Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com webhelyet. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozottan támogatja a CSS-t. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy kapcsolja ki a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Addig is a folyamatos támogatás érdekében a webhelyet stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg.
A biofilmek fontos összetevői a krónikus fertőzések kialakulásának, különösen akkor, ha orvosi eszközökről van szó. Ez a probléma óriási kihívást jelent az orvosi közösség számára, mivel a standard antibiotikumok csak nagyon korlátozott mértékben képesek felszámolni a biofilmeket. A biofilm képződésének megakadályozása különböző bevonási módszerek és új anyagok kifejlesztéséhez vezetett. Ezek a módszerek a felületek bevonását célozzák olyan módon, hogy megakadályozzák a biofilm kialakulását. kétrétegű bevonatok. Ezzel párhuzamosan megnőtt a hidegszóró technológia alkalmazása, mivel alkalmas módszer a hőmérsékletre érzékeny anyagok feldolgozására. A tanulmány célja egy új, háromkomponensű Cu-Zr-Ni-ből álló antibakteriális fémüveg kifejlesztése volt mechanikus ötvözési technikák segítségével. A végterméket alkotó gömb alakú port, amely a végterméket képezi, alacsony hőmérsékletű fémes bevonatú üvegfelületek bevonóanyagaként használják. a biofilm képződést legalább 1 logal jelentősen csökkenteni tudták a rozsdamentes acélhoz képest.
Az emberi történelem során bármely társadalom képes volt megtervezni és előmozdítani az újszerű anyagok bevezetését, amelyek megfelelnek sajátos követelményeinek, ami jobb teljesítményt és helyezést eredményezett a globalizált gazdaságban1. Mindig is az emberi képességnek tulajdonították, hogy anyagokat és gyártóberendezéseket, valamint anyagok gyártásához és jellemzéséhez szükséges terveket fejlesszen ki, hogy az egészségügy, az oktatás, az ipar, a gazdaság, a kultúra és más területeken haszonra tegyen szert, egy országtól vagy régiótól függetlenül.2 60 éve az anyagtudósok idejük nagy részét arra fordították, hogy egyetlen fő problémára összpontosítsanak: az újszerű és élvonalbeli anyagok keresésére. A legújabb kutatások a meglévő anyagok minőségének és teljesítményének javítására, valamint teljesen új típusú anyagok szintetizálására és feltalálására helyezték a hangsúlyt.
Az ötvözőelemek hozzáadása, az anyag mikroszerkezetének módosítása, valamint a termikus, mechanikai vagy termomechanikus feldolgozási technikák alkalmazása számos különböző anyag mechanikai, kémiai és fizikai tulajdonságaiban jelentős javulást eredményezett. Ezen túlmenően ezen a ponton sikeresen szintetizáltak eddig nem hallott vegyületeket. Ezek a kitartó erőfeszítések új, innovatív anyagokként ismert anyagcsaládot hoztak létre. A részecskék, a nanocsövek, a kvantumpontok, a zéró dimenziós, amorf fémüvegek és a nagy entrópiájú ötvözetek csak néhány példa a múlt század közepe óta a világba bevezetett fejlett anyagokra. Amikor új, kiváló tulajdonságokkal rendelkező ötvözetek gyártanak és fejlesztenek, akár a végtermékben, akár a gyártás közbenső szakaszaiban, a gyártási folyamatok során gyakran az új technikákból adódó probléma lép fel. Az egyensúlyt, a metastabil ötvözetek egy teljesen új osztályát fedezték fel, amelyeket fémüvegeknek neveznek.
1960-ban a Caltechnél végzett munkája forradalmat hozott a fémötvözetek koncepciójában, amikor üveges Au-25 at.%-os Si ötvözeteket szintetizált folyadékok gyors megszilárdulásával, közel egymillió fokos másodpercenkénti sebességgel. az MG-ötvözetek szintézise során szinte az összes fémüveget teljes egészében az alábbi módszerek valamelyikével állították elő;(i) az olvadék vagy gőz gyors megszilárdulása, (ii) a rács atomi rendezetlensége, (iii) a tiszta fémelemek közötti szilárd fázisú amorfizációs reakciók és (iv) a metastabil fázisok szilárdtest-átmenetei.
