Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive Mòd Konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral rann sit la san estil ak JavaScript.
Biofilm yo se yon eleman enpòtan nan devlopman enfeksyon kwonik, sitou lè li rive aparèy medikal yo. Pwoblèm sa a prezante yon gwo defi pou kominote medikal la, paske antibyotik estanda yo ka sèlman detwi biofilm yo nan yon limit trè limite. Prevansyon fòmasyon biofilm mennen nan devlopman divès metòd kouch ak nouvo materyèl. Teknik sa yo vize kouvri sifas yo nan yon fason ki anpeche fòmasyon biofilm. Alyaj metal vitre, espesyalman sa yo ki gen metal kwiv ak Titàn, yo vin kouch antimikwòb ideyal. An menm tan, itilizasyon teknoloji espre frèt la ogmante paske li se yon metòd apwopriye pou trete materyèl sansib a tanperati. Yon pati nan objektif rechèch sa a se te devlope yon nouvo fim anti-bakteri vè metalik ki konpoze de Cu-Zr-Ni tènè lè l sèvi avèk teknik alyaj mekanik. Poud esferik ki fòme pwodwi final la itilize kòm yon matyè premyè pou flite frèt sifas asye pur nan tanperati ki ba. Substra ki kouvri ak vè metal te kapab siyifikativman diminye fòmasyon biofilm pa omwen 1 log konpare ak asye pur.
Pandan tout listwa limanite, nenpòt sosyete te kapab devlope epi ankouraje entwodiksyon nouvo materyèl pou satisfè bezwen espesifik li yo, sa ki te lakòz yon ogmantasyon nan pwodiktivite ak yon plasman nan yon ekonomi globalize1. Yo te toujou atribiye sa a kapasite imen pou konsepsyon materyèl ak ekipman fabrikasyon, ansanm ak konsepsyon pou fabrike ak karakterize materyèl pou reyalize sante, edikasyon, endistri, ekonomi, kilti ak lòt domèn soti nan yon peyi oswa yon rejyon a yon lòt. Yo mezire pwogrè kèlkeswa peyi a oswa rejyon an2. Pandan 60 ane, syantis materyèl yo te konsakre anpil tan nan yon sèl travay prensipal: rechèch pou materyèl nouvo ak avanse. Rechèch resan yo te konsantre sou amelyore kalite ak pèfòmans materyèl ki deja egziste yo, ansanm ak sentetize ak envante kalite materyèl ki totalman nouvo.
Ajout eleman alyaj, modifikasyon mikwoestrikti materyèl la ak aplikasyon metòd tretman tèmik, mekanik oswa termomekanik mennen nan yon amelyorasyon siyifikatif nan pwopriyete mekanik, chimik ak fizik divès materyèl yo. Anplis de sa, yo te sentetize avèk siksè konpoze ki pa t janm konnen anvan. Efò pèsistan sa yo te bay nesans a yon nouvo fanmi materyèl inovatè ke yo rekonèt ansanm kòm Materyèl Avanse2. Nanokristal, nanopartikil, nanotub, pwen kwantik, vè metalik amòf ki gen dimansyon zewo, ak alyaj ki gen gwo entropi se jis kèk egzanp materyèl avanse ki parèt nan mond lan depi mitan dènye syèk la. Nan fabrikasyon ak devlopman nouvo alyaj ki gen pwopriyete amelyore, ni nan pwodwi final la ni nan etap entèmedyè pwodiksyon li, souvan yo ajoute pwoblèm dezekilib la. Kòm rezilta entwodiksyon nouvo teknik fabrikasyon ki pèmèt devyasyon siyifikatif nan ekilib, yo te dekouvri yon nouvo klas alyaj metastab, ke yo rekonèt kòm vè metalik.
Travay li nan Caltech an 1960 te revolisyone konsèp alyaj metal yo lè li te sentetize alyaj vitrifye Au-25 at.% Si lè li te solidifye likid rapidman a prèske yon milyon degre pa segonn. 4 Dekouvèt Pwofesè Paul Duves la pa sèlman make kòmansman listwa vè metalik (MS), men li te mennen tou nan yon chanjman paradig nan fason moun panse sou alyaj metalik yo. Depi premye rechèch pyonye nan sentèz alyaj MS yo, prèske tout vè metalik yo te jwenn nèt lè l sèvi avèk youn nan metòd sa yo: (i) solidifikasyon rapid nan fonn oswa vapè a, (ii) dezòd rezo atomik, (iii) reyaksyon amorfizasyon solid ant eleman metalik pi ak (iv) tranzisyon faz solid nan faz metastab.
