Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Ing sawetoro wektu, kanggo mesthekake dhukungan terus, kita bakal nerjemahake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Biofilm minangka komponen penting ing pangembangan infeksi kronis, utamane nalika nerangake piranti medis.Masalah iki menehi tantangan gedhe kanggo komunitas medis, amarga antibiotik standar mung bisa ngrusak biofilm kanthi winates banget.Nyegah pembentukan biofilm wis nyebabake pangembangan macem-macem metode lapisan lan bahan anyar.Teknik kasebut ngarahake kanggo nutupi permukaan kanthi cara sing nyegah pembentukan biofilm.Wesi logam vitreous, utamane sing ngemot logam tembaga lan titanium, wis dadi lapisan antimikroba sing becik.Ing wektu sing padha, panggunaan teknologi semprotan kadhemen saya tambah amarga minangka cara sing cocog kanggo ngolah bahan sensitif suhu.Bagéyan saka tujuan riset iki yaiku kanggo ngembangake kaca metalik film antibakteri anyar sing kasusun saka terner Cu-Zr-Ni kanthi teknik paduan mekanik.Wêdakakêna bunder sing nggawe produk pungkasan digunakake minangka bahan mentah kanggo nyemprotake permukaan stainless steel kanthi suhu sing kurang.Substrat ditutupi kaca logam bisa nyuda pembentukan biofilm kanthi paling sethithik 1 log dibandhingake karo stainless steel.
Saindhenging sajarah manungsa, masyarakat apa wae wis bisa ngembangake lan ningkatake introduksi bahan anyar kanggo nyukupi syarat tartamtu, sing nyebabake produktivitas lan peringkat tambah ing ekonomi global1.Iki mesthi digandhengake karo kemampuan manungsa kanggo ngrancang bahan lan peralatan manufaktur, uga desain kanggo nggawe lan menehi ciri bahan kanggo entuk kesehatan, pendidikan, industri, ekonomi, budaya lan lapangan liyane saka siji negara utawa wilayah liyane.Kemajuan diukur ora preduli saka negara utawa wilayah2.Kanggo 60 taun, para ilmuwan bahan wis nyedhiyakake akeh wektu kanggo siji tugas utama: nggoleki bahan anyar lan canggih.Riset anyar wis fokus kanggo ningkatake kualitas lan kinerja bahan sing wis ana, uga nyintesis lan nyipta jinis bahan sing anyar.
Penambahan unsur paduan, modifikasi struktur mikro materi lan aplikasi metode perawatan termal, mekanik utawa termomekanik wis nyebabake perbaikan sing signifikan ing sifat mekanik, kimia lan fisik saka macem-macem bahan.Kajaba iku, senyawa sing durung dingerteni wis kasil disintesis.Upaya sing terus-terusan iki nyebabake kulawarga bahan inovatif anyar sing dikenal kanthi jeneng Advanced Materials2.Nanocrystals, nanopartikel, nanotube, titik kuantum, nol-dimensi, kaca tingal metalik amorf, lan paduan entropi dhuwur mung sawetara conto bahan canggih sing wis muncul ing donya wiwit tengah abad pungkasan.Ing pabrik lan pangembangan wesi anyar kanthi sifat sing luwih apik, ing prodhuk pungkasan lan ing tahap penengah produksi, masalah ketidakseimbangan asring ditambahake.Minangka asil saka introduksi saka Techniques Manufaktur anyar sing ngidini panyimpangan pinunjul saka ekuilibrium, kelas anyar saka wesi metastabil, dikenal minangka kaca tingal metalik, wis ditemokaké.
Pakaryane ing Caltech ing taun 1960 ngrevolusi konsep paduan logam nalika nyintesis Au-25 ing.% Si wesi kaca kanthi cepet ngalangi cairan kanthi meh yuta derajat per detik.4 Penemuan Profesor Paul Duves ora mung nandhani wiwitan kaca mata logam (MS), nanging uga nyebabake owah-owahan paradigma babagan cara wong mikir babagan paduan logam.Wiwit riset pionir pisanan ing sintesis paduan MS, meh kabeh kaca tingal metalik wis rampung dipikolehi kanthi nggunakake salah siji saka cara ing ngisor iki: (i) solidifikasi cepet saka leleh utawa uap, (ii) kelainan kisi atom, (iii) reaksi amorfisasi solid-state antarane unsur metalik murni lan (iv) transisi fase padhet saka fase metastabil.
MG dibedakake kanthi ora ana urutan atom jarak jauh sing ana hubungane karo kristal, sing minangka ciri khas kristal.Ing donya modern, kemajuan gedhe wis digawe ing bidang kaca metalik.Iki minangka bahan anyar kanthi sifat-sifat menarik sing menarik ora mung kanggo fisika negara padhet, nanging uga kanggo metalurgi, kimia permukaan, teknologi, biologi, lan akeh wilayah liyane.Jinis materi anyar iki nduweni sifat sing beda karo logam keras, dadi calon sing menarik kanggo aplikasi teknologi ing macem-macem lapangan.Padha duwe sawetara sifat penting: (i) ductility mechanical dhuwur lan kekuatan ngasilaken, (ii) permeabilitas Magnetik dhuwur, (iii) coercivity kurang, (iv) resistance karat mboten umum, (v) kamardikan suhu.Konduktivitas 6.7.