Az MG-ket az különbözteti meg, hogy hiányzik a kristályokhoz kapcsolódó nagy hatótávolságú atomi rend, ami a kristályok meghatározó jellemzője. A mai világban nagy előrelépés történt a fémüveg területén. Érdekes tulajdonságokkal rendelkező új anyagok, amelyek nem csak a szilárdtestfizikában, hanem a kohászatban, a felületkémiában, a technológiában, a szilárdanyag-biológiában és sok más területen is érdekesek. technológiai alkalmazások számos területen. Vannak néhány fontos tulajdonságuk;(i) nagy mechanikai alakíthatóság és folyáshatár, (ii) nagy mágneses permeabilitás, (iii) alacsony koercitivitás, (iv) szokatlan korrózióállóság, (v) hőmérsékletfüggetlenség A vezetőképesség 6,7.
A mechanikus ötvözés (MA)1,8 egy viszonylag új technika, amelyet először 19839-ben vezettek be Prof. CC Kock és munkatársai. Amorf Ni60Nb40 porokat állítottak elő tiszta elemek keverékének őrlésével szobahőmérséklethez nagyon közeli környezeti hőmérsékleten.Az MA reakciót jellemzően a reaktáns porok diffúz kapcsolása között hajtják végre, általában rozsdamentes acélból készült reaktorban egy golyósmalomba 10 (1a, b ábra). Azóta ezt a mechanikusan indukált szilárdtest reakciótechnikát alkalmazzák új amorf/fémes üvegötvözet golyósporok előállítására. 12,13,14,15 , 16. Ezt a módszert különösen olyan nem elegyedő rendszerek előállítására használták, mint a Cu-Ta17, valamint magas olvadáspontú ötvözetek, mint például az Al-átmeneti fémrendszerek (TM; Zr, Hf, Nb és Ta)18,19 és a Fe-W20, amelyek nanotechnológiájának legerősebb ipari előállítási módja nem érhető el. fémoxidok, karbidok, nitridek, hidridek, szén nanocsövek, nanogyémántok kristályos és nanokompozit porszemcséi, valamint széles körű stabilizálás felülről lefelé irányuló megközelítés 1 és metastabil szakaszok révén.
A Cu50(Zr50−xNix) fémüveg (MG) bevonat/SUS 304 elkészítéséhez ebben a tanulmányban használt gyártási eljárás vázlata.(a) Különböző Ni-koncentrációjú MG ötvözetporok x (x; 10, 20, 30 és 40 at.%) készítése alacsony energiájú golyós maró technikával. ed egy He atmoszférával töltött kesztyűtartóban.(c) Az őrlőedény átlátszó modellje, amely szemlélteti a golyó mozgását az őrlés során. Az 50 óra elteltével kapott por végtermékét a SUS 304 szubsztrátum bevonására használtuk hideg spray módszerrel (d).
Az ömlesztett anyagfelületek (szubsztrátok) esetében a felülettechnika a felületek (szubsztrátok) tervezését és módosítását foglalja magában, hogy bizonyos fizikai, kémiai és műszaki tulajdonságokat biztosítsanak, amelyek nem szerepelnek az eredeti ömlesztett anyagban. A felületkezelésekkel hatékonyan javítható tulajdonságok közé tartozik a kopásállóság, az oxidáció és a korrózióállóság, a súrlódási együttható és a szigetelés javítása, a súrlódási együttható és az elektromos tulajdonságok, a bio-érintkezési tulajdonságok. kohászati, mechanikai vagy kémiai technikák. Jól ismert eljárásként a bevonatot egyszerűen úgy határozzák meg, mint egy vagy több réteg anyag, amelyet mesterségesen helyeznek el egy másik anyagból készült ömlesztett tárgy (szubsztrátum) felületén. Így a bevonatokat részben bizonyos műszaki vagy dekoratív tulajdonságok eléréséhez, valamint az anyagoknak a környező környezettel való várható kémiai és fizikai kölcsönhatásaitól való megvédésére használják23.
A néhány mikrométer (10-20 mikrométer alatti) és 30 mikrométer feletti vagy akár néhány milliméter vastagságú felületvédő rétegek felhordására számos módszer és technika alkalmazható. Általánosságban elmondható, hogy a bevonási eljárások két kategóriába sorolhatók: (i) nedves bevonási eljárások, beleértve a galvanizálást, az elektromos bevonatolást, valamint a száraz fizikai eljárásokat, beleértve a horganyzást, bevonatolást, bevonatot, gőzleválasztás (PVD), kémiai gőzleválasztás (CVD), termikus permetezési technikák és újabban hidegpermetezési technikák 24 (1d. ábra).
