Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Naudojama naršyklės versija palaiko ribotą CSS. Kad gautumėte geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodysime be stilių ir „JavaScript“.
Bioplėvelės yra svarbi lėtinių infekcijų vystymosi sudedamoji dalis, ypač kai naudojami medicinos prietaisai. Ši problema yra didžiulis iššūkis medicinos bendruomenei, nes standartiniai antibiotikai gali išnaikinti bioplėveles tik labai ribotai. Užkertant kelią bioplėvelių susidarymui buvo sukurti įvairūs dengimo metodai ir naujos medžiagos. Šiais metodais siekiama padengti paviršius taip, kad būtų užkirstas kelias bioplėvelėms susidaryti. dvipusės dangos. Tuo pat metu išaugo šalto purškimo technologijos naudojimas, nes tai tinkamas temperatūrai jautrių medžiagų apdorojimo būdas. Dalis šio tyrimo tikslo buvo sukurti naują antibakterinę metalinio stiklo plėvelę, sudarytą iš trijų komponentų Cu-Zr-Ni, naudojant mechaninio legiravimo metodus. Sferiniai milteliai, sudarantys galutinį produktą su metaliniu paviršiumi žemoje temperatūroje, naudojami kaip žaliava be metalinio paviršiaus. sugebėjo žymiai sumažinti bioplėvelės susidarymą bent 1 log, palyginti su nerūdijančiu plienu.
Per visą žmonijos istoriją bet kuri visuomenė galėjo kurti ir skatinti naujų medžiagų, atitinkančių jos specifinius reikalavimus, įvedimą, o tai pagerino našumą ir reitingą globalizuotoje ekonomikoje1. Visada buvo siejama su žmogaus gebėjimu kurti medžiagas ir gamybos įrangą bei dizainą medžiagų gamybai ir apibūdinimui, siekiant gauti naudos sveikatos, švietimo, pramonės, ekonomikos, kultūros ir kitose srityse, atsižvelgiant į kitą šalies ar regiono pažangą.2 Jau 60 metų medžiagų mokslininkai daug laiko skyrė tam, kad sutelktų dėmesį į vieną pagrindinį rūpestį: naujų ir pažangiausių medžiagų siekimą. Naujausi tyrimai buvo skirti esamų medžiagų kokybės ir veikimo gerinimui, taip pat visiškai naujų medžiagų sintezei ir išradimui.
Pridėjus legiravimo elementų, modifikavus medžiagos mikrostruktūrą ir taikant terminio, mechaninio ar termomechaninio apdorojimo metodus, žymiai pagerėjo įvairių medžiagų mechaninės, cheminės ir fizinės savybės. Be to, šiuo metu buvo sėkmingai susintetinti iki šiol negirdėti junginiai. Šios atkaklios pastangos sukūrė daugybę naujoviškų medžiagų, žinomų kaip naujoviškų medžiagų. dalelės, nanovamzdeliai, kvantiniai taškai, nuliniai, amorfiniai metaliniai stiklai ir didelės entropijos lydiniai – tai tik keletas pažangių medžiagų, įvestų į pasaulį nuo praėjusio šimtmečio vidurio, pavyzdžiai. Gaminant ir kuriant naujus lydinius, pasižyminčius pranašesnėmis savybėmis galutiniame produkte arba tarpiniuose jo gamybos etapuose, dažnai kyla problemų dėl naujos gamybos technikos. pusiausvyra, buvo atrasta visiškai nauja metastabilių lydinių klasė, vadinama metaliniais stiklais.
Jo darbas „Caltech“ 1960 m. atnešė metalų lydinių koncepcijos revoliuciją, kai jis susintetino stiklinius Au-25 at.% Si lydinius greitai kietėjant skysčiams beveik milijonu laipsnių per sekundę. MG lydinių sintezėje beveik visi metaliniai stiklai buvo pagaminti naudojant vieną iš šių metodų;(i) greitas lydalo arba garų kietėjimas, (ii) gardelės atominis netvarkingumas, (iii) kietojo kūno amorfizacijos reakcijos tarp grynų metalų elementų ir (iv) metastabilių fazių kietojo kūno perėjimai.
MG išsiskiria tuo, kad trūksta su kristalais siejamos ilgo nuotolio atominės tvarkos, kuri yra esminė kristalų savybė. Šiuolaikiniame pasaulyje metalinio stiklo srityje padaryta didelė pažanga. Tai naujos medžiagos, pasižyminčios įdomiomis savybėmis, kurios domina ne tik kietojo kūno fiziką, bet ir metalurgiją, paviršių chemiją, technologijas, medžiagas, kurios išsiskiria iš kitų įdomių kietųjų medžiagų savybių. technologinis pritaikymas įvairiose srityse.Jie turi keletą svarbių savybių;i) didelis mechaninis plastiškumas ir takumo riba, ii) didelis magnetinis pralaidumas, iii) mažas koerciškumas, iv) neįprastas atsparumas korozijai, v) nepriklausomumas nuo temperatūros. Laidumas 6,7.
