj kun plibonigitaj propraĵoj, kaj en la fina produkto kaj en la mezaj stadioj de ĝia produktado, la problemo de malekvilibro estas ofte aldonita.Kiel rezulto de la enkonduko de novaj produktadteknikoj kiuj permesas signifajn deviojn de ekvilibro, tute nova klaso de metastabilaj alojoj, konataj kiel metalaj okulvitroj, estis malkovrita.
Lia laboro ĉe Caltech en 1960 revoluciigis la koncepton de metalalojoj kiam li sintezis Au-25 je.% Si vitrecaj alojoj rapide solidigante likvaĵojn je preskaŭ miliono da gradoj je sekundo.4 La malkovro de profesoro Paul Duves ne nur markis la komencon de historiaj metalokulvitroj (MS), sed ankaŭ kondukis al paradigmoŝanĝo en kiel homoj pensas pri metalaj alojoj.Ekde la plej unua pionira esplorado en la sintezo de MS-alojoj, preskaŭ ĉiuj metalaj vitroj estis tute akiritaj uzante unu el la sekvaj metodoj: (i) rapida solidiĝo de la fandado aŭ vaporo, (ii) atomkradmalsano, (iii) solidsubstancaj amorfigaj reagoj inter puraj metalaj elementoj kaj (iv) solidfazaj transiroj de metastabilaj fazoj.
MGoj estas distingitaj per la foresto de longdistanca atomordo asociita kun kristaloj, kio estas difina karakterizaĵo de kristaloj.En la moderna mondo, granda progreso estis farita en la kampo de metala vitro.Ĉi tiuj estas novaj materialoj kun interesaj propraĵoj, kiuj interesas ne nur por solida fiziko, sed ankaŭ por metalurgio, surfackemio, teknologio, biologio kaj multaj aliaj areoj.Ĉi tiu nova tipo de materialo havas ecojn kiuj diferencas de malmolaj metaloj, igante ĝin interesa kandidato por teknologiaj aplikoj en diversaj kampoj.Ili havas kelkajn gravajn trajtojn: (i) alta mekanika muldebleco kaj cedebleco, (ii) alta magneta permeablo, (iii) malalta trudebleco, (iv) nekutima korodrezisto, (v) temperatursendependeco.Kondukto 6.7.
Mekanika alojo (MA)1,8 estas relative nova metodo, unue enkondukita en 19839 de prof-o KK Kok kaj liaj kolegoj.Ili produktis amorfajn Ni60Nb40-pulvorojn muelante miksaĵon de puraj elementoj ĉe ĉirkaŭa temperaturo tre proksime al ĉambra temperaturo.Tipe, la MA reago estas aranĝita inter disvastigligado de reakciaĵpulvoroj en reaktoro, kutime farita el rustorezista ŝtalo, en pilkmuelejon.10 (Fig. 1a, b).Ekde tiam, ĉi tiu meĥanike induktita solidsubstanca reakcia metodo estis uzata por prepari novajn amorfajn/metalajn vitralojajn pulvorojn uzante malaltajn (Fig. 1c) kaj altajn energiajn pilkmuelejojn kaj bastonajn muelejojn11,12,13,14,15,16.Aparte, tiu metodo estis uzita por prepari nemikseblajn sistemojn kiel ekzemple Cu-Ta17 same kiel altajn frostopunktajn alojojn kiel ekzemple Al-transira metalo (TM, Zr, Hf, Nb kaj Ta) 18,19 kaj Fe-W20-sistemoj., kiu ne povas esti akirita per konvenciaj kuirmetodoj.Krome, MA estas konsiderata unu el la plej potencaj nanoteknologiaj iloj por industriskala produktado de nanokristalaj kaj nanokunmetitaj pulvoraj partikloj de metalaj oksidoj, karbidoj, nitruroj, hidridoj, karbonaj nanotuboj, nanodiamantoj, same kiel larĝa stabiligo uzante desupran aliron.1 kaj metastabilaj stadioj.
Skemo montranta la fabrikan metodon uzatan por prepari la metalan vitran tegaĵon Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 en ĉi tiu studo.(a) Preparado de MC-alojaj pulvoroj kun diversaj koncentriĝoj de Ni x (x; 10, 20, 30 kaj 40 at.%) uzante la malalt-energian pilkan muelan metodon.(a) La startmaterialo estas ŝarĝita en ilcilindron kune kun iloŝtalaj pilkoj kaj (b) sigelita en He atmosfero plenigita gantujo.(c) Travidebla modelo de la muelanta vazo ilustranta la movadon de la pilko dum muelado.La fina pulvora produkto akirita post 50 horoj estis uzata por malvarme ŝprucigi la substraton de SUS 304 (d).