MG yo distenge pa absans yon lòd atomik long distans ki asosye ak kristal yo, ki se yon karakteristik defini kristal yo. Nan mond modèn nan, gwo pwogrè te fèt nan domèn vè metalik la. Sa yo se nouvo materyèl ki gen pwopriyete enteresan ki pa sèlman enterese nan fizik eta solid, men tou pou metaliji, chimi sifas, teknoloji, byoloji, ak anpil lòt domèn. Nouvo kalite materyèl sa a gen pwopriyete ki diferan de metal di yo, sa ki fè li yon kandida enteresan pou aplikasyon teknolojik nan yon varyete domèn. Yo gen kèk pwopriyete enpòtan: (i) duktilite mekanik ak fòs sede ki wo, (ii) pèmeyabilite mayetik ki wo, (iii) koèrsivite ki ba, (iv) rezistans korozyon ki pa nòmal, (v) endepandans tanperati. Konduktivite 6.7.
Alyaj mekanik (MA)1,8 se yon metòd relativman nouvo, prezante pou premye fwa an 19839 pa Pwofesè KK Kok ak kòlèg li yo. Yo te pwodui poud amorf Ni60Nb40 lè yo te moulen yon melanj eleman pi nan tanperati anbyen ki trè pre tanperati chanm nan. Tipikman, reyaksyon MA a fèt ant lyezon difizyon poud reyaktif nan yon reaktè, anjeneral ki fèt an asye pur, nan yon moulen boul. 10 (Fig. 1a, b). Depi lè sa a, metòd reyaksyon solid sa a ki pwovoke mekanikman te itilize pou prepare nouvo poud alyaj vè amorf/metalik lè l sèvi avèk moulen boul ak moulen baton ki mande mwens enèji (Fig. 1c) ak mwens enèji11,12,13,14,15,16. An patikilye, metòd sa a te itilize pou prepare sistèm ki pa melanje tankou Cu-Ta17 ansanm ak alyaj ki gen yon pwen fizyon ki wo tankou Al-metal tranzisyon (TM, Zr, Hf, Nb ak Ta)18,19 ak sistèm Fe-W20, ki pa ka jwenn lè l sèvi avèk metòd pou kwit manje konvansyonèl yo. Anplis de sa, MA konsidere kòm youn nan zouti nanoteknolojik ki pi pwisan pou pwodiksyon endistriyèl patikil poud nanokristalin ak nanokonpozit ki gen oksid metal, kabid, nitrid, idrid, nanotub kabòn, nanodyaman, ansanm ak yon estabilizasyon laj lè l sèvi avèk yon apwòch anlè-anba. 1 ak etap metastab.
Schema ki montre metòd fabrikasyon ki te itilize pou prepare kouch vè metalik Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 nan etid sa a. (a) Preparasyon poud alyaj MC ak divès konsantrasyon Ni x (x; 10, 20, 30, ak 40 at.%) lè l sèvi avèk metòd broyaj boul ki pa mande anpil enèji. (a) Yo chaje materyèl depa a nan yon silenn zouti ansanm ak boul asye zouti epi (b) yo sele l nan yon bwat gan ki plen ak atmosfè He. (c) Modèl transparan veso broyaj la ki montre mouvman boul la pandan broyaj la. Yo te itilize pwodwi final poud ki te jwenn apre 50 èdtan pou kouvri substra SUS 304 la ak yon espre frèt (d).
Lè n ap pale de sifas materyèl an gwo (substra), enjenyèri sifas enplike konsepsyon ak modifikasyon sifas (substra) pou bay sèten pwopriyete fizik, chimik ak teknik ki pa prezan nan materyèl orijinal la. Kèk nan pwopriyete ki ka amelyore efektivman atravè tretman sifas yo enkli rezistans kont fwotman, oksidasyon ak korozyon, koyefisyan friksyon, bioinerti, pwopriyete elektrik ak izolasyon tèmik, pou nou site sèlman kèk. Kalite sifas la ka amelyore pa metòd metaliji, mekanik oswa chimik. Kòm yon pwosesis byen koni, kouch se tou senpleman defini kòm youn oswa plizyè kouch materyèl ki aplike atifisyèlman sou sifas yon objè an gwo (substra) ki fèt ak yon lòt materyèl. Kidonk, kouch yo itilize an pati pou reyalize pwopriyete teknik oswa dekoratif yo vle, osi byen ke pou pwoteje materyèl yo kont entèraksyon chimik ak fizik yo espere ak anviwònman an23.
Yo ka itilize plizyè metòd ak teknik pou aplike kouch pwoteksyon ki apwopriye soti nan kèk mikwomèt (anba 10-20 mikwomèt) rive nan plis pase 30 mikwomèt oswa menm plizyè milimèt nan epesè. An jeneral, pwosesis kouch yo ka divize an de kategori: (i) metòd kouch mouye, ki gen ladan galvanoplasti, galvanoplasti, ak galvanizasyon cho, ak (ii) metòd kouch sèk, ki gen ladan soudaj, fasaj di, depo fizik vapè (PVD), depo chimik vapè (CVD), teknik espre tèmik, ak pi resamman teknik espre frèt 24 (Figi 1d).
