Obrigado por visitar Nature.com.A versão do navegador que você está usando tem suporte limitado para CSS.Para uma melhor experiência, recomendamos que você use um navegador atualizado (ou desative o modo de compatibilidade no Internet Explorer).Enquanto isso, para garantir o suporte contínuo, exibiremos o site sem estilos e JavaScript.
Os biofilmes são um componente importante no desenvolvimento de infecções crônicas, especialmente quando dispositivos médicos estão envolvidos. Este problema representa um enorme desafio para a comunidade médica, pois os antibióticos padrão só podem erradicar os biofilmes em uma extensão muito limitada. A prevenção da formação de biofilmes levou ao desenvolvimento de vários métodos de revestimento e novos materiais. Esses métodos visam revestir superfícies de uma maneira que iniba a formação de biofilme. da tecnologia de pulverização a frio aumentou, pois é um método adequado para o processamento de materiais sensíveis à temperatura. Parte do objetivo deste estudo foi desenvolver um novo filme antibacteriano de vidro metálico composto de Cu-Zr-Ni ternário usando técnicas de liga mecânica. O pó esférico que compõe o produto final é usado como matéria-prima para revestimento por pulverização a frio de superfícies de aço inoxidável a baixas temperaturas.
Ao longo da história da humanidade, qualquer sociedade foi capaz de projetar e promover a introdução de novos materiais que atendessem a seus requisitos específicos, o que resultou em melhor desempenho e classificação em uma economia globalizada1. Sempre foi atribuído à capacidade humana de desenvolver materiais e equipamentos de fabricação e projetos para fabricação e caracterização de materiais para obter ganhos em saúde, educação, indústria, economia, cultura e outros campos de um país ou região para outro O progresso é medido independentemente do país ou região.2 Por 60 anos, os cientistas de materiais dedicaram muito de seu tempo para se concentrar em uma grande preocupação: a busca de materiais novos e de ponta.Pesquisas recentes se concentraram em melhorar a qualidade e o desempenho dos materiais existentes, bem como sintetizar e inventar tipos inteiramente novos de materiais.
A adição de elementos de liga, a modificação da microestrutura do material e a aplicação de técnicas de processamento térmico, mecânico ou termomecânico resultaram em melhorias significativas nas propriedades mecânicas, químicas e físicas de uma variedade de materiais diferentes. Além disso, compostos até então inéditos foram sintetizados com sucesso neste ponto. vidros metálicos e ligas de alta entropia são apenas alguns exemplos de materiais avançados introduzidos no mundo desde meados do século passado. Ao fabricar e desenvolver novas ligas com propriedades superiores, seja no produto final ou nos estágios intermediários de sua produção, o problema de desequilíbrio é frequentemente adicionado. Como resultado da implementação de novas técnicas de fabricação para desviar significativamente do equilíbrio, uma nova classe de ligas metaestáveis, conhecidas como vidros metálicos, foi descoberta.
Seu trabalho na Caltech em 1960 trouxe uma revolução no conceito de ligas metálicas quando ele sintetizou ligas vítreas de Au-25 com % de Si por meio da solidificação rápida de líquidos a quase um milhão de graus por segundo produzido inteiramente usando um dos seguintes métodos;(i) solidificação rápida do fundido ou do vapor, (ii) desordem atômica da rede, (iii) reações de amorfização no estado sólido entre elementos metálicos puros e (iv) transições no estado sólido de fases metaestáveis.
Os MGs se distinguem pela falta da ordem atômica de longo alcance associada aos cristais, que é uma característica definidora dos cristais.No mundo de hoje, um grande progresso foi feito no campo do vidro metálico.Eles são novos materiais com propriedades interessantes que são de interesse não apenas na física do estado sólido, mas também na metalurgia, química de superfície, tecnologia, biologia e muitos outros campos.Esse novo tipo de material exibe propriedades distintas dos metais sólidos, tornando-o um candidato interessante para aplicações tecnológicas em vários campos.Eles têm algumas propriedades importantes;(i) alta ductilidade mecânica e resistência ao escoamento, (ii) alta permeabilidade magnética, (iii) baixa coercividade, (iv) resistência à corrosão incomum, (v) independência de temperatura A condutividade de 6,7.