Kiam temas pri grocaj materialaj surfacoj (substratoj), surfaca inĝenierado implikas la dezajnon kaj modifon de surfacoj (substratoj) por disponigi certajn fizikajn, kemiajn, kaj teknikajn trajtojn kiuj ne ĉeestas en la origina groca materialo.Kelkaj el la propraĵoj, kiuj povas esti efike plibonigitaj per surfaca traktado, inkluzivas abrazion, oksigenadon kaj korodan reziston, frotkoeficienton, bioinertecon, elektrajn ecojn kaj termikan izoladon, nur por nomi kelkajn.Surfaca kvalito povas esti plibonigita per metalurgiaj, mekanikaj aŭ kemiaj metodoj.Kiel konata procezo, tegaĵo estas simple difinita kiel unu aŭ pluraj tavoloj de materialo artefarite aplikita al la surfaco de groca objekto (substrato) farita el alia materialo.Tiel, tegaĵoj estas uzataj parte por atingi deziratajn teknikajn aŭ ornamajn ecojn, same kiel por protekti materialojn kontraŭ atendataj kemiaj kaj fizikaj interagoj kun la medio23.
Diversaj metodoj kaj teknikoj povas esti uzataj por apliki taŭgajn protektajn tavolojn de kelkaj mikrometroj (sub 10-20 mikrometroj) ĝis pli ol 30 mikrometroj aŭ eĉ pluraj milimetroj en dikeco.Ĝenerale, tegprocezoj povas esti dividitaj en du kategoriojn: (i) malsekaj tegmetodoj, inkluzive de electroplating, electroplating, kaj varma trempa galvanizado, kaj (ii) sekaj tegmetodoj, inkluzive de lutado, malmolfacing, fizika vapordemetado (PVD).), kemia vapordemetado (CVD), termikaj ŝprucaĵteknikoj, kaj pli lastatempe malvarmaj ŝprucaĵteknikoj 24 (Figuro 1d).
Biofilmoj estas difinitaj kiel mikrobaj komunumoj kiuj estas neinversigeble alkroĉitaj al surfacoj kaj ĉirkaŭitaj de memproduktitaj eksterĉelaj polimeroj (EPS).La formado de supraĵe matura biofilmo povas kaŭzi signifajn perdojn en multaj industrioj, inkluzive de nutraĵprilaborado, akvosistemoj, kaj sanservo.En homoj, kun la formado de biofilmoj, pli ol 80% de kazoj de mikrobaj infektoj (inkluzive de Enterobacteriaceae kaj Staphylococci) malfacilas trakti.Krome, maturaj biofilmoj estis raportitaj esti 1000 fojojn pli rezistemaj al antibiotika terapio kompare kun planktonaj bakteriaj ĉeloj, kiu estas konsiderita grava terapia defio.Historie, antimikrobaj surfacaj tegmaterialoj derivitaj de oftaj organikaj substancoj estis uzitaj.Kvankam tiaj materialoj ofte enhavas toksajn komponentojn eble damaĝajn al homoj,25,26 tio povas helpi eviti bakterian dissendon kaj materialan degradadon.
Ĝeneraligita bakteria rezisto al antibiotika traktado pro biofilmformado kaŭzis la bezonon evoluigi efikan kontraŭmikroban membranon kovritan surfacon kiu povas esti aplikata sekure27.La evoluo de fizika aŭ kemia kontraŭglua surfaco al kiu bakteriaj ĉeloj ne povas ligi kaj formi biofilmojn pro adhero estas la unua aliro en ĉi tiu procezo27.La dua teknologio estas evoluigi tegaĵojn kiuj liveras kontraŭmikrobajn kemiaĵojn ĝuste kie ili estas bezonataj, en tre koncentritaj kaj tajloritaj kvantoj.Ĉi tio estas atingita per la disvolviĝo de unikaj tegaĵoj kiel grafeno/germanio28, nigra diamanto29 kaj ZnO30-dopataj diamant-similaj karbonaj tegaĵoj kiuj estas rezistemaj al bakterioj, teknologio kiu maksimumigas la disvolviĝon de tokseco kaj rezisto pro biofilmformado.Krome, tegaĵoj enhavantaj ĝermicidajn kemiaĵojn kiuj disponigas longperspektivan protekton kontraŭ bakteria poluado fariĝas ĉiam pli popularaj.Dum ĉiuj tri proceduroj kapablas ekzerci kontraŭmikroban agadon sur kovritaj surfacoj, ĉiu havas sian propran aron de limigoj, kiuj devus esti pripensitaj dum evoluigado de aplika strategio.