Yo defini byofilm kòm kominote mikwòb ki tache irevokablman ak sifas yo epi ki antoure pa polimè ekstraselilè (EPS) ki pwodui tèt yo. Fòmasyon yon byofilm ki gen matirite sifasyal ka mennen nan pèt enpòtan nan anpil endistri, tankou pwosesis manje, sistèm dlo, ak swen sante. Nan moun, ak fòmasyon byofilm, plis pase 80% nan ka enfeksyon mikwòb (ki gen ladan Enterobacteriaceae ak Staphylococci) yo difisil pou trete. Anplis de sa, yo rapòte ke byofilm ki gen matirite yo 1000 fwa pi rezistan a tretman antibyotik konpare ak selil bakteri planktonik, ki konsidere kòm yon gwo defi terapetik. Nan listwa, yo te itilize materyèl kouch sifas antimikwòb ki sòti nan konpoze òganik komen. Malgre ke materyèl sa yo souvan gen konpozan toksik ki potansyèlman danjere pou moun,25,26 sa ka ede evite transmisyon bakteri ak degradasyon materyèl.
Rezistans bakteri ki gaye toupatou nan tretman antibyotik akòz fòmasyon biofilm mennen nan nesesite pou devlope yon sifas ki kouvri ak yon manbràn antimikwòb efikas ki ka aplike san danje27. Devlopman yon sifas anti-adezif fizik oswa chimik kote selil bakteri yo pa ka mare epi fòme biofilm akòz adezyon se premye apwòch nan pwosesis sa a27. Dezyèm teknoloji a se devlope kouch ki delivre pwodui chimik antimikwòb egzakteman kote yo bezwen yo, nan kantite trè konsantre ak adapte. Sa a reyalize atravè devlopman materyèl kouch inik tankou grafèn/jèmanyòm28, dyaman nwa29 ak kouch kabòn ki sanble ak dyaman dopé ak ZnO30 ki rezistan a bakteri, yon teknoloji ki maksimize devlopman toksisite ak rezistans akòz fòmasyon biofilm. Anplis de sa, kouch ki gen pwodui chimik jèmisid ki bay pwoteksyon alontèm kont kontaminasyon bakteri yo ap vin pi plis popilè. Pandan ke twa pwosedi yo kapab egzèse aktivite antimikwòb sou sifas ki kouvri yo, chak gen pwòp seri limitasyon li yo ke yo ta dwe konsidere lè y ap devlope yon estrateji aplikasyon.
Pwodwi ki sou mache a kounye a gen pwoblèm ak mank tan pou analize ak teste kouch pwoteksyon pou engredyan byolojikman aktif. Konpayi yo deklare ke pwodwi yo pral bay itilizatè yo aspè fonksyonèl yo vle, sepandan, sa vin tounen yon obstak pou siksè pwodwi ki sou mache a kounye a. Konpoze ki sòti nan ajan yo itilize nan majorite antimikwòb ki disponib kounye a pou konsomatè yo. Pwodwi sa yo fèt pou pwoteje itilizatè yo kont ekspozisyon potansyèlman danjere a mikwo-òganis. Efè antimikwòb reta a ak toksisite ki asosye avèk konpoze ajan yo ogmante presyon sou chèchè yo pou devlope yon altènatif ki mwens danjere36,37. Kreye yon kouch antimikwòb mondyal ki fonksyone anndan kou deyò rete yon defi. Sa vini ak risk sante ak sekirite ki asosye avèk li. Dekouvri yon ajan antimikwòb ki mwens danjere pou moun epi chèche konnen kijan pou enkòpore li nan substrats kouch ki gen yon lavi etajè ki pi long se yon objektif ki anpil moun ap chèche38. Dènye materyèl antimikwòb ak antibiofilm yo fèt pou touye bakteri nan yon distans pre swa pa kontak dirèk oswa apre yo fin lage ajan aktif la. Yo ka fè sa lè yo anpeche adezyon bakteri inisyal la (tankou anpeche fòmasyon yon kouch pwoteyin sou sifas la) oubyen lè yo touye bakteri lè yo entèfere ak miray selilè a.
Esansyèlman, kouch sifas se pwosesis pou aplike yon lòt kouch sou sifas yon konpozan pou amelyore karakteristik sifas la. Objektif yon kouch sifas se chanje mikwoestrikti ak/oswa konpozisyon rejyon ki toupre sifas yon konpozan39. Metòd kouch sifas yo ka divize an diferan metòd, ki rezime nan Fig. 2a. Kouch yo ka divize an kategori tèmik, chimik, fizik ak elektwochimik selon metòd ki itilize pou kreye kouch la.
(a) Yon ti detay ki montre prensipal teknik fabrikasyon sifas yo, epi (b) kèk avantaj ak dezavantaj metòd flite frèt la.