A liga mecânica (MA)1,8 é uma técnica relativamente nova, introduzida pela primeira vez em 19839 pelo Prof. CC Kock e colegas. Eles prepararam pós amorfos de Ni60Nb40 moendo uma mistura de elementos puros em temperaturas ambientes muito próximas da temperatura ambiente.Normalmente, a reação MA é realizada entre o acoplamento difusivo dos pós de material reagente em um reator, geralmente feito de aço inoxidável em um moinho de bolas 10 (Fig. 1a, b). Desde então, esta técnica de reação de estado sólido mecanicamente induzida tem sido usada para preparar novos pós de liga de vidro amorfos/metálicos usando moinhos de bolas de baixa (Fig. 1c) e alta energia, bem como moinhos de hastes11,12,13,14,15, 16.Em particular, este método tem sido usado para preparar sistemas imiscíveis, como Cu-Ta17, bem como ligas de alto ponto de fusão, como sistemas de metais de transição Al (TM; Zr, Hf, Nb e Ta)18,19 e Fe-W20 , que não podem ser obtidos usando rotas convencionais de preparação. des, nanotubos de carbono, nanodiamantes, bem como ampla estabilização por meio de uma abordagem de cima para baixo 1 e estágios metaestáveis.
Esquema mostrando o método de fabricação usado para preparar o revestimento de vidro metálico (MG) Cu50(Zr50−xNix)/SUS 304 neste estudo. (a) Preparação de pós de liga MG com diferentes concentrações de Ni x (x; 10, 20, 30 e 40 at.%) usando a técnica de moagem de esferas de baixa energia. (a) O material de partida é carregado em um cilindro de ferramenta junto com esferas de aço de ferramenta e (b) é selado em um porta-luvas cheio de atmosfera de He. (c) Um modelo transparente do vaso de moagem ilustrando o movimento da esfera durante a moagem. O produto final do pó obtido após 50 horas foi usado para revestir o substrato SUS 304 usando o método de pulverização a frio (d).
Quando se trata de superfícies de material a granel (substratos), a engenharia de superfície envolve o projeto e modificação de superfícies (substratos) para fornecer certas qualidades físicas, químicas e técnicas não contidas no material a granel original. Algumas propriedades que podem ser efetivamente melhoradas por tratamentos de superfície incluem resistência à abrasão, oxidação e resistência à corrosão, coeficiente de fricção, bioinércia, propriedades elétricas e isolamento térmico, para citar alguns. A qualidade da superfície pode ser melhorada usando técnicas metalúrgicas, mecânicas ou químicas. Como um processo conhecido, um revestimento é simplesmente definido como uma ou várias camadas de material depositado artificialmente na superfície de um objeto a granel (substrato) feito de outro material. Assim, os revestimentos são usados ​​em parte para alcançar algumas propriedades técnicas ou decorativas desejadas, bem como para proteger os materiais de interações químicas e físicas esperadas com o ambiente circundante23.
Para depositar camadas de proteção de superfície adequadas com espessuras variando de alguns micrômetros (abaixo de 10-20 micrômetros) a mais de 30 micrômetros ou mesmo alguns milímetros, muitos métodos e técnicas podem ser aplicados. (CVD), técnicas de spray térmico e mais recentemente técnicas de spray frio 24 (Fig. 1d).
Os biofilmes são definidos como comunidades microbianas irreversivelmente ligadas a superfícies e cercadas por polímeros extracelulares (EPS) autoproduzidos. A formação de biofilmes maduros superficialmente pode levar a perdas significativas em muitos setores industriais, incluindo a indústria alimentícia, sistemas de água e ambientes de saúde. 00 vezes mais resistente ao tratamento antibiótico em comparação com células bacterianas planctônicas, que é considerado um grande desafio terapêutico.Materiais antimicrobianos de revestimento de superfície derivados de compostos orgânicos convencionais têm sido usados ​​historicamente.Embora esses materiais geralmente contenham componentes tóxicos que são potencialmente arriscados para os seres humanos,25,26 podem ajudar a evitar a transmissão bacteriana e a destruição do material.
A resistência generalizada das bactérias aos tratamentos com antibióticos devido à formação de biofilmes levou à necessidade de desenvolver uma superfície revestida com membrana antimicrobiana eficaz que possa ser aplicada com segurança27. 28, diamante negro29 e revestimentos de carbono tipo diamante dopado com ZnO30 que são resistentes a bactérias, uma tecnologia que maximiza a Toxicidade e o desenvolvimento de resistência devido à formação de biofilme são significativamente reduzidos. Além disso, os revestimentos que incorporam produtos químicos germicidas em superfícies para fornecer proteção de longo prazo contra contaminação bacteriana estão se tornando mais populares. Embora todos os três procedimentos sejam capazes de produzir efeitos antimicrobianos em superfícies revestidas, cada um deles tem seu próprio conjunto de limitações que devem ser consideradas ao desenvolver estratégias de aplicação.