La produktoj nuntempe sur la merkato estas malhelpitaj de la manko de tempo por analizi kaj testi protektajn tegaĵojn por biologie aktivaj ingrediencoj.Firmaoj asertas, ke iliaj produktoj provizos al uzantoj la deziratajn funkciajn aspektojn, tamen ĉi tio fariĝis obstaklo al la sukceso de la produktoj nuntempe sur la merkato.Kunmetaĵoj derivitaj de arĝento estas uzitaj en la vasta plimulto de antimikrobaj nuntempe haveblaj al konsumantoj.Ĉi tiuj produktoj estas desegnitaj por protekti uzantojn kontraŭ eble damaĝa eksponiĝo al mikroorganismoj.La malfrua kontraŭmikroba efiko kaj la rilata tokseco de arĝentaj komponaĵoj pliigas la premon sur esploristoj evoluigi malpli malutilan alternativon36,37.Krei tutmondan antimikrobian tegaĵon, kiu funkcias interne kaj ekstere, restas defio.Ĉi tio venas kun rilataj sanaj kaj sekurecaj riskoj.Malkovri antimikrobian agenton, kiu estas malpli damaĝa al homoj, kaj eltrovi kiel korpigi ĝin en tegajn substratojn kun pli longa konservebla vivo estas multe serĉata celo38.La plej novaj antimikrobaj kaj antibiofilmaj materialoj estas dizajnitaj por mortigi bakteriojn proksime aŭ per rekta kontakto aŭ post la liberigo de la aktiva agento.Ili povas fari tion malhelpante komencan bakterian adheron (inkluzive de malhelpado de la formado de proteintavolo sur la surfaco) aŭ senvivigante bakteriojn interrompante la ĉelan muron.
Esence, surfaca tegaĵo estas la procezo de aplikado de alia tavolo al la surfaco de komponento por plibonigi la surfacajn karakterizaĵojn.La celo de surfaca tegaĵo estas ŝanĝi la mikrostrukturon kaj/aŭ konsiston de la preskaŭsurfaca regiono de komponento39.Surfacaj tegaj metodoj povas esti dividitaj en malsamajn metodojn, kiuj estas resumitaj en Fig. 2a.Tegaĵoj povas esti dividitaj en termikaj, kemiaj, fizikaj kaj elektrokemiaj kategorioj depende de la metodo uzita por krei la tegaĵon.
(a) Inset montranta la ĉefajn surfacajn fabrikajn teknikojn, kaj (b) elektitajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn de la malvarma ŝprucmetodo.
Malvarma ŝpructeknologio havas multon komune kun tradiciaj termikaj ŝpructeknikoj.Tamen, ekzistas ankaŭ iuj ŝlosilaj fundamentaj propraĵoj, kiuj faras la malvarman ŝprucprocezon kaj malvarmajn ŝprucmaterialojn precipe unikaj.Malvarma spray-teknologio estas ankoraŭ en sia infanaĝo, sed ĝi havas bonegan estontecon.En iuj kazoj, la unikaj propraĵoj de malvarma ŝprucado ofertas grandajn avantaĝojn, venkante la limigojn de konvenciaj termikaj ŝprucigaj teknikoj.Ĝi venkas la signifajn limojn de tradicia termika ŝpructeknologio, en kiu la pulvoro devas esti fandita por esti deponita sur substrato.Evidente, ĉi tiu tradicia tega procezo ne taŭgas por tre temperatur-sentemaj materialoj kiel nanokristaloj, nanopartikloj, amorfaj kaj metalaj glasoj40, 41, 42. Krome, termikaj ŝprucaj tegmaterialoj ĉiam havas altan nivelon de poreco kaj oksidoj.Malvarma ŝprucaĵteknologio havas multajn signifajn avantaĝojn super termika ŝpructeknologio, kiel ekzemple (i) minimuma varmo-enigo al la substrato, (ii) fleksebleco en elektado de la substrata tegaĵo, (iii) neniu faza transformo kaj grenkresko, (iv) alta adhesiva forto1 .39 (Fig. 2b).Krome, malvarmaj ŝprucaj tegaĵoj havas altan korodan reziston, altan forton kaj malmolecon, altan elektran konduktivecon kaj altan densecon41.Malgraŭ la avantaĝoj de la malvarma ŝprucprocezo, ĉi tiu metodo ankoraŭ havas kelkajn malavantaĝojn, kiel montrite en Figuro 2b.Kiam vi kovras purajn ceramikajn pulvorojn kiel Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, ktp., la malvarma ŝprucaĵo ne povas esti uzata.Aliflanke, ceramikaj/metalaj kunmetitaj pulvoroj povas esti uzataj kiel krudaĵoj por tegaĵoj.La sama validas por aliaj termikaj ŝprucaj metodoj.Malfacilaj surfacoj kaj pipaj internoj ankoraŭ malfacilas ŝprucigi.
Konsiderante ke la nuna laboro estas direktita al la uzo de metalaj vitraj pulvoroj kiel komencaj materialoj por tegaĵoj, estas klare, ke konvencia termika ŝprucado ne povas esti uzata por ĉi tiu celo.Ĉi tio estas pro la fakto, ke metalaj vitraj pulvoroj kristaliĝas ĉe altaj temperaturoj1.