Teknoloji espre frèt la gen anpil bagay an komen ak teknik espre tèmik tradisyonèl yo. Sepandan, genyen tou kèk pwopriyete fondamantal kle ki fè pwosesis espre frèt la ak materyèl espre frèt yo patikilyèman inik. Teknoloji espre frèt la toujou nan premye etap li yo, men li gen yon gwo avni. Nan kèk ka, pwopriyete inik espre frèt la ofri gwo benefis, simonte limit teknik espre tèmik konvansyonèl yo. Li simonte limit enpòtan teknoloji espre tèmik tradisyonèl la, kote poud lan dwe fonn pou l depoze sou yon substra. Li evidan, pwosesis kouch tradisyonèl sa a pa apwopriye pou materyèl ki trè sansib a tanperati tankou nanokristal, nanopartikil, vè amorf ak metalik40, 41, 42. Anplis de sa, materyèl kouch espre tèmik yo toujou gen yon wo nivo porosit ak oksid. Teknoloji espre frèt la gen anpil avantaj enpòtan sou teknoloji espre tèmik, tankou (i) minimòm chalè ki antre nan substra a, (ii) fleksibilite nan chwazi kouch substra a, (iii) pa gen transfòmasyon faz ak kwasans grenn, (iv) gwo fòs adezif1.39 (Fig. 2b). Anplis de sa, materyèl kouch flite frèt yo gen gwo rezistans korozyon, gwo fòs ak dite, gwo konduktivite elektrik ak gwo dansite41. Malgre avantaj pwosesis flite frèt la, metòd sa a toujou gen kèk dezavantaj, jan yo montre nan Figi 2b. Lè w ap kouvri poud seramik pi tankou Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, elatriye, metòd flite frèt la pa ka itilize. Nan lòt men an, poud konpoze seramik/metal yo ka itilize kòm matyè premyè pou kouch. Menm bagay la tou pou lòt metòd flite tèmik. Sifas difisil ak enteryè tiyo yo toujou difisil pou flite.
Etandone travay sa a konsantre sou itilizasyon poud vitre metalik kòm materyèl depa pou kouch, li klè ke metòd flite tèmik konvansyonèl la pa ka itilize pou objektif sa a. Sa a se akòz lefèt ke poud vitre metalik yo kristalize nan tanperati ki wo1.
Pifò nan enstriman yo itilize nan endistri medikal ak alimantè yo fèt ak alyaj asye pur austenitik (SUS316 ak SUS304) ak yon kontni CHROMIUM 12 a 20% an pwa pou pwodiksyon enstriman chirijikal. Anjeneral, yo aksepte ke itilizasyon metal CHROMIUM kòm yon eleman alyaj nan alyaj asye ka amelyore anpil rezistans korozyon alyaj asye estanda yo. Alyaj asye pur, malgre gwo rezistans korozyon yo, pa gen pwopriyete antimikwòb enpòtan38,39. Sa kontraste ak gwo rezistans korozyon yo. Apre sa, li posib pou predi devlopman enfeksyon ak enflamasyon, ki sitou akòz adezyon bakteri ak kolonizasyon sou sifas byomateryèl asye pur yo. Difikilte enpòtan ka rive akòz difikilte enpòtan ki asosye ak adezyon bakteri ak chemen fòmasyon biofilm, sa ki ka mennen nan move sante, sa ki ka gen anpil konsekans ki ka afekte sante moun dirèkteman oswa endirèkteman.
Etid sa a se premye faz yon pwojè finanse pa Fondasyon Kowet pou Avansman Syans (KFAS), kontra nimewo 2010-550401, pou envestige posibilite pou pwodui poud tènè Cu-Zr-Ni metalik vitrifye lè l sèvi avèk teknoloji MA (tablo). 1) Pou pwodiksyon fim/kouch pwoteksyon sifas anti-bakteri SUS304. Dezyèm faz pwojè a, ki dwe kòmanse an janvye 2023, pral etidye an detay karakteristik korozyon galvanik ak pwopriyete mekanik sistèm nan. Tès mikwobyolojik detaye pou divès kalite bakteri yo pral fèt.
Atik sa a diskite sou efè kontni alyaj Zr sou kapasite fòmasyon vè (GFA) ki baze sou karakteristik mòfolojik ak estriktirèl. Anplis de sa, pwopriyete anti-bakteri konpoze vè metal/SUS304 ki kouvri ak poud yo te diskite tou. Anplis de sa, travay kontinyèl te fèt pou envestige posibilite transfòmasyon estriktirèl poud vè metalik ki rive pandan flite frèt nan rejyon likid superrefwadi sistèm vè metalik fabrike yo. Alyaj vè metalik Cu50Zr30Ni20 ak Cu50Zr20Ni30 yo te itilize kòm egzanp reprezantatif nan etid sa a.
Seksyon sa a prezante chanjman mòfolojik ki fèt nan poud Cu, Zr ak Ni elemantè pandan broyaj boul ki mande mwens enèji. De sistèm diferan ki fèt ak Cu50Zr20Ni30 ak Cu50Zr40Ni10 pral itilize kòm egzanp ilustratif. Pwosesis MA a ka divize an twa etap separe, jan karakterizasyon metalografik poud ki te jwenn nan etap broyaj la montre sa (Fig. 3).