Os produtos atualmente no mercado são prejudicados por tempo insuficiente para analisar e testar revestimentos protetores para ingredientes biologicamente ativos. As empresas afirmam que seus produtos fornecerão aos usuários aspectos funcionais desejáveis;no entanto, isso tem sido um obstáculo para o sucesso dos produtos atualmente no mercado.Compostos derivados da prata são usados ​​na grande maioria das terapias antimicrobianas agora disponíveis para os consumidores.Esses produtos são desenvolvidos para proteger os usuários dos efeitos potencialmente perigosos dos microorganismos.O efeito antimicrobiano retardado e a toxicidade associada dos compostos de prata aumentam a pressão sobre os pesquisadores para desenvolver uma alternativa menos prejudicial36,37.Criar um revestimento antimicrobiano global que funcione dentro e fora de casa ainda está se mostrando uma tarefa assustadora.Isso ocorre devido aos riscos associados à saúde e à segurança.Descobrir um agente antimicrobiano que é menos prejudicial para os seres humanos e descobrir como incorporá-lo em substratos de revestimento com uma vida útil mais longa é um objetivo altamente procurado38.Os mais recentes materiais antimicrobianos e anti-biofilme são projetados para matar bactérias de perto, seja por contato direto ou após a liberação do agente ativo. Eles podem fazer isso inibindo a adesão bacteriana inicial (incluindo neutralizando a formação de uma camada de proteína na superfície) ou matando bactérias interferindo na parede celular.
Fundamentalmente, o revestimento de superfície é o processo de colocar outra camada na superfície de um componente para melhorar as qualidades relacionadas à superfície. O objetivo do revestimento de superfície é adaptar a microestrutura e/ou composição da região próxima à superfície do componente39.As técnicas de revestimento de superfície podem ser divididas em diferentes métodos, que estão resumidos na Fig. 2a.Os revestimentos podem ser subdivididos em categorias térmicas, químicas, físicas e eletroquímicas, dependendo do método usado para criar o revestimento.
(a) Inset mostrando as principais técnicas de fabricação usadas para a superfície, e (b) vantagens e desvantagens selecionadas da técnica de spray a frio.
A tecnologia de pulverização a frio compartilha muitas semelhanças com os métodos convencionais de pulverização térmica. No entanto, também existem algumas propriedades fundamentais que tornam o processo de pulverização a frio e os materiais de pulverização a frio particularmente únicos. adequado para materiais muito sensíveis à temperatura, como nanocristais, nanopartículas, vidros amorfos e metálicos40, 41, 42. Além disso, materiais de revestimento por aspersão térmica sempre exibem altos níveis de porosidade e óxidos. A tecnologia de aspersão a frio tem muitas vantagens significativas sobre a tecnologia de aspersão térmica, como (i) entrada mínima de calor no substrato, (ii) flexibilidade nas escolhas de revestimento do substrato, (iii) ausência de transformação de fase e crescimento de grão, (iv) alta resistência de ligação1,39 (Fig.2b).Além disso, os materiais de revestimento por pulverização a frio têm alta resistência à corrosão, alta resistência e dureza, alta condutividade elétrica e alta densidade41.Ao contrário das vantagens do processo de pulverização a frio, ainda existem algumas desvantagens no uso dessa técnica, conforme mostrado na Figura 2b.Ao revestir pós de cerâmica pura, como Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, etc., o método de pulverização a frio não pode ser usado.Por outro lado, pós de compósitos de cerâmica/metal podem ser usados ​​como matérias-primas para revestimentos.Os mesmos vale para outros métodos de pulverização térmica. Superfícies complicadas e superfícies internas de tubos ainda são difíceis de pulverizar.
Dado que o presente trabalho visa utilizar pós vítreos metálicos como matérias-primas de revestimento, fica claro que a aspersão térmica convencional não pode ser utilizada para este fim. Isso ocorre porque os pós vítreos metálicos cristalizam em altas temperaturas1.