La plej multaj el la instrumentoj uzataj en la medicinaj kaj nutraj industrioj estas faritaj el aŭstenitaj neoksideblaj alojoj (SUS316 kaj SUS304) kun kroma enhavo de 12 ĝis 20 pez% por produktado de kirurgiaj instrumentoj.Estas ĝenerale akceptite, ke la uzo de kroma metalo kiel aloja elemento en ŝtalalojoj povas signife plibonigi la korodan reziston de normaj ŝtalalojoj.Neoksidebla ŝtalo alojoj, malgraŭ sia alta koroda rezisto, ne havas signifajn antimikrobajn ecojn38,39.Ĉi tio kontrastas kun ilia alta korodrezisto.Post tio, eblas antaŭdiri la disvolviĝon de infekto kaj inflamo, kiuj estas ĉefe pro bakteria aliĝo kaj koloniigo sur la surfaco de neoksideblaj ŝtalaj biomaterialoj.Gravaj malfacilaĵoj povas ekesti pro la signifaj malfacilaĵoj asociitaj kun bakteria adhero kaj biofilmformaj vojoj, kiuj povas konduki al malbona sano, kiu povas havi multajn sekvojn kiuj povas rekte aŭ nerekte influi homan sanon.
Ĉi tiu studo estas la unua fazo de projekto financita de la Kuvajta Fondaĵo por la Akcelo de Scienco (KFAS), kontrakto ne.2010-550401, por esplori la fareblecon de produktado de metalaj vitrecaj Cu-Zr-Ni ternaraj pulvoroj uzante MA-teknologion (tabelo).1) Por la produktado de SUS304 kontraŭbakteria surfaca protekta filmo / tegaĵo.La dua fazo de la projekto, kiu komenciĝos en januaro 2023, studos detale la galvanajn korodajn trajtojn kaj la mekanikajn ecojn de la sistemo.Detalaj mikrobiologiaj testoj por diversaj specoj de bakterioj estos faritaj.
Ĉi tiu artikolo diskutas la efikon de Zr-alojenhavo sur vitroforma kapablo (GFA) bazita sur morfologiaj kaj strukturaj karakterizaĵoj.Krome, la kontraŭbakteriaj propraĵoj de la pulvorkovrita metala vitro/SUS304-komponaĵo ankaŭ estis diskutitaj.Krome, daŭra laboro estis farita por esplori la eblecon de struktura transformo de metalaj vitropulvoroj okazantaj dum malvarma ŝprucado en la supermalvarmigita likva regiono de fabrikitaj metalaj vitrosistemoj.Cu50Zr30Ni20 kaj Cu50Zr20Ni30 metalaj vitro-alojoj estis utiligitaj kiel reprezentaj ekzemploj en ĉi tiu studo.
Ĉi tiu sekcio prezentas la morfologiajn ŝanĝojn en pulvoroj de elementa Cu, Zr kaj Ni dum malaltenergia pilkmuelado.Du malsamaj sistemoj konsistantaj el Cu50Zr20Ni30 kaj Cu50Zr40Ni10 estos uzataj kiel ilustraj ekzemploj.La MA-procezo povas esti dividita en tri apartajn stadiojn, kiel pruvas la metalografia karakterizado de la pulvoro akirita en la muelanta etapo (Fig. 3).
Metalografiaj karakterizaĵoj de pulvoroj de mekanikaj alojoj (MA) akiritaj post diversaj stadioj de pilka muelado.Kampa emisio skananta elektronmikroskopio (FE-SEM) bildoj de MA kaj Cu50Zr40Ni10-pulvoroj akiritaj post malaltenergia pilka muelado dum 3, 12 kaj 50 horoj estas montritaj en (a), (c) kaj (e) por la Cu50Zr20Ni30-sistemo, dum sur la sama MA.La ekvivalentaj bildoj de la sistemo Cu50Zr40Ni10 prenitaj post tempo estas montritaj en (b), (d), kaj (f).
Dum pilka muelado, la efika kinetika energio, kiu povas esti transdonita al la metala pulvoro, estas tuŝita de kombinaĵo de parametroj, kiel montrite en Fig. 1a.Ĉi tio inkluzivas koliziojn inter pilkoj kaj pulvoroj, tonda kunpremo de pulvoro blokita inter aŭ inter muelantaj amaskomunikiloj, efikoj de falantaj pilkoj, tondo kaj eluziĝo kaŭzita de pulvortiro inter la movaj korpoj de pilkmuelejo, kaj ŝokondo pasanta tra falantaj pilkoj disvastiĝantaj tra ŝarĝita kulturo (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 сильной ело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). La elementaj Cu, Zr, kaj Ni-pulvoroj estis grave misformitaj pro malvarma veldado en frua stadio de MA (3 h), kiu kaŭzis la formadon de grandaj pulvorpartikloj (> 1 mm en diametro).Tiuj grandaj kunmetitaj partikloj estas karakterizitaj per la formado de dikaj tavoloj de alojaj elementoj (Cu, Zr, Ni), kiel montrite en fig.3a,b.Pliiĝo en la MA tempo al 12 h (meza etapo) kaŭzis pliiĝon de la kinetika energio de la pilka muelejo, kio kaŭzis la malkomponadon de la komponigita pulvoro en pli malgrandajn pulvorojn (malpli ol 200 μm), kiel montrite en Fig. 3c, urbo.En ĉi tiu etapo, la aplikata tondforto kondukas al la formado de nova metalsurfaco kun maldikaj Cu, Zr, Ni sugestaj tavoloj, kiel montrite en Fig. 3c, d.Kiel rezulto de la muelado de la tavoloj ĉe la interfaco de la flokoj, solid-fazaj reagoj okazas kun la formado de novaj fazoj.
