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क्रोनिक संक्रमण के विकास में बायोफिल्म एक महत्वपूर्ण घटक है, खासकर जब चिकित्सा उपकरण शामिल होते हैं। यह समस्या चिकित्सा समुदाय के लिए एक बड़ी चुनौती पेश करती है, क्योंकि मानक एंटीबायोटिक्स केवल बहुत सीमित सीमा तक बायोफिल्म को खत्म कर सकते हैं। बायोफिल्म निर्माण को रोकने से विभिन्न कोटिंग विधियों और नई सामग्रियों का विकास हुआ है। इन तरीकों का उद्देश्य सतहों को इस तरह से कोट करना है जो बायोफिल्म गठन को रोकता है। धातु ग्लासी मिश्र धातु, विशेष रूप से तांबा और टाइटेनियम धातु वाले, आदर्श रोगाणुरोधी कोटिंग के रूप में उभरे हैं। इसी समय, कोल्ड स्प्रे तकनीक का उपयोग बढ़ गया है क्योंकि यह तापमान-संवेदनशील सामग्रियों के प्रसंस्करण के लिए एक उपयुक्त विधि है। इस अध्ययन का एक उद्देश्य यांत्रिक मिश्र धातु तकनीकों का उपयोग करके टर्नरी Cu-Zr-Ni से बना एक उपन्यास जीवाणुरोधी फिल्म धातु ग्लास विकसित करना था। अंतिम उत्पाद बनाने वाले गोलाकार पाउडर का उपयोग कम तापमान पर स्टेनलेस स्टील सतहों के कोल्ड स्प्रे कोटिंग के लिए कच्चे माल के रूप में किया जाता है। धातु ग्लास के साथ लेपित सबस्ट्रेट्स स्टेनलेस स्टील की तुलना में बायोफिल्म गठन को कम से कम 1 लॉग तक कम करने में सक्षम थे। .
पूरे मानव इतिहास में, कोई भी समाज अपनी विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने वाली नवीन सामग्रियों की शुरूआत को डिजाइन और बढ़ावा देने में सक्षम रहा है, जिसके परिणामस्वरूप वैश्विक अर्थव्यवस्था में प्रदर्शन और रैंकिंग में सुधार हुआ है। इसे हमेशा एक देश या क्षेत्र से दूसरे देश या क्षेत्र में स्वास्थ्य, शिक्षा, उद्योग, अर्थशास्त्र, संस्कृति और अन्य क्षेत्रों में लाभ प्राप्त करने के लिए सामग्री निर्माण और लक्षण वर्णन के लिए सामग्री और निर्माण उपकरण और डिजाइन विकसित करने की मानवीय क्षमता के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। प्रगति को देश या क्षेत्र की परवाह किए बिना मापा जाता है।2 60 वर्षों से, सामग्री वैज्ञानिकों ने अपना अधिकांश समय एक प्रमुख चिंता पर ध्यान केंद्रित करने के लिए समर्पित किया है: नवीन और अत्याधुनिक सामग्रियों की खोज। हाल के शोध ने मौजूदा सामग्रियों की गुणवत्ता और प्रदर्शन में सुधार के साथ-साथ पूरी तरह से नए प्रकार की सामग्रियों को संश्लेषित और आविष्कार करने पर ध्यान केंद्रित किया है।
मिश्रधातु तत्वों को जोड़ने, सामग्री के सूक्ष्म ढांचे में संशोधन और थर्मल, मैकेनिकल या थर्मो-मैकेनिकल प्रसंस्करण तकनीकों के अनुप्रयोग के परिणामस्वरूप विभिन्न सामग्रियों के यांत्रिक, रासायनिक और भौतिक गुणों में महत्वपूर्ण सुधार हुए हैं। इसके अलावा, अब तक अनसुने यौगिकों को इस बिंदु पर सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया है। इन लगातार प्रयासों ने नवीन सामग्रियों के एक नए परिवार को जन्म दिया है, जिन्हें सामूहिक रूप से उन्नत सामग्री 2 के रूप में जाना जाता है। नैनोक्रिस्टल, नैनोकण, नैनोट्यूब, क्वांटम डॉट्स, शून्य- आयामी, अनाकार धातु ग्लास और उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु पिछली शताब्दी के मध्य से दुनिया में पेश की गई उन्नत सामग्रियों के कुछ उदाहरण हैं। बेहतर गुणों के साथ नए मिश्र धातुओं का निर्माण और विकास करते समय, या तो अंतिम उत्पाद में या इसके उत्पादन के मध्यवर्ती चरणों में, ऑफ-बैलेंस की समस्या अक्सर जुड़ जाती है। संतुलन से महत्वपूर्ण विचलन के लिए नई निर्माण तकनीकों को लागू करने के परिणामस्वरूप, मेटास्टेबल मिश्र धातुओं की एक पूरी नई श्रेणी, जिसे धातु ग्लास के रूप में जाना जाता है, की खोज की गई है।
1960 में कैलटेक में उनके काम ने धातु मिश्र धातुओं की अवधारणा में एक क्रांति ला दी, जब उन्होंने प्रति सेकंड लगभग दस लाख डिग्री पर तरल पदार्थों को तेजी से ठोस बनाकर ग्लासी एयू -25% सी मिश्र धातुओं को संश्लेषित किया। प्रोफेसर पोल डुवेज़ की खोज घटना ने न केवल धातु के गिलास (एमजी) के इतिहास की शुरुआत की शुरुआत की, बल्कि धातु मिश्र धातुओं के बारे में लोगों के सोचने के तरीके में एक आदर्श बदलाव भी लाया। एमजी मिश्र धातुओं के संश्लेषण में शुरुआती अग्रणी अध्ययन के बाद से, लगभग सभी धातु के गिलासों का उत्पादन पूरी तरह से निम्नलिखित विधियों में से किसी एक का उपयोग करके किया गया है;(i) पिघल या भाप का तेजी से जमना, (ii) जाली का परमाणु विकार, (iii) शुद्ध धातु तत्वों के बीच ठोस-अवस्था अनाकारीकरण प्रतिक्रियाएं, और (iv) मेटास्टेबल चरणों के ठोस-अवस्था संक्रमण।