Mechaninis legiravimas (MA)1,8 yra palyginti nauja technika, kurią 19839 m. pirmą kartą pristatė prof. CC Kockas ir jo kolegos. Jie paruošė amorfinius Ni60Nb40 miltelius, maldami grynų elementų mišinį aplinkos temperatūroje, labai artimoje kambario temperatūrai.Paprastai MA reakcija atliekama tarp difuzinio reaguojančiosios medžiagos miltelių sujungimo reaktoriuje, paprastai pagamintame iš nerūdijančio plieno, į rutulinį malūną 10 (1a, b pav.). Nuo tada ši mechaniškai sukeltos kietojo kūno reakcijos technika buvo naudojama gaminant naujus amorfinio/metalinio stiklo lydinio miltelius, naudojant mažos energijos strypus, miltelius1. 12,13,14,15, 16. Visų pirma, šis metodas buvo naudojamas ruošiant nesimaišančias sistemas, tokias kaip Cu-Ta17, taip pat aukštos lydymosi temperatūros lydinius, pvz., Al-pereinamojo metalo sistemas (TM; Zr, Hf, Nb ir Ta)18,19 ir Fe-W20, kurių negalima gauti naudojant nanotechnologiją, kuri yra galingiausia nanotechnologija. kristalinės ir nanokompozitinės metalų oksidų, karbidų, nitridų, hidridų, anglies nanovamzdelių, nanodeimantų miltelių dalelės, taip pat platus stabilizavimas naudojant metodą iš viršaus į apačią 1 ir metastabilios stadijos.
Šiame tyrime Cu50(Zr50−xNix) metalinio stiklo (MG) dangai/SUS 304 paruošti naudoto gamybos metodo schema.(a) MG lydinio miltelių su skirtingomis Ni koncentracijomis x (x; 10, 20, 30 ir 40 at.%) paruošimas naudojant mažos energijos rutulinį frezavimo įrankį. ed pirštinių dėžutėje, užpildytoje He atmosfera.(c) Skaidrus šlifavimo indo modelis, iliustruojantis rutulio judėjimą šlifavimo metu. Galutinis miltelių produktas, gautas po 50 valandų, buvo naudojamas SUS 304 substratui padengti naudojant šalto purškimo metodą (d).
Kalbant apie birių medžiagų paviršius (substratus), paviršių inžinerija apima paviršių (padėklų) projektavimą ir modifikavimą, kad būtų užtikrintos tam tikros fizinės, cheminės ir techninės savybės, kurių nėra originalioje birioje medžiagoje. Kai kurios savybės, kurias galima veiksmingai pagerinti apdorojant paviršių, yra atsparumas dilimui, atsparumas oksidacijai ir atsparumas korozijai, trinties koeficientas naudojant paviršių, pagerinta elektrinė kokybė, biologinės savybės. metalurgijos, mechaninės ar cheminės technologijos. Kaip gerai žinomas procesas, danga yra tiesiog apibrėžiama kaip vienas arba keli medžiagos sluoksniai, dirbtinai nusodinami ant masinio objekto (padėklo), pagaminto iš kitos medžiagos. Taigi dangos iš dalies naudojamos norint pasiekti norimas technines ar dekoratyvines savybes, taip pat apsaugoti medžiagas nuo numatomos cheminės ir fizinės sąveikos su supančia aplinka23.
Norint nusodinti tinkamus paviršiaus apsauginius sluoksnius, kurių storis svyruoja nuo kelių mikrometrų (mažiau 10-20 mikrometrų) iki daugiau nei 30 mikrometrų ar net kelių milimetrų, galima taikyti daugybę metodų ir technikų. Apskritai dengimo procesus galima suskirstyti į dvi kategorijas: (i) šlapio dengimo metodus, įskaitant galvanizavimą, beelektrinį dengimą ir karštojo panardinimo metodus, fizinį padengimą, cinkavimą ir liemenėlę. nusodinimas garais (PVD), cheminis nusodinimas garais (CVD), terminio purškimo metodai ir neseniai šalto purškimo būdai 24 (1d pav.).
