ขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comเวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS ที่จำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)ในระหว่างนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
ไบโอฟิล์มเป็นส่วนประกอบสำคัญในการพัฒนาการติดเชื้อเรื้อรัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทางการแพทย์ปัญหานี้ก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากต่อวงการแพทย์ เนื่องจากยาปฏิชีวนะมาตรฐานสามารถทำลายแผ่นชีวะได้ในระดับที่จำกัดมากเท่านั้นการป้องกันการก่อตัวของฟิล์มชีวภาพได้นำไปสู่การพัฒนาวิธีการเคลือบผิวและวัสดุใหม่ๆ ที่หลากหลายเทคนิคเหล่านี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเคลือบพื้นผิวในลักษณะที่ป้องกันการก่อตัวของไบโอฟิล์มโลหะผสมน้ำวุ้นตา โดยเฉพาะที่มีทองแดงและโลหะไททาเนียม ได้กลายเป็นสารเคลือบต้านจุลชีพในอุดมคติในขณะเดียวกัน การใช้เทคโนโลยีสเปรย์เย็นก็เพิ่มขึ้นเนื่องจากเป็นวิธีที่เหมาะสมสำหรับการประมวลผลวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิส่วนหนึ่งของเป้าหมายของงานวิจัยนี้คือการพัฒนาแก้วโลหะฟิล์มต้านเชื้อแบคทีเรียชนิดใหม่ที่ประกอบด้วย Cu-Zr-Ni ternary โดยใช้เทคนิคการผสมเชิงกลผงทรงกลมที่ประกอบเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการฉีดพ่นผิวสเตนเลสสตีลแบบเย็นที่อุณหภูมิต่ำพื้นผิวที่เคลือบด้วยโลหะแก้วสามารถลดการก่อตัวของไบโอฟิล์มได้อย่างมีนัยสำคัญอย่างน้อย 1 ท่อนเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม
ตลอดประวัติศาสตร์ของมนุษย์ สังคมใดๆ ก็ตามสามารถพัฒนาและส่งเสริมการแนะนำวัสดุใหม่เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของมัน ส่งผลให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นและจัดอันดับในระบบเศรษฐกิจโลกาภิวัตน์1มีสาเหตุมาจากความสามารถของมนุษย์ในการออกแบบวัสดุและอุปกรณ์การผลิตเสมอ เช่นเดียวกับการออกแบบเพื่อผลิตและระบุลักษณะเฉพาะของวัสดุเพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านสุขภาพ การศึกษา อุตสาหกรรม เศรษฐกิจ วัฒนธรรม และสาขาอื่นๆ จากประเทศหรือภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่งวัดความก้าวหน้าโดยไม่คำนึงถึงประเทศหรือภูมิภาค2เป็นเวลากว่า 60 ปีที่นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุได้อุทิศเวลามากมายให้กับภารกิจหลักอย่างหนึ่ง นั่นคือการค้นหาวัสดุใหม่และขั้นสูงการวิจัยล่าสุดมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของวัสดุที่มีอยู่ รวมถึงการสังเคราะห์และการประดิษฐ์วัสดุประเภทใหม่ทั้งหมด
การเติมองค์ประกอบผสม การดัดแปลงโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ และการใช้วิธีบำบัดด้วยความร้อน เชิงกล หรือเชิงกลเชิงความร้อนได้นำไปสู่การปรับปรุงคุณสมบัติทางกล เคมี และกายภาพของวัสดุต่างๆ อย่างมีนัยสำคัญนอกจากนี้ยังสามารถสังเคราะห์สารประกอบที่ไม่รู้จักมาจนบัดนี้ได้สำเร็จความพยายามอย่างไม่ลดละเหล่านี้ได้ก่อให้เกิดกลุ่มวัสดุนวัตกรรมใหม่ที่เรียกรวมกันว่า Advanced Materials2ผลึกนาโน อนุภาคนาโน ท่อนาโน ควอนตัมดอท แก้วโลหะอสัณฐานไร้มิติ และโลหะผสมที่มีค่าเอนโทรปีสูงเป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนของวัสดุขั้นสูงที่ปรากฏในโลกตั้งแต่กลางศตวรรษที่แล้วในการผลิตและพัฒนาโลหะผสมใหม่ที่มีคุณสมบัติดีขึ้น ทั้งในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและในขั้นตอนกลางของการผลิต มักจะเพิ่มปัญหาความไม่สมดุลผลจากการแนะนำเทคนิคการผลิตแบบใหม่ที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนอย่างมากจากสภาวะสมดุล จึงมีการค้นพบโลหะผสมชนิดใหม่ที่สามารถแพร่กระจายได้ที่เรียกว่าแก้วโลหะ