एमजी को क्रिस्टल से जुड़े लंबी दूरी के परमाणु क्रम की कमी से पहचाना जाता है, जो क्रिस्टल की एक परिभाषित विशेषता है। आज की दुनिया में, धातु ग्लास के क्षेत्र में बड़ी प्रगति हुई है। वे दिलचस्प गुणों वाली नवीन सामग्री हैं जो न केवल ठोस-अवस्था भौतिकी में, बल्कि धातु विज्ञान, सतह रसायन विज्ञान, प्रौद्योगिकी, जीव विज्ञान और कई अन्य क्षेत्रों में भी रुचि रखते हैं। यह नई प्रकार की सामग्री ठोस धातुओं से अलग गुणों को प्रदर्शित करती है, जो इसे विभिन्न क्षेत्रों में तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए एक दिलचस्प उम्मीदवार बनाती है। उनके पास है कुछ महत्वपूर्ण गुण;(i) उच्च यांत्रिक लचीलापन और उपज शक्ति, (ii) उच्च चुंबकीय पारगम्यता, (iii) कम जबरदस्ती, (iv) असामान्य संक्षारण प्रतिरोध, (v) तापमान स्वतंत्रता 6,7 की चालकता।
मैकेनिकल मिश्रधातु (एमए)1,8 एक अपेक्षाकृत नई तकनीक है, जिसे पहली बार 19839 में प्रो. सीसी कोक और उनके सहयोगियों द्वारा पेश किया गया था। उन्होंने कमरे के तापमान के बहुत करीब परिवेश के तापमान पर शुद्ध तत्वों के मिश्रण को पीसकर अनाकार Ni60Nb40 पाउडर तैयार किया।आमतौर पर, एमए प्रतिक्रिया एक रिएक्टर में प्रतिक्रियाशील सामग्री पाउडर के विसरित युग्मन के बीच की जाती है, जो आमतौर पर स्टेनलेस स्टील से बॉल मिल 10 (छवि 1 ए, बी) में बनाई जाती है। तब से, इस यांत्रिक रूप से प्रेरित ठोस-अवस्था प्रतिक्रिया तकनीक का उपयोग कम (छवि 1 सी) और उच्च ऊर्जा बॉल मिलों के साथ-साथ रॉड मिलों का उपयोग करके उपन्यास अनाकार / धातु ग्लास मिश्र धातु पाउडर तैयार करने के लिए किया गया है। विशेष रूप से, इस विधि का उपयोग Cu-Ta17 जैसे अमिश्रणीय प्रणालियों के साथ-साथ अल-संक्रमण धातु प्रणालियों (TM; Zr, Hf, Nb और Ta)18,19 और Fe-W20 जैसे उच्च पिघलने बिंदु मिश्र धातुओं को तैयार करने के लिए किया गया है, जिन्हें पारंपरिक तैयारी मार्गों का उपयोग करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, धातु ऑक्साइड, कार्बाइड, नाइट्री के औद्योगिक पैमाने के नैनोक्रिस्टलाइन और नैनोकम्पोजिट पाउडर कणों की तैयारी के लिए एमए को सबसे शक्तिशाली नैनोटेक्नोलॉजी उपकरणों में से एक माना जाता है। डेस, हाइड्राइड्स, कार्बन नैनोट्यूब, नैनोडायमंड्स, साथ ही टॉप-डाउन दृष्टिकोण 1 और मेटास्टेबल चरणों के माध्यम से व्यापक स्थिरीकरण।
इस अध्ययन में Cu50(Zr50−xNix) धात्विक ग्लास (MG) कोटिंग/SUS 304 तैयार करने के लिए उपयोग की जाने वाली निर्माण विधि को दर्शाने वाला योजनाबद्ध। (ए) कम ऊर्जा बॉल मिलिंग तकनीक का उपयोग करके विभिन्न Ni सांद्रता x (x; 10, 20, 30 और 40 at.%) के साथ एमजी मिश्र धातु पाउडर की तैयारी। (ए) शुरुआती सामग्री को टूल स्टील गेंदों के साथ एक टूल सिलेंडर में लोड किया जाता है, और (बी) हे वायुमंडल से भरे दस्ताने बॉक्स में सील कर दिया जाता है। (सी) पीसने के दौरान गेंद की गति को दर्शाने वाले पीसने वाले बर्तन का एक पारदर्शी मॉडल। 50 घंटों के बाद प्राप्त पाउडर के अंतिम उत्पाद का उपयोग कोल्ड स्प्रे विधि (डी) का उपयोग करके एसयूएस 304 सब्सट्रेट को कोट करने के लिए किया गया था।
जब थोक सामग्री सतहों (सब्सट्रेट) की बात आती है, तो सतह इंजीनियरिंग में कुछ भौतिक, रासायनिक और तकनीकी गुण प्रदान करने के लिए सतहों (सब्सट्रेट) के डिजाइन और संशोधन शामिल होते हैं जो मूल थोक सामग्री में शामिल नहीं होते हैं। सतह के उपचार द्वारा प्रभावी ढंग से सुधार किए जा सकने वाले कुछ गुणों में घर्षण प्रतिरोध, ऑक्सीकरण और संक्षारण प्रतिरोध, घर्षण का गुणांक, जैव-जड़ता, विद्युत गुण और थर्मल इन्सुलेशन शामिल हैं। धातुकर्म, यांत्रिक या रासायनिक तकनीकों का उपयोग करके सतह की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। एक प्रसिद्ध प्रक्रिया के रूप में, एक कोटिंग को सरल रूप से परिभाषित किया गया है किसी अन्य सामग्री से बने थोक वस्तु (सब्सट्रेट) की सतह पर कृत्रिम रूप से जमा की गई सामग्री की एक या एकाधिक परतों के रूप में। इस प्रकार, कोटिंग्स का उपयोग कुछ वांछित तकनीकी या सजावटी गुणों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, साथ ही आस-पास के वातावरण के साथ अपेक्षित रासायनिक और भौतिक इंटरैक्शन से सामग्री की रक्षा के लिए भी किया जाता है।
कुछ माइक्रोमीटर (10-20 माइक्रोमीटर से कम) से लेकर 30 माइक्रोमीटर या यहां तक ​​कि कुछ मिलीमीटर से अधिक मोटाई वाली उपयुक्त सतह सुरक्षा परतों को जमा करने के लिए, कई तरीकों और तकनीकों को लागू किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, कोटिंग प्रक्रियाओं को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: (i) गीली कोटिंग विधियां, जिसमें इलेक्ट्रोप्लेटिंग, इलेक्ट्रोलेस प्लेटिंग और हॉट-डिप गैल्वनाइजिंग विधियां शामिल हैं, और (ii) सूखी कोटिंग विधियां, जिसमें ब्रेजिंग, सरफेसिंग, भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) शामिल हैं। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), थर्मल स्प्रे तकनीक और हाल ही में कोल्ड स्प्रे तकनीक 24 (चित्र 1डी)।