Karakteristik metalografik poud alyaj mekanik (MA) yo jwenn apre divès etap broyaj boul. Imaj mikwoskòp elektwonik optik emisyon chan (FE-SEM) poud MA ak Cu50Zr40Ni10 yo jwenn apre broyaj boul ki ba enèji pandan 3, 12 ak 50 èdtan yo montre nan (a), (c) ak (e) pou sistèm Cu50Zr20Ni30 la, pandan y ap sou menm MA a. Imaj korespondan sistèm Cu50Zr40Ni10 la ki pran apre tan yo montre nan (b), (d), ak (f).
Pandan moulen boul yo, enèji sinetik efektif ki ka transfere nan poud metal la afekte pa yon konbinezon paramèt, jan yo montre nan Fig. 1a. Sa gen ladan kolizyon ant boul yo ak poud yo, konpresyon tayisman poud ki kole ant oswa ant medya moulen yo, enpak ki soti nan boul ki tonbe, tayisman ak mete ki koze pa trennen poud ant kò k ap deplase yon moulen boul, ak yon vag chòk ki pase nan boul ki tonbe yo k ap pwopaje nan kilti chaje a (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ратной сварки на ратанней 3 сильно деформированы привело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). Poud elemantè Cu, Zr, ak Ni yo te defòme anpil akòz soude frèt nan yon etap bonè nan MA (3 èdtan), sa ki te mennen nan fòmasyon gwo patikil poud (> 1 mm an dyamèt).Gwo patikil konpoze sa yo karakterize pa fòmasyon kouch epè eleman alyaj (Cu, Zr, Ni), jan yo montre nan fig. 3a,b. Yon ogmantasyon nan tan MA a a 12 èdtan (etap entèmedyè) te mennen nan yon ogmantasyon nan enèji sinetik moulen boul la, sa ki te mennen nan dekonpozisyon poud konpoze a an poud ki pi piti (mwens pase 200 μm), jan yo montre nan Fig. 3c, vil la. Nan etap sa a, fòs tayisman aplike a mennen nan fòmasyon yon nouvo sifas metal ak kouch mens Cu, Zr, Ni, jan yo montre nan Fig. 3c, d. Kòm rezilta fanm k'ap pile kouch yo nan entèfas flokon yo, reyaksyon faz solid rive ak fòmasyon nouvo faz.
Nan pik pwosesis MA a (apre 50 èdtan), metalografi flokon an te apèn aparan (Fig. 3e, f), epi yo te obsève metalografi miwa sou sifas poli poud lan. Sa vle di ke pwosesis MA a te fini epi yo te kreye yon sèl faz reyaksyon. Konpozisyon eleman rejyon yo endike nan Fig. 3e (I, II, III), f, v, vi) yo te detèmine lè l sèvi avèk mikwoskòp elektwonik optik emisyon chan (FE-SEM) an konbinezon ak spektroskopi reyon X dispèsyon enèji (EDS). (IV).
Nan tablo 2, konsantrasyon eleman alyaj yo montre kòm yon pousantaj nan mas total chak rejyon chwazi nan fig. 3e, f. Lè nou konpare rezilta sa yo ak konpozisyon nominal inisyal Cu50Zr20Ni30 ak Cu50Zr40Ni10 yo bay nan Tablo 1, nou wè ke konpozisyon de pwodui final sa yo trè pre konpozisyon nominal yo. Anplis de sa, valè relatif konpozan yo pou rejyon ki nan lis nan Fig. 3e, f pa sijere yon deteryorasyon oswa varyasyon siyifikatif nan konpozisyon chak echantiyon soti nan yon rejyon a yon lòt. Sa pwouve pa lefèt ke pa gen okenn chanjman nan konpozisyon soti nan yon rejyon a yon lòt. Sa endike pwodiksyon poud alyaj inifòm jan yo montre nan Tablo 2.
Yo te jwenn mikwograf FE-SEM poud pwodui final Cu50(Zr50-xNix) la apre 50 tan MA, jan yo montre nan Fig. 4a-d, kote x se 10, 20, 30 ak 40 at.%, respektivman. Apre etap moulen sa a, poud lan rasanble akòz efè van der Waals la, sa ki mennen nan fòmasyon gwo agregasyon ki gen patikil ultrafin ak yon dyamèt 73 a 126 nm, jan yo montre nan Figi 4.
Karakteristik mòfolojik poud Cu50(Zr50-xNix) yo jwenn apre 50 èdtan MA. Pou sistèm Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 yo, imaj FE-SEM poud yo jwenn apre 50 MA yo montre nan (a), (b), (c), ak (d), respektivman.
Anvan yo te chaje poud yo nan aparèy pou flite frèt la, yo te premye sonike yo nan etanòl klas analitik pandan 15 minit epi answit seche yo a 150° C pandan 2 èdtan. Etap sa a dwe pran pou konbat aglomerasyon avèk siksè, ki souvan lakòz anpil pwoblèm grav nan pwosesis kouch la. Apre pwosesis MA a te fini, yo te fè plis etid pou envestige omojènite poud alyaj yo. Nan figi 5a-d yo montre mikwograf FE-SEM ak imaj EDS korespondan nan eleman alyaj Cu, Zr ak Ni nan alyaj Cu50Zr30Ni20 la ki te pran apre 50 èdtan tan M, respektivman. Li ta dwe remake ke poud alyaj yo jwenn apre etap sa a omojèn, paske yo pa montre okenn varyasyon konpozisyon ki depase nivo sub-nanomèt la, jan yo montre nan Figi 5.