A maioria das ferramentas utilizadas nas indústrias médica e alimentícia são feitas de ligas de aço inoxidável austenítico (SUS316 e SUS304) com um teor de cromo entre 12 e 20% em peso para a produção de instrumentos cirúrgicos. É geralmente aceito que o uso de cromo metálico como elemento de liga em ligas de aço pode melhorar muito a resistência à corrosão de ligas de aço padrão. Ligas de aço inoxidável, apesar de sua alta resistência à corrosão, não exibem propriedades antimicrobianas significativas38,39. resistência à corrosão. Depois disso, pode-se prever o desenvolvimento de infecção e inflamação, que é causada principalmente pela adesão bacteriana e colonização na superfície de biomateriais de aço inoxidável. Dificuldades significativas podem surgir devido a dificuldades significativas associadas à adesão bacteriana e vias de formação de biofilme, que podem levar à deterioração da saúde, o que pode ter muitas consequências que podem afetar direta ou indiretamente a saúde humana.
Este estudo é a primeira fase de um projeto financiado pela Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), Contrato nº 2010-550401, para investigar a viabilidade de produzir pós ternários de Cu-Zr-Ni vítreos metálicos usando a tecnologia MA (Tabela 1) para a produção de filme antibacteriano/revestimento de proteção de superfície SUS304. sistema em detalhe. Testes microbiológicos detalhados serão realizados para diferentes espécies bacterianas.
Neste artigo, o efeito do teor do elemento de liga Zr na capacidade de formação de vidro (GFA) é discutido com base nas características morfológicas e estruturais. Além disso, as propriedades antibacterianas do revestimento em pó de vidro metálico revestido/compósito SUS304 também foram discutidas. Ligas de vidro metálico 0Ni30 foram usadas neste estudo.
Nesta seção, são apresentadas as mudanças morfológicas dos pós elementares de Cu, Zr e Ni na moagem de bolas de baixa energia. Como exemplos ilustrativos, dois sistemas diferentes consistindo de Cu50Zr20Ni30 e Cu50Zr40Ni10 serão usados ​​como exemplos representativos.
Características metalográficas de pós de liga mecânica (MA) obtidos após diferentes estágios do tempo de moagem de bolas. Imagens de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FE-SEM) de pós de MA e Cu50Zr40Ni10 obtidas após tempos de moagem de bolas de baixa energia de 3, 12 e 50 h são mostradas em (a), (c) e (e) para o sistema Cu50Zr20Ni30, enquanto no mesmo MA Imagens correspondentes do Cu50Zr40N i10 tomadas após o tempo são mostradas em (b), (d) e (f).
Durante a moagem de esferas, a energia cinética efetiva que pode ser transferida para o pó de metal é afetada pela combinação de parâmetros, conforme mostrado na Fig. 1a. Isso inclui colisões entre esferas e pós, cisalhamento compressivo de pó preso entre ou entre meios de moagem, impacto de esferas caindo, cisalhamento e desgaste devido ao arrasto de pó entre meios de moagem de esferas em movimento e onda de choque passando por Bolas em queda espalhadas por cargas de colheita (Fig. 1a). Pós elementares de Cu, Zr e Ni foram severamente deformados devido à soldagem a frio no estágio inicial de MA (3 h), resultando em grandes partículas de pó (>1 mm de diâmetro). Essas grandes partículas compostas são caracterizadas pela formação de camadas espessas de elementos de liga (Cu, Zr, Ni), conforme mostrado na Fig. 3a,b.Aumentar o tempo MA para 12 h (estágio intermediário) resultou em um aumento da energia cinética do moinho de bolas, resultando na decomposição do pó composto em pós mais finos (menos de 200 µm), conforme mostrado na Fig. 3c,d.Neste estágio , a força de cisalhamento aplicada leva à formação de uma nova superfície de metal com camadas finas de Cu, Zr, Ni, como mostrado na Fig. 3c,d. Como resultado do refinamento da camada, ocorrem reações de fase sólida na interface dos flocos para gerar novas fases.
No clímax do processo MA (após 50 h), a metalografia escamosa era apenas levemente visível (Fig. 3e, f), mas a superfície polida do pó mostrava metalografia espelhada. Isso significa que o processo MA foi concluído e a criação de uma única fase de reação ocorreu. - espectroscopia de raios (EDS) (IV).