बायोफिल्म को माइक्रोबियल समुदायों के रूप में परिभाषित किया गया है जो अपरिवर्तनीय रूप से सतहों से जुड़े होते हैं और स्व-निर्मित बाह्य कोशिकीय पॉलिमर (ईपीएस) से घिरे होते हैं। सतही रूप से परिपक्व बायोफिल्म के निर्माण से खाद्य उद्योग, जल प्रणालियों और स्वास्थ्य देखभाल वातावरण सहित कई औद्योगिक क्षेत्रों में महत्वपूर्ण नुकसान हो सकता है। मनुष्यों में, जब बायोफिल्म बनता है, तो माइक्रोबियल संक्रमण (एंटरोबैक्टीरियासी और स्टैफिलोकोसी सहित) के 80% से अधिक मामलों का इलाज करना मुश्किल होता है। इसके अलावा, परिपक्व बायोफिल्म की सूचना दी गई है प्लवक के जीवाणु कोशिकाओं की तुलना में एंटीबायोटिक उपचार के प्रति 1000 गुना अधिक प्रतिरोधी होना, जिसे एक प्रमुख चिकित्सीय चुनौती माना जाता है। पारंपरिक कार्बनिक यौगिकों से प्राप्त रोगाणुरोधी सतह कोटिंग सामग्री का ऐतिहासिक रूप से उपयोग किया गया है। हालांकि ऐसी सामग्रियों में अक्सर जहरीले घटक होते हैं जो मनुष्यों के लिए संभावित रूप से जोखिम भरे होते हैं, 25,26 यह बैक्टीरिया के संचरण और सामग्री विनाश से बचने में मदद कर सकता है।
बायोफिल्म निर्माण के कारण एंटीबायोटिक उपचारों के प्रति बैक्टीरिया के व्यापक प्रतिरोध ने एक प्रभावी रोगाणुरोधी झिल्ली-लेपित सतह विकसित करने की आवश्यकता को जन्म दिया है जिसे सुरक्षित रूप से लागू किया जा सकता है27। एक भौतिक या रासायनिक विरोधी-चिपकने वाली सतह का विकास जिस पर चिपकने के कारण जीवाणु कोशिकाओं को बांधने और बायोफिल्म बनाने से रोका जाता है, इस प्रक्रिया में पहला दृष्टिकोण है27। दूसरी तकनीक कोटिंग्स विकसित करना है जो रोगाणुरोधी रसायनों को अत्यधिक केंद्रित और अनुरूप मात्रा में सटीक रूप से वितरित करने में सक्षम बनाती है जहां उन्हें आवश्यकता होती है। इसे विकसित करके हासिल किया जाता है। ग्राफीन/जर्मेनियम28, ब्लैक डायमंड29 और ZnO-डॉप्ड हीरे जैसी कार्बन कोटिंग्स30 जैसी अद्वितीय कोटिंग सामग्री जो बैक्टीरिया के प्रति प्रतिरोधी हैं, एक ऐसी तकनीक जो बायोफिल्म निर्माण के कारण विषाक्तता और प्रतिरोध विकास को अधिकतम करती है, काफी कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, कोटिंग्स जो बैक्टीरिया संदूषण से दीर्घकालिक सुरक्षा प्रदान करने के लिए सतहों में कीटाणुनाशक रसायनों को शामिल करती हैं, अधिक लोकप्रिय हो रही हैं। हालांकि सभी तीन प्रक्रियाएं लेपित सतहों पर रोगाणुरोधी प्रभाव पैदा करने में सक्षम हैं, उनमें से प्रत्येक की अपनी सीमाएं हैं जिन पर विचार किया जाना चाहिए। अनुप्रयोग रणनीतियाँ विकसित करना।
वर्तमान में बाज़ार में उपलब्ध उत्पाद जैविक रूप से सक्रिय अवयवों के लिए सुरक्षात्मक कोटिंग्स का विश्लेषण और परीक्षण करने के लिए अपर्याप्त समय के कारण बाधित हो रहे हैं। कंपनियों का दावा है कि उनके उत्पाद उपयोगकर्ताओं को वांछनीय कार्यात्मक पहलू प्रदान करेंगे;हालाँकि, यह वर्तमान में बाजार में मौजूद उत्पादों की सफलता में एक बाधा है। उपभोक्ताओं के लिए अब उपलब्ध अधिकांश रोगाणुरोधी उपचारों में चांदी से प्राप्त यौगिकों का उपयोग किया जाता है। इन उत्पादों को उपयोगकर्ताओं को सूक्ष्मजीवों के संभावित खतरनाक प्रभावों से बचाने के लिए विकसित किया गया है। चांदी के यौगिकों के विलंबित रोगाणुरोधी प्रभाव और संबंधित विषाक्तता से शोधकर्ताओं पर कम हानिकारक विकल्प विकसित करने का दबाव बढ़ जाता है। एक वैश्विक रोगाणुरोधी कोटिंग बनाना जो घर के अंदर और बाहर काम करता है, अभी भी एक कठिन काम साबित हो रहा है। यह स्वास्थ्य और सुरक्षा दोनों से जुड़े जोखिमों के कारण है। एक ऐसे रोगाणुरोधी एजेंट की खोज करना जो मनुष्यों के लिए कम हानिकारक है और यह पता लगाना कि इसे लंबे समय तक शेल्फ जीवन के साथ कोटिंग सब्सट्रेट में कैसे शामिल किया जाए, एक अत्यधिक मांग वाला लक्ष्य है38। नवीनतम रोगाणुरोधी और एंटी-बायोफिल्म सामग्रियों को या तो सीधे संपर्क के माध्यम से या सक्रिय एजेंट जारी होने के बाद बैक्टीरिया को मारने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे प्रारंभिक जीवाणु आसंजन को रोककर (सतह पर प्रोटीन परत के गठन का प्रतिकार करने सहित) या ऐसा कर सकते हैं। कोशिका भित्ति में हस्तक्षेप करके जीवाणुओं को मारना।
मूल रूप से, सतह कोटिंग सतह से संबंधित गुणों को बढ़ाने के लिए एक घटक की सतह पर एक और परत लगाने की प्रक्रिया है। सतह कोटिंग का लक्ष्य घटक के निकट-सतह क्षेत्र की सूक्ष्म संरचना और/या संरचना को तैयार करना है। सतह कोटिंग तकनीकों को विभिन्न तरीकों में विभाजित किया जा सकता है, जिन्हें चित्र 2 ए में संक्षेपित किया गया है। कोटिंग बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि के आधार पर, कोटिंग्स को थर्मल, रासायनिक, भौतिक और इलेक्ट्रोकेमिकल श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।
(ए) सतह के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य निर्माण तकनीकों को दर्शाने वाला इनसेट, और (बी) कोल्ड स्प्रे तकनीक के चयनित फायदे और नुकसान।