งานของเขาที่คาลเทคในปี 2503 ได้ปฏิวัติแนวคิดของโลหะผสมเมื่อเขาสังเคราะห์ Au-25 ที่ % Si ของโลหะผสมคล้ายแก้วโดยการทำให้ของเหลวแข็งตัวอย่างรวดเร็วที่เกือบล้านองศาต่อวินาที4 การค้นพบของศาสตราจารย์ Paul Duves ไม่เพียงแต่เป็นจุดเริ่มต้นของประวัติศาสตร์แว่นตาโลหะ (MS) เท่านั้น แต่ยังนำไปสู่การเปลี่ยนกระบวนทัศน์เกี่ยวกับวิธีคิดของผู้คนเกี่ยวกับโลหะผสมอีกด้วยนับตั้งแต่การวิจัยบุกเบิกครั้งแรกในการสังเคราะห์โลหะผสม MS แก้วโลหะเกือบทั้งหมดได้รับมาอย่างสมบูรณ์โดยใช้หนึ่งในวิธีการต่อไปนี้: (i) การแข็งตัวอย่างรวดเร็วของการหลอมเหลวหรือไอ (ii) ความผิดปกติของโครงตาข่ายของอะตอม (iii) ปฏิกิริยาการเปลี่ยนรูปสถานะของแข็งระหว่างธาตุโลหะบริสุทธิ์และ (iv) การเปลี่ยนเฟสของแข็งของเฟสที่แพร่กระจายได้
MGs มีความโดดเด่นเนื่องจากไม่มีลำดับอะตอมระยะยาวที่เกี่ยวข้องกับผลึก ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของผลึกในโลกสมัยใหม่มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านกระจกโลหะวัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติที่น่าสนใจ ซึ่งไม่เพียงแต่เป็นที่สนใจสำหรับฟิสิกส์ของสถานะของแข็งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโลหะวิทยา เคมีพื้นผิว เทคโนโลยี ชีววิทยา และสาขาอื่นๆ อีกมากมายวัสดุชนิดใหม่นี้มีคุณสมบัติที่แตกต่างจากโลหะแข็ง ทำให้เป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยีในหลากหลายสาขาพวกเขามีคุณสมบัติที่สำคัญบางประการ: (i) ความเหนียวเชิงกลสูงและความแข็งแรงของผลผลิต (ii) การซึมผ่านของแม่เหล็กสูง (iii) การบีบบังคับต่ำ (iv) ความต้านทานการกัดกร่อนที่ผิดปกติ (v) ความเป็นอิสระของอุณหภูมิค่าการนำไฟฟ้า 6.7
การผสมเชิงกล (MA)1,8 เป็นวิธีการที่ค่อนข้างใหม่ ซึ่งเริ่มใช้ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2526 โดย Prof. KK Kok และเพื่อนร่วมงานของเขาพวกเขาผลิตผง Ni60Nb40 แบบอสัณฐานโดยการบดส่วนผสมของธาตุบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิแวดล้อมใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้องโดยทั่วไปแล้ว ปฏิกิริยา MA จะดำเนินการระหว่างการแพร่พันธะของผงสารตั้งต้นในเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งมักทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมไปยังโรงสีลูก10 (รูปที่ 1a, b)ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา วิธีการเกิดปฏิกิริยาในสถานะของแข็งที่เหนี่ยวนำด้วยกลไกนี้ถูกนำมาใช้เพื่อเตรียมผงโลหะผสมแก้วอสัณฐาน/โลหะใหม่โดยใช้โรงสีเม็ดกลมและโรงสีแท่งพลังงานต่ำ (รูปที่ 1c) และพลังงานสูง11,12,13,14,15,16โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีนี้ถูกนำมาใช้ในการเตรียมระบบที่ผสมกันไม่ได้ เช่น Cu-Ta17 รวมถึงโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น ระบบ Al-transition metal (TM, Zr, Hf, Nb และ Ta)18,19 และ Fe-W20ซึ่งไม่สามารถรับได้ด้วยวิธีการทำอาหารทั่วไปนอกจากนี้ MA ยังถือเป็นหนึ่งในเครื่องมือนาโนเทคโนโลยีที่ทรงพลังที่สุดสำหรับการผลิตระดับอุตสาหกรรมของอนุภาคนาโนคริสตัลไลน์และผงคอมโพสิตนาโนของโลหะออกไซด์ คาร์ไบด์ ไนไตรด์ ไฮไดรด์ ท่อนาโนคาร์บอน นาโนไดมอนด์ รวมถึงการทำให้เสถียรในวงกว้างโดยใช้วิธีการจากบนลงล่าง1 และระยะ metastable