Ĉe la kulmino de la MA-procezo (post 50 h), floka metalografio estis apenaŭ rimarkebla (Fig. 3e, f), kaj spegula metalografio estis observita sur la polurita surfaco de la pulvoro.Ĉi tio signifas, ke la MA-procezo estis kompletigita kaj ununura reagfazo estis kreita.La elementa konsisto de la regionoj indikitaj en Fig.3e (I, II, III), f, v, vi) estis determinitaj per kampa emisio skananta elektronmikroskopio (FE-SEM) en kombinaĵo kun energidisvastiga Rentgenfota spektroskopio (EDS).(IV).
En tablo.2 elementaj koncentriĝoj de alojaj elementoj estas montritaj kiel procento de la totala maso de ĉiu regiono elektita en fig.3e, f.Komparante ĉi tiujn rezultojn kun la komencaj nominalaj komponaĵoj de Cu50Zr20Ni30 kaj Cu50Zr40Ni10 donitaj en Tabelo 1 montras, ke la komponaĵoj de ĉi tiuj du finaj produktoj estas tre proksimaj al la nominalaj komponaĵoj.Krome, la relativaj valoroj de la komponantoj por la regionoj listigitaj en Fig. 3e,f ne sugestas gravan difekton aŭ variadon en la komponado de ĉiu specimeno de unu regiono al alia.Ĉi tio estas pruvita de la fakto, ke ne estas ŝanĝo en komponado de unu regiono al alia.Ĉi tio indikas la produktadon de unuformaj alojaj pulvoroj kiel montrite en Tabelo 2.
FE-SEM-mikrografioj de la finprodukta pulvoro de Cu50 (Zr50-xNix) estis akiritaj post 50 MA-fojoj, kiel montrite en Fig. 4a-d, kie x estas 10, 20, 30 kaj 40 ĉe.%, respektive.Post ĉi tiu muelanta paŝo, la pulvoragregaĵoj pro la efiko de van der Waals, kiu kondukas al la formado de grandaj agregaĵoj konsistantaj el ultrafajnaj partikloj kun diametro de 73 ĝis 126 nm, kiel montrite en Figuro 4.
Morfologiaj trajtoj de Cu50 (Zr50-xNix) pulvoroj akiritaj post 50-hora MA.Por la sistemoj Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, la FE-SEM-bildoj de pulvoroj akiritaj post 50 MA estas montritaj en (a), (b), (c) kaj (d), respektive.
Antaŭ ol ŝarĝi la pulvorojn en la malvarman ŝprucaĵmanĝon, ili unue estis sonikataj en analitika etanolo dum 15 minutoj kaj poste sekigitaj je 150° C. dum 2 horoj.Ĉi tiu paŝo devas esti farita por sukcese kontraŭbatali aglomeradon, kiu ofte kaŭzas multajn gravajn problemojn en la tega procezo.Post la kompletigo de la MA-procezo, pliaj studoj estis faritaj por esplori la homogenecon de la alojaj pulvoroj.Sur fig.5a–d montras FE-SEM-mikrografaĵojn kaj ekvivalentajn EDS-bildojn de la Cu, Zr kaj Ni alojelementoj de la Cu50Zr30Ni20 alojo prenita post 50 h tempo M, respektive.Oni devas rimarki, ke la alojaj pulvoroj akiritaj post ĉi tiu paŝo estas homogenaj, ĉar ili ne montras iujn ajn komponaĵfluktuojn preter la sub-nanometra nivelo, kiel montrite en Figuro 5.
Morfologio kaj loka distribuo de elementoj en MG Cu50Zr30Ni20-pulvoro akirita post 50 MA per FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) SEM kaj Rentgenfota EDS-bildigo de (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, kaj (d) Ni-Kα.
La Rentgenfotaj difraktopadronoj de meĥanike alojitaj Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, kaj Cu50Zr20Ni30-pulvoroj akiritaj post 50-hora MA estas montritaj en Figoj.6a–d, respektive.Post ĉi tiu muelanta etapo, ĉiuj specimenoj kun malsamaj Zr-koncentriĝoj havis amorfajn strukturojn kun karakterizaj aŭreolo-disvastigo-padronoj montritaj en Fig. 6.