Na Tabela 2, as concentrações elementares dos elementos de liga são mostradas como uma porcentagem do peso total de cada região selecionada na Fig. 3e,f. Ao comparar esses resultados com as composições nominais iniciais de Cu50Zr20Ni30 e Cu50Zr40Ni10 listadas na Tabela 1, pode-se ver que as composições desses dois produtos finais têm valores muito semelhantes às composições nominais. Além disso, os valores relativos dos componentes para as regiões listadas na Fig. 3e,f não implicam em uma deterioração ou flutuação significativa na composição de cada amostra de uma região para outra. Isso é evidenciado pelo fato de que não há mudança na composição de uma região para outra. Isso aponta para a produção de pós de liga homogêneos, conforme mostrado na Tabela 2.
Micrografias FE-SEM do produto final Cu50(Zr50−xNix) em pó foram obtidas após 50 MA vezes, conforme mostrado na Fig. 4a-d, onde x é 10, 20, 30 e 40 at.%, respectivamente. Figura 4.
Características morfológicas dos pós de Cu50(Zr50−xNix) obtidos após tempo MA de 50 h. Para os sistemas Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, as imagens FE-SEM dos pós obtidos após tempos 50 MA são mostradas em (a), (b), (c) e (d), respectivamente.
Antes de carregar os pós em um alimentador de spray frio, eles foram primeiro sonicados em etanol de grau analítico por 15 minutos e depois secos a 150°C por 2 horas. Esta etapa deve ser realizada para combater com sucesso a aglomeração que geralmente causa muitos problemas significativos ao longo do processo de revestimento. elementos de liga da liga Cu50Zr30Ni20 obtidos após 50 h de tempo M, respectivamente. Deve-se notar que os pós de liga produzidos após esta etapa são homogêneos, pois não apresentam flutuações de composição além do nível subnanômetro, conforme mostrado na Figura 5.
Morfologia e distribuição elementar local do pó de MG Cu50Zr30Ni20 obtido após 50 MA vezes por FE-SEM/espectroscopia de raios X dispersiva de energia (EDS).
Os padrões de XRD dos pós Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 e Cu50Zr20Ni30 mecanicamente ligados obtidos após MA de 50 h são mostrados na Fig. 6a-d, respectivamente. Após esta etapa de moagem, todas as amostras com diferentes concentrações de Zr mostraram estruturas amorfas com padrões de difusão de halo característicos mostrados na Fig. 6.
Padrões XRD de (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 e (d) Cu50Zr20Ni30 em pó após MA de 50 h. Todas as amostras, sem exceção, mostraram um padrão de difusão de halo, implicando a formação de uma fase amorfa.
A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução por emissão de campo (FE-HRTEM) foi usada para observar mudanças estruturais e entender a estrutura local dos pós resultantes da moagem de esferas em diferentes tempos de MA. Imagens FE-HRTEM dos pós obtidas após os estágios iniciais (6 h) e intermediários (18 h) de moagem para os pós Cu50Zr30Ni20 e Cu50Zr40Ni10 são mostrados na Fig. 7a,c, respectivamente. De acordo com a imagem de campo claro (BFI) de o pó produzido após MA​​​ 6 h, o pó é composto de grãos grandes com limites bem definidos dos elementos fcc-Cu, hcp-Zr e fcc-Ni, e não há sinal de que a fase de reação tenha se formado, conforme mostrado na Fig. 7a. Além disso, o padrão de difração de área selecionada correlacionada (SADP) retirado da região intermediária de (a) revelou um padrão de difração de cúspide (Fig. 7b), indicando a presença de grandes cristalitos e a ausência de um re fase ativa.
Caracterização estrutural local do pó de MA obtida após os estágios inicial (6 h) e intermediário (18 h). (a) Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução por emissão de campo (FE-HRTEM) e (b) o padrão de difração de área selecionada correspondente (SADP) de pó de Cu50Zr30Ni20 após tratamento de MA por 6 h. A imagem FE-HRTEM de Cu50Zr40Ni10 obtida após um tempo de MA de 18 h é mostrada em (c).
Conforme mostrado na Fig. 7c, estender a duração do MA para 18 h resultou em graves defeitos de rede combinados com deformação plástica. Durante este estágio intermediário do processo de MA, o pó exibe vários defeitos, incluindo falhas de empilhamento, defeitos de rede e defeitos pontuais (Figura 7). Esses defeitos fazem com que os grãos grandes se dividam ao longo de seus limites de grão em subgrãos com tamanhos menores que 20 nm (Fig. 7c).