แผนผังแสดงวิธีการผลิตที่ใช้ในการเตรียมการเคลือบแก้วโลหะ Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 ในการศึกษานี้(a) การเตรียมผงโลหะผสม MC ด้วยความเข้มข้นต่างๆ ของ Ni x (x; 10, 20, 30 และ 40 ที่.%) โดยใช้วิธีการกัดลูกพลังงานต่ำ(a) วัสดุเริ่มต้นถูกบรรจุลงในกระบอกเครื่องมือพร้อมกับลูกเหล็กเครื่องมือ และ (b) ปิดผนึกในกล่องถุงมือที่เติมบรรยากาศ He(c) แบบจำลองโปร่งใสของภาชนะบดที่แสดงการเคลื่อนไหวของลูกบอลระหว่างการบดผลิตภัณฑ์ผงขั้นสุดท้ายที่ได้รับหลังจาก 50 ชั่วโมงถูกนำไปใช้ในการพ่นเย็นเคลือบซับสเตรต SUS 304 (d)
เมื่อพูดถึงพื้นผิววัสดุปริมาณมาก (ซับสเตรต) วิศวกรรมพื้นผิวเกี่ยวข้องกับการออกแบบและดัดแปลงพื้นผิว (ซับสเตรต) เพื่อให้มีคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และทางเทคนิคบางอย่างที่ไม่มีอยู่ในวัสดุเทกองดั้งเดิมคุณสมบัติบางอย่างที่สามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการปรับสภาพพื้นผิว ได้แก่ การขัดถู ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ความเฉื่อยทางชีวภาพ คุณสมบัติทางไฟฟ้าและฉนวนกันความร้อน เป็นต้นคุณภาพของพื้นผิวสามารถปรับปรุงได้โดยวิธีทางโลหะวิทยา ทางกล หรือทางเคมีตามกระบวนการที่รู้จักกันดี การเคลือบหมายถึงชั้นของวัสดุตั้งแต่หนึ่งชั้นขึ้นไปที่ประดิษฐ์ขึ้นบนพื้นผิวของวัตถุจำนวนมาก (พื้นผิว) ที่ทำจากวัสดุอื่นดังนั้น การเคลือบผิวจึงถูกนำมาใช้ในส่วนหนึ่งเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางเทคนิคหรือการตกแต่งตามที่ต้องการ เช่นเดียวกับการปกป้องวัสดุจากปฏิกิริยาทางเคมีและทางกายภาพที่คาดหวังกับสิ่งแวดล้อม23
สามารถใช้วิธีการและเทคนิคที่หลากหลายในการทาชั้นป้องกันที่เหมาะสมตั้งแต่ไม่กี่ไมโครเมตร (ต่ำกว่า 10-20 ไมโครเมตร) ไปจนถึงมากกว่า 30 ไมโครเมตร หรือแม้แต่ความหนาหลายมิลลิเมตรโดยทั่วไป กระบวนการเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: (i) วิธีการเคลือบแบบเปียก ซึ่งรวมถึงการชุบด้วยไฟฟ้า การชุบด้วยไฟฟ้า และการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน และ (ii) วิธีการเคลือบแบบแห้ง ซึ่งรวมถึงการบัดกรี การชุบผิวแข็ง การสะสมไอทางกายภาพ (PVD)), การสะสมไอของสารเคมี (CVD), เทคนิคการพ่นด้วยความร้อน และเทคนิคการพ่นด้วยความเย็นเมื่อเร็วๆ นี้ 24 (รูปที่ 1d)
ไบโอฟิล์มถูกกำหนดให้เป็นชุมชนของจุลินทรีย์ที่ยึดติดกับพื้นผิวอย่างถาวรและล้อมรอบด้วยพอลิเมอร์นอกเซลล์ที่ผลิตขึ้นเอง (EPS)การก่อตัวของฟิล์มชีวภาพที่สุกเพียงผิวเผินสามารถนำไปสู่การสูญเสียที่สำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงการแปรรูปอาหาร ระบบน้ำ และการดูแลสุขภาพในมนุษย์ ด้วยการก่อตัวของไบโอฟิล์ม ทำให้มากกว่า 80% ของการติดเชื้อจุลินทรีย์ (รวมถึง Enterobacteriaceae และ Staphylococci) นั้นยากต่อการรักษานอกจากนี้ มีรายงานว่าฟิล์มชีวภาพที่โตเต็มที่สามารถต้านทานการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะได้มากกว่าเซลล์แบคทีเรียแพลงก์ตอนถึง 1,000 เท่า ซึ่งถือเป็นความท้าทายในการรักษาที่สำคัญในอดีตมีการใช้วัสดุเคลือบผิวต้านจุลชีพที่ได้จากสารประกอบอินทรีย์ทั่วไปแม้ว่าวัสดุดังกล่าวมักจะมีส่วนประกอบที่เป็นพิษซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์25,26 สิ่งนี้สามารถช่วยหลีกเลี่ยงการแพร่เชื้อของแบคทีเรียและการย่อยสลายของวัสดุ