कोल्ड स्प्रे तकनीक पारंपरिक थर्मल स्प्रे विधियों के साथ कई समानताएं साझा करती है। हालांकि, कुछ प्रमुख मौलिक गुण भी हैं जो कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया और कोल्ड स्प्रे सामग्री को विशेष रूप से अद्वितीय बनाते हैं। कोल्ड स्प्रे तकनीक अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन इसका भविष्य उज्ज्वल है। कुछ अनुप्रयोगों में, कोल्ड स्प्रे के अद्वितीय गुण विशिष्ट थर्मल स्प्रे विधियों की अंतर्निहित सीमाओं को पार करते हुए महान लाभ प्रदान करते हैं। यह पारंपरिक थर्मल स्प्रे तकनीक की महत्वपूर्ण सीमाओं को दूर करने का एक तरीका प्रदान करता है, जिसके दौरान सब्सट्रेट पर जमा होने के लिए पाउडर को पिघलाना पड़ता है। जाहिर है, यह पारंपरिक कोटिंग प्रक्रिया उपयुक्त नहीं है। अत्यधिक तापमान-संवेदनशील सामग्रियों जैसे नैनोक्रिस्टल, नैनोकण, अनाकार और धात्विक ग्लास40, 41, 42 के लिए। इसके अलावा, थर्मल स्प्रे कोटिंग सामग्री हमेशा छिद्र और ऑक्साइड के उच्च स्तर का प्रदर्शन करती है। थर्मल स्प्रे तकनीक पर कोल्ड स्प्रे तकनीक के कई महत्वपूर्ण फायदे हैं, जैसे (i) सब्सट्रेट में न्यूनतम गर्मी इनपुट, (ii) सब्सट्रेट कोटिंग विकल्पों में लचीलापन, (iii) चरण परिवर्तन और अनाज वृद्धि की अनुपस्थिति, (iv) उच्च बंधन शक्ति 1,39 (चित्र)।2 बी)। इसके अलावा, कोल्ड स्प्रे कोटिंग सामग्री में उच्च संक्षारण प्रतिरोध, उच्च शक्ति और कठोरता, उच्च विद्युत चालकता और उच्च घनत्व होता है। कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया के फायदों के विपरीत, इस तकनीक का उपयोग करने में अभी भी कुछ नुकसान हैं, जैसा कि चित्र 2 बी में दिखाया गया है। जब शुद्ध सिरेमिक पाउडर जैसे कि Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, आदि को कोटिंग करते हैं, तो कोल्ड स्प्रे विधि का उपयोग नहीं किया जा सकता है। दूसरी ओर, सिरेमिक / धातु मिश्रित पाउडर का उपयोग कोटिंग्स के लिए कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है। यही बात अन्य थर्मल स्प्रे विधियों पर भी लागू होती है। जटिल सतहों और आंतरिक पाइप सतहों पर स्प्रे करना अभी भी मुश्किल है।
यह देखते हुए कि वर्तमान कार्य का उद्देश्य धातुई ग्लासी पाउडर को कच्चे कोटिंग सामग्री के रूप में उपयोग करना है, यह स्पष्ट है कि पारंपरिक थर्मल छिड़काव का उपयोग इस उद्देश्य के लिए नहीं किया जा सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि धातुई ग्लासी पाउडर उच्च तापमान 1 पर क्रिस्टलीकृत होते हैं।
चिकित्सा और खाद्य उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश उपकरण सर्जिकल उपकरणों के उत्पादन के लिए 12 और 20 wt% के बीच क्रोमियम सामग्री के साथ ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु (एसयूएस 316 और एसयूएस 304) से बने होते हैं। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि स्टील मिश्र धातुओं में मिश्र धातु तत्व के रूप में क्रोमियम धातु का उपयोग मानक इस्पात मिश्र धातुओं के संक्षारण प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकता है। स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु, उनके उच्च संक्षारण प्रतिरोध के बावजूद, महत्वपूर्ण रोगाणुरोधी गुणों का प्रदर्शन नहीं करते हैं38 ,39.यह उनके उच्च संक्षारण प्रतिरोध के विपरीत है। इसके बाद, संक्रमण और सूजन के विकास की भविष्यवाणी की जा सकती है, जो मुख्य रूप से स्टेनलेस स्टील बायोमटेरियल्स की सतह पर बैक्टीरिया के आसंजन और उपनिवेशण के कारण होता है। बैक्टीरिया के आसंजन और बायोफिल्म निर्माण मार्गों से जुड़ी महत्वपूर्ण कठिनाइयों के कारण महत्वपूर्ण कठिनाइयां उत्पन्न हो सकती हैं, जिससे स्वास्थ्य में गिरावट हो सकती है, जिसके कई परिणाम हो सकते हैं जो प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से मानव स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकते हैं।
यह अध्ययन कुवैत फाउंडेशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस (केएफएएस), अनुबंध संख्या 2010-550401 द्वारा वित्त पोषित एक परियोजना का पहला चरण है, जिसमें जीवाणुरोधी फिल्म / एसयूएस 304 सतह संरक्षण कोटिंग के उत्पादन के लिए एमए तकनीक (तालिका 1) का उपयोग करके धातु ग्लासी सीयू-जेडआर-नी टर्नरी पाउडर के उत्पादन की व्यवहार्यता की जांच की जाती है। परियोजना का दूसरा चरण, जनवरी 2023 में शुरू होने के कारण, इलेक्ट्रोकेमिकल कोर की जांच की जाएगी। सिस्टम की रोसियन विशेषताओं और यांत्रिक गुणों के बारे में विस्तार से बताया गया है। विभिन्न जीवाणु प्रजातियों के लिए विस्तृत सूक्ष्मजीवविज्ञानी परीक्षण किए जाएंगे।
इस पेपर में, रूपात्मक और संरचनात्मक विशेषताओं के आधार पर ग्लास बनाने की क्षमता (जीएफए) पर Zr मिश्र धातु तत्व सामग्री के प्रभाव पर चर्चा की गई है। इसके अलावा, लेपित धातु ग्लास पाउडर कोटिंग / SUS304 समग्र के जीवाणुरोधी गुणों पर भी चर्चा की गई। इसके अलावा, निर्मित धातु ग्लास सिस्टम के उप-ठंडे तरल क्षेत्र के भीतर ठंडे छिड़काव के दौरान होने वाले धातु ग्लास पाउडर के संरचनात्मक परिवर्तन की संभावना की जांच करने के लिए वर्तमान कार्य किया गया है। प्रतिनिधि उदाहरण के रूप में, Cu50Zr30Ni20 और इस अध्ययन में Cu50Zr20Ni30 धातु ग्लास मिश्र धातु का उपयोग किया गया है।
