Merci fir besicht Nature.com.D'Browser Versioun déi Dir benotzt huet limitéiert CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).An der Tëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir de Site ouni Stiler a JavaScript maachen.
Biofilme sinn e wichtege Bestanddeel an der Entwécklung vu chroneschen Infektiounen, besonnesch wann et ëm medizinesch Geräter geet.Dëse Problem stellt eng rieseg Erausfuerderung fir d'medezinesch Gemeinschaft vir, well Standard Antibiotike kënnen Biofilmer nëmme ganz limitéiert zerstéieren.D'Préventioun vu Biofilmbildung huet zu der Entwécklung vu verschiddene Beschichtungsmethoden an neie Materialien gefouert.Dës Techniken zielen d'Surfaces op eng Manéier ze beschichten déi d'Bildung vu Biofilm verhënnert.Vitreous Metalllegierungen, besonnesch déi, déi Kupfer- an Titanmetalle enthalen, sinn ideal antimikrobiell Beschichtungen ginn.Zur selwechter Zäit ass d'Benotzung vu kale Spraytechnologie eropgaang, well et eng passend Method ass fir Temperaturempfindlech Materialien ze veraarbecht.En Deel vum Zil vun dëser Fuerschung war en neien antibakterielle Film metallescht Glas ze entwéckelen, deen aus Cu-Zr-Ni ternär komponéiert ass mat mechanesche Legierungstechniken.De kugelfërmege Pulver, deen d'Endprodukt ausmécht, gëtt als Rohmaterial benotzt fir kal Sprayéiere vun Edelstahlflächen bei niddregen Temperaturen.Metal Glas Beschichtete Substrate konnten d'Biofilmbildung wesentlech reduzéieren duerch op d'mannst 1 Log am Verglach zum Edelstol.
Wärend der mënschlecher Geschicht ass all Gesellschaft fäeg d'Aféierung vun neie Materialien z'entwéckelen an ze förderen fir seng spezifesch Ufuerderungen z'erreechen, wat zu enger erhéiter Produktivitéit a Ranking an enger globaliséierter Economie resultéiert1.Et gouf ëmmer un der mënschlecher Fäegkeet zougeschriwwen Materialien a Fabrikatiounsausrüstung ze designen, souwéi Designen fir Materialien ze fabrizéieren an ze charakteriséieren fir Gesondheet, Educatioun, Industrie, Wirtschaft, Kultur an aner Felder vun engem Land oder Regioun an en anert z'erreechen.De Fortschrëtt gëtt gemooss onofhängeg vu Land oder Regioun2.Zënter 60 Joer hunn d'Materialwëssenschaftler vill Zäit fir eng Haaptaufgab gewidmet: d'Sich no neien a fortgeschratt Materialien.Déi rezent Fuerschung huet sech op d'Verbesserung vun der Qualitéit an der Leeschtung vun existente Materialien konzentréiert, souwéi d'Synthetiséierung an d'Erfindung vun ganz neien Materialien.
D'Zousatz vun Legierungselementer, d'Modifikatioun vun der Mikrostruktur vum Material an d'Applikatioun vun thermeschen, mechanesche oder thermomechanesche Behandlungsmethoden hunn zu enger wesentlecher Verbesserung vun de mechanesche, chemeschen a physikaleschen Eegeschafte vu verschiddene Materialien gefouert.Ausserdeem goufen bis elo onbekannte Verbindungen erfollegräich synthetiséiert.Dës persistent Efforten hunn eng nei Famill vun innovative Materialien entstanen, kollektiv bekannt als Advanced Materials2.Nanokristaller, Nanopartikelen, Nanotubes, Quantepunkter, nulldimensional, amorph metallesch Brëller, an héichentropie Legierungen sinn nëmmen e puer Beispiller vu fortgeschratt Materialien, déi zënter der Mëtt vum leschte Joerhonnert op der Welt opgetaucht sinn.Bei der Fabrikatioun an der Entwécklung vun neien Legierungen mat verbesserte Properties, souwuel am Endprodukt wéi och an der Zwëschenstadie vu senger Produktioun, gëtt dacks de Problem vun der Unbalance bäigefüügt.Als Resultat vun der Aféierung vun neie Fabrikatiounstechniken déi bedeitend Ofwäichunge vum Gläichgewiicht erlaben, gouf eng ganz nei Klass vu metastabile Legierungen, bekannt als metallesche Brëller, entdeckt.
Seng Aarbecht um Caltech an 1960 revolutionéiert d'Konzept vun Metal Alliagen wann hien synthetiséiert Au-25 at.% Si glassy Alliagen duerch séier solidifying Flëssegkeeten op bal eng Millioun Grad pro Sekonn.4 De Professer Paul Duves seng Entdeckung markéiert net nëmmen den Ufank vun der Geschicht Metal Brëller (MS), mee huet och zu engem Paradigmewiessel gefouert wéi d'Leit iwwer Metalllegierungen denken.Zënter der alleréischt Pionéierfuerschung an der Synthese vu MS Legierungen sinn bal all metallesch Brëller komplett mat enger vun de folgende Methoden kritt: (i) séier Verstäerkung vun der Schmelz oder Damp, (ii) Atomgitter Stéierungen, (iii) Feststoff-Amorphiséierungsreaktiounen tëscht reinen metalleschen Elementer an (iv) Festphasetransitioune vu metastabile Phasen.