การดื้อยาของแบคทีเรียต่อการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะอย่างแพร่หลายเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มชีวภาพได้นำไปสู่ความจำเป็นในการพัฒนาพื้นผิวเคลือบเมมเบรนต้านจุลชีพที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถใช้ได้อย่างปลอดภัย27การพัฒนาพื้นผิวป้องกันการติดกาวทางกายภาพหรือทางเคมีที่เซลล์แบคทีเรียไม่สามารถจับตัวและสร้างแผ่นชีวะเนื่องจากการยึดเกาะเป็นแนวทางแรกในกระบวนการนี้27เทคโนโลยีที่สองคือการพัฒนาสารเคลือบที่ให้สารเคมีต้านจุลชีพตรงตำแหน่งที่ต้องการในปริมาณที่มีความเข้มข้นสูงและเหมาะสมสิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากการพัฒนาวัสดุเคลือบที่มีลักษณะเฉพาะ เช่น กราฟีน/เจอร์เมเนียม28, แบล็คไดมอนด์29 และสารเคลือบคาร์บอนคล้ายเพชรที่เจือด้วย ZnO30 ซึ่งทนทานต่อแบคทีเรีย ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เพิ่มการพัฒนาความเป็นพิษและความต้านทานสูงสุดเนื่องจากการก่อตัวของไบโอฟิล์มนอกจากนี้ สารเคลือบที่มีสารเคมีฆ่าเชื้อโรคซึ่งป้องกันการปนเปื้อนของแบคทีเรียในระยะยาวกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นแม้ว่าขั้นตอนทั้งสามจะสามารถใช้ฤทธิ์ต้านจุลชีพบนพื้นผิวที่เคลือบได้ แต่แต่ละขั้นตอนก็มีข้อจำกัดของตัวเองที่ควรพิจารณาเมื่อพัฒนากลยุทธ์การใช้งาน
ผลิตภัณฑ์ที่วางจำหน่ายในท้องตลาดในปัจจุบันถูกขัดขวางเนื่องจากไม่มีเวลาในการวิเคราะห์และทดสอบสารเคลือบป้องกันสำหรับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพบริษัทต่าง ๆ อ้างว่าผลิตภัณฑ์ของตนจะให้ประโยชน์ใช้สอยตามที่ผู้ใช้ต้องการ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้กลายเป็นอุปสรรคต่อความสำเร็จของผลิตภัณฑ์ในตลาดปัจจุบันสารประกอบที่ได้จากธาตุเงินถูกนำมาใช้ในยาต้านจุลชีพส่วนใหญ่ที่มีจำหน่ายสำหรับผู้บริโภคในปัจจุบันผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อปกป้องผู้ใช้จากการสัมผัสกับจุลินทรีย์ที่อาจเป็นอันตรายฤทธิ์ต้านจุลชีพที่ล่าช้าและความเป็นพิษที่เกี่ยวข้องของสารประกอบเงินเพิ่มแรงกดดันให้นักวิจัยพัฒนาทางเลือกที่เป็นอันตรายน้อยลง36,37การสร้างสารเคลือบต้านจุลชีพระดับโลกที่ใช้ได้ทั้งภายในและภายนอกยังคงเป็นความท้าทายสิ่งนี้มาพร้อมกับความเสี่ยงด้านสุขภาพและความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องการค้นหาสารต้านจุลชีพที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์น้อยกว่า และการหาวิธีรวมเข้ากับสารเคลือบพื้นผิวที่มีอายุการเก็บรักษานานขึ้นเป็นเป้าหมายที่เป็นที่ต้องการอย่างมาก38วัสดุต้านจุลชีพและแอนติไบโอฟิล์มล่าสุดได้รับการออกแบบมาเพื่อฆ่าแบคทีเรียในระยะใกล้ ไม่ว่าจะโดยการสัมผัสโดยตรงหรือหลังจากการปลดปล่อยสารออกฤทธิ์พวกเขาสามารถทำได้โดยการยับยั้งการยึดเกาะของแบคทีเรียเริ่มต้น (รวมถึงการป้องกันการก่อตัวของชั้นโปรตีนบนพื้นผิว) หรือโดยการฆ่าแบคทีเรียโดยรบกวนผนังเซลล์