इस खंड में, कम ऊर्जा बॉल मिलिंग में मौलिक Cu, Zr और Ni पाउडर के रूपात्मक परिवर्तन प्रस्तुत किए गए हैं। उदाहरण के तौर पर, Cu50Zr20Ni30 और Cu50Zr40Ni10 से युक्त दो अलग-अलग प्रणालियों का उपयोग प्रतिनिधि उदाहरण के रूप में किया जाएगा। एमए प्रक्रिया को तीन अलग-अलग चरणों में विभाजित किया जा सकता है, जैसा कि पीसने के चरण के दौरान उत्पादित पाउडर के मेटलोग्राफिक लक्षण वर्णन द्वारा दिखाया गया है (चित्रा 3)।
बॉल मिलिंग समय के विभिन्न चरणों के बाद प्राप्त यांत्रिक मिश्र धातु (एमए) पाउडर की मेटलोग्राफिक विशेषताएं। 3, 12 और 50 घंटे के कम ऊर्जा बॉल मिलिंग समय के बाद प्राप्त एमए और Cu50Zr40Ni10 पाउडर की फील्ड उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM) छवियों को Cu50Zr20Ni30 प्रणाली के लिए (ए), (सी) और (ई) में दिखाया गया है, जबकि उसी एमए में Cu50Zr40 की संबंधित छवियां हैं। समय के बाद ली गई Ni10 प्रणाली को (बी), (डी) और (एफ) में दिखाया गया है।
बॉल मिलिंग के दौरान, प्रभावी गतिज ऊर्जा जिसे धातु पाउडर में स्थानांतरित किया जा सकता है, मापदंडों के संयोजन से प्रभावित होती है, जैसा कि चित्र 1 ए में दिखाया गया है। इसमें गेंदों और पाउडर के बीच टकराव, पीस मीडिया के बीच या बीच में फंसे पाउडर की संपीड़ित कतरनी, गिरती गेंदों का प्रभाव, चलती बॉल मिलिंग मीडिया के बीच पाउडर के खिंचाव के कारण कतरनी और घिसाव, और गिरती गेंदों से गुजरने वाली शॉक वेव फसल भार के माध्यम से फैलती है (छवि 1 ए)। प्राथमिक Cu, Zr, और Ni पाउडर ठंड वेल्डिंग के कारण गंभीर रूप से विकृत हो गए थे। MA का प्रारंभिक चरण (3 घंटे), जिसके परिणामस्वरूप बड़े पाउडर कण (> 1 मिमी व्यास) होते हैं। इन बड़े मिश्रित कणों को मिश्र धातु तत्वों (Cu, Zr, Ni) की मोटी परतों के गठन की विशेषता होती है, जैसा कि चित्र 3 ए, बी में दिखाया गया है। एमए समय को 12 घंटे (मध्यवर्ती चरण) तक बढ़ाने से बॉल मिल की गतिज ऊर्जा में वृद्धि हुई, जिसके परिणामस्वरूप मिश्रित पाउडर महीन पाउडर (200 माइक्रोन से कम) में विघटित हो गया, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 3सी,डी। इस स्तर पर, लागू कतरनी बल महीन Cu, Zr, Ni संकेत परतों के साथ एक नई धातु की सतह के निर्माण की ओर ले जाता है, जैसा कि चित्र 3c,d में दिखाया गया है। परत शोधन के परिणामस्वरूप, नए चरण उत्पन्न करने के लिए फ्लेक्स के इंटरफेस पर ठोस चरण प्रतिक्रियाएं होती हैं।
एमए प्रक्रिया के चरम पर (50 घंटे के बाद), परतदार धातु विज्ञान केवल हल्का दिखाई दे रहा था (चित्र 3ई, एफ), लेकिन पाउडर की पॉलिश सतह ने दर्पण धातु विज्ञान दिखाया। इसका मतलब है कि एमए प्रक्रिया पूरी हो गई है और एकल प्रतिक्रिया चरण का निर्माण हुआ है। चित्र 3e (I, II, III), f, v, vi) में अनुक्रमित क्षेत्रों की मौलिक संरचना ऊर्जा डिस के साथ संयुक्त क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM) का उपयोग करके निर्धारित की गई थी। पर्सिव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) (IV)।
तालिका 2 में, मिश्र धातु तत्वों की मौलिक सांद्रता को चित्र 3e,f में चयनित प्रत्येक क्षेत्र के कुल वजन के प्रतिशत के रूप में दिखाया गया है। तालिका 1 में सूचीबद्ध Cu50Zr20Ni30 और Cu50Zr40Ni10 की शुरुआती नाममात्र रचनाओं के साथ इन परिणामों की तुलना करने पर, यह देखा जा सकता है कि इन दो अंतिम उत्पादों की रचनाओं में नाममात्र रचनाओं के समान मूल्य हैं। इसके अलावा, चित्र 3e में सूचीबद्ध क्षेत्रों के लिए सापेक्ष घटक मान ,एफ एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में प्रत्येक नमूने की संरचना में महत्वपूर्ण गिरावट या उतार-चढ़ाव का संकेत नहीं देता है। यह इस तथ्य से प्रमाणित है कि एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में संरचना में कोई बदलाव नहीं होता है। यह सजातीय मिश्र धातु पाउडर के उत्पादन को इंगित करता है, जैसा कि तालिका 2 में दिखाया गया है।
अंतिम उत्पाद Cu50(Zr50−xNix) पाउडर के FE-SEM माइक्रोग्राफ 50 MA बार के बाद प्राप्त किए गए, जैसा कि चित्र 4a-d में दिखाया गया है, जहां x क्रमशः 10, 20, 30 और 40% है। इस मिलिंग चरण के बाद, वैन डेर वाल्स प्रभाव के कारण पाउडर एकत्र होता है, जिसके परिणामस्वरूप 73 से 126 एनएम तक के व्यास वाले अल्ट्राफाइन कणों से युक्त बड़े समुच्चय का निर्माण होता है। , जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है।
50 घंटे के एमए समय के बाद प्राप्त Cu50(Zr50−xNix) पाउडर की रूपात्मक विशेषताएं। Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 सिस्टम के लिए, 50 MA समय के बाद प्राप्त पाउडर की FE-SEM छवियां क्रमशः (ए), (बी), (सी) और (डी) में दिखाई गई हैं।