A estrutura local do pó de Cu50Z30Ni20 moído por 36 h MA tem a formação de nanogrãos ultrafinos embutidos em uma matriz fina amorfa, como mostrado na Fig. 8a. A análise EDS local indicou que os nanoclusters mostrados na Fig. 8a estavam associados a elementos de liga de pó de Cu, Zr e Ni não processados. área), indicando a formação de produtos heterogêneos. Além disso, os correspondentes SADPs dos pós obtidos após a moagem nesta etapa mostram anéis primários e secundários difusores de halo da fase amorfa, sobrepostos com pontos agudos associados a esses elementos de liga brutos, conforme mostrado na Fig. 8b.
Além das características estruturais locais do pó de 36 h-Cu50Zr30Ni20. (a) Imagem de campo claro (BFI) e correspondente (b) SADP do pó de Cu50Zr30Ni20 obtido após moagem por 36 h MA.
Perto do final do processo MA (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X;Os pós de 10, 20, 30 e 40 at.% invariavelmente têm uma morfologia de fase amorfa labiríntica como mostrado na Fig. 9a-d. No SADP correspondente de cada composição, nem difrações pontuais nem padrões anulares nítidos puderam ser detectados. Isso indica que nenhum metal cristalino não processado está presente, mas sim um pó de liga amorfa é formado. fases no material do produto final.
Estrutura local do produto final do sistema MG Cu50 (Zr50−xNix).FE-HRTEM e padrões de difração de nanobeam correlacionados (NBDP) de (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 e (d) Cu50Zr10Ni40 obtidos após 50 h de MA.
A estabilidade térmica da temperatura de transição vítrea (Tg), região de líquido subresfriado (ΔTx) e temperatura de cristalização (Tx) em função do teor de Ni (x) do sistema amorfo Cu50(Zr50−xNix) foi investigada usando calorimetria exploratória diferencial (DSC) de propriedades sob fluxo de gás He. pós de liga amorfa obtidos após tempo MA de 50 h são mostrados na Fig. 10a, b, e, respectivamente. Enquanto a curva DSC de Cu50Zr20Ni30 amorfo é mostrada separadamente na Fig. 10c. Enquanto isso, a amostra Cu50Zr30Ni20 aquecida a ~700 °C em DSC é mostrada na Fig. 10d.
Estabilidade térmica de pós de Cu50(Zr50−xNix) MG obtidos após um tempo MA de 50 h, indexado pela temperatura de transição vítrea (Tg), temperatura de cristalização (Tx) e região de líquido subresfriado (ΔTx). Calorímetro de varredura diferencial (DSC) termogramas de (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 e (e) pós de liga Cu50Zr10Ni40 MG após tempo MA de 50 h. O padrão de difração de raios X (XRD) da amostra Cu50Zr30Ni20 aquecida a ~700 °C em DSC é mostrado em (d).
Conforme mostrado na Figura 10, as curvas DSC de todas as composições com diferentes concentrações de Ni (x) indicam dois casos diferentes, um endotérmico e outro exotérmico. O primeiro evento endotérmico corresponde a Tg, enquanto o segundo está relacionado a Tx. A região de extensão horizontal que existe entre Tg e Tx é chamada de região de líquido subresfriado (ΔTx = Tx – Tg). Os resultados mostram que a Tg e Tx da amostra Cu50Zr40Ni10 (Fig. 10a), colocados a 526°C e 612°C, deslocam o teor (x) para 20 at.% em direção ao lado de baixa temperatura de 482°C e 563°C com aumento do teor de Ni (x), respectivamente, conforme mostrado na Figura 10b. Consequentemente, o ΔTx de Cu50Zr40Ni10 diminui de 86°C (Fig. 10a) para 81°C para Cu50Zr3 0Ni20 (Fig. 10b). Para a liga MG Cu50Zr40Ni10, também foi observado que os valores de Tg, Tx e ΔTx diminuíram para o nível de 447°C, 526°C e 79°C (Fig. 10b). Isso indica que o aumento do teor de Ni leva a uma diminuição na estabilidade térmica da liga MG. A liga 50Zr20Ni30 é inferior à da liga MG Cu50Zr40Ni10;no entanto, seu Tx apresenta um valor comparável ao anterior (612 °C). Portanto, ΔTx apresenta um valor maior (87 °C), conforme mostrado na Fig. 10c.