Mòfoloji ak distribisyon lokal eleman yo nan poud MG Cu50Zr30Ni20 ki te jwenn apre 50 MA pa FE-SEM/Spèktroskopi reyon X dispèsif enèji (EDS). (a) Imaj SEM ak reyon X EDS nan (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, ak (d) Ni-Kα.
Figi 6a-d yo montre modèl difraksyon reyon X poud Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, ak Cu50Zr20Ni30 ki te fèt ak alyaj mekanik, yo te jwenn apre 50 èdtan MA, respektivman. Apre etap broyaj sa a, tout echantiyon ki gen diferan konsantrasyon Zr te gen estrikti amorf ak modèl difizyon halo karakteristik, jan yo montre nan Figi 6.
Modèl difraksyon reyon X poud Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), ak Cu50Zr20Ni30 (d) apre MA pandan 50 èdtan. Yo obsève yon modèl difizyon halo nan tout echantiyon yo san eksepsyon, sa ki endike fòmasyon yon faz amorf.
Yo te itilize mikwoskòp elektwonik transmisyon emisyon chan mayetik wo rezolisyon (FE-HRTEM) pou obsève chanjman estriktirèl yo epi konprann estrikti lokal poud ki soti nan broyaj boul nan diferan tan MA. Imaj poud yo jwenn pa metòd FE-HRTEM apre etap bonè (6 èdtan) ak entèmedyè (18 èdtan) nan broyaj poud Cu50Zr30Ni20 ak Cu50Zr40Ni10 yo montre nan Fig. 7a, respektivman. Dapre imaj chan mayetik klè (BFI) poud lan jwenn apre 6 èdtan MA, poud lan konsiste de gwo grenn ak limit byen defini nan eleman fcc-Cu, hcp-Zr, ak fcc-Ni yo, epi pa gen okenn siy fòmasyon yon faz reyaksyon, jan yo montre nan Fig. 7a. Anplis de sa, yon modèl difraksyon zòn korele chwazi (SADP) ki te pran nan rejyon mitan an (a) te revele yon modèl difraksyon byen file (Fig. 7b) ki endike prezans gwo kristalit ak absans yon faz reyaktif.
Karakteristik estriktirèl lokal poud MA a jwenn apre etap bonè (6 èdtan) ak entèmedyè (18 èdtan). (a) Mikwoskòp elektwonik transmisyon emisyon chan mayetik rezolisyon wo (FE-HRTEM) ak (b) difraktogram zòn seleksyone korespondan (SADP) poud Cu50Zr30Ni20 apre tretman MA pandan 6 èdtan. Imaj FE-HRTEM Cu50Zr40Ni10 ki jwenn apre 18 èdtan MA a montre nan (c).
Jan yo montre nan figi 7c a, yon ogmantasyon nan dire MA a rive nan 18 èdtan te mennen nan domaj rezo grav an konbinezon ak defòmasyon plastik. Nan etap entèmedyè sa a nan pwosesis MA a, divès domaj parèt nan poud lan, tankou fay anpileman, domaj rezo, ak domaj pwen (Fig. 7). Domaj sa yo lakòz fragmentasyon gwo grenn yo sou limit grenn yo an sou-grenn ki pi piti pase 20 nm nan gwosè (Fig. 7c).
Estrikti lokal poud Cu50Z30Ni20 ki te moulen pandan 36 èdtan MA a karakterize pa fòmasyon nanogrenn ultrafin entegre nan yon matris mens amorf, jan yo montre nan Fig. 8a. Yon analiz lokal sou EMF la te montre ke nanogwoupman yo montre nan Fig. 8a yo asosye avèk alyaj poud Cu, Zr ak Ni ki pa trete. Kontni Cu nan matris la te varye ant ~32% at. (zòn pòv) ak ~74% at. (zòn rich), ki endike fòmasyon pwodwi etewojèn. Anplis de sa, SADP korespondan poud yo jwenn apre moulen nan etap sa a montre bag faz amorf halo-difizyon primè ak segondè ki sipèpoze ak pwent byen file ki asosye avèk eleman alyaj ki pa trete sa yo, jan yo montre nan Fig. 8b.
Karakteristik estriktirèl lokal nanoechèl poud Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 la. (a) Imaj chan klè (BFI) ak (b) SADP korespondan nan poud Cu50Zr30Ni20 la jwenn apre moulen pandan 36 èdtan MA.