โดยพื้นฐานแล้ว การเคลือบผิวเป็นกระบวนการของการใช้อีกชั้นหนึ่งกับพื้นผิวของส่วนประกอบเพื่อปรับปรุงลักษณะพื้นผิวจุดประสงค์ของการเคลือบผิวคือเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคและ/หรือองค์ประกอบของบริเวณใกล้พื้นผิวของส่วนประกอบ39วิธีการเคลือบพื้นผิวสามารถแบ่งออกเป็นวิธีต่างๆ ซึ่งสรุปไว้ในรูปที่ 2aการเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นประเภทความร้อน เคมี กายภาพ และเคมีไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับวิธีการที่ใช้ในการสร้างการเคลือบ
(a) สิ่งที่ใส่เข้าไปซึ่งแสดงเทคนิคการผลิตพื้นผิวหลัก และ (b) ข้อดีและข้อเสียที่เลือกของวิธีการฉีดพ่นด้วยความเย็น
เทคโนโลยีสเปรย์เย็นมีความเหมือนกันอย่างมากกับเทคนิคการสเปรย์ความร้อนแบบดั้งเดิมอย่างไรก็ตาม ยังมีคุณสมบัติพื้นฐานที่สำคัญบางประการที่ทำให้กระบวนการสเปรย์เย็นและวัสดุสเปรย์เย็นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเทคโนโลยีสเปรย์เย็นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่มีอนาคตที่ดีในบางกรณี คุณสมบัติเฉพาะของการฉีดพ่นด้วยความเย็นจะให้ประโยชน์อย่างมาก โดยเอาชนะข้อจำกัดของเทคนิคการฉีดพ่นด้วยความร้อนทั่วไปเอาชนะข้อจำกัดที่สำคัญของเทคโนโลยีสเปรย์ฉีดความร้อนแบบดั้งเดิม ซึ่งต้องละลายผงแป้งเพื่อวางบนพื้นผิวเห็นได้ชัดว่า กระบวนการเคลือบแบบดั้งเดิมนี้ไม่เหมาะกับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิมากๆ เช่น ผลึกนาโน อนุภาคนาโน แก้วอสัณฐานและโลหะ40, 41, 42 นอกจากนี้ วัสดุเคลือบแบบพ่นด้วยความร้อนมักมีความพรุนและออกไซด์ในระดับสูงเสมอเทคโนโลยีการพ่นด้วยความเย็นมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการเหนือเทคโนโลยีการพ่นด้วยความร้อน เช่น (i) การป้อนความร้อนเข้าสู่พื้นผิวน้อยที่สุด (ii) ความยืดหยุ่นในการเลือกการเคลือบพื้นผิว (iii) ไม่มีการเปลี่ยนเฟสและการเจริญเติบโตของเกรน (iv) แรงยึดเกาะสูง1 .39 (รูปที่ 2b)นอกจากนี้ วัสดุเคลือบพ่นเย็นยังมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง มีความแข็งแรงและความแข็งสูง นำไฟฟ้าสูง และมีความหนาแน่นสูง41แม้จะมีข้อดีของกระบวนการสเปรย์เย็น แต่วิธีนี้ก็ยังมีข้อเสียอยู่บ้าง ดังแสดงในรูปที่ 2bเมื่อเคลือบผงเซรามิกบริสุทธิ์ เช่น Al2O3, TiO2, ZrO2, WC เป็นต้น ไม่สามารถใช้วิธีการพ่นแบบเย็นได้ในทางกลับกัน ผงคอมโพสิตเซรามิก/โลหะสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการเคลือบผิวได้เช่นเดียวกับวิธีการฉีดพ่นด้วยความร้อนอื่นๆพื้นผิวที่ยากและภายในท่อยังยากต่อการพ่น
เมื่อพิจารณาว่างานปัจจุบันมุ่งไปที่การใช้ผงวุ้นโลหะเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการเคลือบ จึงเป็นที่ชัดเจนว่าไม่สามารถใช้การพ่นด้วยความร้อนแบบเดิมเพื่อจุดประสงค์นี้ได้นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าผงแก้วโลหะตกผลึกที่อุณหภูมิสูง1
เครื่องมือส่วนใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการแพทย์และอาหารทำจากโลหะผสมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (SUS316 และ SUS304) ที่มีปริมาณโครเมียม 12 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักสำหรับการผลิตเครื่องมือผ่าตัดเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าการใช้โลหะโครเมียมเป็นองค์ประกอบการผสมในโลหะผสมเหล็กสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล็กมาตรฐานได้อย่างมากโลหะผสมเหล็กกล้าไร้สนิม แม้จะมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง แต่ก็ไม่มีคุณสมบัติต้านจุลชีพที่มีนัยสำคัญ38,39สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับความต้านทานการกัดกร่อนสูงหลังจากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำนายการพัฒนาของการติดเชื้อและการอักเสบ ซึ่งสาเหตุหลักมาจากการยึดเกาะของแบคทีเรียและการเพิ่มจำนวนบนพื้นผิวของวัสดุชีวภาพสแตนเลสความยากลำบากที่สำคัญอาจเกิดขึ้นเนื่องจากความยากลำบากอย่างมากที่เกี่ยวข้องกับการยึดเกาะของแบคทีเรียและเส้นทางการก่อตัวของฟิล์มชีวภาพ ซึ่งอาจนำไปสู่สุขภาพที่ไม่ดี ซึ่งอาจส่งผลหลายอย่างที่อาจส่งผลโดยตรงหรือโดยอ้อมต่อสุขภาพของมนุษย์
การศึกษานี้เป็นระยะแรกของโครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS) สัญญาเลขที่2010-550401 เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิตผงโลหะ Cu-Zr-Ni ternary คล้ายแก้วโดยใช้เทคโนโลยี MA (ตาราง)1) สำหรับการผลิตฟิล์ม/เคลือบผิวป้องกันแบคทีเรีย SUS304ระยะที่สองของโครงการซึ่งจะเริ่มในเดือนมกราคม พ.ศ. 2566 จะศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับลักษณะการกัดกร่อนของกัลวานิกและคุณสมบัติเชิงกลของระบบจะมีการทดสอบทางจุลชีววิทยาโดยละเอียดสำหรับแบคทีเรียประเภทต่างๆ
บทความนี้กล่าวถึงผลกระทบของปริมาณโลหะผสม Zr ต่อความสามารถในการขึ้นรูปแก้ว (GFA) ตามลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างนอกจากนี้ยังกล่าวถึงคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของแก้วโลหะเคลือบผง/คอมโพสิต SUS304นอกจากนี้ยังมีการดำเนินการอย่างต่อเนื่องเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของผงแก้วโลหะที่เกิดขึ้นระหว่างการฉีดพ่นเย็นในบริเวณของเหลวที่เย็นยิ่งยวดของระบบแก้วโลหะประดิษฐ์โลหะผสมแก้วโลหะ Cu50Zr30Ni20 และ Cu50Zr20Ni30 ถูกนำมาใช้เป็นตัวอย่างในการศึกษานี้
ส่วนนี้นำเสนอการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของผงธาตุ Cu, Zr และ Ni ระหว่างการกัดลูกพลังงานต่ำระบบที่แตกต่างกันสองระบบซึ่งประกอบด้วย Cu50Zr20Ni30 และ Cu50Zr40Ni10 จะถูกนำมาใช้เป็นตัวอย่างกระบวนการ MA สามารถแบ่งออกได้เป็นสามขั้นตอน โดยเห็นได้จากลักษณะทางโลหะวิทยาของผงที่ได้จากขั้นตอนการบด (รูปที่ 3)
ลักษณะทางโลหะวิทยาของผงโลหะผสมเชิงกล (MA) ที่ได้รับหลังจากขั้นตอนต่างๆ ของการบดลูกภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดภาคสนาม (FE-SEM) ของผง MA และ Cu50Zr40Ni10 ที่ได้รับหลังจากการกัดลูกพลังงานต่ำเป็นเวลา 3, 12 และ 50 ชั่วโมงแสดงใน (a), (c) และ (e) สำหรับระบบ Cu50Zr20Ni30 ขณะที่อยู่ใน MA เดียวกันรูปภาพที่เกี่ยวข้องของระบบ Cu50Zr40Ni10 ที่ถ่ายหลังเวลาจะแสดงใน (b), (d) และ (f)
ในระหว่างการกัดลูก พลังงานจลน์ที่มีประสิทธิภาพที่สามารถถ่ายโอนไปยังผงโลหะจะได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ต่างๆ ร่วมกัน ดังแสดงในรูปที่ 1aซึ่งรวมถึงการชนกันระหว่างลูกบอลและผง การอัดแรงเฉือนของผงที่ติดอยู่ระหว่างหรือระหว่างวัสดุบด ผลกระทบจากลูกบอลที่ตกลงมา แรงเฉือนและการสึกหรอที่เกิดจากการลากผงระหว่างวัตถุเคลื่อนที่ของลูกบอลบด และคลื่นกระแทกที่ผ่านลูกบอลที่ร่วงหล่นผ่านวัฒนธรรมที่โหลด (รูปที่ 1a) Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привело к обра зованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). ผงธาตุ Cu, Zr และ Ni ถูกทำให้เสียรูปอย่างรุนแรงเนื่องจากการเชื่อมด้วยความเย็นในช่วงเริ่มต้นของ MA (3 ชั่วโมง) ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของอนุภาคผงขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง> 1 มม.)