Vă mulțumim că vizitați Nature.com.Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura suport continuu, vom afișa site-ul fără stiluri și JavaScript.
Biofilmele sunt o componentă importantă în dezvoltarea infecțiilor cronice, în special atunci când sunt implicate dispozitive medicale. Această problemă reprezintă o provocare uriașă pentru comunitatea medicală, deoarece antibioticele standard pot eradica biofilmele doar într-o măsură foarte limitată. Prevenirea formării biofilmului a condus la dezvoltarea diferitelor metode de acoperire și a materialelor noi. metale, au apărut ca acoperiri antimicrobiene ideale. În același timp, utilizarea tehnologiei de pulverizare la rece a crescut, deoarece este o metodă potrivită pentru prelucrarea materialelor sensibile la temperatură. O parte a scopului acestui studiu a fost dezvoltarea unei noi folii antibacteriene din sticlă metalică compusă din Cu-Zr-Ni ternar folosind tehnici de aliere mecanică. temperaturi scăzute.Suporturile acoperite cu sticlă metalică au putut reduce semnificativ formarea de biofilm cu cel puțin 1 log comparativ cu oțelul inoxidabil.
De-a lungul istoriei omenirii, orice societate a fost capabilă să proiecteze și să promoveze introducerea de materiale noi care îndeplinesc cerințele sale specifice, ceea ce a dus la îmbunătățirea performanței și a clasificării într-o economie globalizată1. A fost întotdeauna atribuită abilității umane de a dezvolta materiale și echipamente de fabricare și design pentru fabricarea și caracterizarea materialelor pentru a obține câștiguri în sănătate, educație, industrie, economie, cultură și alte domenii, indiferent de țară sau regiune, indiferent de țară sau regiune.2 Timp de 60 de ani, oamenii de știință din materiale și-au dedicat o mare parte din timp concentrându-se asupra unei preocupări majore: căutarea materialelor noi și de ultimă oră. Cercetările recente s-au concentrat pe îmbunătățirea calității și performanței materialelor existente, precum și pe sintetizarea și inventarea unor tipuri complet noi de materiale.
Adăugarea de elemente de aliere, modificarea microstructurii materialului și aplicarea tehnicilor de prelucrare termică, mecanică sau termo-mecanică au dus la îmbunătățiri semnificative ale proprietăților mecanice, chimice și fizice ale unei varietăți de materiale diferite. În plus, compuși nemaiauziți până acum au fost sintetizați cu succes în acest moment. , nanotuburile, punctele cuantice, sticlele metalice amorfe, zero-dimensionale și aliajele cu entropie ridicată sunt doar câteva exemple de materiale avansate introduse în lume de la mijlocul secolului trecut. Atunci când se produc și se dezvoltă aliaje noi cu proprietăți superioare, fie în produsul final, fie în etapele intermediare ale producției sale, problema dezechilibrului este adesea adăugată de la o nouă clasă de realizare a echilibrului. au fost descoperite aliaje de masă, cunoscute sub numele de pahare metalice.
Lucrarea sa la Caltech în 1960 a adus o revoluție în conceptul de aliaje metalice atunci când a sintetizat aliaje sticloase Au-25 la % Si prin solidificarea rapidă a lichidelor la aproape un milion de grade pe secundă. în sinteza aliajelor MG, aproape toate sticlele metalice au fost produse în întregime prin utilizarea uneia dintre următoarele metode;(i) solidificarea rapidă a topiturii sau aburului, (ii) dezordonarea atomică a rețelei, (iii) reacții de amorfizare în stare solidă între elementele metalice pure și (iv) tranziții în stare solidă ale fazelor metastabile.
MG-urile se disting prin lipsa ordinii atomice pe rază lungă asociată cu cristalele, care este o caracteristică definitorie a cristalelor. În lumea de astăzi, s-au făcut progrese mari în domeniul sticlei metalice. Sunt materiale noi cu proprietăți interesante, care sunt de interes nu numai în fizica stării solide, ci și în metalurgie, chimie de suprafață și multe alte tipuri de proprietăți diferite ale metalelor, biologie și alte proprietăți ale metalelor. , făcându-l un candidat interesant pentru aplicații tehnologice într-o varietate de domenii. Au câteva proprietăți importante;(i) ductilitate mecanică ridicată și limită de curgere, (ii) permeabilitate magnetică ridicată, (iii) coercivitate scăzută, (iv) rezistență neobișnuită la coroziune, (v) independență de temperatură Conductivitatea de 6,7.