Nan fen pwosesis MA a (50 èdtan), poud Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, ak 40 at.% yo, san eksepsyon, gen yon mòfoloji labirintik nan faz amorf la, jan yo montre nan Fig. . Yo pa t ka detekte ni difraksyon pwen ni modèl anilè byen file nan SADS korespondan chak konpozisyon an. Sa endike absans metal cristalline ki pa trete, men pito fòmasyon yon poud alyaj amorf. SADP korele sa yo ki montre modèl difizyon halo yo te itilize tou kòm prèv pou devlopman faz amorf nan materyèl pwodwi final la.
Estrikti lokal pwodui final sistèm Cu50 MS la (Zr50-xNix). FE-HRTEM ak modèl difraksyon nanobeam korele (NBDP) nan (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, ak (d) Cu50Zr10Ni40 yo jwenn apre 50 èdtan MA.
Lè l sèvi avèk kalorimetri diferansyèl eskanè, yo te etidye estabilite tèmik tanperati tranzisyon vitrifikasyon an (Tg), rejyon likid superrefwadi a (ΔTx) ak tanperati kristalizasyon an (Tx) selon kontni Ni (x) nan sistèm amorf Cu50(Zr50-xNix) la. Pwopriyete (DSC) nan koule gaz He a. Koub DSC poud alyaj amorf Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, ak Cu50Zr10Ni40 yo jwenn apre MA pandan 50 èdtan yo montre nan Fig. 10a, b, e, respektivman. Pandan ke koub DSC Cu50Zr20Ni30 amorf la montre separeman nan Fig. 10yèm syèk la. Pandan se tan, yon echantiyon Cu50Zr30Ni20 chofe a ~700°C nan DSC montre nan Fig. 10g.
Estabilite tèmik poud Cu50(Zr50-xNix) MG yo jwenn apre MA pandan 50 èdtan detèmine pa tanperati tranzisyon vitrifikasyon an (Tg), tanperati kristalizasyon an (Tx) ak rejyon likid superrefwadi a (ΔTx). Tèmogram poud kalorimèt eskanè diferansyèl (DSC) Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), ak (e) poud alyaj Cu50Zr10Ni40 MG apre MA pandan 50 èdtan. Yon modèl difraksyon reyon X (XRD) nan yon echantiyon Cu50Zr30Ni20 chofe a ~700°C nan DSC montre nan (d).
Jan yo montre nan Figi 10, koub DSC yo pou tout konpozisyon ki gen diferan konsantrasyon nikèl (x) endike de ka diferan, youn andotèmik ak lòt la ègzotèmik. Premye evènman andotèmik la koresponn ak Tg, epi dezyèm lan asosye ak Tx. Zòn espas orizontal ki egziste ant Tg ak Tx a rele zòn likid sou-refwadi a (ΔTx = Tx – Tg). Rezilta yo montre ke Tg ak Tx echantiyon Cu50Zr40Ni10 la (Fig. 10a) ki mete a 526°C ak 612°C deplase kontni an (x) jiska 20 % nan direksyon bò tanperati ki ba a 482°C ak 563°C. °C ak ogmantasyon kontni Ni (x), respektivman, jan yo montre nan Figi 10b. Kidonk, ΔTx Cu50Zr40Ni10 diminye soti nan 86°С (Fig. 10a) a 81°С pou Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Pou alyaj MC Cu50Zr40Ni10 la, yo te obsève tou yon diminisyon nan valè Tg, Tx, ak ΔTx rive nan nivo 447°С, 526°С, ak 79°С (Fig. 10b). Sa endike ke yon ogmantasyon nan kontni Ni a mennen nan yon diminisyon nan estabilite tèmik alyaj MS la. Okontrè, valè Tg (507 °C) alyaj MC Cu50Zr20Ni30 la pi ba pase sa ki nan alyaj MC Cu50Zr40Ni10 la; kanmenm, Tx li a montre yon valè konparab ak li (612 °C). Se poutèt sa, ΔTx gen yon valè ki pi wo (87°C) jan yo montre nan fig. 10yèm syèk la.
Sistèm MC Cu50(Zr50-xNix) la, lè l sèvi avèk alyaj Cu50Zr20Ni30 MC a kòm egzanp, kristalize atravè yon pik ègzotèmik byen file nan faz cristalline fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10, ak ortorombik-ZrNi (Fig. 10c). Tranzisyon faz sa a soti nan amorf rive nan cristalline te konfime pa analiz difraksyon reyon X echantiyon MG a (Fig. 10d) ki te chofe a 700 °C nan DSC.
Figi 11 lan montre foto yo te pran pandan pwosesis flite frèt la ki te fèt nan travay sa a. Nan etid sa a, patikil poud metal vitrifye sentetize apre MA pandan 50 èdtan (lè l sèvi avèk Cu50Zr20Ni30 kòm egzanp) te itilize kòm yon materyèl anti-bakteri, epi yon plak asye pur (SUS304) te kouvri pa flite frèt. Metòd flite frèt la te chwazi pou kouch nan seri teknoloji flite tèmik la paske li se metòd ki pi efikas nan seri teknoloji flite tèmik la kote li ka itilize pou materyèl metalik metastab sansib a chalè tankou poud amorf ak nanokristalin. Li pa sibi tranzisyon faz. Sa a se faktè prensipal nan chwa metòd sa a. Pwosesis depozisyon frèt la fèt lè l sèvi avèk patikil gwo vitès ki konvèti enèji sinetik patikil yo an defòmasyon plastik, defòmasyon ak chalè lè yo frape ak substra a oswa patikil ki te depoze deja.