Mechanical alloying (MA)1,8 minangka cara sing relatif anyar, pisanan dikenalake ing taun 19839 dening Prof KK Kok lan kanca-kancane.Dheweke ngasilake bubuk Ni60Nb40 amorf kanthi nggiling campuran unsur murni ing suhu sekitar sing cedhak banget karo suhu kamar.Biasane, reaksi MA ditindakake ing antarane ikatan difusi bubuk reaktan ing reaktor, biasane digawe saka stainless steel, menyang pabrik bal.10 (Gambar 1a, b).Wiwit iku, cara reaksi ngalangi mechanically induced iki digunakake kanggo nyiapake anyar amorf/logam wêdakakêna paduan kaca nggunakake kurang (Fig. 1c) lan pabrik bola energi dhuwur lan rod mill11,12,13,14,15,16.Utamane, cara iki digunakake kanggo nyiapake sistem sing ora bisa larut kayata Cu-Ta17 uga paduan titik leleh dhuwur kayata logam transisi Al (TM, Zr, Hf, Nb lan Ta)18,19 lan Fe-W20., sing ora bisa dipikolehi nggunakake cara masak konvensional.Kajaba iku, MA dianggep minangka salah sawijining alat nanoteknologi sing paling kuat kanggo produksi skala industri nanocrystalline lan partikel bubuk nanokomposit saka oksida logam, karbida, nitrida, hidrida, nanotube karbon, nanodiamond, uga stabilisasi sing amba nggunakake pendekatan top-down.1 lan tataran metastabil.
Skema sing nuduhake metode fabrikasi sing digunakake kanggo nyiapake lapisan kaca metalik Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 ing panliten iki.(a) Preparation of MC alloy wêdakakêna karo macem-macem konsentrasi saka Ni x (x; 10, 20, 30, lan 40 at.%) nggunakake cara kurang-energi werni panggilingan.(a) Bahan wiwitan dimuat menyang silinder alat bebarengan karo bal baja alat lan (b) disegel ing kothak sarung tangan sing diisi atmosfer.(c) Model transparan saka wadhah grinding sing nggambarake gerakan bal nalika grinding.Produk bubuk pungkasan sing dipikolehi sawise 50 jam digunakake kanggo nutupi semprotan adhem ing substrat SUS 304 (d).
Nalika nerangake lumahing materi akeh (substrat), rekayasa permukaan melu desain lan modifikasi permukaan (substrat) kanggo nyedhiyakake sifat fisik, kimia, lan teknis tartamtu sing ora ana ing materi akeh asli.Sawetara sifat sing bisa ditingkatake kanthi efektif liwat perawatan permukaan kalebu abrasi, oksidasi lan tahan korosi, koefisien gesekan, bioinertness, sifat listrik lan insulasi termal, mung kanggo sawetara.Kualitas permukaan bisa ditingkatake kanthi cara metalurgi, mekanik utawa kimia.Minangka proses sing kondhang, lapisan mung ditetepake minangka siji utawa luwih lapisan materi sing ditrapake sacara artifisial ing permukaan obyek akeh (substrat) sing digawe saka materi liyane.Mangkono, lapisan digunakake kanggo entuk sifat teknis utawa dekoratif sing dikarepake, uga kanggo nglindhungi bahan saka interaksi kimia lan fisik sing dikarepake karo lingkungan23.
Macem-macem cara lan teknik bisa digunakake kanggo ngetrapake lapisan pelindung sing cocog saka sawetara mikrometer (ing ngisor 10-20 mikrometer) nganti luwih saka 30 mikrometer utawa malah sawetara milimeter kanthi kekandelan.Umumé, pangolahan lapisan bisa dipérang dadi rong kategori: (i) cara nutupi udan, kalebu electroplating, electroplating, lan hot dip galvanizing, lan (ii) cara nutupi garing, kalebu soldering, hardfacing, deposition uap fisik (PVD).), chemical vapor deposition (CVD), teknik semprotan termal, lan teknik semprotan kadhemen sing luwih anyar 24 (Gambar 1d).