MGs ënnerscheede sech duerch d'Feele vu laangfristeg atomarer Uerdnung verbonne mat Kristalle, wat eng definéierend Charakteristik vu Kristalle ass.An der moderner Welt ass grouss Fortschrëtter am Beräich vum metallesche Glas gemaach ginn.Dëst sinn nei Materialien mat interessanten Eegeschaften, déi net nëmme fir Feststoffphysik interesséiert sinn, awer och fir Metallurgie, Uewerflächechemie, Technologie, Biologie a vill aner Beräicher.Dës nei Zort Material huet Eegeschaften déi ënnerschiddlech vun haarde Metalle sinn, sou datt et en interessante Kandidat fir technologesch Uwendungen a ville Beräicher mécht.Si hunn e puer wichteg Eegeschaften: (i) héich mechanesch Duktilitéit an nozeginn Kraaft, (ii) héich magnetesch Permeabilitéit, (iii) niddereg coercivity, (iv) ongewéinlech corrosion Resistenz, (v) Temperatur Onofhängegkeet.Konduktivitéit 6.7.
Mechanesch Legierung (MA)1,8 ass eng relativ nei Method, déi fir d'éischt 19839 vum Prof. KK Kok a senge Kollegen agefouert gouf.Si hunn amorph Ni60Nb40 Puder produzéiert andeems se eng Mëschung aus reinen Elementer bei Ëmfeldtemperatur ganz no bei Raumtemperatur schleifen.Typesch gëtt d'MA Reaktioun tëscht Diffusiounsverbindung vu Reaktantpulver an engem Reaktor duerchgefouert, normalerweis aus Edelstol, an eng Kugelmillen.10 (Fig. 1a, b).Zënterhier ass dës mechanesch induzéiert Feststoffreaktiounsmethod benotzt fir nei amorph / metallesch Glaslegierungspulver ze preparéieren mat nidderegen (Fig. 1c) an héich Energie Kugelmillen a Staangmillen11,12,13,14,15,16.Besonnesch dës Method gouf benotzt fir immiscible Systemer wéi Cu-Ta17 wéi och héich Schmelzpunkt Legierungen wéi Al-Iwwergangsmetall (TM, Zr, Hf, Nb an Ta) 18,19 a Fe-W20 Systemer ze preparéieren., déi net mat konventionelle Kachmethoden kritt kënne ginn.Zousätzlech gëtt MA als ee vun de mächtegsten nanotechnologeschen Tools fir d'Produktioun vun der industrieller Skala vun Nanokristallin an Nanokompositt Pulverpartikele vu Metalloxiden, Karbiden, Nitriden, Hydriden, Kuelestoff Nanotubes, Nanodiamanten, souwéi breet Stabiliséierung mat enger Top-Down Approche ugesinn.1 an metastabil Etappen.
Schematesch weist d'Fabrikatiounsmethod benotzt fir d'Cu50 (Zr50-xNix) / SUS 304 metallesch Glasbeschichtung an dëser Etude ze preparéieren.(a) Virbereedung vu MC Legierungspulver mat verschiddene Konzentratioune vu Ni x (x; 10, 20, 30, a 40 at.%) mat der Low-Energy Ball Milling Method.(a) D'Ausgangsmaterial gëtt an en Toolzylinder zesumme mat Tool Stahlbäll gelueden an (b) an engem He Atmosphär gefëllte Handschueschkëscht versiegelt.(c) Transparent Modell vum Schleifbehälter illustréiert d'Bewegung vum Ball beim Schleifen.D'Finale Pulverprodukt, deen no 50 Stonnen kritt gouf, gouf benotzt fir de SUS 304-Substrat (d) kal ze sprayen.
Wann et ëm Bulkmaterial Surfaces (Substrater) geet, ëmfaasst Uewerflächentechnik den Design an d'Modifikatioun vun Surfaces (Substraten) fir gewësse physesch, chemesch an technesch Eegeschaften ze bidden, déi net am ursprénglechen Bulkmaterial präsent sinn.E puer vun den Eegeschaften, déi effektiv duerch Uewerflächebehandlung verbessert kënne ginn, enthalen Abrasioun, Oxidatioun a Korrosiounsbeständegkeet, Reibungskoeffizient, Bioinertheet, elektresch Eegeschaften an thermesch Isolatioun, fir nëmmen e puer ze nennen.D'Uewerflächqualitéit kann duerch metallurgesch, mechanesch oder chemesch Methoden verbessert ginn.Als bekannte Prozess ass d'Beschichtung einfach definéiert als eng oder méi Schichten vu Material, déi kënschtlech op d'Uewerfläch vun engem Bulkobjekt (Substrat) aus engem anere Material applizéiert ginn.Also, Beschichtungen ginn zum Deel benotzt fir gewënschte technesch oder dekorativ Eegeschaften z'erreechen, souwéi Materialien ze schützen géint erwaart chemesch a kierperlech Interaktiounen mat der Ëmwelt23.
Eng Vielfalt vu Methoden an Technike kënne benotzt ginn fir gëeegent Schutzschichten vun e puer Mikrometer (ënner 10-20 Mikrometer) op méi wéi 30 Mikrometer oder souguer e puer Millimeter an der Dicke anzesetzen.Am Allgemengen kënnen Beschichtungsprozesser an zwou Kategorien opgedeelt ginn: (i) naass Beschichtungsmethoden, dorënner Elektropletterung, Elektroplatéieren, a waarm Dip-Verzinking, an (ii) dréchen Beschichtungsmethoden, dorënner Löt, Hardfacing, kierperlech Dampdepositioun (PVD).), chemesch Dampdepositioun (CVD), thermesch Spraytechniken a méi kierzlech kal Spraytechniken 24 (Figur 1d).