Aliarea mecanică (MA)1,8 este o tehnică relativ nouă, introdusă pentru prima dată în 19839 de către prof. CC Kock și colegii. Ei au preparat pulberi amorfe de Ni60Nb40 prin măcinarea unui amestec de elemente pure la temperaturi ambiante foarte apropiate de temperatura camerei.De obicei, reacția MA se desfășoară între cuplarea difuzivă a pulberilor de material reactant într-un reactor, de obicei fabricat din oțel inoxidabil într-o moară cu bile 10 (Fig. 1a, b). De atunci, această tehnică de reacție în stare solidă indusă mecanic a fost utilizată pentru a prepara noi pulberi de aliaj de sticlă amorfă/metalice folosind mori cu bile, precum și mori cu tije cu energie scăzută și înaltă (Fig. 5, 16. În special, această metodă a fost folosită pentru a pregăti sisteme nemiscibile precum Cu-Ta17, precum și aliaje cu punct de topire înalt, cum ar fi sistemele metalice de tranziție Al (TM; Zr, Hf, Nb și Ta)18,19 și Fe-W20, care nu pot fi obținute folosind căi de preparare convenționale. particule nanocompozite de pulbere de oxizi metalici, carburi, nitruri, hidruri, nanotuburi de carbon, nanodiamante, precum și stabilizare largă printr-o abordare de sus în jos 1 și etape metastabile.
Schemă care arată metoda de fabricație utilizată pentru a pregăti acoperirea cu sticlă metalică (MG) Cu50(Zr50−xNix)/SUS 304 în acest studiu. (a) Prepararea pulberilor de aliaj MG cu diferite concentrații de Ni x (x; 10, 20, 30 și 40 at.%) utilizând tehnica de frezare cu bile de energie redusă. într-o torpedo umplută cu atmosferă He.(c) Un model transparent al vasului de măcinare care ilustrează mișcarea bilei în timpul măcinarii.Produsul final al pulberii obținute după 50 de ore a fost utilizat pentru a acoperi substratul SUS 304 folosind metoda de pulverizare la rece (d).
Când vine vorba de suprafețe de materiale în vrac (substraturi), ingineria suprafețelor implică proiectarea și modificarea suprafețelor (substratelor) pentru a oferi anumite calități fizice, chimice și tehnice care nu sunt conținute în materialul în vrac original. Unele proprietăți care pot fi îmbunătățite eficient prin tratamente de suprafață includ rezistența la abraziune, rezistența la oxidare și coroziune, coeficient de frecare, bio-inertitate și calitatea suprafeței. prin folosirea tehnicilor metalurgice, mecanice sau chimice. Ca un proces binecunoscut, o acoperire este definită pur și simplu ca un singur strat sau mai multe straturi de material depuse artificial pe suprafața unui obiect în vrac (substrat) realizat dintr-un alt material. Astfel, acoperirile sunt folosite parțial pentru a obține unele proprietăți tehnice sau decorative dorite, precum și pentru a proteja materialele de interacțiunile chimice și fizice așteptate cu mediul înconjurător.
Pentru a depune straturi adecvate de protecție a suprafeței cu grosimi cuprinse între câțiva micrometri (sub 10-20 micrometri) până la peste 30 micrometri sau chiar câțiva milimetri, pot fi aplicate multe metode și tehnici. În general, procesele de acoperire pot fi împărțite în două categorii: (i) metode de acoperire umedă, inclusiv galvanizare, galvanizare, galvanizare și galvanizare, metoda de acoperire la cald, galvanizare și acoperire uscată, galvanizare și galvanizare. fațare , depunere fizică de vapori (PVD), depunere chimică de vapori (CVD), tehnici de pulverizare termică și, mai recent, tehnici de pulverizare la rece 24 (Fig. 1d).