Biofilm ditetepake minangka komunitas mikroba sing ora bisa dibalekake ing permukaan lan diubengi dening polimer ekstrasel (EPS) sing diprodhuksi dhewe.Pembentukan biofilm sing diwasa kanthi entheng bisa nyebabake kerugian sing signifikan ing pirang-pirang industri, kalebu pangolahan panganan, sistem banyu, lan perawatan kesehatan.Ing manungsa, kanthi pembentukan biofilm, luwih saka 80% kasus infeksi mikroba (kalebu Enterobacteriaceae lan Staphylococci) angel diobati.Kajaba iku, biofilm diwasa wis dilaporake 1000 kaping luwih tahan kanggo perawatan antibiotik dibandhingake sel bakteri planktonik, sing dianggep minangka tantangan terapeutik utama.Secara historis, bahan lapisan permukaan antimikroba sing asale saka senyawa organik umum wis digunakake.Sanajan bahan kasebut asring ngemot komponen beracun sing bisa mbebayani kanggo manungsa, 25,26 iki bisa nyegah panularan bakteri lan degradasi materi.
Resistensi bakteri sing nyebar kanggo perawatan antibiotik amarga pembentukan biofilm nyebabake perlu kanggo ngembangake permukaan sing dilapisi membran antimikroba sing efektif sing bisa ditrapake kanthi aman27.Pangembangan lumahing anti-adhesif fisik utawa kimia sing sel bakteri ora bisa naleni lan mbentuk biofilm amarga adhesi minangka pendekatan pisanan ing proses iki27.Teknologi kapindho yaiku ngembangake lapisan sing ngirim bahan kimia antimikroba persis ing ngendi sing dibutuhake, kanthi jumlah sing konsentrasi lan disesuaikan.Iki digayuh liwat pangembangan bahan lapisan unik kayata graphene / germanium28, black diamond29 lan ZnO30-doped inten-kaya lapisan karbon sing tahan kanggo bakteri, teknologi sing maximizes pangembangan keracunan lan resistance amarga formasi biofilm.Kajaba iku, lapisan sing ngemot bahan kimia germicidal sing nyedhiyakake perlindungan jangka panjang marang kontaminasi bakteri dadi tambah populer.Nalika kabeh telung prosedur bisa nindakake aktivitas antimikroba ing permukaan sing dilapisi, saben duwe watesan dhewe sing kudu dianggep nalika ngembangake strategi aplikasi.
Produk sing saiki ana ing pasar diganggu amarga ora ana wektu kanggo nganalisa lan nguji lapisan pelindung kanggo bahan aktif biologis.Perusahaan ngaku manawa produke bakal menehi pangguna aspek fungsional sing dikarepake, nanging iki wis dadi alangan kanggo sukses produk sing saiki ana ing pasar.Senyawa sing asalé saka salaka digunakake ing mayoritas antimikroba sing saiki kasedhiya kanggo konsumen.Produk kasebut dirancang kanggo nglindhungi pangguna saka paparan mikro-organisme sing bisa mbebayani.Efek antimikroba sing ditundha lan keracunan senyawa perak sing ana gandhengane nambah tekanan ing peneliti kanggo ngembangake alternatif sing kurang mbebayani36,37.Nggawe lapisan antimikroba global sing bisa digunakake ing njero lan njaba tetep dadi tantangan.Iki kalebu risiko kesehatan lan safety sing gegandhengan.Nemokake agen antimikroba sing kurang mbebayani kanggo manungsa lan ngerteni carane nggabungake menyang substrat lapisan kanthi umur beting luwih dawa minangka tujuan sing akeh digoleki38.Bahan antimikroba lan antibiofilm paling anyar dirancang kanggo mateni bakteri ing jarak sing cedhak kanthi kontak langsung utawa sawise ngeculake agen aktif.Dheweke bisa nindakake iki kanthi nyandhet adhesi bakteri awal (kalebu nyegah pembentukan lapisan protein ing permukaan) utawa kanthi mateni bakteri kanthi ngganggu tembok sel.
Ateges, lapisan permukaan yaiku proses aplikasi lapisan liyane menyang permukaan komponen kanggo nambah karakteristik permukaan.Tujuan saka lapisan permukaan yaiku kanggo ngganti struktur mikro lan/utawa komposisi wilayah cedhak permukaan komponen39.Cara nutupi lumahing bisa dipérang dadi cara sing beda-beda, sing diringkes ing Fig. 2a.Lapisan bisa dipérang dadi kategori termal, kimia, fisik lan elektrokimia gumantung saka cara sing digunakake kanggo nggawe lapisan kasebut.
(a) Inset sing nuduhake teknik fabrikasi permukaan utama, lan (b) kaluwihan lan kekurangan metode semprotan kadhemen sing dipilih.