पाउडर को कोल्ड स्प्रे फीडर में लोड करने से पहले, उन्हें पहले 15 मिनट के लिए विश्लेषणात्मक ग्रेड इथेनॉल में सोनिकेट किया गया और फिर 2 घंटे के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर सुखाया गया। इस कदम को सफलतापूर्वक ढेर से निपटने के लिए उठाया जाना चाहिए जो अक्सर कोटिंग प्रक्रिया में कई महत्वपूर्ण समस्याओं का कारण बनता है। एमए प्रक्रिया पूरी होने के बाद, मिश्र धातु पाउडर की एकरूपता की जांच करने के लिए आगे के लक्षण वर्णन किए गए थे। चित्र 5 ए-डी एफई-एसईएम माइक्रोग्राफ और सीयू की संबंधित ईडीएस छवियों को दिखाता है। Cu50Zr30Ni20 मिश्र धातु के Zr और Ni मिश्र धातु तत्व क्रमशः 50 घंटे के M समय के बाद प्राप्त हुए। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस चरण के बाद उत्पादित मिश्र धातु पाउडर सजातीय हैं क्योंकि वे उप-नैनोमीटर स्तर से परे कोई संरचनात्मक उतार-चढ़ाव नहीं दिखाते हैं, जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है।
FE-SEM/ऊर्जा फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) द्वारा 50 MA बार के बाद प्राप्त MG Cu50Zr30Ni20 पाउडर की आकृति विज्ञान और स्थानीय मौलिक वितरण। (a) SEM और एक्स-रे EDS मैपिंग (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα और (d) Ni-Kα छवियां।
50 घंटे के एमए समय के बाद प्राप्त यांत्रिक रूप से मिश्रित Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 और Cu50Zr20Ni30 पाउडर के XRD पैटर्न क्रमशः चित्र 6a-d में दिखाए गए हैं। मिलिंग के इस चरण के बाद, विभिन्न Zr सांद्रता वाले सभी नमूनों में चित्र 6 में दिखाए गए विशिष्ट हेलो प्रसार पैटर्न के साथ अनाकार संरचनाएं दिखाई गईं।
50 घंटे के एमए समय के बाद (ए) Cu50Zr40Ni10, (बी) Cu50Zr30Ni20, (सी) Cu50Zr20Ni30 और (डी) Cu50Zr20Ni30 पाउडर के XRD पैटर्न। बिना किसी अपवाद के सभी नमूनों में एक प्रभामंडल प्रसार पैटर्न दिखा, जो एक अनाकार चरण के गठन का संकेत देता है।
फ़ील्ड उत्सर्जन उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-HRTEM) का उपयोग संरचनात्मक परिवर्तनों का निरीक्षण करने और विभिन्न एमए समय पर बॉल मिलिंग के परिणामस्वरूप पाउडर की स्थानीय संरचना को समझने के लिए किया गया था। Cu50Zr30Ni20 और Cu50Zr40Ni10 पाउडर के लिए मिलिंग के प्रारंभिक (6 घंटे) और मध्यवर्ती (18 घंटे) चरणों के बाद प्राप्त पाउडर की FE-HRTEM छवियां क्रमशः चित्र 7 ए, सी में दिखाई गई हैं। उज्ज्वल क्षेत्र छवि के अनुसार ( बीएफआई) एमए 6 घंटे के बाद उत्पादित पाउडर का, पाउडर एफसीसी-सीयू, एचसीपी-जेडआर और एफसीसी-नी तत्वों की अच्छी तरह से परिभाषित सीमाओं के साथ बड़े अनाज से बना है, और कोई संकेत नहीं है कि प्रतिक्रिया चरण का गठन हुआ है, जैसा कि चित्र 7 ए में दिखाया गया है। इसके अलावा, (ए) के मध्य क्षेत्र से लिए गए सहसंबद्ध चयनित क्षेत्र विवर्तन पैटर्न (एसएडीपी) से एक पुच्छल विवर्तन पैटर्न (छवि 7 बी) का पता चला, जो बड़े क्रिस्टलीय की उपस्थिति का संकेत देता है। s और प्रतिक्रियाशील चरण की अनुपस्थिति।
प्रारंभिक (6 घंटे) और मध्यवर्ती (18 घंटे) चरणों के बाद प्राप्त एमए पाउडर का स्थानीय संरचनात्मक लक्षण वर्णन। (ए) क्षेत्र उत्सर्जन उच्च रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एफई-एचआरटीईएम), और (बी) 6 घंटे के लिए एमए उपचार के बाद Cu50Zr30Ni20 पाउडर के संबंधित चयनित क्षेत्र विवर्तन पैटर्न (एसएडीपी)। 18 घंटे के एमए समय के बाद प्राप्त Cu50Zr40Ni10 की FE-HRTEM छवि (सी) में दिखाई गई है।
जैसा कि चित्र 7सी में दिखाया गया है, एमए अवधि को 18 घंटे तक बढ़ाने से प्लास्टिक विरूपण के साथ गंभीर जाली दोष उत्पन्न हो गए। एमए प्रक्रिया के इस मध्यवर्ती चरण के दौरान, पाउडर विभिन्न दोष प्रदर्शित करता है, जिसमें स्टैकिंग दोष, जाली दोष और बिंदु दोष (चित्रा 7) शामिल हैं। इन दोषों के कारण बड़े अनाज अपनी अनाज सीमाओं के साथ 20 एनएम से कम आकार वाले उप-अनाज में विभाजित हो जाते हैं (चित्र 7 सी)।
Cu50Z30Ni20 पाउडर की स्थानीय संरचना को 36 h MA समय के लिए पीसकर एक अनाकार महीन मैट्रिक्स में एम्बेडेड अल्ट्राफाइन नैनोग्रेन का निर्माण होता है, जैसा कि चित्र 8a में दिखाया गया है। स्थानीय EDS विश्लेषण से संकेत मिलता है कि चित्र 8a में दिखाए गए नैनोक्लस्टर असंसाधित Cu, Zr और Ni पाउडर मिश्र धातु तत्वों से जुड़े थे। उसी समय, मैट्रिक्स की Cu सामग्री ~ 32 at.% (दुबला क्षेत्र) से ~ 74 at तक उतार-चढ़ाव करती है। .% (समृद्ध क्षेत्र), विषम उत्पादों के निर्माण का संकेत देता है। इसके अलावा, इस स्तर पर मिलिंग के बाद प्राप्त पाउडर के संबंधित एसएडीपी अनाकार चरण के हेलो-फैलाने वाले प्राथमिक और माध्यमिक छल्ले दिखाते हैं, जो उन कच्चे मिश्र धातु तत्वों से जुड़े तेज बिंदुओं के साथ अतिव्यापी होते हैं, जैसा कि चित्र 8 बी में दिखाया गया है।
36 घंटे से अधिक-Cu50Zr30Ni20 पाउडर नैनोस्केल स्थानीय संरचनात्मक विशेषताएं। (ए) उज्ज्वल क्षेत्र छवि (बीएफआई) और संबंधित (बी) 36 घंटे एमए समय के लिए मिलिंग के बाद प्राप्त Cu50Zr30Ni20 पाउडर का एसएडीपी।