Biofilmele sunt definite ca comunități microbiene care sunt atașate ireversibil de suprafețe și înconjurate de polimeri extracelulari autoproduși (EPS). Formarea de biofilme superficial mature poate duce la pierderi semnificative în multe sectoare industriale, inclusiv industria alimentară, sistemele de apă și mediile de îngrijire a sănătății. Mai mult, s-a raportat că biofilmele mature sunt de 1000 de ori mai rezistente la tratamentul cu antibiotice în comparație cu celulele bacteriene planctonice, ceea ce este considerat o provocare terapeutică majoră. Materialele de acoperire a suprafeței antimicrobiene derivate din compuși organici convenționali au fost folosite în trecut.
Rezistența pe scară largă a bacteriilor la tratamentele cu antibiotice datorită formării biofilmului a condus la necesitatea dezvoltării unei suprafețe acoperite cu membrană antimicrobiană eficientă, care să poată fi aplicată în siguranță27. Dezvoltarea unei suprafețe fizice sau chimice anti-aderente la care celulele bacteriene sunt inhibate să se lege și să construiască biofilme datorită aderenței este prima abordare în acest proces27. necesare, în cantități extrem de concentrate și adaptate. Acest lucru se realizează prin dezvoltarea de materiale de acoperire unice, cum ar fi grafen/germaniu28, diamant negru29 și acoperiri de carbon asemănătoare diamantului dopat cu ZnO30, care sunt rezistente la bacterii, o tehnologie care maximizează dezvoltarea toxicității și a rezistenței datorită formării biofilmului. În plus, sunt reduse semnificativ. devin din ce în ce mai populare. Deși toate cele trei proceduri sunt capabile să producă efecte antimicrobiene pe suprafețele acoperite, fiecare are propriul set de limitări care ar trebui luate în considerare la dezvoltarea strategiilor de aplicare.
Produsele aflate în prezent pe piață sunt îngreunate de timpul insuficient pentru analiza și testarea straturilor de protecție pentru ingrediente biologic active. Companiile susțin că produsele lor vor oferi utilizatorilor aspecte funcționale dezirabile;totuși, acesta a reprezentat un obstacol în calea succesului produselor aflate în prezent pe piață. Compușii derivați din argint sunt utilizați în marea majoritate a terapiilor antimicrobiene disponibile acum consumatorilor. Aceste produse sunt dezvoltate pentru a proteja utilizatorii de efectele potențial periculoase ale microorganismelor. în interior și în exterior se dovedește încă a fi o sarcină descurajantă. Acest lucru se datorează riscurilor asociate atât pentru sănătate, cât și pentru siguranță. Descoperirea unui agent antimicrobian care este mai puțin dăunător pentru oameni și descoperirea modului de a-l încorpora în substraturi de acoperire cu o durată de valabilitate mai lungă este un obiectiv foarte căutat38. faceți acest lucru prin inhibarea aderenței bacteriene inițiale (inclusiv contracararea formării unui strat de proteine ​​la suprafață) sau prin uciderea bacteriilor prin interferarea cu peretele celular.
În mod fundamental, acoperirea de suprafață este procesul de plasare a unui alt strat pe suprafața unei componente pentru a îmbunătăți calitățile legate de suprafață. Scopul acoperirii de suprafață este de a adapta microstructura și/sau compoziția regiunii apropiate de suprafață a componentei39. Tehnicile de acoperire a suprafeței pot fi împărțite în diferite metode, care sunt rezumate în Fig. 2a. creați acoperirea.
(a) Inset care arată principalele tehnici de fabricare utilizate pentru suprafață și (b) avantajele și dezavantajele selectate ale tehnicii de pulverizare la rece.