Biofilme ginn definéiert als mikrobielle Gemeinschaften, déi irreversibel un Surfaces befestegt sinn an ëmgi vu selbstproduzéierten extrazelluläre Polymeren (EPS).D'Bildung vun engem iwwerflächlech reife Biofilm kann zu bedeitende Verloschter a ville Industrien féieren, dorënner d'Liewensmëttelveraarbechtung, Waassersystemer a Gesondheetsariichtung.Bei Mënschen, mat der Bildung vu Biofilmen, si méi wéi 80% vu Fäll vu mikrobiellen Infektiounen (inklusiv Enterobacteriaceae a Staphylokokken) schwéier ze behandelen.Zousätzlech goufen reife Biofilme gemellt fir 1000 Mol méi resistent géint Antibiotikbehandlung am Verglach mat planktonesche Bakterienzellen ze sinn, wat als eng grouss therapeutesch Erausfuerderung ugesi gëtt.Historesch sinn antimikrobial Uewerflächbeschichtungsmaterialien ofgeleet aus allgemengen organesche Verbindunge benotzt ginn.Och wann esou Materialien dacks gëfteg Komponenten enthalen, déi potenziell schiedlech fir Mënschen sinn,25,26 kann dëst hëllefen, bakteriell Iwwerdroung a Materialdegradatioun ze vermeiden.
Breet bakteriell Resistenz géint Antibiotikebehandlung wéinst der Biofilmbildung huet zu der Bedierfnes gefouert fir eng effektiv antimikrobiell Membranbeschichtete Uewerfläch z'entwéckelen, déi sécher applizéiert ka ginn27.D'Entwécklung vun enger kierperlecher oder chemescher Anti-Klebstoff Uewerfläch, un déi Bakterienzellen net kënnen binden a Biofilme bilden wéinst Adhäsioun ass déi éischt Approche an dësem Prozess27.Déi zweet Technologie ass d'Beschichtungen z'entwéckelen déi antimikrobial Chemikalien liwweren genau wou se gebraucht ginn, an héich konzentréierten a personaliséierte Quantitéiten.Dëst gëtt erreecht duerch d'Entwécklung vun eenzegaartege Beschichtungsmaterialien wéi Graphen / Germanium28, Black Diamond29 an ZnO30-dotéiert diamantähnlech Kuelebeschichtungen déi resistent géint Bakterien sinn, eng Technologie déi d'Entwécklung vun der Toxizitéit a Resistenz maximéiert wéinst der Biofilmbildung.Zousätzlech ginn d'Beschichtungen mat germicidesche Chemikalien, déi laangfristeg Schutz géint bakteriell Kontaminatioun ubidden, ëmmer méi populär.Wärend all dräi Prozedure fäeg sinn antimikrobiell Aktivitéit op Beschichtete Flächen auszeüben, huet jidderee seng eege Set vu Aschränkungen, déi berücksichtegt ginn wann Dir eng Applikatiounsstrategie entwéckelt.
D'Produkter déi momentan um Maart sinn behënnert vum Mangel un Zäit fir Schutzbeschichtungen fir biologesch aktiv Zutaten ze analyséieren an ze testen.Firmen behaapten datt hir Produkter de Benotzer déi gewënschte funktionell Aspekter ubidden, awer dëst ass en Hindernis fir den Erfolleg vun de Produkter déi momentan um Maart sinn.D'Verbindungen aus Sëlwer ofgeleet ginn an der grousser Majoritéit vun Antimikrobiellen benotzt déi momentan fir Konsumenten verfügbar sinn.Dës Produkter sinn entwéckelt fir d'Benotzer vu potenziell schiedlecher Belaaschtung vu Mikroorganismen ze schützen.De verspéiten antimikrobiellen Effekt an d'assoziéiert Toxizitéit vu Sëlwerverbindungen erhéijen den Drock op d'Fuerscher fir eng manner schiedlech Alternativ z'entwéckelen36,37.Eng global antimikrobiell Beschichtung ze kreéieren déi bannen a baussen funktionnéiert bleift eng Erausfuerderung.Dëst kënnt mat verbonne Gesondheets- a Sécherheetsrisiken.En antimikrobiellen Agent z'entdecken deen manner schiedlech ass fir d'Mënschen an erauszefannen wéi een et an Beschichtungssubstrater mat enger méi laanger Haltbarkeet integréiert ass e vill gesichte Goal38.Déi lescht antimikrobiell an antibiofilm Materialien sinn entwéckelt fir Bakterien op enger Distanz ëmzebréngen entweder duerch direkte Kontakt oder no der Verëffentlechung vum aktive Agent.Si kënnen dat maachen andeems se initial bakteriell Adhäsioun hemmen (och d'Verhënnerung vun der Bildung vun enger Proteinschicht op der Uewerfläch) oder andeems se Bakterien ëmbréngen andeems se mat der Zellmauer interferéieren.
Wesentlech ass Uewerflächebeschichtung de Prozess fir eng aner Schicht op d'Uewerfläch vun engem Komponent z'applizéieren fir d'Uewerflächeeigenschaften ze verbesseren.Den Zweck vun enger Uewerflächebeschichtung ass d'Mikrostruktur an / oder d'Zesummesetzung vun der Géigend vun der Uewerfläch vun enger Komponent z'änneren39.Surface Beschichtungsmethoden kënnen a verschidde Methoden opgedeelt ginn, déi an der Fig. 2a zesummegefaasst ginn.Beschichtungen kënnen an thermesch, chemesch, physesch an elektrochemesch Kategorien opgedeelt ginn ofhängeg vun der Method déi benotzt gëtt fir d'Beschichtung ze kreéieren.
(a) Eng Inset déi d'Haaptrei Uewerfläch Fabrikatioun Techniken weist, an (b) ausgewielt Virdeeler an Nodeeler vun der kal Spraydousen Method.