A biofilmek meghatározása szerint olyan mikrobiális közösségek, amelyek visszafordíthatatlanul kötődnek a felületekhez, és amelyeket saját előállítású extracelluláris polimerek (EPS) vesznek körül. A felületesen érett biofilm képződés számos ipari szektorban jelentős veszteségekhez vezethet, beleértve az élelmiszeripart, a vízrendszereket és az egészségügyi környezetet. Emberben, amikor biofilmek képződnek, az esetek több mint 80%-a a mikrobiológiai fertőzések és az enterobakteriális fertőzések 80%-a. nehéz kezelni.Továbbá a jelentések szerint az érett biofilmek 1000-szer ellenállóbbak az antibiotikum-kezeléssel szemben, mint a plankton baktériumsejtek, ami jelentős terápiás kihívásnak számít. A hagyományos szerves vegyületekből származó antimikrobiális felületbevonó anyagokat a történelem során használták. Bár az ilyen anyagok gyakran tartalmaznak mérgező anyagokat, amelyek potenciálisan elkerülhetik a baktériumok megsemmisülését és az emberre való terjedést6.
A baktériumok széles körben elterjedt antibiotikum-kezelésekkel szembeni rezisztenciája a biofilm képződés miatt szükségessé tette egy hatékony, antimikrobiális membránnal bevont felület kifejlesztését, amely biztonságosan alkalmazható27.Ebben a folyamatban az első megközelítés egy olyan fizikai vagy kémiai tapadásgátló felület kialakítása, amelyre a baktériumsejtek adhézió miatt nem tudnak kötődni és biofilmet felépíteni27. koncentrált és személyre szabott mennyiségben. Ezt olyan egyedi bevonóanyagok kifejlesztésével érik el, mint a grafén/germánium28, fekete gyémánt29 és a ZnO-dal adalékolt gyémántszerű szénbevonatok30, amelyek ellenállnak a baktériumoknak. Ez a technológia maximalizálja a toxicitást és a biofilm képződés miatti rezisztencia kialakulását jelentősen csökkenti. Ezenkívül a felületi fertőzéstől a baktériumölő hatásig terjedő vegyszeres hatásokig egyre népszerűbbek a bevonatok. képesek antimikrobiális hatást kifejteni a bevont felületeken, mindegyiknek megvannak a saját korlátai, amelyeket figyelembe kell venni az alkalmazási stratégiák kidolgozásakor.
A jelenleg forgalomban lévő termékeket hátráltatja, hogy nincs elegendő idő a biológiailag aktív összetevők védőbevonatainak elemzésére és tesztelésére. A vállalatok azt állítják, hogy termékeik kívánatos funkcionális szempontokat fognak biztosítani a felhasználók számára;ez azonban gátja volt a jelenleg forgalomban lévő termékek sikerének.Az ezüstből származó vegyületeket a fogyasztók számára jelenleg elérhető antimikrobiális terápiák túlnyomó többségében használják.Ezeket a termékeket azért fejlesztették ki, hogy megvédjék a felhasználókat a mikroorganizmusok potenciálisan veszélyes hatásaitól.Az ezüstvegyületek késleltetett antimikrobiális hatása és ezzel összefüggő globális toxicitása növeli a kutatókra nehezedő nyomást, hogy kevésbé káros hatású, mikrobaellenes hatást fejlesszenek ki. kidolgozása még mindig ijesztő feladatnak bizonyul. Ennek oka az egészségügyi és biztonsági kockázatok is. Az emberre kevésbé ártalmas antimikrobiális szer felfedezése és annak kitalálása, hogyan lehet bevonni a hosszabb eltarthatóságú bevonathordozókba, nagyon keresett cél38. A legújabb antimikrobiális és baktériumölő hatóanyagok közvetlen érintkezésben vagy közvetlen érintkezésben vannak kifejlesztve. a kezdeti bakteriális adhézió gátlása (beleértve a felületi fehérjeréteg kialakulásának megakadályozását) vagy a baktériumok elpusztítása a sejtfal beavatkozásával.
Alapvetően a felületbevonás az a folyamat, amelynek során egy újabb réteget helyeznek egy komponens felületére a felülethez kapcsolódó minőségek javítása érdekében. A felületbevonat célja az alkatrész felületközeli régiójának mikroszerkezetének és/vagy összetételének testreszabása39. A felületbevonási technikák különböző módszerekre oszthatók, melyeket a 2a. ábra foglal össze. A bevonatok a 2a. ting.
(a) Betét, amely bemutatja a felülethez használt fő gyártási technikákat, és (b) a hidegpermetezési technika kiválasztott előnyeit és hátrányait.