Teknologi semprotan kadhemen akeh sing padha karo teknik semprotan termal tradisional.Nanging, ana uga sawetara sifat dhasar sing nggawe proses semprotan kadhemen lan bahan semprotan kadhemen unik.Teknologi semprotan kadhemen isih isih cilik, nanging nduweni masa depan sing apik.Ing sawetara kasus, sifat unik saka nyemprot kadhemen menehi keuntungan gedhe, ngatasi watesan teknik nyemprot termal konvensional.Iku ngatasi watesan pinunjul saka teknologi semprotan termal tradisional, kang wêdakakêna kudu dilebur kanggo setor ing landasan.Temenan, proses lapisan tradisional iki ora cocok kanggo bahan sing sensitif banget suhu kayata nanocrystals, nanopartikel, kaca amorf lan metalik40, 41, 42. Kajaba iku, bahan lapisan semprotan termal tansah nduweni tingkat porositas lan oksida sing dhuwur.Teknologi semprotan kadhemen duwe akeh kaluwihan sing signifikan tinimbang teknologi semprotan termal, kayata (i) input panas minimal menyang substrat, (ii) keluwesan milih lapisan substrat, (iii) ora ana transformasi fase lan wutah gandum, (iv) kekuatan adesif dhuwur1 .39 (Fig. 2b).Kajaba iku, bahan lapisan semprotan kadhemen duwe resistensi karat sing dhuwur, kekuatan lan kekerasan sing dhuwur, konduktivitas listrik sing dhuwur lan kapadhetan dhuwur41.Senadyan kaluwihan saka proses semprotan kadhemen, cara iki isih duwe sawetara drawbacks, minangka ditampilake ing Figure 2b.Nalika nutupi bubuk keramik murni kayata Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, lan liya-liyane, metode semprotan kadhemen ora bisa digunakake.Ing sisih liya, bubuk komposit keramik / logam bisa digunakake minangka bahan baku kanggo lapisan.Padha dadi kanggo cara nyemprotake termal liyane.Lumahing sing angel lan interior pipa isih angel disemprot.
Ngelingi manawa karya saiki diarahake kanggo nggunakake bubuk vitreous metalik minangka bahan wiwitan kanggo lapisan, jelas yen penyemprotan termal konvensional ora bisa digunakake kanggo tujuan iki.Iki amarga kasunyatan sing wêdakakêna vitreous metallic crystallize ing suhu dhuwur1.
Umume instrumen sing digunakake ing industri medis lan panganan digawe saka paduan baja tahan karat austenitik (SUS316 lan SUS304) kanthi kandungan kromium 12 nganti 20 wt.% kanggo produksi instrumen bedah.Ditampa umum yen panggunaan logam kromium minangka unsur paduan ing paduan baja bisa ningkatake resistensi korosi paduan baja standar.Wesi baja tahan karat, sanajan tahan korosi dhuwur, ora nduweni sipat antimikroba sing signifikan38,39.Iki kontras karo resistensi karat sing dhuwur.Sawisé iku, bisa prédhiksi pangembangan infèksi lan inflamasi, sing utamané amarga adhesi bakteri lan kolonisasi ing permukaan biomaterial stainless steel.Kesulitan sing signifikan bisa kedadeyan amarga kesulitan sing signifikan sing ana gandhengane karo adhesi bakteri lan jalur pembentukan biofilm, sing bisa nyebabake kesehatan sing ora apik, sing bisa nyebabake akeh akibat sing bisa langsung utawa ora langsung mengaruhi kesehatan manungsa.
Panliten iki minangka tahap pertama proyek sing didanai dening Yayasan Kuwait kanggo Kemajuan Ilmu (KFAS), kontrak no.2010-550401, kanggo neliti kelayakan kanggo ngasilake bubuk ternary Cu-Zr-Ni kaca metalik nggunakake teknologi MA (tabel).1) Kanggo produksi film / lapisan proteksi permukaan antibakteri SUS304.Tahap kapindho proyek kasebut, amarga diwiwiti ing Januari 2023, bakal sinau kanthi rinci babagan karakteristik korosi galvanik lan sifat mekanik sistem kasebut.Tes mikrobiologis rinci kanggo macem-macem jinis bakteri bakal ditindakake.
Artikel iki mbahas efek saka isi Zr alloy ing kaca mbentuk kemampuan (GFA) adhedhasar ciri morfologi lan struktural.Kajaba iku, sifat antibakteri saka kaca logam dilapisi bubuk / komposit SUS304 uga dibahas.Kajaba iku, karya sing isih ditindakake kanggo neliti kemungkinan transformasi struktur bubuk kaca metalik sing kedadeyan sajrone nyemprot kadhemen ing wilayah cairan supercooled saka sistem kaca metalik sing digawe.Paduan kaca metalik Cu50Zr30Ni20 lan Cu50Zr20Ni30 digunakake minangka conto perwakilan ing panliten iki.
Bagean iki nampilake owah-owahan morfologis ing bubuk unsur Cu, Zr lan Ni sajrone penggilingan bola energi rendah.Loro sistem sing beda kalebu Cu50Zr20Ni30 lan Cu50Zr40Ni10 bakal digunakake minangka conto ilustrasi.Proses MA bisa dipérang dadi telung orane tumrap sekolah kapisah, minangka bukti dening karakterisasi metallography saka wêdakakêna dijupuk ing tataran mecah (Fig. 3).