O sistema MG Cu50(Zr50−xNix), tomando a liga MG Cu50Zr20Ni30 como exemplo, cristaliza através de um pico exotérmico agudo nas fases cristalinas de fcc-ZrCu5, ortorrômbica-Zr7Cu10 e ortorrômbica-ZrNi (Fig. 10c). Esta transição de fase amorfa para cristalina foi confirmada por XRD da amostra MG (Fig. 10d ), que foi aquecido a 700 °C em DSC.
A Figura 11 mostra fotografias tiradas durante o processo de pulverização a frio realizado no presente trabalho. Neste estudo, as partículas de pó semelhante a vidro de metal sintetizadas após MA tempo de 50 h (tomando Cu50Zr20Ni30 como exemplo) foram usadas como matérias-primas antibacterianas, e a placa de aço inoxidável (SUS304) foi revestida pela tecnologia de pulverização a frio. materiais como pós amorfos e nanocristalinos, que não estão sujeitos a transições de fase. Este é o principal fator na escolha deste método. O processo de pulverização a frio é realizado utilizando partículas de alta velocidade que convertem a energia cinética das partículas em deformação plástica, deformação e calor ao impacto com o substrato ou partículas previamente depositadas.
As fotos de campo mostram o procedimento de pulverização a frio usado para cinco preparações consecutivas de revestimento MG/SUS 304 a 550 °C.
A energia cinética das partículas e, portanto, o momento de cada partícula na formação do revestimento, deve ser convertida em outras formas de energia por meio de mecanismos como deformação plástica (partícula inicial e interações partícula-partícula no substrato e interações partícula), consolidação de vazios, rotação partícula-partícula, deformação e, finalmente, calor 39. Além disso, se nem toda a energia cinética recebida for convertida em calor e energia de deformação, o resultado é uma colisão elástica, o que significa que as partículas simplesmente se recuperam após o impacto. Foi apontado que 90% do impacto a energia aplicada ao material partícula/substrato é convertida em calor local 40 . Além disso, quando a tensão de impacto é aplicada, altas taxas de deformação plástica são alcançadas na região de contato partícula/substrato em um tempo muito curto41,42.
A deformação plástica é geralmente considerada um processo de dissipação de energia ou, mais especificamente, uma fonte de calor na região interfacial. No entanto, o aumento de temperatura na região interfacial geralmente não é suficiente para produzir fusão interfacial ou promover significativamente a interdifusão atômica.
O BFI do pó da liga MG Cu50Zr20Ni30 pode ser visto na Fig. 12a, que foi revestido no substrato SUS 304 (Figs. 11, 12b). matriz de pó granulada (Fig. 12a). A Figura 12c representa o padrão de difração de nanofeixe indexado (NBDP) associado à região I (Figura 12a). 304 ao ar livre sob fluxo supersônico. Por outro lado, a desvitrificação dos pós vítreos metálicos alcançou a formação de grandes fases cúbicas após tratamento por spray frio a 550 °C por 30 min.
(a) Imagem FE-HRTEM de pó de MG revestido em (b) substrato SUS 304 (inserção da figura). O índice NBDP do símbolo circular mostrado em (a) é mostrado em (c).
Para verificar este mecanismo potencial para a formação de grandes nanopartículas cúbicas de Zr2Ni, um experimento independente foi realizado. Neste experimento, os pós foram pulverizados de uma pistola de pulverização a 550 °C na direção do substrato SUS 304;no entanto, para elucidar o efeito de recozimento dos pós, eles foram removidos da tira SUS304 o mais rápido possível (cerca de 60 segundos). Outro conjunto de experimentos foi realizado no qual o pó foi removido do substrato cerca de 180 segundos após a deposição.
As Figuras 13a,b mostram imagens de campo escuro (DFI) obtidas por microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) de dois materiais pulverizados depositados em substratos SUS 304 por 60 s e 180 s, respectivamente. A imagem do pó depositada por 60 segundos não possui detalhes morfológicos, mostrando ausência de características (Fig. 13a). Isso também foi confirmado por XRD, que indicou que a estrutura geral desses pós era amorfa, conforme indicado pela máxima de difração primária e secundária ampla a mostrado na Figura 14a. Estes indicam a ausência de precipitação metaestável/mesofásica, onde o pó retém sua estrutura amorfa original. Em contraste, o pó pulverizado na mesma temperatura (550 °C), mas deixado no substrato por 180 s, mostrou a precipitação de grãos de tamanho nanométrico, conforme indicado pelas setas na Fig. 13b.