A hidegpermetezési technológia sok hasonlóságot mutat a hagyományos termikus permetezési módszerekkel. Vannak azonban olyan alapvető tulajdonságok is, amelyek a hidegpermetezési eljárást és a hidegpermetezési anyagokat különösen egyedivé teszik. A hidegpermetezési technológia még gyerekcipőben jár, de fényes jövő előtt áll. Egyes alkalmazásokban a hidegszórás egyedi tulajdonságai nagy előnyöket kínálnak, leküzdve a hagyományos termikus permetezési módszerek eredendő korlátait. A permetezési technológia jelentős korlátait jelenti a permetezés során, amely leküzdhető. e. Nyilvánvalóan ez a hagyományos bevonási eljárás nem alkalmas nagyon hőmérséklet-érzékeny anyagokhoz, mint például nanokristályok, nanorészecskék, amorf és fémüvegek40, 41, 42. Ezenkívül a hőpermetező bevonóanyagok mindig magas porozitást és oxidációt mutatnak. A hideg szórás technológiája számos jelentős előnnyel rendelkezik (minimális szubsztrát hőkezelés) (minimális szubsztrát hőkezelés) technológia választási lehetőségek, (iii) a fázistranszformáció és a szemcsenövekedés hiánya, (iv) nagy kötésszilárdság1,39 (ábra).2b).Ezen túlmenően a hidegen permetezett bevonóanyagok nagy korrózióállósággal, nagy szilárdsággal és keménységgel, nagy elektromos vezetőképességgel és nagy sűrűséggel rendelkeznek.41. A hidegpermetezési eljárás előnyeivel ellentétben ennek a technikának még mindig vannak hátrányai, amint az a 2b. ábrán is látható. Ha tiszta kerámiaporokat, például Al2O3, TiO2, ZrO2, WC-n nem lehet hidegen permetezni, a kerámia stb. porok felhasználhatók bevonatok alapanyagaként.Ugyanez vonatkozik más termikus permetezési módszerekre is.A bonyolult felületek és belső csőfelületek még mindig nehezen permetezhetők.
Tekintettel arra, hogy a jelenlegi munka célja fémes üvegszerű porok bevonóanyagként történő felhasználása, egyértelmű, hogy a hagyományos termikus permetezés erre a célra nem használható. Ennek az az oka, hogy a fémes üvegporok magas hőmérsékleten kristályosodnak1.
Az orvosi és élelmiszeriparban használt szerszámok többsége ausztenites rozsdamentes acélötvözetekből (SUS316 és SUS304) készül, amelyek krómtartalma 12 és 20 tömeg% között van a sebészeti műszerek gyártásához. Általánosan elfogadott tény, hogy a króm ötvözőelemként történő felhasználása acélötvözetek esetében az acélok korrózióállóságát nagymértékben javíthatja az acélok korrózióállóságán. ellenálló, nem mutatnak jelentős antimikrobiális tulajdonságokat38,39.Ez ellentétben áll a magas korrózióállóságukkal.Ezt követően előre jelezhető a fertőzések és gyulladások kialakulása, amit főként a rozsdamentes acél bioanyagok felületén történő bakteriális adhézió és kolonizáció okoz. Jelentős nehézségek adódhatnak a jelentős egészségügyi nehézségek miatt, amelyek a bakteriális úton és a biofilmek kialakulásához vezethetnek, amelyek számos biofilmhez vezethetnek. amelyek közvetlenül vagy közvetve hatással lehetnek az emberi egészségre.
Ez a tanulmány a Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS) által finanszírozott, 2010-550401 szerződésszámú projekt első fázisa, amely a fémes üvegszerű Cu-Zr-Ni háromkomponensű porok MA technológiával történő előállításának megvalósíthatóságát vizsgálja (1. táblázat) az antibakteriális film/SUS projekt januári 204-es együttműködésének megkezdése miatt. , részletesen megvizsgálja a rendszer elektrokémiai korróziós jellemzőit és mechanikai tulajdonságait.Részletes mikrobiológiai vizsgálatokat végeznek különböző baktériumfajokra.
Ebben a cikkben a Zr ötvözőelem-tartalmának az üvegképző képességre (GFA) gyakorolt ​​hatását tárgyaljuk morfológiai és szerkezeti jellemzők alapján. Ezen túlmenően a bevont fémüveg porbevonat/SUS304 kompozit antibakteriális tulajdonságai is szóba kerültek. Ezen túlmenően, a jelenlegi munka során vizsgálták a fémes üvegpor reprezentatív szövetrendszereinek szerkezeti átalakulásának lehetőségét a fémes üvegporos porlasztás során. példák szerint ebben a tanulmányban Cu50Zr30Ni20 és Cu50Zr20Ni30 fémes üvegötvözeteket használtak.