Kale Spray Technologie huet vill gemeinsam mat traditionelle Thermal Spraytechniken.Wéi och ëmmer, et ginn och e puer wesentlech fundamental Eegeschaften déi de kale Sprayprozess a kale Spraymaterial besonnesch eenzegaarteg maachen.Kale Spray Technologie ass nach a senger Kandheet, awer et huet eng grouss Zukunft.An e puer Fäll bidden d'eenzegaarteg Eegeschafte vu kale Sprayéiere grouss Virdeeler, iwwerwannen d'Aschränkungen vun konventionelle thermesche Spraytechniken.Et iwwerwannt déi bedeitend Aschränkungen vun der traditioneller thermescher Spraytechnologie, an där de Pulver muss geschmollt ginn fir op e Substrat deposéiert ze ginn.Natierlech ass dësen traditionelle Beschichtungsprozess net gëeegent fir ganz Temperaturempfindlech Materialien wéi Nanokristallen, Nanopartikelen, amorphen a metallesche Brëller40, 41, 42. Ausserdeem hunn d'thermesch Spraybeschichtungsmaterialien ëmmer en héije Niveau vu Porositéit an Oxiden.Kale Spraytechnologie huet vill bedeitend Virdeeler iwwer thermesch Spraytechnologie, wéi (i) minimal Hëtztinput zum Substrat, (ii) Flexibilitéit bei der Auswiel vun der Substratbeschichtung, (iii) keng Phasetransformatioun a Getreidewachstum, (iv) héich Klebstoffstäerkt1 .39 (Fig. 2b).Zousätzlech hunn kal Spraybeschichtungsmaterialien eng héich Korrosiounsbeständegkeet, héich Kraaft an Hardness, héich elektresch Konduktivitéit an héich Dicht41.Trotz de Virdeeler vum kale Sprayprozess huet dës Method nach ëmmer e puer Nodeeler, wéi an der Figur 2b.Wann Dir reng Keramikpulver wéi Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, asw., kann d'Kälte Spraymethod net benotzt ginn.Op der anerer Säit kënnen Keramik / Metall Kompositpulver als Rohmaterial fir Beschichtungen benotzt ginn.Datselwecht gëlt fir aner thermesch Spraymethoden.Schwiereg Flächen a Päifeninterieur sinn nach ëmmer schwéier ze sprëtzen.
Bedenkt datt déi haiteg Aarbecht op d'Benotzung vu metallesche Glaspuder als Ausgangsmaterial fir Beschichtungen riicht ass, ass et kloer datt konventionell thermesch Sprayen net fir dësen Zweck benotzt kënne ginn.Dëst ass wéinst der Tatsaach, datt metallesch Glasfaserpuder bei héijen Temperaturen kristalliséieren1.
Déi meescht vun den Instrumenter, déi an der medizinescher a Liewensmëttelindustrie benotzt ginn, ginn aus austeniteschen Edelstahllegierungen (SUS316 an SUS304) mat engem Chromgehalt vun 12 bis 20 gew.% fir d'Produktioun vun chirurgeschen Instrumenter gemaach.Et gëtt allgemeng ugeholl datt d'Benotzung vu Chrommetall als Legierungselement a Stahllegierungen d'Korrosiounsbeständegkeet vu Standard Stahllegierungen wesentlech verbesseren kann.Edelstahllegierungen, trotz hirer héijer Korrosiounsbeständegkeet, hu keng bedeitend antimikrobial Properties38,39.Dëst kontrastéiert mat hirer héijer Korrosiounsbeständegkeet.Duerno ass et méiglech d'Entwécklung vun der Infektioun an der Entzündung virauszesoen, déi haaptsächlech wéinst der bakterieller Adhäsioun a Kolonisatioun op der Uewerfläch vun Edelstahl Biomaterialien sinn.Bedeitend Schwieregkeete kënnen entstoen wéinst de bedeitende Schwieregkeeten, déi mat bakterieller Adhäsioun a Biofilmbildungsweeër verbonne sinn, wat zu enger schlechter Gesondheet féieren kann, wat vill Konsequenzen hunn, déi direkt oder indirekt d'mënschlech Gesondheet beaflosse kënnen.
Dës Etude ass déi éischt Phas vun engem Projet finanzéiert vun der Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), Kontrakt Nr.2010-550401, fir d'Machbarkeet z'ënnersichen fir metallesch glaseg Cu-Zr-Ni ternary Puder mat MA Technologie ze produzéieren (Tabelle).1) Fir d'Produktioun vun SUS304 antibakteriell Uewerfläch Schutzfilm / Beschichtung.Déi zweet Phas vum Projet, fir am Januar 2023 ze starten, wäert am Detail d'galvanesch Korrosiounseigenschaften an d'mechanesch Eegeschafte vum System studéieren.Detailléiert mikrobiologesch Tester fir verschidden Aarte vu Bakterien ginn duerchgefouert.
Dësen Artikel diskutéiert den Effet vum Zr Legierung Inhalt op d'Glasbildungsfäegkeet (GFA) baséiert op morphologeschen a strukturelle Charakteristiken.Zousätzlech goufen d'antibakteriell Eegeschafte vum pulverbeschichtete Metallglas / SUS304 Komposit och diskutéiert.Zousätzlech goufe lafend Aarbecht duerchgefouert fir d'Méiglechkeet vun der struktureller Transformatioun vu metallesche Glaspuder z'ënnersichen, déi während kale Sprayen an der supergekillter Flëssegregioun vu fabrizéierte metallesche Glassystemer optrieden.Cu50Zr30Ni20 an Cu50Zr20Ni30 metallesch Glaslegierungen goufen als representativ Beispiller an dëser Etude benotzt.