Karakteristik metalografi bubuk saka wesi mekanik (MA) sing dipikolehi sawise macem-macem tahap penggilingan bola.Gambar mikroskop elektron scanning emisi lapangan (FE-SEM) bubuk MA lan Cu50Zr40Ni10 sing dipikolehi sawise panggilingan bola energi kurang kanggo 3, 12 lan 50 jam ditampilake ing (a), (c) lan (e) kanggo sistem Cu50Zr20Ni30, nalika ing MA padha.Gambar sing cocog saka sistem Cu50Zr40Ni10 sing dijupuk sawise wektu ditampilake ing (b), (d), lan (f).
Sajrone panggilingan werni, energi kinetik efektif sing bisa ditransfer menyang wêdakakêna logam kena pengaruh kombinasi paramèter, minangka ditampilake ing Fig.Iki kalebu tabrakan antarane bal lan wêdakakêna, kompresi geser bubuk sing macet ing antarane utawa ing antarane media penggilingan, impact saka bal sing tiba, geser lan nyandhang sing disebabake dening seret bubuk ing antarane awak sing obah saka pabrik bal, lan gelombang kejut sing ngliwati bal sing tiba sing nyebar liwat budaya sing dimuat (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадин МА (3 ч), локозок х частиц порошка (> 1 мм в диаметре). Wêdakakêna unsur Cu, Zr, lan Ni rusak banget amarga las kadhemen ing tahap awal MA (3 jam), sing ndadékaké pambentukan partikel bubuk gedhé (diameteré > 1 mm).Partikel komposit gedhe iki ditondoi kanthi pembentukan lapisan kandel unsur paduan (Cu, Zr, Ni), kaya sing dituduhake ing anjir.3a,b.Tambah wektu MA nganti 12 h (tahap penengah) nyebabake paningkatan energi kinetik saka pabrik bal, sing nyebabake dekomposisi bubuk komposit dadi bubuk cilik (kurang saka 200 μm), kaya sing ditampilake ing Gambar 3c, kutha.Ing tataran iki, pasukan geser Applied ndadékaké kanggo tatanan saka lumahing logam anyar karo lapisan tipis Cu, Zr, Ni, minangka ditampilake ing Fig. 3c, d.Minangka asil mecah lapisan ing antarmuka flakes, reaksi fase padhet dumadi kanthi pembentukan fase anyar.
Ing climax proses MA (sawise 50 h), metallography flake lagi wae katon (Fig. 3e, f), lan metallography mirror diamati ing lumahing polesan saka bubuk.Iki tegese proses MA wis rampung lan fase reaksi siji digawe.Komposisi unsur saka wilayah sing dituduhake ing Fig.3e (I, II, III), f, v, vi) ditemtokake nggunakake mikroskop elektron scanning emisi lapangan (FE-SEM) kanthi kombinasi karo spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS).(IV).
Ing meja.2 konsentrasi unsur saka unsur alloying ditampilake minangka persentasi saka massa total saben wilayah dipilih ing anjir.3e, f.Mbandhingake asil kasebut karo komposisi nominal awal Cu50Zr20Ni30 lan Cu50Zr40Ni10 sing diwenehake ing Tabel 1 nuduhake yen komposisi saka rong produk pungkasan iki cedhak banget karo komposisi nominal.Kajaba iku, nilai relatif saka komponen kanggo wilayah sing kadhaptar ing Fig. 3e, f ora nuduhake karusakan utawa variasi sing signifikan ing komposisi saben sampel saka siji wilayah menyang wilayah liyane.Iki dibuktekake kanthi ora ana owah-owahan komposisi saka wilayah siji menyang wilayah liyane.Iki nuduhake produksi bubuk campuran seragam kaya sing ditampilake ing Tabel 2.
Mikrograf FE-SEM saka bubuk produk akhir Cu50 (Zr50-xNix) dipikolehi sawise kaping 50 MA, kaya sing dituduhake ing Gambar 4a-d, ing ngendi x yaiku 10, 20, 30 lan 40 ing.%, masing-masing.Sawise langkah nggiling iki, agregat bubuk amarga efek van der Waals, sing ndadékaké pembentukan agregat gedhé sing dumadi saka partikel ultrafine kanthi diameter 73 nganti 126 nm, kaya sing ditampilake ing Gambar 4.
Karakteristik morfologi bubuk Cu50 (Zr50-xNix) sing dipikolehi sawise MA 50 jam.Kanggo sistem Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, gambar bubuk FE-SEM sing dipikolehi sawise 50 MA ditampilake ing (a), (b), (c), lan (d).
Sadurunge mbukak bubuk menyang feeder semprotan kadhemen, padha pisanan sonicated ing analytical bahan etanol kanggo 15 menit lan banjur pepe ing 150 ° C. kanggo 2 jam.Langkah iki kudu ditindakake kanggo sukses nglawan aglomerasi, sing asring nyebabake akeh masalah serius ing proses lapisan.Sawise rampung proses MA, studi luwih lanjut ditindakake kanggo nyelidiki homogenitas bubuk campuran.Ing anjir.5a-d nuduhake mikrograf FE-SEM lan gambar EDS sing cocog saka unsur paduan Cu, Zr lan Ni saka paduan Cu50Zr30Ni20 sing dijupuk sawise 50 jam M.Perlu dicathet yen bubuk campuran sing dipikolehi sawise langkah iki homogen, amarga ora nuduhake fluktuasi komposisi ngluwihi level sub-nanometer, kaya sing ditampilake ing Gambar 5.