Bioplėvelės apibrėžiamos kaip mikrobų bendruomenės, kurios negrįžtamai prisitvirtina prie paviršių ir yra apsuptos pačių pagamintų tarpląstelinių polimerų (EPS). Paviršutiniškai subrendusios bioplėvelės gali sukelti didelių nuostolių daugelyje pramonės sektorių, įskaitant maisto pramonę, vandens sistemas ir sveikatos priežiūros aplinką. Žmonėms, susidarius bioplėvelėms, daugiau nei 80 % mikrobinių bakterijų ir enterobakterijų atvejų. Sunku gydyti. Be to, buvo pranešta, kad subrendusios bioplėvelės yra 1000 kartų atsparesnės gydymui antibiotikais, palyginti su planktono bakterijų ląstelėmis, o tai laikoma pagrindiniu terapiniu iššūkiu.Istoriškai buvo naudojamos antimikrobinės paviršiaus dangos medžiagos, gautos iš įprastų organinių junginių. Nors tokiose medžiagose dažnai yra toksiškų komponentų, kurie gali padėti išvengti bakterijų perdavimo ir sunaikinimo2 žmonėms6.
Plačiai paplitęs bakterijų atsparumas gydymui antibiotikais, atsirandantis dėl bioplėvelės susidarymo, lėmė būtinybę sukurti veiksmingą antimikrobine membrana padengtą paviršių, kurį būtų galima saugiai uždėti27.Fizikinio ar cheminio atsparumo paviršiui, prie kurio bakterijų ląstelėms dėl sukibimo neleidžiama prisijungti ir kurti bioplėveles, sukūrimas yra pirmasis šio proceso metodas27, o antroji technologija leidžia sukurti būtent antimikrobines medžiagas. koncentruoti ir pritaikyti kiekiai. Tai pasiekiama kuriant unikalias dangos medžiagas, tokias kaip grafenas/germanis28, juodasis deimantas29 ir ZnO legiruotas deimantų pavidalo anglies dangas30, kurios yra atsparios bakterijoms, technologija, kuri maksimaliai padidina toksiškumą ir atsparumo vystymąsi dėl bioplėvelės susidarymo. gali sukelti antimikrobinį poveikį padengtiems paviršiams, kiekvienas iš jų turi savo apribojimų, į kuriuos reikia atsižvelgti kuriant taikymo strategijas.
Šiuo metu rinkoje esantiems gaminiams trukdo tai, kad nepakanka laiko analizuoti ir išbandyti apsaugines biologiškai aktyvių sudedamųjų dalių dangas. Įmonės teigia, kad jų produktai suteiks vartotojams pageidaujamų funkcinių aspektų;Tačiau tai buvo kliūtis šiuo metu rinkoje esančių gaminių sėkmei.Iš sidabro gauti junginiai naudojami daugumoje dabar vartotojams prieinamų antimikrobinių terapijų.Šie produktai sukurti siekiant apsaugoti vartotojus nuo potencialiai pavojingo mikroorganizmų poveikio. Uždelstas antimikrobinis poveikis ir su tuo susijęs visuotinis sidabro junginių toksiškumas padidina spaudimą tyrėjams kurti mažiau kenksmingų antimikrobinių ir antimikrobinių medžiagų. Vis dar yra bauginanti užduotis. Taip yra dėl su tuo susijusių pavojų sveikatai ir saugai. Atrasti žmonėms mažiau kenksmingą antimikrobinę medžiagą ir išsiaiškinti, kaip ją įtraukti į dangos pagrindą, kurio galiojimo laikas ilgesnis, yra labai trokštamas tikslas38. Naujausios antimikrobinės ir antibakterinės medžiagos yra skirtos tiesioginio sąlyčio su šia medžiaga arba bioplėvelės naikinimui. slopina pradinį bakterijų sukibimą (įskaitant neutralizuojantį baltyminio sluoksnio susidarymą paviršiuje) arba naikina bakterijas, trukdydamas ląstelės sienelei.
Iš esmės paviršiaus dengimas yra procesas, kai ant komponento paviršiaus uždedamas dar vienas sluoksnis, siekiant pagerinti su paviršiumi susijusias savybes. Paviršiaus dangos tikslas yra pritaikyti komponento paviršinio regiono mikrostruktūrą ir (arba) sudėtį39. Paviršiaus dengimo technologijas galima suskirstyti į skirtingus metodus, kurie apibendrinti 2a pav. tingimas.
a) įdėklas, kuriame pavaizduoti pagrindiniai paviršiaus gamybos būdai ir b) pasirinkti šalto purškimo technikos pranašumai ir trūkumai.