एमए प्रक्रिया के अंत के करीब (50 घंटे), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 और 40% पाउडर में हमेशा एक भूलभुलैया अनाकार चरण आकृति विज्ञान होता है जैसा कि चित्र 9 ए-डी में दिखाया गया है। प्रत्येक संरचना के संबंधित एसएडीपी में, न तो बिंदु-जैसे विवर्तन और न ही तेज कुंडलाकार पैटर्न का पता लगाया जा सकता है। यह इंगित करता है कि कोई असंसाधित क्रिस्टलीय धातु मौजूद नहीं है, बल्कि एक अनाकार मिश्र धातु पाउडर बनता है। हेलो प्रसार पैटर्न दिखाने वाले इन सहसंबद्ध एसएडीपी का उपयोग साक्ष्य के रूप में भी किया गया था। अंतिम उत्पाद सामग्री में अनाकार चरणों का विकास।
MG Cu50 (Zr50−xNix) प्रणाली के अंतिम उत्पाद की स्थानीय संरचना। FE-HRTEM और (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 और (d) Cu50Zr10Ni40 के सहसंबद्ध नैनोबीम विवर्तन पैटर्न (NBDP) MA के 50 घंटे के बाद प्राप्त हुए।
अनाकार Cu50(Zr50−xNix) प्रणाली के Ni सामग्री (x) के एक फ़ंक्शन के रूप में ग्लास संक्रमण तापमान (Tg), उपठंडा तरल क्षेत्र (ΔTx) और क्रिस्टलीकरण तापमान (Tx) की थर्मल स्थिरता की जांच He गैस प्रवाह के तहत गुणों की अंतर स्कैनिंग कैलोरीमेट्री (DSC) का उपयोग करके की गई है। Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 और Cu50Zr10 के DSC निशान 50 घंटे के एमए समय के बाद प्राप्त Ni40 अनाकार मिश्र धातु पाउडर को क्रमशः चित्र 10a, b, e में दिखाया गया है। जबकि अनाकार Cu50Zr20Ni30 का DSC वक्र चित्र 10c में अलग से दिखाया गया है। इस बीच, Cu50Zr30Ni20 नमूने को DSC में ~ 700 °C तक गर्म किया गया चित्र 10d में दिखाया गया है।
Cu50(Zr50−xNix) MG पाउडर की थर्मल स्थिरता 50 घंटे के MA ​​समय के बाद प्राप्त होती है, जैसा कि ग्लास संक्रमण तापमान (Tg), क्रिस्टलीकरण तापमान (Tx), और उपठंडा तरल क्षेत्र (ΔTx) द्वारा अनुक्रमित किया जाता है। विभेदक स्कैनिंग कैलोरीमीटर (DSC) थर्मोग्राम (ए) Cu50Zr40Ni10, (बी) Cu50Zr30Ni20, (सी) Cu50Zr20Ni 30 और (ई) Cu50Zr10Ni40 एमजी मिश्र धातु पाउडर 50 घंटे के एमए समय के बाद। डीएससी में ~700 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए Cu50Zr30Ni20 नमूने का एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) पैटर्न (डी) में दिखाया गया है।
जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है, विभिन्न Ni सांद्रता (x) के साथ सभी रचनाओं के DSC वक्र दो अलग-अलग मामलों को दर्शाते हैं, एक एंडोथर्मिक और दूसरा एक्सोथर्मिक। पहला एंडोथर्मिक घटना Tg से मेल खाती है, जबकि दूसरा Tx से संबंधित है। Tg और Tx के बीच मौजूद क्षैतिज अवधि क्षेत्र को उपशीतित तरल क्षेत्र (ΔTx = Tx - Tg) कहा जाता है। परिणाम बताते हैं कि Cu50Zr40Ni10 नमूने के Tg और Tx (चित्र)। 10a), 526°C और 612°C पर रखा गया है, सामग्री (x) को 20% पर 482°C और 563°C के निम्न तापमान पक्ष की ओर क्रमशः Ni सामग्री (x) में वृद्धि के साथ स्थानांतरित करें, जैसा कि चित्र 10b में दिखाया गया है। परिणामस्वरूप, Cu50Zr40Ni10 का ΔTx Cu50Zr के लिए 86°C (चित्र 10a) से घटकर 81°C हो जाता है। 30Ni20 (चित्र 10b)। MG Cu50Zr40Ni10 मिश्र धातु के लिए, यह भी देखा गया कि Tg, Tx और ΔTx का मान 447°C, 526°C और 79°C (चित्र 10b) के स्तर तक कम हो गया। यह इंगित करता है कि Ni सामग्री में वृद्धि से MG मिश्र धातु की तापीय स्थिरता में कमी आती है। इसके विपरीत, MG Cu50 का Tg मान (507°C) Zr20Ni30 मिश्र धातु MG Cu50Zr40Ni10 मिश्र धातु से कम है;फिर भी, इसका Tx पहले वाले (612 डिग्री सेल्सियस) के तुलनीय मूल्य को दर्शाता है। इसलिए, ΔTx एक उच्च मूल्य (87 डिग्री सेल्सियस) प्रदर्शित करता है, जैसा कि चित्र 10 सी में दिखाया गया है।
MG Cu50(Zr50−xNix) प्रणाली, उदाहरण के तौर पर MG Cu50Zr20Ni30 मिश्र धातु को लेते हुए, एक तेज एक्सोथर्मिक शिखर के माध्यम से fcc-ZrCu5, ऑर्थोरोम्बिक-Zr7Cu10 और ऑर्थोरोम्बिक-ZrNi (चित्र 10c) के क्रिस्टल चरणों में क्रिस्टलीकृत होती है। क्रिस्टलीय चरण संक्रमण के इस अनाकार की पुष्टि MG नमूने के XRD द्वारा की गई थी (चित्र 10)। डी), जिसे डीएससी में 700 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया गया था।
चित्र 11 वर्तमान कार्य में किए गए कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया के दौरान ली गई तस्वीरों को दिखाता है। इस अध्ययन में, 50 घंटे के एमए समय (उदाहरण के रूप में Cu50Zr20Ni30 लेते हुए) के बाद संश्लेषित धातु के कांच जैसे पाउडर कणों का उपयोग जीवाणुरोधी कच्चे माल के रूप में किया गया था, और स्टेनलेस स्टील प्लेट (SUS304) को कोल्ड स्प्रेइंग तकनीक द्वारा लेपित किया गया था। कोल्ड स्प्रे विधि को थर्मल स्प्रे प्रौद्योगिकी श्रृंखला में कोटिंग के लिए चुना गया था क्योंकि यह थर्मल स्प्रे श्रृंखला में सबसे कुशल विधि है और इसका उपयोग धातु के लिए किया जा सकता है। मेटास्टेबल तापमान संवेदनशील सामग्री जैसे कि अनाकार और नैनोक्रिस्टलाइन पाउडर, जो चरण संक्रमण के अधीन नहीं हैं। इस विधि को चुनने में यह मुख्य कारक है। कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया उच्च-वेग कणों का उपयोग करके की जाती है जो सब्सट्रेट या पहले से जमा कणों के प्रभाव पर कणों की गतिज ऊर्जा को प्लास्टिक विरूपण, तनाव और गर्मी में परिवर्तित करती है।