Ebben a részben az elemi Cu, Zr és Ni porok morfológiai változásait mutatjuk be alacsony energiájú golyós őrlés során. Szemléltető példaként két különböző rendszert használunk, amelyek a Cu50Zr20Ni30 és Cu50Zr40Ni10 alkotják a reprezentatív példákat. Az MA folyamat három különálló szakaszra osztható, amint azt a por őrlési szakasza során előállított metallográfiai jellemzés3 mutatja.
A golyós őrlési idő különböző szakaszai után nyert mechanikus ötvözet (MA) porok metallográfiai jellemzői. Az MA és Cu50Zr40Ni10 porok terepi emissziós pásztázó elektronmikroszkópos (FE-SEM) felvételei alacsony energiájú, 3, 12 és 50 órás golyós őrlési idők után az (a), (c) és (c) és (e) pontokban láthatók, míg a Cu50Z0 rendszerhez hasonló képek Az idő után vett Cu50Zr40Ni10 rendszert a (b), (d) és (f) mutatja.
A golyós őrlés során a fémporra átvihető effektív kinetikus energiát a paraméterek kombinációja befolyásolja, amint az 1a. ábrán látható. Ide tartoznak a golyók és a porok ütközései, a csiszolóközegek közé vagy közé beszorult por nyomó nyírása, a leeső golyók becsapódása, a mozgó golyós maróközeg közötti porellenállás okozta nyírás és kopás, valamint a golyós golyón áthaladó lökéshullámok. A Ni-porok erősen deformálódtak a hideg hegesztés miatt az MA korai szakaszában (3 óra), ami nagy porszemcséket eredményezett (>1 mm átmérőjű). Ezekre a nagy kompozit részecskékre jellemző, hogy vastag ötvözőelem-rétegek (Cu, Zr, Ni) képződnek, amint az a 3a,b ábrákon látható. a kompozit por összetétele finomabb (200 µm-nél kisebb) porokká, amint az a 3c, d ábrán látható. Ebben a szakaszban az alkalmazott nyíróerő új fémfelület képződéséhez vezet finom Cu, Zr, Ni utalásrétegekkel, amint az a 3c, d ábrán látható. A rétegfinomítás eredményeként a határfelületen szilárd fázisú reakciók keletkeznek.
Az MA folyamat csúcspontján (50 óra elteltével) a pelyhes metallográfia csak halványan volt látható (3e,f. ábra), de a por csiszolt felületén tükörmetalgráfia látható. Ez azt jelenti, hogy az MA folyamat befejeződött, és egyetlen reakciófázis jött létre. FE-SEM) energiadiszperzív röntgenspektroszkópiával (EDS) kombinálva (IV).
A 2. táblázatban az ötvözőelemek elemkoncentrációit a 3e, f ábrán kiválasztott régiók össztömegének százalékában mutatjuk be. Ha ezeket az eredményeket összehasonlítjuk az 1. táblázatban felsorolt ​​Cu50Zr20Ni30 és Cu50Zr40Ni10 kiindulási névleges összetételével, akkor látható, hogy e két komponens végső összetételének névleges értékei nagyon hasonlóak. a 3e, f ábrán felsorolt ​​régiók nem jelentenek jelentős romlást vagy ingadozást az egyes minták összetételében egyik régióról a másikra. Ezt bizonyítja az a tény, hogy az összetétel nem változik egyik régióról a másikra. Ez a 2. táblázatban látható homogén ötvözetporok előállítására utal.
A Cu50(Zr50−xNix) por végtermékéről FE-SEM mikrofelvételeket készítettünk 50 MA-idő után, ahogy az a 4a–d ábrán látható, ahol x rendre 10, 20, 30 és 40 at.%. Ezt az őrlési lépést követően a por aggregálódik a van der Waals-i effektusból eredő átmérőjű ultrafinomulás következtében, és ultrafinomodást eredményez. 73-126 nm, a 4. ábra szerint.
Az 50 órás MA-idő után kapott Cu50(Zr50−xNix) porok morfológiai jellemzői. A Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 rendszerek esetében a porok FE-SEM képei az 5c. és MA után kapott idők, (.b) (d0))
A porokat a hideg permetező adagolóba való betöltése előtt először analitikai tisztaságú etanolban 15 percig ultrahanggal kezelték, majd 150 °C-on 2 órán át szárították. Ezt a lépést meg kell tenni az agglomeráció sikeres leküzdéséhez, amely gyakran számos jelentős problémát okoz a bevonási folyamat során. Az MA folyamat befejezése után további jellemzéseket végeztek a por homogenitásának feltárására. A Cu50Zr30Ni20 ötvözet Cu50Zr30Ni20 ötvözetének Cu, Zr és Ni ötvöző elemeiről készült EM-mikroszkópos felvételek és megfelelő EDS-képek 50 óra M idő elteltével. Megjegyzendő, hogy az e lépés után előállított ötvözetporok homogének, mivel nem mutatnak semmilyen összetételbeli ingadozást az 5. ábrán látható szubnanométerszinten túl.