Morfologi lan distribusi lokal unsur ing bubuk MG Cu50Zr30Ni20 sing dipikolehi sawise 50 MA dening FE-SEM / Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) SEM lan X-ray EDS pencitraan (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, lan (d) Ni-Kα.
Pola difraksi sinar-X saka bubuk Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr20Ni30 lan Cu50Zr20Ni30 sing digabungake kanthi mekanik sing dipikolehi sawise MA 50 jam ditampilake ing Fig.6a-d, mungguh.Sawise tahap grinding iki, kabeh conto karo konsentrasi Zr beda duwe struktur amorf karo pola difusi halo karakteristik ditampilake ing Fig. 6.
Pola difraksi sinar-X saka bubuk Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), lan Cu50Zr20Ni30 (d) sawise MA suwene 50 jam.Pola difusi halo diamati ing kabeh conto tanpa pangecualian, nuduhake pembentukan fase amorf.
Mikroskopi elektron transmisi emisi medan resolusi dhuwur (FE-HRTEM) digunakake kanggo mirsani owah-owahan struktural lan ngerti struktur lokal bubuk asil saka panggilingan werni ing kaping MA beda.Gambar bubuk sing dipikolehi kanthi metode FE-HRTEM sawise tahap awal (6 jam) lan intermediate (18 jam) bubuk bubuk Cu50Zr30Ni20 lan Cu50Zr40Ni10 ditampilake ing Fig.7a, wae.Miturut gambar lapangan padhang (BFI) bubuk sing dipikolehi sawise 6 jam MA, bubuk kasebut kasusun saka biji-bijian gedhe kanthi wates-wates sing jelas saka unsur fcc-Cu, hcp-Zr, lan fcc-Ni, lan ora ana tandha-tandha pembentukan fase reaksi, kaya sing dituduhake ing Gambar 7a.Kajaba iku, pola difraksi area sing dipilih sing gegandhengan (SADP) sing dijupuk saka wilayah tengah (a) nuduhake pola difraksi sing cetha (Gambar 7b) sing nuduhake anané kristal sing gedhé lan ora ana fase reaktif.
Karakteristik struktural lokal bubuk MA sing dipikolehi sawise tahap awal (6 jam) lan intermediate (18 jam).(a) Mikroskopi elektron transmisi emisi medan resolusi dhuwur (FE-HRTEM) lan (b) difraktogram area sing dipilih (SADP) bubuk Cu50Zr30Ni20 sing cocog sawise perawatan MA sajrone 6 jam.Gambar FE-HRTEM saka Cu50Zr40Ni10 sing dipikolehi sawise MA 18 jam ditampilake ing (c).
Kaya sing dituduhake ing anjir.7c, Tambah ing durasi MA kanggo 18 h mimpin kanggo cacat kisi serius ing kombinasi karo deformasi plastik.Ing tahap penengah proses MA iki, macem-macem cacat katon ing bubuk, kalebu kesalahan tumpukan, cacat kisi, lan cacat titik (Gambar 7).Cacat kasebut nyebabake fragmentasi biji-bijian gedhe ing sadawane wates butir dadi subgrain sing ukurane luwih cilik tinimbang 20 nm (Gambar 7c).
Struktur lokal bubuk Cu50Z30Ni20 sing digiling kanggo 36 h MA ditondoi kanthi pembentukan nanograin ultrafine sing ditempelake ing matriks tipis amorf, kaya sing ditampilake ing Gambar 8a.Analisis lokal saka EMF nuduhake yen nanocluster ditampilake ing Fig.8a digandhengake karo paduan bubuk Cu, Zr lan Ni sing ora diolah.Isi Cu ing matriks beda-beda saka ~ 32 ing.% (zona miskin) nganti ~ 74 ing.% (zona sugih), sing nuduhake pembentukan produk heterogen.Kajaba iku, SADPs cocog saka wêdakakêna dijupuk sawise panggilingan ing langkah iki nuduhake dering fase amorf difusi halo-difusi primer lan sekunder tumpang tindih karo TCTerms cetha gadhah unsur alloying untreated iki, minangka ditampilake ing Fig. 8b.
Fitur struktur lokal skala nano saka bubuk Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20.(a) Gambar lapangan padhang (BFI) lan cocog (b) SADP saka bubuk Cu50Zr30Ni20 sing dipikolehi sawise panggilingan kanggo 36 h MA.