Tehnologia de pulverizare la rece are multe asemănări cu metodele convenționale de pulverizare termică. Cu toate acestea, există și unele proprietăți fundamentale cheie care fac ca procesul de pulverizare la rece și materialele de pulverizare la rece să fie deosebit de unice. Tehnologia de pulverizare la rece este încă în stadiu incipient, dar are un viitor strălucit. În mod evident, acest proces tradițional de acoperire nu este potrivit pentru materiale foarte sensibile la temperatură, cum ar fi nanocristalele, nanoparticulele, sticlele amorfe și metalice40, 41, 42. În plus, materialele de acoperire prin pulverizare termică prezintă întotdeauna niveluri ridicate de porozitate și oxizi, deoarece tehnologia de pulverizare termică are multe avantaje semnificative, tehnologia de pulverizare termică, precum tehnologia de pulverizare minimă (aportul de căldură) mai mult decât oxizi. , (ii) flexibilitate în alegerea acoperirii substratului, (iii) absența transformării de fază și a creșterii granulelor, (iv) rezistență ridicată a legăturii1,39 (Fig.2b). În plus, materialele de acoperire cu pulverizare la rece au rezistență ridicată la coroziune, rezistență și duritate ridicate, conductivitate electrică ridicată și densitate mare41. Spre deosebire de avantajele procesului de pulverizare la rece, există încă unele dezavantaje în utilizarea acestei tehnici, așa cum se arată în Figura 2b. Când acoperirea pulberilor ceramice pure, cum ar fi Al2O3, TiO2, WC, etc. Pulberile compozite ceramice/metalice pot fi folosite ca materii prime pentru acoperiri. Același lucru este valabil și pentru alte metode de pulverizare termică. Suprafețele complicate și suprafețele interioare ale țevilor sunt încă greu de pulverizat.
Având în vedere că lucrarea actuală urmărește utilizarea pulberilor metalice sticloase ca materii prime de acoperire, este clar că pulverizarea termică convențională nu poate fi utilizată în acest scop. Acest lucru se datorează faptului că pulberile metalice sticloase cristalizează la temperaturi ridicate1.
Majoritatea instrumentelor utilizate în industria medicală și alimentară sunt realizate din aliaje de oțel inoxidabil austenitic (SUS316 și SUS304) cu un conținut de crom între 12 și 20% în greutate pentru producția de instrumente chirurgicale. Este general acceptat că utilizarea cromului metalului ca element de aliare în aliajele de oțel poate îmbunătăți considerabil rezistența ridicată a oțelului inoxidabil, aliajele lor standard, la coroziune, nu prezintă rezistență ridicată la coroziune. prezintă proprietăți antimicrobiene semnificative38,39. Acest lucru contrastează cu rezistența lor ridicată la coroziune. După aceasta, se poate prezice dezvoltarea infecției și inflamației, care este cauzată în principal de aderența și colonizarea bacteriilor pe suprafața biomaterialelor din oțel inoxidabil. Dificultăți semnificative pot apărea din cauza dificultăților semnificative asociate cu aderența bacteriană și formarea de biofilm, care pot duce direct la multe căi de aderență și formare a biofilmului, care pot duce la multe consecințe indirecte ale sănătății și formarea biofilmului. afectează sănătatea umană.
Acest studiu este prima fază a unui proiect finanțat de Fundația Kuweit pentru Avansarea Științei (KFAS), Contract Nr. 2010-550401, pentru a investiga fezabilitatea producerii de pulberi ternare metalice sticloase de Cu-Zr-Ni folosind tehnologia MA (Tabelul 1) pentru producerea filmului antibacterian/SUS de protecție a suprafeței va începe în ianuarie 204. examinează în detaliu caracteristicile de coroziune electrochimică și proprietățile mecanice ale sistemului.Se vor efectua teste microbiologice detaliate pentru diferite specii bacteriene.
În această lucrare, efectul conținutului de element de aliere Zr asupra capacității de formare a sticlei (GFA) este discutat pe baza caracteristicilor morfologice și structurale. În plus, au fost discutate și proprietățile antibacteriene ale stratului de pulbere de sticlă metalică acoperită/compozit SUS304. Ca exemple reprezentative, în acest studiu au fost utilizate aliaje metalice de sticlă Cu50Zr30Ni20 și Cu50Zr20Ni30.
În această secțiune, sunt prezentate modificările morfologice ale pulberilor elementare de Cu, Zr și Ni în măcinarea cu bile de energie scăzută. Ca exemple ilustrative, două sisteme diferite constând din Cu50Zr20Ni30 și Cu50Zr40Ni10 vor fi utilizate ca exemple reprezentative. Procesul MA poate fi împărțit în trei etape distincte, așa cum se arată în etapa de caracterizare metalografică produsă în figură 3.