Šalto purškimo technologija turi daug panašumų su įprastiniais terminio purškimo metodais. Tačiau taip pat yra keletas pagrindinių savybių, dėl kurių šalto purškimo procesas ir šalto purškimo medžiagos yra ypač unikalios. Šalto purškimo technologija vis dar yra ankstyvoje stadijoje, bet turi šviesią ateitį. Tam tikrais atvejais unikalios šalto purškimo savybės suteikia daug naudos, įveikiant būdingus tradicinių terminio purškimo metodų apribojimus. e. Akivaizdu, kad šis tradicinis dengimo procesas netinka labai jautrioms temperatūrai medžiagoms, tokioms kaip nanokristalai, nanodalelės, amorfiniai ir metaliniai stiklai40, 41, 42. Be to, termiškai purškiamos dangos medžiagos visada pasižymi dideliu poringumu ir oksidais. pasirinkimai, (iii) fazinės transformacijos ir grūdelių augimo nebuvimas, (iv) didelis sukibimo stiprumas1,39 (1 pav.).2b).Be to, šaltai purškiamos dangos medžiagos pasižymi dideliu atsparumu korozijai, dideliu stiprumu ir kietumu, dideliu elektros laidumu ir dideliu tankiu41.Priešingai nei šalto purškimo proceso pranašumai, šio metodo naudojimas vis dar turi tam tikrų trūkumų, kaip parodyta 2b paveiksle.Dengiant grynus keraminius miltelius, tokius kaip Al2O3, TiO2, WC, ZrO2, negalima naudoti šalto purškimo metodo. milteliai gali būti naudojami kaip dangų žaliava.Tas pats pasakytina ir apie kitus terminio purškimo būdus.Sudėtingus paviršius ir vidinius vamzdžių paviršius vis dar sunku purkšti.
Atsižvelgiant į tai, kad šiuo darbu siekiama naudoti metalinius stiklinius miltelius kaip žaliavas dengimo medžiagas, aišku, kad įprastas terminis purškimas negali būti naudojamas šiam tikslui. Taip yra todėl, kad metaliniai stikliniai milteliai kristalizuojasi aukštoje temperatūroje1.
Dauguma medicinos ir maisto pramonėje naudojamų įrankių yra pagaminti iš austenitinių nerūdijančiojo plieno lydinių (SUS316 ir SUS304), kurių chromo kiekis yra nuo 12 iki 20 masės % chirurginių instrumentų gamyboje. Visuotinai pripažįstama, kad chromo metalo naudojimas kaip legiravimo elementas plieno lydiniuose gali labai pagerinti jų atsparumą korozijai, nerūdijančio plieno korozijai. atsparumas, nepasižymi reikšmingomis antimikrobinėmis savybėmis38,39.Tai prieštarauja dideliam jų atsparumui korozijai. Po to galima prognozuoti infekcijos ir uždegimo vystymąsi, kurį daugiausia sukelia bakterijų sukibimas ir kolonizacija nerūdijančio plieno biomedžiagų paviršiuje. Didelių sunkumų gali kilti dėl didelių sunkumų, susijusių su bakterijų susidarymo ar bioplėvelės susidarymu, kurie gali sukelti daugumą bakterijų plėvelės. kurie gali tiesiogiai ar netiesiogiai paveikti žmonių sveikatą.
Šis tyrimas yra pirmasis Kuveito mokslo pažangos fondo (KFAS) finansuojamo projekto etapas. Sutarties Nr. 2010-550401, siekiant ištirti galimybę gaminti metalinius stiklinius Cu-Zr-Ni trijų komponentų miltelius, naudojant MA technologiją (1 lentelė), kad būtų galima gaminti antibakterinę plėvelę / S. sausio mėn. , išsamiai išnagrinės sistemos elektrochemines korozijos charakteristikas ir mechanines savybes. Bus atliekami išsamūs mikrobiologiniai skirtingų bakterijų rūšių tyrimai.
Šiame darbe, remiantis morfologinėmis ir struktūrinėmis savybėmis, aptariamas Zr legiravimo elementų kiekio poveikis stiklo formavimo gebėjimui (GFA). Be to, taip pat buvo aptartos dengto metalinio stiklo miltelinės dangos/SUS304 kompozito antibakterinės savybės. Be to, šiuo metu buvo atliktas darbas, siekiant ištirti galimybę struktūriškai transformuotis tipinio metalinio stiklo miltelių sluoksnio metalinio stiklo miltelių srityje. pavyzdžiai, šiame tyrime buvo naudojami Cu50Zr30Ni20 ir Cu50Zr20Ni30 metalinio stiklo lydiniai.
Šiame skyriuje pateikiami elementinių Cu, Zr ir Ni miltelių morfologiniai pokyčiai mažos energijos rutulinio malimo metu. Kaip iliustruojantys pavyzdžiai, kaip tipiniai pavyzdžiai bus naudojamos dvi skirtingos sistemos, susidedančios iš Cu50Zr20Ni30 ir Cu50Zr40Ni10. MA procesą galima suskirstyti į tris skirtingus etapus, kaip parodyta metalografinėje miltelių apibūdinimo stadijoje.