Ing pungkasan proses MA (50 h), Cu50 (Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, lan 40 at.% bubuk, tanpa istiméwa, duwe morfologi labirin saka phase amorf, minangka ditampilake ing Fig.Ora ana difraksi titik utawa pola annular sing cetha bisa dideteksi ing SADS sing cocog kanggo saben komposisi.Iki nuduhake ora ana logam kristal sing ora diolah, nanging pembentukan bubuk paduan amorf.SADP sing ana hubungane sing nuduhake pola difusi halo uga digunakake minangka bukti kanggo pangembangan fase amorf ing materi produk pungkasan.
Struktur lokal produk akhir sistem Cu50 MS (Zr50-xNix).FE-HRTEM lan pola difraksi nanobeam hubungane (NBDP) saka (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, lan (d) Cu50Zr10Ni40 dipikolehi sawise 50 jam MA.
Nggunakake calorimetry pemindaian diferensial, stabilitas termal saka suhu transisi kaca (Tg), wilayah cairan supercooled (ΔTx) lan suhu kristalisasi (Tx) ditliti gumantung saka isi Ni (x) ing sistem amorf Cu50 (Zr50-xNix).(DSC) ing aliran gas He.Kurva DSC bubuk saka Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, lan Cu50Zr10Ni40 wesi amorf sing dipikolehi sawise MA kanggo 50 h ditampilake ing Fig.10a, b, e.Nalika kurva DSC saka Cu50Zr20Ni30 amorf ditampilake kanthi kapisah ing Fig. abad kaping 10 Kangge, sampel Cu50Zr30Ni20 digawe panas nganti ~ 700 ° C ing DSC ditampilake ing Fig. 10g.
Stabilitas termal bubuk Cu50(Zr50-xNix) MG sing dipikolehi sawise MA sajrone 50 jam ditemtokake dening suhu transisi kaca (Tg), suhu kristalisasi (Tx) lan wilayah cairan supercooled (ΔTx).Termogram bubuk kalorimeter pemindaian diferensial (DSC) Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), lan (e) bubuk paduan Cu50Zr10Ni40 MG sawise MA suwene 50 jam.Pola difraksi sinar-X (XRD) saka sampel Cu50Zr30Ni20 sing dipanasake nganti ~700 ° C ing DSC ditampilake ing (d).
Kaya sing ditampilake ing Gambar 10, kurva DSC kanggo kabeh komposisi kanthi konsentrasi nikel sing beda (x) nuduhake rong kasus sing beda, siji endotermik lan eksotermik liyane.Acara endotermik pisanan cocog karo Tg, lan sing kapindho digandhengake karo Tx.Area span horisontal sing ana ing antarane Tg lan Tx diarani area cairan subcooled (ΔTx = Tx – Tg).Asil nuduhake yen Tg lan Tx saka sampel Cu50Zr40Ni10 (Gbr. 10a) diselehake ing 526 ° C lan 612 ° C mindhah isi (x) nganti 20 ing % menyang sisih suhu kurang saka 482 ° C lan 563 ° C.°C kanthi nambah isi Ni (x), mungguh, minangka ditampilake ing Figure 10b.Akibaté, ΔTx Cu50Zr40Ni10 mudhun saka 86 ° C (Gambar 10a) dadi 81 ° C kanggo Cu50Zr30Ni20 (Gambar 10b).Kanggo paduan MC Cu50Zr40Ni10, penurunan nilai Tg, Tx, lan ΔTx nganti tingkat 447 ° C, 526 ° C, lan 79 ° C uga diamati (Gambar 10b).Iki nuduhake yen Tambah ing isi Ni ndadékaké kanggo nyuda ing stabilitas termal saka MS alloy.Kosok baline, nilai Tg (507 ° C) saka paduan MC Cu50Zr20Ni30 luwih murah tinimbang paduan MC Cu50Zr40Ni10;Nanging, Tx nuduhake nilai sing bisa dibandhingake (612 °C).Mulane, ΔTx nduweni nilai sing luwih dhuwur (87°C) kaya sing dituduhake ing anjir.abad kaping 10
Sistem Cu50(Zr50-xNix) MC, nggunakake alloy Cu50Zr20Ni30 MC minangka conto, crystallizes liwat puncak exothermic cetha menyang fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, lan ortorombik-ZrNi fase kristal (Fig. 10c).Transisi fase iki saka amorf menyang kristal dikonfirmasi dening analisis difraksi sinar-X saka sampel MG (Fig. 10d) sing digawe panas nganti 700 ° C ing DSC.
Ing anjir.11 nuduhake foto sing dijupuk sajrone proses semprotan kadhemen sing ditindakake ing karya saiki.Ing panliten iki, partikel bubuk kaca logam sing disintesis sawise MA sajrone 50 jam (nggunakake Cu50Zr20Ni30 minangka conto) digunakake minangka bahan baku antibakteri, lan piring baja tahan karat (SUS304) dilapisi semprotan kadhemen.Cara semprotan kadhemen dipilih kanggo lapisan ing seri teknologi semprotan termal amarga minangka cara sing paling efisien ing seri teknologi semprotan termal sing bisa digunakake kanggo bahan sensitif panas metastabil metalik kayata bubuk amorf lan nanocrystalline.Ora kena fase.transisi.Iki minangka faktor utama kanggo milih metode iki.Proses deposisi kadhemen ditindakake kanthi nggunakake partikel kecepatan dhuwur sing ngowahi energi kinetik partikel dadi deformasi plastik, deformasi lan panas nalika kena pengaruh karo substrat utawa partikel sing disimpen sadurunge.