Caracteristicile metalografice ale pulberilor din aliaje mecanice (MA) obținute după diferite etape ale timpului de măcinare cu bile. Imaginile microscopiei electronice cu scanare cu emisie de câmp (FE-SEM) ale pulberilor de MA și Cu50Zr40Ni10 obținute după timpi de măcinare cu bile de energie redusă de 3, 12 și 50 de ore sunt prezentate în (a), (c) și în imaginile (a), (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) și (c) Sistemul Cu50Zr40Ni10 luat după timp este prezentat în (b), (d) și (f).
În timpul măcinării cu bile, energia cinetică efectivă care poate fi transferată pulbei metalice este afectată de combinația de parametri, așa cum se arată în Fig. 1a. Aceasta include ciocniri între bile și pulberi, forfecarea prin compresie a pulberii blocate între sau între mediile de măcinare, impactul bilelor care căde, forfecarea și uzura din cauza împrăștierii bilei prin mijlocul de șoc și împrăștierea bilei prin mijlocul de șoc. Fig. 1a). Pulberile elementare de Cu, Zr și Ni au fost grav deformate din cauza sudării la rece în stadiul inițial al MA (3 h), rezultând particule mari de pulbere (>1 mm în diametru). Aceste particule mari compozite sunt caracterizate prin formarea de straturi groase de elemente de aliere (Cu, Zr, Ni), așa cum se arată în etapa MA2 (intermediată în stadiul 2). o creștere a energiei cinetice a morii cu bile, ducând la descompunerea pulberii compozite în pulberi mai fine (mai puțin de 200 µm), așa cum se arată în Fig. 3c,d. În această etapă, forța de forfecare aplicată duce la formarea unei noi suprafețe metalice cu straturi fine de Cu, Zr, Ni indiciu, așa cum se arată în fig. are nevoie de a genera noi faze.
La punctul culminant al procesului MA (după 50 de ore), metalografia în fulgi era doar puțin vizibilă (Fig. 3e,f), dar suprafața lustruită a pulberii a prezentat metalografie în oglindă. Aceasta înseamnă că procesul MA a fost finalizat și a avut loc crearea unei singure faze de reacție. Compoziția elementară a regiunilor indexate în Fig. scopy (FE-SEM) combinat cu spectroscopie cu raze X cu dispersie de energie (EDS) (IV).
În Tabelul 2, concentrațiile elementare ale elementelor de aliere sunt prezentate ca procent din greutatea totală a fiecărei regiuni selectate în Fig. 3e,f. Când se compară aceste rezultate cu compozițiile nominale inițiale ale Cu50Zr20Ni30 și Cu50Zr40Ni10 enumerate în Tabelul 1, se poate observa că compozițiile acestor două produse finale au valori mai asemănătoare pentru regiunile cu valorile nominale mai asemănătoare. d din Fig. 3e,f nu implică o deteriorare semnificativă sau o fluctuație a compoziției fiecărei probe de la o regiune la alta. Acest lucru este evidențiat de faptul că nu există nicio modificare a compoziției de la o regiune la alta. Acest lucru indică producția de pulberi de aliaj omogene, așa cum se arată în Tabelul 2.
Micrografiile FE-SEM ale pulberii produsului final Cu50(Zr50−xNix) au fost obținute după 50 MA ori, așa cum se arată în Fig. 4a–d, unde x este 10, 20, 30 și, respectiv, 40 at.%. După această etapă de măcinare, agregatele de pulbere din cauza efectului de agregate mari, rezultă din formarea particulelor de particule mari, cu particule ultrafine. variind de la 73 la 126 nm, așa cum se arată în Figura 4.
Caracteristicile morfologice ale pulberilor de Cu50(Zr50−xNix) obținute după un timp MA de 50 h. Pentru sistemele Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, imaginile FE-SEM ale pulberilor obținute sunt afișate după 50 MA, respectiv (b), (c) și respectiv (b), (c) d, respectiv (b), (c) d.
Înainte de a încărca pulberile într-un alimentator cu pulverizare rece, acestea au fost mai întâi sonicate în etanol de calitate analitică timp de 15 minute și apoi uscate la 150°C timp de 2 ore. Acest pas trebuie făcut pentru a combate cu succes aglomerarea care cauzează adesea multe probleme semnificative pe parcursul procesului de acoperire. Micrografiile FE-SEM și imaginile EDS corespunzătoare ale elementelor de aliere Cu, Zr și Ni ale aliajului Cu50Zr30Ni20 obținute după 50 de ore de timp M, respectiv. Trebuie remarcat că pulberile de aliaj produse după această etapă sunt omogene, deoarece nu prezintă fluctuații de compoziție dincolo de nivelul subnanometrului, așa cum se arată în figura 5.