Mechaninio lydinio (MA) miltelių, gautų po skirtingų rutulinio malimo laiko etapų, metalografinės charakteristikos. MA ir Cu50Zr40Ni10 miltelių, gautų po mažos energijos rutulinio malimo 3, 12 ir 50 val., lauko emisijos skenuojančios elektroninės mikroskopijos (FE-SEM) vaizdai parodyti (a), (c) ir (e) tuo pačiu metu Cu50Z0 sistemai atitinkantys vaizdai. Cu50Zr40Ni10 sistemos, paimtos po tam tikro laiko, parodytos (b), (d) ir (f).
Rutulinio frezavimo metu efektyvią kinetinę energiją, kuri gali būti perkelta į metalo miltelius, veikia parametrų derinys, kaip parodyta 1a pav. Tai apima susidūrimus tarp rutuliukų ir miltelių, miltelių, įstrigusių tarp arba tarp šlifavimo terpių, gniuždomąjį kirpimą, krintančių rutuliukų poveikį, šlytį ir susidėvėjimą dėl miltelių pasipriešinimo tarp judančių rutulinių frezavimo terpių ir smūgio bangą, einanti per krintantį rutulinį rutulį. Ni milteliai buvo labai deformuoti dėl šalto suvirinimo ankstyvoje MA stadijoje (3 val.), todėl susidaro didelės miltelių dalelės (>1 mm skersmens). Šioms didelėms kompozitinėms dalelėms būdingas storų legiruojamųjų elementų (Cu, Zr, Ni) sluoksnių susidarymas, kaip parodyta 3a, b pav. kompozitinių miltelių sudėtis į smulkesnius miltelius (mažiau nei 200 µm), kaip parodyta 3c, d pav. Šiame etape dėl šlyties jėgos susidaro naujas metalinis paviršius su smulkiais Cu, Zr, Ni užuominų sluoksniais, kaip parodyta 3c pav., d. Dėl sluoksnio tobulinimo, sąsajos vietoje susidaro naujos kietosios fazės reakcijos.
MA proceso kulminacijoje (po 50 val.) dribsnių metalografija buvo matoma tik silpnai (3e, f pav.), tačiau poliruotas miltelių paviršius rodė veidrodinę metalografiją. Tai reiškia, kad MA procesas buvo baigtas ir susidarė viena reakcijos fazė. FE-SEM) kartu su energijos dispersine rentgeno spektroskopija (EDS) (IV).
2 lentelėje legiruojančių elementų elementų koncentracijos parodytos procentais nuo bendros kiekvienos 3e, f pav. pasirinktos srities masės. Lyginant šiuos rezultatus su 1 lentelėje nurodytomis pradinėmis vardinėmis Cu50Zr20Ni30 ir Cu50Zr40Ni10 sudėtimis, matyti, kad šių dviejų produktų galutinės sudėties santykinės vertės yra labai panašios. 3e, f pav. išvardytuose regionuose nereiškia, kad kiekvieno mėginio sudėtis smarkiai pablogėja ar svyruoja iš vieno regiono į kitą. Tai liudija faktas, kad viename regione sudėtis nesikeičia. Tai rodo homogeninių lydinių miltelių gamybą, kaip parodyta 2 lentelėje.
Galutinio produkto Cu50(Zr50−xNix) miltelių FE-SEM mikrografijos buvo gautos po 50 MA kartų, kaip parodyta 4a–d pav., kur x yra atitinkamai 10, 20, 30 ir 40 at.%. 73–126 nm, kaip parodyta 4 paveiksle.
Cu50(Zr50−xNix) miltelių, gautų po 50 val. MA laiko, morfologinės charakteristikos. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 sistemoms miltelių FE-SEM vaizdai rodomi po 5c0a), (db) laikai, gauti po 5c.
Prieš sukraunant miltelius į šalto purškimo tiektuvą, jie pirmiausia 15 minučių buvo ultragarsu apdorojami analitinės kokybės etanolyje, o po to 2 valandas džiovinami 150 °C temperatūroje. Šis žingsnis turi būti atliktas norint sėkmingai kovoti su aglomeracija, kuri dažnai sukelia daug didelių problemų visame dengimo procese. Baigus MA procesą, buvo atlikti tolesni apibūdinimai, siekiant ištirti miltelių homogeniškumą. Cu50Zr30Ni20 lydinio Cu, Zr ir Ni legiruojančių elementų EM mikrografijos ir atitinkami EDS vaizdai, gauti atitinkamai po 50 h M laiko. Reikėtų pažymėti, kad lydinio milteliai, pagaminti po šio etapo, yra vienalyčiai, nes nerodo jokių kompozicijos svyravimų, viršijančių 5 paveiksle pavaizduotą subnanometro lygį.