Dës Sektioun stellt d'morphologesch Verännerungen an de Puder vun elementarem Cu, Zr an Ni wärend der Low-Energy Ball Milling.Zwee verschidde Systemer, déi aus Cu50Zr20Ni30 an Cu50Zr40Ni10 besteet, ginn als Illustratiouns Beispiller benotzt.De MA-Prozess kann an dräi getrennten Etappen opgedeelt ginn, wéi beweist duerch d'metallographesch Charakteriséierung vum Pulver, deen an der Schleifstufe kritt (Fig. 3).
Metallographesch Charakteristike vu Pulver vu mechanesche Legierungen (MA) kritt no verschiddene Stadien vu Kugelschleifen.Feld Emissioun Scannen Elektronen Mikroskopie (FE-SEM) Biller vun MA an Cu50Zr40Ni10 Pudder kritt no niddereg Energie Ball milling fir 3, 12 an 50 Stonnen sinn an (a), (c) an (e) fir de Cu50Zr20Ni30 System gewisen, iwwerdeems op der selwechter MA.Déi entspriechend Biller vum Cu50Zr40Ni10 System no Zäit geholl ginn an (b), (d), an (f).
Während der Kugelfräsung gëtt déi effektiv kinetesch Energie, déi op d'Metallpulver transferéiert ka ginn, duerch eng Kombinatioun vu Parameteren beaflosst, wéi an der Fig.Dëst beinhalt Kollisiounen tëscht Bäll a Puder, Schéierkompressioun vu Pulver, déi tëscht oder tëscht Schleifmedien hänke bliwwen ass, Auswierkunge vu falende Bäll, Schéier a Verschleiung verursaacht duerch Pudderzitt tëscht de bewegende Kierper vun enger Kugelmillen, an eng Schockwelle, déi duerch fällend Bäll passéiert, déi duerch geluede Kultur propagéieren (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr a Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии Манней стадии Манковичоза (3 п), рупных частиц порошка (> 1 mm в диаметре). D'Elemental Cu, Zr, an Ni Pudder sech schwéier deforméiert wéinst kal Schweess op eng fréi Etapp vun MA (3 h), déi zu der Formatioun vun grouss Pudder Deelchen gefouert (> 1 mm Duerchmiesser).Dës grouss Kompositpartikelen si charakteriséiert duerch d'Bildung vun décke Schichten vun Legierungselementer (Cu, Zr, Ni), wéi an der Fig.3 a,b.Eng Erhéijung vun der MA Zäit op 12 h (Zwëschenstadium) huet zu enger Erhéijung vun der kinetescher Energie vun der Kugelmillen gefouert, wat zu der Zersetzung vum Kompositpulver a méi kleng Puder (manner wéi 200 μm) gefouert huet, wéi an der Fig. 3c, Stad.Op dëser Etapp féiert d'applizéiert Schéierkraaft zu der Bildung vun enger neier Metalloberfläche mat dënnen Cu, Zr, Ni Hiweisschichten, wéi an der Figur 3c, d.Als Resultat vun der Schleifen vun de Schichten op der Interface vun de Flakelen entstinn Festphase Reaktiounen mat der Bildung vun neie Phasen.
Um Héichpunkt vum MA Prozess (no 50 h), Flake Metallographie war kaum bemierkenswäert (Fig. 3e, f), a Spigelmetallographie gouf op der poléierter Uewerfläch vum Pulver observéiert.Dëst bedeit datt de MA Prozess ofgeschloss gouf an eng eenzeg Reaktiounsphase erstallt gouf.Déi elementar Zesummesetzung vun de Regiounen, déi an Fig.3e (I, II, III), f, v, vi) goufen mat Feld Emissioun Scannen Elektronen microscopy (FE-SEM) a Kombinatioun mat Energie dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) bestëmmt.(IV).
An der Tabell.2 Elementarkonzentratioune vun Legierungselementer ginn als Prozentsaz vun der Gesamtmass vun all Regioun an Fig.3 e,f.Vergläicht dës Resultater mat den initialen nominale Kompositioune vu Cu50Zr20Ni30 a Cu50Zr40Ni10, déi an der Tabell 1 uginn, weist datt d'Kompositioune vun dësen zwee Endprodukter ganz no bei den nominale Kompositioune sinn.Zousätzlech proposéiere déi relativ Wäerter vun de Komponenten fir d'Regiounen, déi an der Fig.Dëst ass bewisen duerch d'Tatsaach datt et keng Ännerung vun der Zesummesetzung vun enger Regioun an déi aner ass.Dëst weist d'Produktioun vun eenheetleche Legierungspulver wéi an der Tabell 2 gewisen.
FE-SEM micrographs vun der Cu50 (Zr50-xNix) Finale Produit Pudder goufen no 50 MA mol kritt, wéi an der Figur 4a-d gewisen, wou x ass 10, 20, 30 an 40 at.No dësem Schleifschrëtt aggregéiert d'Pudder wéinst dem Van der Waals-Effekt, wat zu der Bildung vu grousse Aggregate féiert, besteet aus ultrafine Partikelen mat engem Duerchmiesser vu 73 bis 126 nm, wéi an der Figur 4.
Morphologesch Charakteristiken vun Cu50 (Zr50-xNix) Puder kritt no 50-Stonn MA.Fir d'Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 Systemer sinn d'FE-SEM Biller vu Puder, déi no 50 MA kritt goufen, respektiv an (a), (b), (c) an (d).