Az 50 MA idő után FE-SEM/energiadiszperzív röntgenspektroszkópiával (EDS) kapott MG Cu50Zr30Ni20 por morfológiája és lokális elemi eloszlása.(a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα és (d) Ni-Kα képek SEM és röntgen EDS térképezése.
Az 50 órás MA idő után kapott mechanikusan ötvözött Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 és Cu50Zr20Ni30 por XRD mintázata a 6a–d ábrán látható. A 6a–d ábrákon látható. ig. 6.
Az (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 és (d) Cu50Zr20Ni30 porok XRD mintázata 50 órás MA idő után. Kivétel nélkül minden minta halo-diffúziós mintázatot mutatott, ami a fázis képződésére utal.
Field emissziós nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkóppal (FE-HRTEM) a szerkezeti változások megfigyelésére és a golyós őrlésből származó porok lokális szerkezetének megértésére használtuk a különböző MA ​​időpontokban. A porok FE-HRTEM felvételei az őrlés korai (6 órás) és közbenső (18 órás) fázisai után készültek Cu50Zr30NiZ020, are7ac por in Cu50Zr30NiZr4s és are7ac. Az MA​ 6 óra elteltével készült por fényes mező képe (BFI) szerint a por nagy szemcsékből áll, jól meghatározott fcc-Cu, hcp-Zr és fcc-Ni elemek határvonalakkal, és nincs jele annak, hogy kialakult volna a reakciófázis, ahogy az a 7a. p diffrakciós mintázat (7b. ábra), amely nagyméretű kristályok jelenlétét és reaktív fázis hiányát jelzi.
A korai (6 óra) és a közbenső (18 óra) stádiumok után kapott MA por lokális szerkezeti jellemzése.(a) Nagyfelbontású, nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkópia (FE-HRTEM) és (b) a Cu50Zr30Ni20 por megfelelő kiválasztott területi diffrakciós mintázata (SADP) 6 órás MA-kezelés után. Az FE-HRTEM FE-HRTEM10 8 h után kapott MANi képe. c).
Amint a 7c. ábrán látható, az MA időtartamának 18 órára való meghosszabbítása súlyos rácshibákat eredményezett, amelyek képlékeny deformációval párosultak. Az MA folyamat ezen közbenső szakaszában a por különféle hibákat mutat, beleértve a halmozási hibákat, a rácshibákat és a ponthibákat (7. ábra). Ezek a hibák kevésbé kötik meg a nagy szemcséket, mint a szemcséket. nm (7c. ábra).
A 36 órás MA-időn át őrölt Cu50Z30Ni20 por lokális szerkezetében ultrafinom nanoszemcsék képződnek, amelyek egy amorf finom mátrixba ágyazódnak, amint az a 8a. ábrán látható. A helyi EDS analízis azt mutatta, hogy a 8a. ábrán látható nanoklaszterek feldolgozatlan Cu, Zr és Ni porhoz kapcsolódnak (a mátrix ötvözőelemeinek kb. sovány terület) ~74 at.%-ra (dús terület), ami heterogén termékek képződését jelzi. Ezen túlmenően az őrlés után kapott porok megfelelő SADP-jei ebben a fázisban halo-diffundáló primer és szekunder gyűrűket mutatnak amorf fázisból, átfedésben a nyers ötvözőelemekhez kapcsolódó éles pontokkal, amint az a 8b. ábrán látható.
Túl a 36 h-Cu50Zr30Ni20 por nanoméretű helyi szerkezeti jellemzői.(a) Fényes mező kép (BFI) és a megfelelő (b) Cu50Zr30Ni20 por SADP 36 órás őrlés után.
Az MA folyamat vége felé (50 óra), Cu50(Zr50−xNix), X;A 10, 20, 30 és 40 at.%-os porok változatlanul labirintusos amorf fázisú morfológiával rendelkeznek, amint az a 9a–d ábrákon látható. Az egyes összetételek megfelelő SADP-jében sem pontszerű diffrakció, sem éles gyűrűs mintázat nem volt kimutatható. Ez arra utal, hogy nincs feldolgozatlan kristályos por alakú fém, hanem diffúziós halogén van jelen. mintázatokat is használták bizonyítékként a végtermék anyagában az amorf fázisok kialakulására.