MG Cu50Zr30Ni20 miltelių morfologija ir vietinis elementinis pasiskirstymas, gautas po 50 MA kartų FE-SEM/energijos dispersine rentgeno spektroskopija (EDS).(a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα ir (d) Ni-Kα vaizdų SEM ir rentgeno EDS kartografavimas.
Mechaniškai legiruotų Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 ir Cu50Zr20Ni30 miltelių, gautų po 50 h MA laiko, XRD modeliai parodyti atitinkamai 6a–d pav. Po šio frezavimo etapo su skirtingomis F koncentracijos charakteristikomis, visi mėginiai rodo skirtingų koncentracijų halogenines struktūras. 6 pav.
(a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ir (d) Cu50Zr20Ni30 miltelių XRD modeliai po 50 val. MA laiko. Visi be išimties mėginiai rodė halogeninės difuzijos modelį, o tai reiškia, kad susidaro fazė.
Lauko emisijos didelės skiriamosios gebos elektronų mikroskopija (FE-HRTEM) buvo naudojama norint stebėti struktūrinius pokyčius ir suprasti vietinę miltelių struktūrą, susidariusią dėl rutulinio malimo skirtingu MA laiku. FE-HRTEM miltelių vaizdai, gauti po ankstyvosios (6 val.) ir tarpinės (18 val.) malimo etapų, skirtų Cu50Zr30NiZr40, Cu50Zr30NiZ020, Cu50NiZ020 ir Cu50NiZr40s. ly.Pagal miltelių, pagamintų po MA​ 6 val., šviesaus lauko vaizdą (BFI), milteliai susideda iš didelių grūdelių su aiškiai apibrėžtomis elementų fcc-Cu, hcp-Zr ir fcc-Ni ribomis, ir nėra jokių požymių, kad reakcijos fazė susiformavo, kaip parodyta 7a pav. p difrakcijos modelis (7b pav.), rodantis, kad yra didelių kristalitų ir nėra reaktyviosios fazės.
MA miltelių, gautų po ankstyvųjų (6 val.) ir tarpinių (18 val.) etapų, vietinis struktūrinis apibūdinimas.(a) Lauko spinduliuotės didelės skiriamosios gebos elektronų mikroskopija (FE-HRTEM) ir (b) atitinkama pasirinkta Cu50Zr30Ni20 miltelių srities difrakcijos schema (SADP) po MA apdorojimo 6 val. c).
Kaip parodyta 7c pav., pailginus MA trukmę iki 18 val., atsirado didelių gardelės defektų, kartu su plastine deformacija. Per šį tarpinį MA proceso etapą milteliai turi įvairių defektų, įskaitant sudėjimo defektus, gardelės defektus ir taškinius defektus (7 pav.). nm (7c pav.).
Cu50Z30Ni20 miltelių, maltų 36 h MA laiką, vietinėje struktūroje susidaro itin smulkūs nanogrūdeliai, įterpti į amorfinę smulkią matricą, kaip parodyta 8a pav. Vietinė EDS analizė parodė, kad tie nanoklasteriai, parodyti 8a pav., buvo susieti su neapdorotais Cu, Zr ir Ni milteliais iš to paties laiko matricos elementų. liesas plotas) iki ~74 at.% (turtingas plotas), o tai rodo nevienalyčių produktų susidarymą. Be to, atitinkami miltelių SADP, gauti po malimo šiame etape, rodo halogenizuotus pirminius ir antrinius amorfinės fazės žiedus, persidengiančius su aštriais taškais, susijusiais su tais neapdorotais legiravimo elementais, kaip parodyta 8b pav.
Daugiau nei 36 h-Cu50Zr30Ni20 miltelių nanoskalės vietinės struktūrinės ypatybės. (a) Ryškaus lauko vaizdas (BFI) ir atitinkamas (b) Cu50Zr30Ni20 miltelių SADP, gautas malant 36 h MA laiką.
Artėjant MA proceso pabaigai (50 val.), Cu50(Zr50−xNix), X;10, 20, 30 ir 40 at.% milteliai visada turi labirintinę amorfinės fazės morfologiją, kaip parodyta 9a–d pav. Atitinkamoje kiekvienos kompozicijos SADP nebuvo galima aptikti nei taškinės difrakcijos, nei aštrių žiedinių raštų. Tai rodo, kad nesusidarė neperdirbtas halogeninis metalas, o yra difuzinis metalas, kuris yra koringas. modeliai taip pat buvo naudojami kaip įrodymas, kad galutinio produkto medžiagoje išsivystė amorfinės fazės.