Virun der Luede vun de Pulver an de kale Sprayfeeder goufen se fir d'éischt an analytesch Grad Ethanol fir 15 Minutten sonicated an duerno bei 150 ° C fir 2 Stonnen gedréchent.Dëse Schrëtt muss geholl ginn fir erfollegräich Agglomeratioun ze bekämpfen, wat dacks vill eeschte Probleemer am Beschichtungsprozess verursaacht.Nom Ofschloss vum MA Prozess goufen weider Studien duerchgefouert fir d'Homogenitéit vun den Legierungspulver z'ënnersichen.Op Fig.5a–d weisen FE-SEM Mikrographen an entspriechend EDS Biller vun de Cu, Zr an Ni Legierungselementer vun der Cu50Zr30Ni20 Legierung, respektiv no 50 h Zäit M.Et sollt bemierkt datt d'Legierungspulver, déi no dësem Schrëtt kritt goufen, homogen sinn, well se keng Zesummesetzungsfluktuatiounen iwwer dem Sub-Nanometerniveau weisen, wéi an der Figur 5.
Morphologie a lokal Verdeelung vun Elementer am MG Cu50Zr30Ni20 Puder kritt no 50 MA vun FE-SEM / Energie Dispersive Röntgenspektroskopie (EDS).(a) SEM an Röntgen EDS Imaging vun (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, an (d) Ni-Kα.
D'Röntgen-Diffraktiounsmuster vu mechanesch legéierter Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, an Cu50Zr20Ni30 Puder, déi no 50-Stonn MA kritt goufen, ginn an der Fig.6a-d respektiv.No dëser Schleifstufe hunn all Proben mat verschiddene Zr Konzentratioune amorph Strukture mat charakteristesche Halo Diffusiounsmuster, déi an der Fig.
Röntgendiffraktiounsmuster vun Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), an Cu50Zr20Ni30 (d) Pudder no MA fir 50 h.En Halo-Diffusiounsmuster gouf an all Proben ouni Ausnam beobachtet, wat d'Bildung vun enger amorpher Phase beweist.
Héich Opléisung Feld Emissioun Transmissioun Elektronen Mikroskopie (FE-HRTEM) gouf benotzt fir strukturell Ännerungen ze observéieren an d'lokal Struktur vu Pudder ze verstoen, déi aus Kugelfräsen zu verschiddene MA Zäiten entstinn.Biller vu Puder, déi duerch d'FE-HRTEM Methode no der fréicher (6 h) an der Zwëschenzäit (18 h) Etappe vum Schleifen Cu50Zr30Ni20 a Cu50Zr40Ni10 Puder gezeechent ginn, ginn an de Fig.7a, respektiv.Laut dem hellfeld Bild (BFI) vum Pudder, deen no 6 h MA kritt gëtt, besteet d'Pudder aus grousse Kären mat kloer definéierte Grenze vun den fcc-Cu, hcp-Zr a fcc-Ni Elementer, an et gi keng Unzeeche vun der Bildung vun enger Reaktiounsphase, wéi an der Figur 7a.Zousätzlech, eng korreléiert ausgewielt Beräich Diffraktioun Muster (SADP) aus der Mëtt Regioun geholl (a) réischt eng schaarf Diffraktioun Muster (Figebam. 7b) besot d'Präsenz vun grouss crystallites an d'Feele vun enger reaktiv Phase.
Lokal strukturell Charakteristiken vum MA-Pulver kritt no de fréien (6 h) a mëttleren (18 h) Stadien.(a) Héich Opléisung Feld Emissioun Transmissioun Elektronen Mikroskopie (FE-HRTEM) an (b) entspriechend ausgewielt Beräich Diffractogram (SADP) vun Cu50Zr30Ni20 Pudder no MA Behandlung fir 6 Stonnen.D'FE-HRTEM Bild vun Cu50Zr40Ni10 kritt no 18-Stonn MA gëtt an (c) gewisen.
Wéi an der Fig.7c, eng Erhéijung vun der Dauer vun MA op 18 h gefouert eeschte Gitter Mängel a Kombinatioun mat plastescher Deformatioun.Op dëser Zwëschenzäit vum MA-Prozess erschéngen verschidde Mängel am Pulver, dorënner Stackfehler, Gitterfehler a Punktdefekter (Fig. 7).Dës Mängel verursaachen d'Fragmentatioun vu grousse Käre laanscht d'Käregrenzen a Subgrains méi kleng wéi 20 nm an der Gréisst (Fig. 7c).
D'lokal Struktur vum Cu50Z30Ni20-Pulver, deen fir 36 h MA gemoolt ass, zeechent sech duerch d'Bildung vun ultrafine Nanograins, déi an enger amorpher dënnem Matrix agebonne sinn, wéi an der Fig.Eng lokal Analyse vun der EMF huet gewisen, datt d'Nanocluster an Fig.8a si mat onbehandelt Cu, Zr an Ni Pulverlegierungen assoziéiert.Den Inhalt vu Cu an der Matrix variéiert vu ~32 at.% (arm Zone) bis ~74 at.% (räich Zone), wat d'Bildung vun heterogene Produkter beweist.Zousätzlech weisen déi entspriechend SADPs vun de Pulver, déi nom Fräsen an dësem Schrëtt kritt goufen, primär a sekundär Halo-Diffusioun amorph Phase Réng iwwerlappt mat scharfen Punkten, déi mat dësen onbehandelt Legierungselementer verbonne sinn, wéi an der Fig. 8b.
Nanoskala lokal strukturell Feature vu Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 Pudder.(a) Bright Feld Bild (BFI) an entspriechend (b) SADP vun Cu50Zr30Ni20 Pudder kritt no milling fir 36 h MA.