Rentgenfotaj difraktopadronoj de Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), kaj Cu50Zr20Ni30 (d) pulvoroj post MA dum 50 h.Aŭreolo-difuza padrono estis observita en ĉiuj provaĵoj sen escepto, indikante la formadon de amorfa fazo.
Alt-rezolucia kampo-emisio-transdona elektrona mikroskopio (FE-HRTEM) estis uzata por observi strukturajn ŝanĝojn kaj kompreni la lokan strukturon de pulvoroj rezultantaj de pilkmuelado en malsamaj MA-tempoj.Bildoj de pulvoroj akiritaj per la metodo FE-HRTEM post la fruaj (6 h) kaj meza (18 h) stadioj de muelado de Cu50Zr30Ni20 kaj Cu50Zr40Ni10-pulvoroj estas montritaj en Figoj.7a, respektive.Laŭ la lumkampa bildo (BFI) de la pulvoro akirita post 6 h de MA, la pulvoro konsistas el grandaj grajnoj kun klare difinitaj limoj de la elementoj fcc-Cu, hcp-Zr kaj fcc-Ni, kaj ne estas signoj de la formado de reakcia fazo, kiel montrite en Fig. 7a.Krome, korelaciita elektita areo difraktopadrono (SADP) prenita de la meza regiono (a) rivelis akran difraktopadronon (Fig. 7b) indikantan la ĉeeston de grandaj kristalitoj kaj la foreston de reaktiva fazo.
Lokaj strukturaj trajtoj de la MA-pulvoro akirita post la fruaj (6 h) kaj meza (18 h) stadioj.(a) Alt-rezolucia kampa emisio elektrona mikroskopio (FE-HRTEM) kaj (b) responda elektita areodifraktogramo (SADP) de Cu50Zr30Ni20-pulvoro post MA-traktado dum 6 horoj.La FE-HRTEM-bildo de Cu50Zr40Ni10 akirita post 18-hora MA estas montrita en (c).
Kiel montrite en fig.7c, pliiĝo en la daŭro de MA ĝis 18 h kondukis al seriozaj kradaj difektoj en kombinaĵo kun plasta deformado.En ĉi tiu meza etapo de la MA-procezo, diversaj difektoj aperas en la pulvoro, inkluzive de stakantaj faŭltoj, kradaj difektoj kaj punktaj difektoj (Fig. 7).Ĉi tiuj difektoj kaŭzas la fragmentiĝon de grandaj grajnoj laŭ la grenlimoj en subgrajnojn pli malgrandajn ol 20 nm en grandeco (Fig. 7c).
La loka strukturo de la Cu50Z30Ni20-pulvoro muelita dum 36 h MA estas karakterizita per la formado de ultrafine nanograins enigita en amorfa maldika matrico, kiel montrite en Fig. 8a.Loka analizo de la EMF montris ke la nanogrupoj montritaj en Fig.8a estas rilataj al netraktitaj Cu, Zr kaj Ni-pulvoraj alojoj.La enhavo de Cu en la matrico variis de ~32 je.% (malriĉa zono) al ~74 je.% (riĉa zono), kiu indikas la formadon de heterogenaj produktoj.Krome, la respondaj SADPoj de la pulvoroj akiritaj post muelado en ĉi tiu paŝo montras primarajn kaj malĉefajn halo-difuzajn amorfajn ringojn interkovrantajn kun akraj punktoj asociitaj kun ĉi tiuj netraktitaj alojaj elementoj, kiel montrite en Fig. 8b.
Nanoskalaj lokaj strukturaj trajtoj de Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20-pulvoro.(a) Bildo de hela kampo (BFI) kaj responda (b) SADP de Cu50Zr30Ni20-pulvoro akirita post muelado dum 36 h MA.
Al la fino de la MA-procezo (50 h), Cu50 (Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, kaj 40 je.% pulvoroj, sen escepto, havas labirintan morfologion de la amorfa fazo, kiel montrite en Fig.Nek punkta difrakto nek akraj ringoformaj ŝablonoj povus esti detektitaj en la ekvivalentaj SADS de ĉiu kunmetaĵo.Tio indikas la foreston de netraktita kristala metalo, sed prefere la formadon de amorfa alojpulvoro.Tiuj korelaciitaj SADPoj montrantaj aŭreoldisvastigpadronojn ankaŭ estis utiligitaj kiel indico por la evoluo de amorfaj fazoj en la finprodukta materialo.
Loka strukturo de la fina produkto de la Cu50 MS-sistemo (Zr50-xNix).FE-HRTEM kaj korelaciitaj nanotrabaj difraktopadronoj (NBDP) de (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, kaj (d) Cu50Zr10Ni40 akirita post 50 h da MA.