फ़ील्ड तस्वीरें 550 डिग्री सेल्सियस पर एमजी कोटिंग/एसयूएस 304 की लगातार पांच तैयारियों के लिए उपयोग की जाने वाली कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया को दिखाती हैं।
कणों की गतिज ऊर्जा, और इस प्रकार कोटिंग निर्माण में प्रत्येक कण की गति, को प्लास्टिक विरूपण (सब्सट्रेट और कण इंटरैक्शन में प्रारंभिक कण और कण-कण इंटरैक्शन), शून्य समेकन, कण-कण रोटेशन, तनाव और अंततः गर्मी 39 जैसे तंत्र के माध्यम से ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तित किया जाना चाहिए। इसके अलावा, यदि आने वाली सभी गतिज ऊर्जा गर्मी और तनाव ऊर्जा में परिवर्तित नहीं होती है, तो परिणाम एक लोचदार टकराव होता है, जिसका अर्थ है कि कण बस प्रभाव के बाद वापस उछलते हैं। यह बताया गया है कण/सब्सट्रेट सामग्री पर लागू प्रभाव ऊर्जा का 90% स्थानीय ताप 40 में परिवर्तित हो जाता है। इसके अलावा, जब प्रभाव तनाव लागू होता है, तो संपर्क कण/सब्सट्रेट क्षेत्र में बहुत ही कम समय में उच्च प्लास्टिक तनाव दर प्राप्त होती है।41,42।
प्लास्टिक विरूपण को आमतौर पर ऊर्जा अपव्यय की एक प्रक्रिया माना जाता है, या अधिक विशेष रूप से, इंटरफेशियल क्षेत्र में एक गर्मी स्रोत माना जाता है। हालांकि, इंटरफेशियल क्षेत्र में तापमान वृद्धि आमतौर पर इंटरफेशियल पिघलने या परमाणु इंटरडिफ्यूजन को बढ़ावा देने के लिए पर्याप्त नहीं है। लेखकों को ज्ञात कोई भी प्रकाशन पाउडर आसंजन और जमाव पर इन धातु ग्लासी पाउडर के गुणों के प्रभाव की जांच नहीं करता है जो तब होता है जब कोल्ड स्प्रे विधियों का उपयोग किया जाता है।
MG Cu50Zr20Ni30 मिश्र धातु पाउडर का BFI चित्र 12a में देखा जा सकता है, जिसे SUS 304 सब्सट्रेट (चित्र 11, 12b) पर लेपित किया गया था। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, लेपित पाउडर अपनी मूल अनाकार संरचना को बनाए रखते हैं क्योंकि उनके पास बिना किसी क्रिस्टलीय विशेषताओं या जाली दोषों के एक नाजुक भूलभुलैया संरचना होती है। दूसरी ओर, छवि एक बाहरी चरण की उपस्थिति को इंगित करती है, जैसा कि इसमें शामिल नैनोकणों द्वारा सुझाया गया है। एमजी-लेपित पाउडर मैट्रिक्स (छवि 12 ए)। चित्र 12 सी क्षेत्र I (चित्र 12 ए) से जुड़े अनुक्रमित नैनोबीम विवर्तन पैटर्न (एनबीडीपी) को दर्शाता है। जैसा कि चित्र 12 सी में दिखाया गया है, एनबीडीपी अनाकार संरचना का एक कमजोर प्रभामंडल प्रसार पैटर्न प्रदर्शित करता है और क्रिस्टलीय बड़े घन Zr2Ni मेटास्टेबल प्लस टेट्रागोनल CuO चरण के अनुरूप तेज पैच के साथ सह-अस्तित्व में है। CuO के गठन को ऑक्सीकरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है सुपरसोनिक प्रवाह के तहत खुली हवा में स्प्रे गन के नोजल से एसयूएस 304 तक यात्रा करते समय पाउडर का। दूसरी ओर, 30 मिनट के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर ठंडे स्प्रे उपचार के बाद धात्विक ग्लासी पाउडर के विचलन ने बड़े घन चरणों का गठन हासिल किया।
(ए) एमजी पाउडर की एफई-एचआरटीईएम छवि (बी) एसयूएस 304 सब्सट्रेट (आकृति का इनसेट) पर लेपित है। (ए) में दिखाए गए गोलाकार प्रतीक का सूचकांक एनबीडीपी (सी) में दिखाया गया है।
बड़े घन Zr2Ni नैनोकणों के निर्माण के लिए इस संभावित तंत्र को सत्यापित करने के लिए, एक स्वतंत्र प्रयोग किया गया था। इस प्रयोग में, पाउडर को SUS 304 सब्सट्रेट की दिशा में 550 डिग्री सेल्सियस पर एक स्प्रे बंदूक से छिड़का गया था;हालाँकि, पाउडर के एनीलिंग प्रभाव को स्पष्ट करने के लिए, उन्हें SUS304 स्ट्रिप से जितनी जल्दी हो सके (लगभग 60 सेकंड) हटा दिया गया था। प्रयोगों का एक और सेट किया गया था जिसमें पाउडर को जमाव के लगभग 180 सेकंड बाद सब्सट्रेट से हटा दिया गया था।
चित्र 13ए,बी क्रमशः 60 एस और 180 एस के लिए एसयूएस 304 सब्सट्रेट्स पर जमा किए गए दो स्प्रे किए गए सामग्रियों के स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसटीईएम) द्वारा प्राप्त डार्क फील्ड छवियां (डीएफआई) दिखाते हैं। 60 सेकंड के लिए जमा की गई पाउडर छवि में कोई रूपात्मक विवरण नहीं है, जो फीचरलेसनेस दिखाता है (चित्र 13 ए)। यह एक्सआरडी द्वारा भी पुष्टि की गई थी, जिसने संकेत दिया था कि इन पाउडर की सामान्य संरचना अनाकार थी, जैसा कि व्यापक प्राथमिक और माध्यमिक विवर्तन मैक्सी द्वारा दर्शाया गया था। मा को चित्र 14ए में दिखाया गया है। ये मेटास्टेबल/मेसोफ़ेज़ वर्षा की अनुपस्थिति को इंगित करते हैं, जहां पाउडर अपनी मूल अनाकार संरचना को बरकरार रखता है। इसके विपरीत, पाउडर को एक ही तापमान (550 डिग्री सेल्सियस) पर छिड़का जाता है, लेकिन 180 एस के लिए सब्सट्रेट पर छोड़ दिया जाता है, जिससे नैनो आकार के अनाज की वर्षा दिखाई देती है, जैसा कि चित्र 13 बी में तीरों द्वारा दर्शाया गया है।