Foto lapangan nuduhake prosedur semprotan adhem sing digunakake kanggo limang preparat berturut-turut MG/SUS 304 ing 550°C.
Energi kinetik partikel, uga momentum saben partikel sajrone pambentukan lapisan, kudu diowahi dadi bentuk energi liyane liwat mekanisme kayata deformasi plastik (partikel primer lan interaksi antarpartikel ing matriks lan interaksi partikel), knot interstitial saka padhet, rotasi antarane partikel, deformasi lan mbatesi kabeh energi panas ing 3. energi deformasi, asil bakal tabrakan elastis, kang tegese partikel mung mumbul sawise impact.Wis dicathet yen 90% energi impact sing ditrapake ing materi partikel / substrat diowahi dadi panas lokal 40 .Kajaba iku, nalika kaku impact diterapake, tingkat regangan plastik dhuwur digayuh ing wilayah kontak partikel / substrat ing wektu cendhak banget41,42.
Deformasi plastik biasane dianggep minangka proses disipasi energi, utawa luwih, minangka sumber panas ing wilayah antarmuka.Nanging, kenaikan suhu ing wilayah antarmuka biasane ora cukup kanggo kedadeyan leleh antarmuka utawa stimulasi sing signifikan saka difusi bebarengan atom.Ora ana publikasi sing dikawruhi penulis sing nyelidiki efek saka bubuk vitreous metalik kasebut ing adhesi bubuk lan pengendapan nalika nggunakake teknik semprotan kadhemen.
BFI saka bubuk paduan MG Cu50Zr20Ni30 bisa dideleng ing Gambar 12a, sing disimpen ing substrat SUS 304 (Gambar 11, 12b).Kaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, bubuk sing dilapisi tetep struktur amorf asli amarga duwe struktur labirin sing alus tanpa fitur kristal utawa cacat kisi.Ing sisih liya, gambar kasebut nuduhake anané fase manca, minangka bukti saka nanopartikel sing kalebu ing matriks bubuk MG-dilapisi (Gambar 12a).Gambar 12c nuduhake pola difraksi nanobeam indeks (NBDP) sing digandhengake karo wilayah I (Gambar 12a).Kaya sing dituduhake ing anjir.12c, NBDP nuduhake pola difusi halo sing ringkih saka struktur amorf lan urip bebarengan karo titik-titik cetha sing cocog karo fase Zr2Ni metastabil kubik gedhe lan fase CuO tetragonal.Pembentukan CuO bisa diterangake kanthi oksidasi bubuk nalika pindhah saka nozzle gun semprotan menyang SUS 304 ing udhara mbukak kanthi aliran supersonik.Ing sisih liya, devitrifikasi bubuk kaca logam ngasilake fase kubik gedhe sawise perawatan semprotan kadhemen ing 550 ° C suwene 30 menit.
(a) Gambar FE-HRTEM bubuk MG sing disimpen ing (b) substrat SUS 304 (Gambar inset).Indeks NBDP simbol babak ditampilake ing (a) ditampilake ing (c).
Kanggo nguji mekanisme potensial iki kanggo pambentukan nanopartikel Zr2Ni kubik gedhe, eksperimen independen ditindakake.Ing eksperimen iki, bubuk disemprotake saka atomizer ing 550 ° C ing arah substrat SUS 304;Nanging, kanggo nemtokake efek anil, wêdakakêna dicopot saka strip SUS304 kanthi cepet (kira-kira 60 detik).).Seri eksperimen liyane ditindakake ing ngendi wêdakakêna dibusak saka substrat kira-kira 180 detik sawise aplikasi.
Tokoh 13a, b nuduhake Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) gambar lapangan peteng (DFI) saka rong bahan sputtered setor ing substrat SUS 304 kanggo 60 s lan 180 s, mungguh.Gambar bubuk sing disimpen sajrone 60 detik ora duwe rincian morfologis, nuduhake tanpa fitur (Gambar 13a).Iki uga dikonfirmasi dening XRD, sing nuduhake yen struktur sakabèhé bubuk iki amorf, kaya sing dituduhake dening puncak difraksi primer lan sekunder sing wiyar sing ditampilake ing Gambar 14a.Iki nuduhake ora ana precipitates metastabil / mesophase, ing endi bubuk nahan struktur amorf asli.Ing kontras, wêdakakêna setor ing suhu padha (550 ° C) nanging ditinggalake ing substrat kanggo 180 s nuduhake deposition saka biji nanosized, minangka ditampilake dening panah ing Fig. 13b.