MG Cu50 (Zr50−xNix) sistemos galutinio produkto lokali struktūra.FE-HRTEM ir koreliuoti nanopluošto difrakcijos modeliai (NBDP) iš (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ir (d) Cu50Zr20Ni30 ir (d) Cu50Zr20Zr iš Cu5040.
Stiklėjimo temperatūros (Tg), peršalusio skysčio srities (ΔTx) ir kristalizacijos temperatūros (Tx) terminis stabilumas, priklausomas nuo Ni kiekio (x) amorfinėje Cu50(Zr50−xNix) sistemoje, buvo ištirtas naudojant diferencinę skenuojančią kalorimetriją (DSC) savybių esant He dujų srautui. Zr10Ni40 amorfinio lydinio milteliai, gauti po 50 h MA laiko, parodyti atitinkamai 10a, b, e pav. Tuo tarpu amorfinio Cu50Zr20Ni30 DSC kreivė parodyta atskirai 10c pav. Tuo tarpu Cu50Zr30Ni30 mėginys pašildytas iki FSC10 iki 270 °C.
Cu50(Zr50−xNix) MG miltelių terminis stabilumas, gautas po 50 h MA laiko, indeksuojamas pagal stiklėjimo temperatūrą (Tg), kristalizacijos temperatūrą (Tx) ir peršalusį skystį (ΔTx). Diferencialinio skenuojančio kalorimetro (DSC) termogramos (a) Cu50Zr40Ni) (Cu50Zr40N) (Cu50Zr40N)0Z0Z020Z0Z02 20Ni30 ir (e) Cu50Zr10Ni40 MG lydinio milteliai po 50 val. MA trukmės. Cu50Zr30Ni20 mėginio, pašildyto iki ~700 °C DSC, rentgeno spindulių difrakcijos (XRD) modelis parodytas (d).
Kaip parodyta 10 paveiksle, visų kompozicijų, turinčių skirtingą Ni koncentraciją (x), DSC kreivės rodo du skirtingus atvejus, vieną endoterminį, o kitą egzoterminį. Pirmasis endoterminis įvykis atitinka Tg, o antrasis yra susijęs su Tx. Horizontali tarp Tg ir Tx esanti sritis vadinama peršalusio skysčio sritimi (ΔTx = TxN – Tx0 – Tg10) mėginys (10a pav.), patalpintas 526 °C ir 612 °C temperatūroje, perkelkite turinį (x) iki 20 at.% į žemos temperatūros pusę, 482 °C ir 563 °C, atitinkamai didėjant Ni kiekiui (x), kaip parodyta 10b paveiksle. Vadinasi, Cu50Z06 ΔTx sumažėja nuo 8 °C iki 80 °C. C – Cu50Zr30Ni20 (10b pav.). Lydinio MG Cu50Zr40Ni10 atveju taip pat pastebėta, kad Tg, Tx ir ΔTx reikšmės sumažėjo iki 447°C, 526°C ir 79°C (10b pav. rodo švino kiekio padidėjimą iki MG). priešingai, MG Cu50Zr20Ni30 lydinio Tg vertė (507 °C) yra mažesnė nei lydinio MG Cu50Zr40Ni10;nepaisant to, jo Tx rodo panašią vertę su pirmuoju (612 °C). Todėl ΔTx rodo didesnę vertę (87 °C), kaip parodyta 10c pav.
MG Cu50(Zr50−xNix) sistema, kaip pavyzdį imant MG Cu50Zr20Ni30 lydinį, per aštrią egzoterminę smailę kristalizuojasi į fcc-ZrCu5, ortorombinės-Zr7Cu10 ir ortorombinės-Zr7Cu10 ir ortorombinės-Zr7Cu10 ir ortorombinės-ZrNi fazės pereinamąją fazę Xcc. (10d pav.), kuri buvo kaitinama iki 700 °C DSC.
11 paveiksle pateiktos nuotraukos, darytos šiame darbe atliekamo šalto purškimo proceso metu. Šiame tyrime kaip antibakterinė žaliava buvo panaudotos metalinės stiklinės miltelių dalelės, susintetintos po 50 h MA laiko (pavyzdžiui, Cu50Zr20Ni30), o nerūdijančio plieno plokštė (SUS304) buvo padengta naudojant šalto purškimo technologiją kartu su šalto purškimo technologija. purškimo serija ir gali būti naudojamas metalams metastabilioms temperatūroms jautrioms medžiagoms, tokioms kaip amorfiniai ir nanokristaliniai milteliai, kuriems netaikomi faziniai virsmai. Tai yra pagrindinis veiksnys renkantis šį metodą. Šalto purškimo procesas atliekamas naudojant didelio greičio daleles, kurios dalelių kinetinę energiją paverčia plastine deformacija, įtempimu ir šiluma, kai atsitrenkia į dalelių pagrindą.