Morfologia și distribuția elementară locală a pulberii de MG Cu50Zr30Ni20 obținute după 50 MA ori prin spectroscopie cu raze X cu dispersie de energie FE-SEM/EDS (EDS).
Modelele XRD ale pulberilor Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 și Cu50Zr20Ni30 aliate mecanic, obținute după un timp MA de 50 h, sunt prezentate în Fig. 6a–d, respectiv.
Modele XRD ale pulberilor (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 și (d) Cu50Zr20Ni30 după un timp MA de 50 h. Toate probele, fără excepție, au prezentat un model de difuzie halo, implicând formarea unei faze amorfe.
Microscopia electronică cu transmisie de înaltă rezoluție cu emisie de câmp (FE-HRTEM) a fost utilizată pentru a observa modificările structurale și pentru a înțelege structura locală a pulberilor rezultate din măcinarea cu bile la diferite momente MA. Imaginile FE-HRTEM ale pulberilor obținute după etapele timpurii (6 ore) și intermediare (18 ore) de măcinare pentru Cu50Zr30Ni20 și, respectiv, Cu50Zr30Ni20 și respectiv Cu50Zr30Ni20, sunt prezentate în Fig. la imaginea de câmp luminos (BFI) a pulberii produse după MA​​ 6 h, pulberea este compusă din granule mari cu limite bine definite ale elementelor fcc-Cu, hcp-Zr și fcc-Ni și nu există niciun semn că s-a format faza de reacție, așa cum se arată în Fig. 7a. model de acțiune (Fig. 7b), indicând prezența cristalitelor mari și absența unei faze reactive.
Caracterizarea structurală locală a pulberii de MA obținută după etapele timpurii (6 ore) și intermediare (18 ore). (a) Microscopie electronică cu transmisie de înaltă rezoluție cu emisie de câmp (FE-HRTEM) și (b) modelul de difracție ariei selectat corespunzător (SADP) al pulberii Cu50Zr30Ni20 după tratamentul MA timp de 6 ore. ).
După cum se arată în Fig. 7c, extinderea duratei MA la 18 h a dus la defecte severe ale rețelei combinate cu deformarea plastică. În timpul acestei etape intermediare a procesului MA, pulberea prezintă diverse defecte, inclusiv defecte de stivuire, defecte ale rețelei și defecte punctiforme (Figura 7). 7c).
Structura locală a pulberii de Cu50Z30Ni20 măcinate timp de 36 de ore MA are formarea de nanogranule ultrafine încorporate într-o matrice fină amorfă, așa cum se arată în Fig. 8a. Analiza EDS locală a indicat că acele nanoclustere prezentate în Fig. 8a au fost asociate cu Cu, Zr și Ni neprelucrate, conținutul de pulbere de Cu, Zr și Ni din același timp al matricei, a fluctuat în același timp. o suprafață) până la ~74 at.% (zonă bogată), indicând formarea de produse eterogene. În plus, SADP-urile corespunzătoare ale pulberilor obținute după măcinare în această etapă prezintă inele primare și secundare de halo-difuzie de fază amorfă, suprapuse cu puncte ascuțite asociate cu acele elemente de aliere brute, așa cum se arată în Fig. 8b.
Dincolo de 36 h-Cu50Zr30Ni20 pulbere caracteristici structurale locale la scară nanometrică. (a) Imagine în câmp luminos (BFI) și (b) SADP corespunzătoare a pulberii Cu50Zr30Ni20 obținută după măcinare timp de 36 de ore MA.
Aproape de sfârșitul procesului MA (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X;Pulberile 10, 20, 30 și 40 at.% au invariabil o morfologie de fază amorfă labirintică, așa cum se arată în Fig. 9a–d. În SADP corespunzătoare fiecărei compoziții, nu au putut fi detectate nici difracții punctiforme, nici modele inelare ascuțite. Acest lucru indică faptul că nu este prezent nici un metal neprelucrat, ci mai degrabă un metal alocat. SADP-urile care prezintă modele de difuzie de halo au fost, de asemenea, utilizate ca dovezi pentru dezvoltarea fazelor amorfe în materialul produsului final.