Foto teren yo montre pwosedi espre frèt yo te itilize pou senk preparasyon youn apre lòt MG/SUS 304 a 550°C.
Enèji sinetik patikil yo, ansanm ak momantòm chak patikil pandan fòmasyon kouch la, dwe konvèti an lòt fòm enèji atravè mekanis tankou defòmasyon plastik (patikil prensipal ak entèraksyon ant patikil nan matris la ak entèraksyon patikil yo), ne entèstisyèl solid yo, wotasyon ant patikil yo, defòmasyon ak chofaj limitatif 39. Anplis de sa, si se pa tout enèji sinetik k ap rantre a konvèti an enèji tèmik ak enèji defòmasyon, rezilta a pral yon kolizyon elastik, ki vle di ke patikil yo tou senpleman rebondi apre enpak la. Yo te note ke 90% nan enèji enpak ki aplike sou materyèl patikil/substra a konvèti an chalè lokal 40. Anplis de sa, lè yo aplike estrès enpak, yo reyalize gwo pousantaj defòmasyon plastik nan rejyon kontak patikil/substra a nan yon tan trè kout41,42.
Defòmasyon plastik anjeneral konsidere kòm yon pwosesis disipasyon enèji, oubyen pito, kòm yon sous chalè nan rejyon entèfasyal la. Sepandan, ogmantasyon tanperati nan rejyon entèfasyal la anjeneral pa sifi pou fizyon entèfasyal rive oubyen pou yon estimilasyon siyifikatif nan difizyon mityèl atòm yo. Pa gen okenn piblikasyon otè yo konnen ki te envestige efè pwopriyete poud vitre metalik sa yo sou adezyon poud ak sediman ki rive lè yo itilize teknik flite frèt.
Yo ka wè BFI poud alyaj MG Cu50Zr20Ni30 la nan Fig. 12a, ki te depoze sou substrat SUS 304 la (Fig. 11, 12b). Jan yo ka wè nan figi a, poud ki kouvri yo kenbe estrikti amorf orijinal yo paske yo gen yon estrikti labirent delika san okenn karakteristik cristalline oswa domaj rezo. Nan lòt men an, imaj la endike prezans yon faz etranje, jan nanopartikil yo ki enkli nan matris poud ki kouvri ak MG a evidan (Fig. 12a). Figi 12c montre modèl difraksyon nanobeam endekse (NBDP) ki asosye ak rejyon I a (Figi 12a). Jan yo montre nan fig. 12c, NBDP a prezante yon modèl difizyon halo fèb nan estrikti amorf epi li koegziste ak tach byen file ki koresponn ak yon faz Zr2Ni metastab kib kristalin gwo plis yon faz CuO tetragonal. Fòmasyon CuO a ka eksplike pa oksidasyon poud lan lè l ap deplase soti nan bouch zam espre a pou ale nan SUS 304 nan lè a nan yon koule sipèsonik. Yon lòt bò, devitrifikasyon poud metal vitrifye yo te lakòz fòmasyon gwo faz kib apre tretman espre frèt nan 550°C pandan 30 minit.
(a) Imaj FE-HRTEM poud MG depoze sou (b) substrat SUS 304 (Figi anndan). Endèks NBDP senbòl wonn ki montre nan (a) a montre nan (c).
Pou teste mekanis potansyèl sa a pou fòmasyon gwo nanopartikil kib Zr2Ni, yo te fè yon eksperyans endepandan. Nan eksperyans sa a, yo te flite poud yo soti nan yon atomizè a 550°C nan direksyon substra SUS 304 la; sepandan, pou detèmine efè rekui a, yo te retire poud yo nan bann SUS304 la pi vit posib (anviwon 60 s). Yo te fè yon lòt seri eksperyans kote yo te retire poud la nan substra a apeprè 180 segonn apre aplikasyon an.
Figi 13a,b yo montre imaj chan nwa (DFI) mikwoskòp elektwonik transmisyon optik (STEM) ki soti nan de materyèl pulverizate ki te depoze sou substrats SUS 304 pandan 60 s ak 180 s, respektivman. Imaj poud ki te depoze pandan 60 segonn nan manke detay mòfolojik, sa ki montre li pa gen okenn karakteristik (Fig. 13a). Sa te konfime tou pa XRD, ki te montre ke estrikti jeneral poud sa yo te amorf, jan pik difraksyon primè ak segondè yo montre nan Figi 14a endike. Sa endike absans presipite metastab/mezofaz, kote poud lan kenbe estrikti amorf orijinal li. Okontrè, poud ki te depoze nan menm tanperati a (550°C) men ki te rete sou substrats la pandan 180 s te montre depo grenn nano, jan flèch yo montre nan Fig. 13b.