Lauko nuotraukose parodyta šalto purškimo procedūra, naudojama penkiems iš eilės ruošiant MG coating/SUS 304 550 °C temperatūroje.
Dalelių kinetinė energija, taigi ir kiekvienos dalelės impulsas formuojant dangą, turi būti paverstas kitomis energijos formomis, naudojant tokius mechanizmus kaip plastinė deformacija (pradinė dalelių ir dalelių sąveika substrate ir dalelių sąveika), tuštumos Konsolidacija, dalelių šilumos sukimasis, įtempimas ir galiausiai visa šilumos energija paverčiama 39. energijos, rezultatas yra tamprus susidūrimas, o tai reiškia, kad dalelės po smūgio tiesiog atšoka atgal. Nurodyta, kad 90% smūgio energijos, nukreiptos į dalelę / substrato medžiagą, paverčiama vietine šiluma 40 . Be to, kai veikiamas smūgio įtempis, kontaktinės dalelės / substrato srityje pasiekiami dideli plastiniai įtempimai41, labai trumpą laiką.
Plastinė deformacija paprastai laikoma energijos išsklaidymo procesu arba, konkrečiau, šilumos šaltiniu tarpfazinėje srityje. Tačiau temperatūros padidėjimo sąsajos srityje paprastai nepakanka, kad būtų galima sulydyti paviršių arba žymiai paskatinti atomų tarpusavio difuziją. Jokiame autoriams žinoma publikacija nenagrinėja šių metalinių stiklinių miltelių savybių poveikio miltelių sukibimui ir nusodinimo šaltu būdu.
MG Cu50Zr20Ni30 lydinio miltelių BFI matosi 12a pav., kuris buvo padengtas ant SUS 304 pagrindo (11, 12b pav.). Kaip matyti iš paveikslo, padengti milteliai išlaiko savo pirminę amorfinę struktūrą, nes jie turi subtilią labirinto struktūrą ar vaizdą be jokių papildomų kristalų. fazė, kaip rodo nanodalelės, įterptos į MG dengtą miltelių matricą (12a pav.). 12c paveiksle pavaizduotas indeksuotas nanopluošto difrakcijos modelis (NBDP), susietas su I sritimi (12a pav.). Kaip parodyta 12c pav., NBDP turi silpną ryškų halogeninės difuzijos struktūrą ir atitinkamą ryškų kristalinę struktūrą. metastabili plius tetragoninė CuO fazė. CuO susidarymas gali būti siejamas su miltelių oksidacija, kai jie keliauja nuo purškimo pistoleto antgalio į SUS 304 atvirame ore esant viršgarsiniam srautui. Kita vertus, dėl metalinių stiklinių miltelių devitrifikacijos susidaro didelės kubinės fazės po apdorojimo šaltu purškimu 550 °C temperatūroje.
(a) MG milteliniu būdu padengto FE-HRTEM vaizdas ant (b) SUS 304 substrato (paveikslo įdėklas). (a) pavaizduoto apskrito simbolio indeksas NBDP parodytas (c).
Siekiant patikrinti šį galimą didelių kubinių Zr2Ni nanodalelių susidarymo mechanizmą, buvo atliktas nepriklausomas eksperimentas. Šiame eksperimente milteliai buvo purškiami iš purškimo pistoleto 550 °C temperatūroje SUS 304 substrato kryptimi;tačiau norint išsiaiškinti miltelių atkaitinimo efektą, jie buvo kuo greičiau (apie 60 sekundžių) pašalinti iš SUS304 juostelės. Buvo atliktas kitas eksperimentų rinkinys, kurio metu milteliai buvo pašalinti iš substrato praėjus maždaug 180 sekundžių po nusodinimo.
13a, b paveiksluose pavaizduoti tamsaus lauko vaizdai (DFI), gauti skenuojant transmisijos elektronų mikroskopiją (STEM) iš dviejų išpurkštų medžiagų, nusodintų ant SUS 304 substratų atitinkamai 60 s ir 180 s. Miltelinis vaizdas, nusodintas 60 sekundžių, neturi morfologinių detalių, o tai rodo, kad ši struktūra buvo neryški (13a pav. taip pat patvirtino XRD struktūra). pagal plačius pirminės ir antrinės difrakcijos maksimumus, parodytus 14a paveiksle.Tai rodo, kad nėra metastabilių / mezofazių kritulių, kai milteliai išlaiko savo pradinę amorfinę struktūrą.Priešingai, milteliai, išpurkšti toje pačioje temperatūroje (550 °C), bet palikti ant pagrindo 180 s, rodė nanodydžių granulių nusodinimą b3, kaip nurodyta F1 eilėje.