Uzante diferencigan skanan kalorimetrion, la termika stabileco de la vitrotransirtemperaturo (Tg), supermalvarmigita likva regiono (ΔTx) kaj kristaliĝtemperaturo (Tx) estis studita depende de la enhavo de Ni (x) en la Cu50 (Zr50-xNix) amorfa sistemo.(DSC) trajtoj en la He-gasfluo.La DSC-kurboj de pulvoroj de Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, kaj Cu50Zr10Ni40 amorfaj alojoj akiritaj post MA dum 50 h estas montritaj en Figoj.10a, b, e respektive.Dum la DSC-kurbo de amorfa Cu50Zr20Ni30 estas montrita aparte en Fig. 10-a jarcento. Dume, Cu50Zr30Ni20 specimeno varmigita ĝis ~700 °C en DSC estas montrita en Fig. 10g.
La termika stabileco de Cu50(Zr50-xNix) MG-pulvoroj akiritaj post MA dum 50 horoj estas determinita de la vitra transira temperaturo (Tg), kristaliĝotemperaturo (Tx) kaj supermalvarmita likva regiono (ΔTx).Termogramoj de diferencaj skanaj kalorimetroj (DSC) pulvoroj de Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), kaj (e) Cu50Zr10Ni40 MG alojaj pulvoroj post MA dum 50 horoj.Rentgenfota difraktopadrono (XRD) de Cu50Zr30Ni20 provaĵo varmigita ĝis ~700 °C en DSC estas montrita en (d).
Kiel montrite en Figuro 10, la DSC-kurboj por ĉiuj kunmetaĵoj kun malsamaj nikelkoncentriĝoj (x) indikas du malsamajn kazojn, unu endoterman kaj la alian eksoterman.La unua endoterma okazaĵo egalrilatas al Tg, kaj la dua estas rilata al Tx.La horizontala interspaca areo kiu ekzistas inter Tg kaj Tx estas nomita la submalvarmigita likva areo (ΔTx = Tx - Tg).La rezultoj montras, ke la Tg kaj Tx de la specimeno Cu50Zr40Ni10 (Fig. 10a) metita ĉe 526 °C kaj 612 °C ŝanĝas la enhavon (x) ĝis 20 ĉe % al la malalta temperaturo-flanko de 482 °C kaj 563 °C.°C kun kreskanta Ni-enhavo (x), respektive, kiel montrite en Figuro 10b.Sekve, ΔTx Cu50Zr40Ni10 malpliiĝas de 86°С (Fig. 10a) al 81°С por Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Por la alojo MC Cu50Zr40Ni10, oni ankaŭ observis malpliiĝon de la valoroj de Tg, Tx kaj ΔTx al la niveloj de 447°С, 526°С kaj 79°С (Fig. 10b).Tio indikas ke pliiĝo en la Ni-enhavo kondukas al malkresko en la termika stabileco de la MS-alojo.Male, la valoro de Tg (507 °C) de la MC Cu50Zr20Ni30 alojo estas pli malalta ol tiu de la MC Cu50Zr40Ni10 alojo;tamen, ĝia Tx montras valoron komparebla al ĝi (612 °C).Tial, ΔTx havas pli altan valoron (87 °C) kiel montrite en fig.10-a jarcento
La Cu50(Zr50-xNix) MC-sistemo, uzante la Cu50Zr20Ni30 MC-alojon kiel ekzemplon, kristaliĝas tra akra eksoterma pinto en fcc-ZrCu5, ortorrombic-Zr7Cu10, kaj ortorhombic-ZrNi kristalajn fazojn (Fig. 10c).Ĉi tiu faza transiro de amorfa al kristala estis konfirmita per Rentgenfota difrakta analizo de la MG-provaĵo (Fig. 10d) kiu estis varmigita al 700 °C en DSC.
Sur fig.11 montras fotojn prenitajn dum la malvarma ŝprucprocezo farita en la nuna laboro.En ĉi tiu studo, metalaj vitrecaj pulvoraj partikloj sintezitaj post MA dum 50 horoj (uzante Cu50Zr20Ni30 kiel ekzemplon) estis uzataj kiel kontraŭbakteria krudaĵo, kaj neoksidebla ŝtala plato (SUS304) estis malvarma ŝprucaĵo kovrita.La malvarma ŝprucaĵmetodo estis elektita por tegaĵo en la termika ŝprucaĵteknologia serio ĉar ĝi estas la plej efika metodo en la termika ŝprucaĵteknologioserio kie ĝi povas esti uzita por metalaj metastabilaj varmecsentemaj materialoj kiel ekzemple amorfaj kaj nanokristalaj pulvoroj.Ne submetata al fazo.transiroj.Ĉi tio estas la ĉefa faktoro por elekti ĉi tiun metodon.La malvarma demetprocezo estas aranĝita uzante alt-rapidecajn partiklojn kiuj transformas la kinetan energion de la partikloj en plastan deformadon, deformadon kaj varmecon sur efiko kun la substrato aŭ antaŭe deponitaj partikloj.
Kampaj fotoj montras la malvarman ŝprucproceduron uzatan por kvin sinsekvaj preparoj de MG/SUS 304 je 550 °C.