Structura locală a produsului final al sistemului MG Cu50 (Zr50−xNix).
Stabilitatea termică a temperaturii de tranziție sticloasă (Tg), a regiunii lichidului subrăcit (ΔTx) și a temperaturii de cristalizare (Tx) în funcție de conținutul de Ni (x) al sistemului amorf Cu50(Zr50−xNix) a fost investigată folosind calorimetria de scanare diferențială (DSC) a proprietăților sub fluxul de gaz He. Pulberile de aliaj amorf r10Ni40 obținute după un timp MA de 50 h sunt prezentate în Fig. 10a, b, e, respectiv. În timp ce curba DSC a Cu50Zr20Ni30 amorf este prezentată separat în Fig. 10c. Între timp, proba de Cu50Zr30Ni20 este încălzită în °C în Fig.
Stabilitatea termică a pulberilor de Cu50(Zr50−xNix) MG obținute după un timp MA de 50 de ore, indexată după temperatura de tranziție sticloasă (Tg), temperatura de cristalizare (Tx) și regiunea lichidului subrăcit (ΔTx). Pulberi de aliaj 0Ni30 și (e) Cu50Zr10Ni40 MG după un timp MA de 50 h. Modelul de difracție de raze X (XRD) al probei Cu50Zr30Ni20 încălzită la ~700 °C în DSC este prezentat în (d).
Așa cum se arată în Figura 10, curbele DSC ale tuturor compozițiilor cu concentrații diferite de Ni (x) indică două cazuri diferite, unul endotermic și celălalt exotermic. Primul eveniment endotermic corespunde Tg, în timp ce al doilea este legat de Tx. Regiunea orizontală care există între Tg și Tx se numește regiunea lichidă subrăcită (ΔTx = Tx = Tg, rezultatele Tx = Tg) 0 eșantion (Fig. 10a), plasat la 526°C și 612°C, schimbă conținutul (x) la 20 at.% spre partea de temperatură scăzută de 482°C și 563°C cu creșterea conținutului de Ni (x), respectiv, așa cum se arată în Figura 10b. 1 °C pentru Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Pentru aliajul MG Cu50Zr40Ni10, s-a observat, de asemenea, că valorile Tg, Tx și ΔTx au scăzut la nivelul de 447°C, 526°C și 79°C (Fig. 10b). .În contrast, valoarea Tg (507 °C) a aliajului MG Cu50Zr20Ni30 este mai mică decât cea a aliajului MG Cu50Zr40Ni10;cu toate acestea, Tx-ul său prezintă o valoare comparabilă cu prima (612 °C). Prin urmare, ΔTx prezintă o valoare mai mare (87 °C), așa cum se arată în Fig. 10c.
Sistemul MG Cu50(Zr50−xNix), luând ca exemplu aliajul MG Cu50Zr20Ni30, cristalizează printr-un vârf exotermic ascuțit în fazele cristaline ale fcc-ZrCu5, ortorrombic-Zr7Cu10 și ortorrombic-ZrNi (Fig. Probă de MG (Fig. 10d), care a fost încălzită la 700 ° C în DSC.
Figura 11 prezintă fotografii realizate în timpul procesului de pulverizare la rece desfășurat în lucrarea curentă. În acest studiu, particulele de pulbere metalică asemănătoare sticlei sintetizate după un timp MA de 50 de ore (luând de exemplu Cu50Zr20Ni30) au fost folosite ca materii prime antibacteriene, iar placa de oțel inoxidabil (SUS304) a fost acoperită prin tehnologia de pulverizare la rece în seria de pulverizare a fost aleasă cea mai mare tehnologia de pulverizare la rece. Metodă eficientă din seria de pulverizare termică și poate fi utilizată pentru materiale metastabile sensibile la temperatură, cum ar fi pulberile amorfe și nanocristaline, care nu sunt supuse tranzițiilor de fază. Acesta este principalul factor în alegerea acestei metode. Procesul de pulverizare la rece se realizează prin utilizarea particulelor de mare viteză care convertesc energia cinetică a particulelor în deformarea plastică a particulelor în deformarea sau depunerea termică anterioară a substratului.