Um Enn vum MA Prozess (50 h), Cu50 (Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, an 40 at.% Pudder, ouni Ausnam, hunn eng labyrinthine Morphologie vun der amorphous Phase, wéi an Fig.Weder Punktdiffraktioun nach scharf annular Mustere konnten am entspriechende SADS vun all Zesummesetzung festgestallt ginn.Dëst weist d'Feele vun onbehandelt kristallinem Metal un, awer éischter d'Bildung vun engem amorphen Legierungspulver.Dës korreléiert SADPs, déi Halo Diffusiounsmuster weisen, goufen och als Beweis fir d'Entwécklung vun amorphen Phasen am Endproduktmaterial benotzt.
Lokal Struktur vum Endprodukt vum Cu50 MS System (Zr50-xNix).FE-HRTEM a korreléiert Nanobeam-Diffraktiounsmuster (NBDP) vun (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, an (d) Cu50Zr10Ni40 kritt no 50 h MA.
Mat Differentialscanningkalorimetrie gouf d'thermesch Stabilitéit vun der Glasiwwergangstemperatur (Tg), supergekillte Flëssegregioun (ΔTx) a Kristalliséierungstemperatur (Tx) studéiert ofhängeg vum Inhalt vun Ni (x) am Cu50 (Zr50-xNix) amorphem System.(DSC) Eegeschafte am He Gas Flux.D'DSC Kéiren vu Puder vu Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, a Cu50Zr10Ni40 amorphen Legierungen, déi nom MA fir 50 h kritt goufen, ginn an de Fig.10a, b, e, respektiv.Iwwerdeems d'DSC Curve vun amorphous Cu50Zr20Ni30 getrennt am Lalumi gewise 10. Joerhonnert Mëttlerweil, eng Cu50Zr30Ni20 Prouf erhëtzt bis ~ 700 ° C an DSC ass am Lalumi 10g gewisen.
D'thermesch Stabilitéit vun Cu50 (Zr50-xNix) MG Pudder kritt no MA fir 50 Stonnen ass vun der Glas Iwwergangstemperatur (Tg), Kristallisatiounstemperatur (Tx) an supercooled Flëssegket Regioun (ΔTx) bestëmmt.Thermogramme vun Differential Scannen Kalorimeter (DSC) Pudder vun Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), an (e) Cu50Zr10Ni40 MG Legierung Pudder no MA fir 50 Stonnen.En Röntgendiffraktiounsmuster (XRD) vun enger Cu50Zr30Ni20 Probe, déi op ~700 ° C an DSC erhëtzt ass, gëtt an (d) gewisen.
Wéi an der Figur 10 gewisen, weisen d'DSC-Kéiren fir all Kompositioune mat verschiddene Nickelkonzentratioune (x) zwee verschidde Fäll, een endotherm an déi aner exotherm.Dat éischt endothermescht Event entsprécht Tg, an dat zweet ass mat Tx assoziéiert.D'horizontale Spannfläch, déi tëscht Tg an Tx existéiert, gëtt dat ënnergekillte Flëssegkeetsberäich genannt (ΔTx = Tx - Tg).D'Resultater weisen datt d'Tg an Tx vun der Cu50Zr40Ni10 Probe (Fig. 10a) bei 526 ° C an 612 ° C plazéiert den Inhalt (x) bis zu 20 bei % op d'Temperatursäit vun 482 ° C an 563 ° C verschwannen.°C mat erhéijen Ni Inhalt (x), respektiv, wéi an der Figur 10b gewisen.Konsequent reduzéiert ΔTx Cu50Zr40Ni10 vun 86 ° С (Fig. 10a) op 81 ° С fir Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Fir d'MC Cu50Zr40Ni10 Legierung gouf och eng Ofsenkung vun de Wäerter vun Tg, Tx an ΔTx op d'Niveaue vu 447 ° С, 526 ° С, an 79 ° С observéiert (Fig. 10b).Dëst weist datt eng Erhéijung vum Ni Inhalt zu enger Ofsenkung vun der thermescher Stabilitéit vun der MS Legierung féiert.Am Géigendeel, de Wäert vun Tg (507 ° C) vun der MC Cu50Zr20Ni30 Legierung ass manner wéi déi vun der MC Cu50Zr40Ni10 Legierung;trotzdem weist säin Tx e Wäert dee mat him vergläichbar ass (612 °C).Dofir huet ΔTx e méi héije Wäert (87 ° C) wéi an der Fig.10. Joerhonnert
De Cu50(Zr50-xNix) MC System, deen d'Cu50Zr20Ni30 MC Legierung als Beispill benotzt, kristalliséiert duerch e scharfen exothermesche Peak an fcc-ZrCu5, orthorhombesch-Zr7Cu10, an orthorhombesch-ZrNi kristallin Phasen 10cfig.Dëst Phase Iwwergank vun amorphous zu crystalline war vun X-Ray Diffraktioun Analyse vun der MG Prouf (Lalumi 10d) bestätegt déi zu 700 ° C an DSC gehëtzt gouf.
Op Fig.11 weist Fotoen, déi während dem kale Sprayprozess an der aktueller Aarbecht gemaach goufen.An dëser Etude, Metal glassy Pudder Deelchen synthetiséiert no MA fir 50 Stonnen (mat Cu50Zr20Ni30 als Beispill) goufen als antibacterial Matière première benotzt, an engem STAINLESS Stol Plack (SUS304) war kal Spraydousen Beschichtete.D'Kälte Spraymethod gouf fir d'Beschichtung an der Thermal Spray Technologie Serie gewielt well et déi effizientest Method an der Thermal Spray Technologie Serie ass, wou et fir metallesch metastabil Hëtztempfindlech Materialien wéi amorph an nanokristallin Puder benotzt ka ginn.Net ënnerleien zu Phase.Iwwergäng.Dëst ass den Haaptfaktor bei der Auswiel vun dëser Method.De kale Oflagerungsprozess gëtt mat héijer Geschwindegkeetspartikelen duerchgefouert, déi d'kinetesch Energie vun de Partikelen a plastesch Verformung, Verformung an Hëtzt beim Impakt mam Substrat oder virdru deposéierte Partikel konvertéieren.