Az MG Cu50 (Zr50−xNix) rendszer végtermékének lokális szerkezete.FE-HRTEM és korrelált nanosugár diffrakciós mintázatok (NBDP) (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 és (d) Cu50Zr20Ni30 és MA105040 után kapott Cu5040.
Az amorf Cu50(Zr50−xNix) rendszer üvegesedési átmeneti hőmérsékletének (Tg), hűtött folyadéktartományának (ΔTx) és kristályosodási hőmérsékletének (Tx) hőstabilitását a Ni-tartalom (x) függvényében a He gázáram alatti tulajdonságok differenciál pásztázó kalorimetriájával (DSC) vizsgáltuk. Az 50 órás MA idő után kapott Zr10Ni40 amorf ötvözetporokat a 10a, b, e ábrák mutatják. Míg az amorf Cu50Zr20Ni30 DSC görbéje külön látható a 10c.
Az 50 órás MA idő után kapott Cu50(Zr50−xNix) MG porok hőstabilitása, az üvegesedési hőmérséklettel (Tg), a kristályosodási hőmérséklettel (Tx) és a túlhűtött folyadéktérrel (ΔTx) indexálva. Differenciális pásztázó kaloriméter (DSC) termogramm (a) Cu50Zr40b)0Cu50Zr0,Cu50Zr0) 20Ni30 és (e) Cu50Zr10Ni40 MG ötvözetporok 50 órás MA idő elteltével. A DSC-ben ~700 °C-ra melegített Cu50Zr30Ni20 minta röntgendiffrakciós (XRD) mintája látható a (d).
A 10. ábrán látható módon az összes, különböző Ni-koncentrációjú összetétel (x) DSC görbéi két különböző esetet jeleznek, az egyik endoterm, a másik exoterm. Az első endoterm esemény a Tg-nek felel meg, míg a második a Tx-hez kapcsolódik. A Tg és Tx között létező vízszintes fesztávtartományt a szubhűtött folyadék régiónak nevezzük (ΔTx = TxN – Tx10 – a Cu5i0 – Tx100 a Tg5i0) minta (10a. ábra), 526°C és 612°C hőmérsékletre helyezett, tolja el a tartalmat (x) 20 at.%-ra a 482°C, illetve az 563°C alacsony hőmérsékletű oldala felé növekvő Ni-tartalommal (x), amint az a 10b. ábrán látható. Következésképpen a Cu50Z010 ΔTx értéke 8°C-ról 80°C-ra csökken (8°C) C a Cu50Zr30Ni20 esetében (10b. ábra). Az MG Cu50Zr40Ni10 ötvözetnél azt is megfigyelték, hogy a Tg, Tx és ΔTx értékek 447°C, 526°C és 79°C szintre csökkentek (10b. ábra az ólomtartalom növekedését jelzi az MG-ben a termikusan). ezzel szemben az MG Cu50Zr20Ni30 ötvözet Tg értéke (507 °C) alacsonyabb, mint az MG Cu50Zr40Ni10 ötvözeté;ennek ellenére a Tx értéke az előbbihez hasonló értéket mutat (612 °C). Ezért a ΔTx magasabb értéket mutat (87 °C), amint az a 10c. ábrán látható.
Az MG Cu50(Zr50−xNix) rendszer, például az MG Cu50Zr20Ni30 ötvözetet vesszük, éles exoterm csúcson keresztül kristályosodik az fcc-ZrCu5, ortoromb-Zr7Cu10 és ortoromb-Zr7Cu10 és ortoromb-Zr7Cu10 és az ortoromb-ZrNi átmenet fázisát az Xccg igazolta (Fig. (10d. ábra), amelyet DSC-ben 700 °C-ra melegítettünk.
A 11. ábrán a jelen munkában elvégzett hidegszórásos eljárás során készült fényképek láthatók. Ebben a vizsgálatban antibakteriális alapanyagként az 50 órás MA-idő után szintetizált fém üvegszerű porszemcséket (Cu50Zr20Ni30 példaként) használták, a rozsdamentes acéllemezt (SUS304) pedig a hidegpermetezési technológiának a leghatékonyabb hidegpermetezési technológiának választotta termikus bevonattal. spray sorozat, és használható fém metastabil hőmérsékletre érzékeny anyagokhoz, mint például amorf és nanokristályos porokhoz, amelyek nem vannak kitéve fázisátalakulásnak. Ez a fő szempont a módszer kiválasztásánál. A hidegpermetezési eljárást nagy sebességű részecskék felhasználásával hajtják végre, amelyek a részecskék kinetikus energiáját képlékeny deformációvá, feszültséggé és hővé alakítják át a korábban lerakódott részecskehordozóval való ütközéskor.