La kinetika energio de la partikloj, same kiel la movokvanto de ĉiu partiklo dum la formado de la tegaĵo, devas esti konvertitaj en aliajn formojn de energio per tiaj mekanismoj kiel plasta deformado (primaraj partikloj kaj interpartiklaj interagoj en la matrico kaj interagoj de partikloj), intersticaj nodoj de solidoj, rotacio inter partikloj, deformado kaj limiga hejtado, se ne estas transformita en la tuta energio de hejtado, se ne estas transformita en la tutan energion de kinetika energio. formada energio, la rezulto estos elasta kolizio, kio signifas, ke la partikloj simple resaltos post trafo.Oni rimarkis, ke 90% de la efikenergio aplikita al la partiklo/substrata materialo estas konvertitaj en lokan varmecon 40 .Krome, kiam efikstreso estas aplikata, altaj plastaj streĉaj indicoj estas atingitaj en la partiklo/substrata kontaktoregiono en tre mallonga tempo41,42.
Plasta deformado estas kutime konsiderata kiel procezo de energia disipado, aŭ pli ĝuste, kiel varmofonto en la intervizaĝa regiono.Tamen, la pliiĝo de temperaturo en la intervizaĝa regiono estas kutime ne sufiĉa por la okazo de intervizaĝa fandado aŭ signifa stimulo de la reciproka difuzo de atomoj.Neniu publikigado konata de la aŭtoroj esploris la efikon de la propraĵoj de ĉi tiuj metalaj vitraj pulvoroj sur pulvora adhero kaj ekloĝado okazanta dum uzado de malvarmaj ŝprucaĵteknikoj.
La BFI de la MG Cu50Zr20Ni30 aloja pulvoro povas esti vidita en Fig. 12a, kiu estis deponita sur la SUS 304-substrato (Fig. 11, 12b).Kiel povas esti vidita de la figuro, la tegitaj pulvoroj retenas sian originan amorfan strukturon ĉar ili havas delikatan labirintstrukturon sen iuj kristalaj trajtoj aŭ kradaj difektoj.Aliflanke, la bildo indikas la ĉeeston de fremda fazo, kiel pruvas la nanopartikloj inkluzivitaj en la MG-tegita pulvormatrico (Fig. 12a).Figuro 12c montras la indeksitan nanoradian difraktopadronon (NBDP) asociitan kun regiono I (Figuro 12a).Kiel montrite en fig.12c, NBDP elmontras malfortan aŭreol-difuzan padronon de amorfa strukturo kaj kunekzistas kun akraj punktoj egalrilatantaj al kristala granda kuba metastabila Zr2Ni-fazo kaj plie kvarangula CuO-fazo.La formado de CuO povas esti klarigita per la oksigenado de la pulvoro dum moviĝado de la ajuto de la ŝprucpafilo al SUS 304 en la libera aero en supersona fluo.Aliflanke, devitriĝo de metalaj vitrecaj pulvoroj rezultigis la formadon de grandaj kubaj fazoj post malvarma ŝprucaĵtraktado je 550 °C dum 30 min.
(a) FE-HRTEM-bildo de MG-pulvoro deponita sur (b) SUS 304-substrato (Figuro enmetita).La NBDP-indekso de la ronda simbolo montrita en (a) estas montrita en (c).
Por testi ĉi tiun eblan mekanismon por la formado de grandaj kubaj Zr2Ni nanopartikloj, sendependa eksperimento estis farita.En ĉi tiu eksperimento, pulvoroj estis ŝprucitaj de atomigilo je 550 °C en la direkto de la SUS 304-substrato;tamen, por determini la kalsonan efikon, la pulvoroj estis forigitaj de la SUS304-strio kiel eble plej rapide (ĉirkaŭ 60 s).).Alia serio de eksperimentoj estis efektivigita en kiuj la pulvoro estis forigita de la substrato proksimume 180 sekundojn post apliko.
Figuroj 13a,b montras Skanan Transsendon Elektronan Mikroskopio (STEM) malhelkampajn (DFI) bildojn de du ŝprucitaj materialoj deponitaj sur SUS 304 substratoj dum 60 s kaj 180 s, respektive.La pulvorbildo deponita dum 60 sekundoj malhavas morfologiajn detalojn, montrante nekaraktecon (Fig. 13a).Ĉi tio ankaŭ estis konfirmita de XRD, kiu montris, ke la ĝenerala strukturo de ĉi tiuj pulvoroj estis amorfa, kiel indikite de la larĝaj primaraj kaj malĉefaj difraktaj pintoj montritaj en Figuro 14a.Tio indikas la foreston de metastabilaj/mezofazaj precipitaĵoj, en kiuj la pulvoro retenas sian originan amorfan strukturon.Kontraste, la pulvoro deponita je la sama temperaturo (550 °C) sed lasita sur la substrato dum 180 s montris la deponon de nanograndaj grajnoj, kiel montrite per la sagoj en Fig. 13b.