อนุภาคผสมขนาดใหญ่เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของชั้นหนาของธาตุผสม (Cu, Zr, Ni) ดังแสดงในรูป3ก,ข.การเพิ่มเวลา MA เป็น 12 ชั่วโมง (ขั้นกลาง) ทำให้พลังงานจลน์ของลูกกลิ้งเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การสลายตัวของผงคอมโพสิตเป็นผงขนาดเล็ก (น้อยกว่า 200 ไมโครเมตร) ดังแสดงในรูปที่ 3c เมืองในขั้นตอนนี้ แรงเฉือนที่ใช้จะนำไปสู่การก่อตัวของพื้นผิวโลหะใหม่ที่มีชั้น Cu, Zr, Ni บาง ๆ ดังแสดงในรูปที่ 3c, dอันเป็นผลมาจากการบดของชั้นที่ส่วนต่อประสานของเกล็ด ปฏิกิริยาโซลิดเฟสเกิดขึ้นกับการก่อตัวของเฟสใหม่
ที่จุดไคลแม็กซ์ของกระบวนการ MA (หลังจาก 50 ชั่วโมง) แทบมองไม่เห็นเกล็ดโลหะ (รูปที่ 3e, f) และพบโลหะวิทยาแบบกระจกบนพื้นผิวขัดมันของผงซึ่งหมายความว่ากระบวนการ MA เสร็จสมบูรณ์และสร้างเฟสปฏิกิริยาเดียวองค์ประกอบองค์ประกอบของภูมิภาคที่ระบุในรูป3e (I, II, III), f, v, vi) ถูกกำหนดหาโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดภาคสนาม (FE-SEM) ร่วมกับเอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน (EDS)(IV).
ในตารางความเข้มข้น 2 ธาตุของธาตุผสมแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของมวลรวมของแต่ละบริเวณที่เลือกในรูปที่3e, ฉ.การเปรียบเทียบผลลัพธ์เหล่านี้กับองค์ประกอบเริ่มต้นของ Cu50Zr20Ni30 และ Cu50Zr40Ni10 ที่ระบุในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายทั้งสองนี้ใกล้เคียงกับองค์ประกอบเล็กน้อยมากนอกจากนี้ ค่าสัมพัทธ์ของส่วนประกอบสำหรับภูมิภาคที่แสดงในรูปที่ 3e,f ไม่บ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพหรือการเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญในองค์ประกอบของแต่ละตัวอย่างจากภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่งนี่คือหลักฐานจากข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบจากภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่งสิ่งนี้บ่งชี้ถึงการผลิตผงโลหะผสมที่สม่ำเสมอดังแสดงในตารางที่ 2
ไมโครกราฟ FE-SEM ของผงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย Cu50 (Zr50-xNix) ได้รับหลังจาก 50 MA ครั้ง ดังแสดงในรูปที่ 4a-d โดยที่ x คือ 10, 20, 30 และ 40 ที่ % ตามลำดับหลังจากขั้นตอนการบดนี้ ผงจะรวมตัวกันเนื่องจากผลกระทบของแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของมวลรวมขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอนุภาคละเอียดพิเศษที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 73 ถึง 126 นาโนเมตร ดังแสดงในรูปที่ 4
ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของผง Cu50(Zr50-xNix) ที่ได้รับหลัง MA 50 ชั่วโมงสำหรับระบบ Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 ภาพ FE-SEM ของผงที่ได้รับหลังจาก 50 MA จะแสดงใน (a), (b), (c) และ (d) ตามลำดับ