Fotografiile de teren arată procedura de pulverizare la rece utilizată pentru cinci preparate consecutive de acoperire MG/SUS 304 la 550 °C.
Energia cinetică a particulelor și, prin urmare, impulsul fiecărei particule din formarea de acoperire, trebuie convertite în alte forme de energie prin mecanisme precum deformarea plastică (particulă inițială și interacțiunile particule-particulă în substrat și interacțiunile particulelor), goluri Consolidare, rotație particule-particulă, deformare și în cele din urmă căldură 39. coliziune elastică, ceea ce înseamnă că particulele pur și simplu revin înapoi după impact. S-a subliniat că 90% din energia de impact aplicată particulei/materialului substratului este convertită în căldură locală 40 . În plus, atunci când se aplică stresul de impact, se obțin viteze mari de deformare a plasticului în regiunea particulelor de contact/substrat într-un timp foarte scurt41,42.
Deformarea plastică este, în general, considerată un proces de disipare a energiei sau, mai precis, o sursă de căldură în regiunea interfacială. Cu toate acestea, creșterea temperaturii în regiunea interfacială nu este de obicei suficientă pentru a produce topirea interfacială sau pentru a promova semnificativ interdifuzia atomică.
BFI al pulberii de aliaj MG Cu50Zr20Ni30 poate fi văzut în Fig. 12a, care a fost acoperit pe substrat SUS 304 (Fig. 11, 12b). După cum se poate observa din figură, pulberile acoperite își păstrează structura amorfa inițială deoarece au o structură labirint delicată, fără nicio structură de labirint delicată, fără nicio structură de labirint sau prezența altor defecte ale imaginii. fază străină, așa cum sugerează nanoparticulele încorporate în matricea de pulbere acoperită cu MG (Fig. 12a). Figura 12c prezintă modelul indexat de difracție a nanobeam (NBDP) asociat cu regiunea I (Figura 12a). După cum se arată în Fig. 12c, NBDP prezintă un halo slab slab și modelul de difuzie cubică coexistentă cu structura cubică de halo slabă, coexistentă cu structura cubică zmorfă a coexistenței mari. r2Ni metastabil plus faza CuO tetragonală. Formarea de CuO poate fi atribuită oxidării pulberii la deplasarea de la duza pistolului de pulverizare la SUS 304 în aer liber sub flux supersonic. Pe de altă parte, devitrificarea pulberilor metalice sticloase a realizat formarea de faze cubice mari de tratare după 5350 °C la rece.
(a) Imagine FE-HRTEM cu pulbere MG acoperită pe (b) substrat SUS 304 (inserția figurii). Indicele NBDP al simbolului circular prezentat în (a) este afișat în (c).
Pentru a verifica acest mecanism potențial de formare a nanoparticulelor Zr2Ni cubice mari, a fost efectuat un experiment independent. În acest experiment, pulberile au fost pulverizate dintr-un pistol de pulverizare la 550 °C în direcția substratului SUS 304;totuși, pentru a elucida efectul de recoacere al pulberilor, acestea au fost îndepărtate de pe banda SUS304 cât mai repede posibil (aproximativ 60 de secunde). A fost efectuat un alt set de experimente în care pulberea a fost îndepărtată de pe substrat la aproximativ 180 de secunde după depunere.
Figurile 13a,b prezintă imagini de câmp întunecat (DFI) obținute prin microscopia electronică cu transmisie de scanare (STEM) a două materiale pulverizate depuse pe substraturi SUS 304 timp de 60 s, respectiv 180 s. Imaginea pulbere depusă timp de 60 de secunde nu are detalii morfologice, arătând lipsa de caracteristici (Fig. morfo, așa cum este indicat de maximele largi de difracție primară și secundară prezentate în Figura 14a. Acestea indică absența precipitațiilor metastabile/mezofazei, unde pulberea își păstrează structura amorfa inițială. În schimb, pulberea pulverizată la aceeași temperatură (550 °C), dar lăsată pe substrat timp de 180 de secunde, arată precipitațiile nano-săgeți de boabele din fig. .