Feldfotoen weisen déi kal Sprayprozedur fir fënnef successive Virbereedunge vu MG/SUS 304 bei 550°C benotzt.
D'kinetesch Energie vun de Partikelen, souwéi d'Dynamik vun all Partikel während der Bildung vun der Beschichtung, muss an aner Formen vun Energie ëmgewandelt ginn duerch sou Mechanismen wéi Plastiksverformung (primär Partikelen an Interpartikel Interaktiounen an der Matrix an Interaktioune vu Partikelen), interstitiell Knuet vu Feststoffer, Rotatioun tëscht Partikelen, Verformung vun der Hëtzt an der Begrenzung vun der Allergie an der Konvertéierung vun der kintescher Energie an net limitéiert. thermesch Energie an Verformungsenergie, d'Resultat wäert eng elastesch Kollisioun sinn, dat heescht datt d'Partikel einfach nom Impakt sprangen.Et gouf bemierkt datt 90% vun der Impaktenergie, déi op d'Partikel / Substratmaterial applizéiert gëtt, an lokal Hëtzt 40 ëmgewandelt gëtt.Zousätzlech, wann Impakt Stress applizéiert ass, héich Plastik Belaaschtung Tariffer an der Partikel / Substrat Kontakt Regioun an enger ganz kuerzer Zäit erreecht41,42.
Plastesch Verformung gëtt normalerweis als Prozess vun der Energievergëftung ugesinn, oder éischter, als Hëtztquell an der Grenzregioun.Wéi och ëmmer, d'Erhéijung vun der Temperatur an der Grenzregioun ass normalerweis net genuch fir d'Optriede vun der Schmelzfläche oder eng bedeitend Stimulatioun vun der géigesäiteger Diffusioun vun Atomer.Keng Verëffentlechung, déi den Autoren bekannt ass, huet d'Effekt vun den Eegeschafte vun dëse metallesche Glaspärelen op Pudder Adhäsioun a Settlement ënnersicht, déi optrieden wann Dir kal Spraytechniken benotzt.
De BFI vum MG Cu50Zr20Ni30 Legierungspulver kann an der Fig.Wéi kann aus der Figur gesi ginn, behalen d'beschichtete Pulver hir ursprénglech amorph Struktur well se eng delikat Labyrinthstruktur hunn ouni kristallin Features oder Gitterfehler.Op der anerer Säit weist d'Bild d'Präsenz vun enger auslännescher Phase un, wéi beweist duerch d'Nanopartikelen, déi an der MG-beschichteter Pulvermatrix abegraff sinn (Fig. 12a).Figur 12c weist d'indexéiert Nanobeam Diffraktioun Muster (NBDP) verbonne mat Regioun I (Dorënner 12a).Wéi an der Fig.12c, NBDP weist e schwaache Halo-Diffusiounsmuster vun der amorpher Struktur a coexistéiert mat scharfen Flecken entspriechend enger kristalliner grousser kubescher metastabiler Zr2Ni Phase plus eng tetragonal CuO Phase.D'Bildung vu CuO kann duerch d'Oxidatioun vum Pulver erkläert ginn wann Dir vun der Düse vun der Spraypistoul op SUS 304 an der fräier Loft an engem supersonesche Floss beweegt.Op der anerer Säit huet d'Devitrifikatioun vu metallesche Glaspuder zu der Bildung vu grousse kubesche Phasen no der kaler Spraybehandlung bei 550 ° C fir 30 min.
(a) FE-HRTEM Bild vum MG Pudder op (b) SUS 304 Substrat deposéiert (Figure Inset).Den NBDP Index vun der Ronn Symbol an (a) ugewise gëtt an (c).
Fir dëse potenzielle Mechanismus fir d'Bildung vu grousse kubesche Zr2Ni Nanopartikelen ze testen, gouf en onofhängegt Experiment gemaach.An dësem Experiment goufen Puder aus engem Atomizer bei 550 ° C a Richtung SUS 304 Substrat gesprayt;awer, fir den annealing Effekt ze bestëmmen, goufen d'Pudder aus der SUS304 Sträif esou séier wéi méiglech geläscht (ongeféier 60 s).).Eng aner Serie vun Experimenter gouf duerchgefouert, an deenen de Pudder aus dem Substrat ongeféier 180 Sekonnen no der Uwendung geläscht gouf.
Figuren 13a, b weisen Scannen Transmissioun Elektronenmikroskopie (STEM) donkel Feld (DFI) Biller vun zwee sputtered Materialien op SUS 304 Substrate fir 60 s respektiv 180 s deposéiert.D'Pudderbild, déi fir 60 Sekonnen deposéiert ass, feelt morphologesch Detailer, weist Featurelosegkeet (Fig. 13a).Dëst gouf och vun XRD bestätegt, wat gewisen huet datt d'Gesamtstruktur vun dëse Pulver amorph war, wéi déi breet primär a sekundär Diffraktiounspeaks an der Figur 14a uginn.Dëst weist d'Feele vu metastabilen / Mesophase Ausfällen un, an deenen de Pulver seng ursprénglech amorph Struktur behält.Am Géigesaz, huet de Pulver, deen an der selwechter Temperatur (550 ° C) deposéiert gouf, awer op de Substrat fir 180 s verlooss huet d'Oflagerung vun nanosized Kären gewisen, wéi d'Pfeile an der Fig.