A helyszíni fotók az MG coating/SUS 304 öt egymást követő elkészítéséhez használt hidegpermetezési eljárást mutatják 550 °C-on.
A részecskék kinetikus energiáját, és így a bevonatképzésben lévő egyes részecskék lendületét más energiaformákká kell alakítani olyan mechanizmusok révén, mint plasztikus deformáció (kezdeti részecske és részecske-részecske kölcsönhatások az aljzatban és részecske kölcsönhatások), üregek Konszolidáció, részecske-részecske-forgás, feszültség és végső soron hőenergiává alakul át, és végül hőenergiává alakul át. energia, az eredmény egy rugalmas ütközés, ami azt jelenti, hogy a részecskék egyszerűen visszapattannak az ütközés után. Felhívták a figyelmet arra, hogy a részecskére/hordozóanyagra kifejtett ütési energia 90%-a helyi hővé alakul 40 .Továbbá ütési feszültség alkalmazásakor nagy képlékeny alakváltozási sebesség érhető el a részecske/hordozó érintkezési tartományában41, nagyon rövid idő alatt.
A képlékeny deformációt általában energiaeloszlási folyamatnak, pontosabban hőforrásnak tekintik a határfelületi tartományban. A határfelületi régió hőmérséklet-emelkedése azonban általában nem elegendő a határfelületi olvadáshoz vagy az atomi interdiffúzió jelentős előmozdításához. A szerzők által ismert publikáció nem vizsgálja ezen fémes üvegszerű porok tulajdonságainak hatását a por tapadásának és porlasztásának hideg porlasztása során.
Az MG Cu50Zr20Ni30 ötvözetpor BFI-je a 12a. ábrán látható, amelyet SUS 304 szubsztrátumra vontak be (11., 12b. ábra). Amint az ábrán látható, a bevont porok megőrzik eredeti amorf szerkezetüket, mivel finom labirintusos struktúrájuk van, illetve a kéz felületén a képen látható extra kristályosodás nélkül. fázisban, amint azt az MG-bevonatú pormátrixba beépült nanorészecskék sugallják (12a. ábra). A 12c. ábra az I. régióhoz kapcsolódó indexált nanosugár diffrakciós mintát (NBDP) ábrázolja (12a. ábra). A 12c. metastabil plusz tetragonális CuO fázis. A CuO képződés a por oxidációjának tudható be, amikor a szórópisztoly fúvókájából a SUS 304-be került szabad levegőn, szuperszonikus áramlás mellett. Másrészt a fémes üveges porok devitrifikációja nagy köbös fázisok képződését eredményezte 530 °C-os hidegpermetezés után 530 °C-on.
(a) FE-HRTEM képe a (b) SUS 304 hordozóra bevont MG-ről (az ábra beillesztése). Az (a) pontban látható kör alakú szimbólum NBDP indexe a (c) pontban látható.
A nagy köbös Zr2Ni nanorészecskék kialakulásának lehetséges mechanizmusának igazolására független kísérletet végeztünk. Ebben a kísérletben a porokat szórópisztolyból permeteztük 550 °C-on a SUS 304 szubsztrát irányába;azonban a porok lágyító hatásának tisztázása érdekében a lehető leggyorsabban (körülbelül 60 másodperc alatt) eltávolítottuk őket a SUS304 szalagról. Egy másik kísérletsorozatot végeztünk, amelyben a port a felhordás után körülbelül 180 másodperccel távolították el a szubsztrátumról.
A 13a, b ábrák sötét mezős képeket (DFI) mutatnak, amelyeket pásztázó transzmissziós elektronmikroszkóppal (STEM) készítettek két permetezett anyagról, amelyeket SUS 304 szubsztrátumra helyeztek fel 60 másodpercig, illetve 180 másodpercig. A 60 másodpercig lerakott porképen nincs morfológiai részlet, ami a por szerkezetét mutatja, amely a por szerkezetét jelezte, amit az XRD is megerősített. ábrán látható széles primer és másodlagos diffrakciós maximumokkal. Ezek a metastabil/mezofázisos csapadék hiányát jelzik, ahol a por megőrzi eredeti amorf szerkezetét. Ezzel szemben az azonos hőmérsékleten (550 °C) kipermetezett, de 180 másodpercig a hordozón hagyott por az Fb3-ban nanoméretű szemcsék kiválását mutatta, ahogy az F1-es sorok jelzik.