ก่อนใส่ผงลงในเครื่องป้อนสเปรย์เย็น ขั้นแรกให้นำผงเหล่านี้ไปปั่นในเอทานอลเกรดวิเคราะห์เป็นเวลา 15 นาที แล้วทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 150°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมงต้องดำเนินการขั้นตอนนี้เพื่อต่อสู้กับการเกาะกลุ่มกัน ซึ่งมักทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงมากมายในกระบวนการเคลือบหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการ MA แล้ว มีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบความเป็นเนื้อเดียวกันของผงโลหะผสมบนมะเดื่อ5a–d แสดงไมโครกราฟ FE-SEM และภาพ EDS ที่สอดคล้องกันขององค์ประกอบโลหะผสม Cu, Zr และ Ni ของโลหะผสม Cu50Zr30Ni20 ที่ถ่ายหลังจาก 50 ชั่วโมงตามเวลา M ตามลำดับควรสังเกตว่าผงโลหะผสมที่ได้รับหลังจากขั้นตอนนี้เป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากไม่แสดงความผันผวนขององค์ประกอบใด ๆ ที่เกินกว่าระดับย่อยนาโนเมตร ดังแสดงในรูปที่ 5
สัณฐานวิทยาและการกระจายตัวของธาตุในผง MG Cu50Zr30Ni20 ที่ได้รับหลังจาก 50 MA โดย FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)(a) การถ่ายภาพ SEM และ X-ray EDS ของ (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα และ (d) Ni-Kα
รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของผง Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 และ Cu50Zr20Ni30 ที่ผสมเชิงกลที่ได้รับหลังจาก MA 50 ชั่วโมงจะแสดงในรูปที่6a–d ตามลำดับหลังจากขั้นตอนการบดนี้ ตัวอย่างทั้งหมดที่มีความเข้มข้นของ Zr ต่างกันจะมีโครงสร้างอสัณฐานที่มีรูปแบบการแพร่กระจายของฮาโลที่มีลักษณะเฉพาะดังแสดงในรูปที่ 6
รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของผง Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) และ Cu50Zr20Ni30 (d) หลังจาก MA เป็นเวลา 50 ชั่วโมงสังเกตรูปแบบการแพร่กระจายของฮาโลในทุกตัวอย่างโดยไม่มีข้อยกเว้น ซึ่งบ่งชี้ถึงการก่อตัวของเฟสอสัณฐาน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสนามความละเอียดสูง (FE-HRTEM) ใช้เพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและทำความเข้าใจโครงสร้างเฉพาะของผงที่เกิดจากการกัดลูกที่เวลา MA ที่แตกต่างกันรูปภาพของผงที่ได้จากวิธี FE-HRTEM หลังจากช่วงแรก (6 ชั่วโมง) และระยะกลาง (18 ชั่วโมง) ของการบดผง Cu50Zr30Ni20 และ Cu50Zr40Ni10 แสดงในรูปที่7a ตามลำดับตามภาพสนามสว่าง (BFI) ของผงที่ได้รับหลังจาก 6 ชั่วโมงของ MA ผงประกอบด้วยธัญพืชขนาดใหญ่ที่มีขอบเขตที่ชัดเจนขององค์ประกอบ fcc-Cu, hcp-Zr และ fcc-Ni และไม่มีสัญญาณของการก่อตัวของเฟสปฏิกิริยาดังแสดงในรูปที่ 7aนอกจากนี้ รูปแบบการเลี้ยวเบนของพื้นที่ที่เลือก (SADP) ที่สัมพันธ์กันที่นำมาจากพื้นที่ตรงกลาง (a) เผยให้เห็นรูปแบบการเลี้ยวเบนที่คมชัด (รูปที่ 7b) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีผลึกขนาดใหญ่และไม่มีเฟสปฏิกิริยา
ลักษณะโครงสร้างเฉพาะของผง MA ที่ได้รับหลังจากช่วงต้น (6 ชั่วโมง) และระยะกลาง (18 ชั่วโมง)(a) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสนามความละเอียดสูง (FE-HRTEM) และ (b) diffractogram พื้นที่ที่เลือก (SADP) ที่สอดคล้องกันของผง Cu50Zr30Ni20 หลังการรักษา MA เป็นเวลา 6 ชั่วโมงภาพ FE-HRTEM ของ Cu50Zr40Ni10 ที่ได้รับหลังจาก MA 18 ชั่วโมงแสดงใน (c)
ดังแสดงในรูป7c, การเพิ่มขึ้นของระยะเวลาของ MA เป็น 18 ชั่วโมงทำให้เกิดข้อบกพร่องของแลตทิซอย่างร้ายแรงร่วมกับการเสียรูปพลาสติกในขั้นตอนกลางของกระบวนการ MA ข้อบกพร่องต่างๆ จะปรากฏขึ้นในผง รวมถึงข้อบกพร่องในการซ้อนกัน ข้อบกพร่องของโครงตาข่าย และข้อบกพร่องของจุด (รูปที่ 7)ข้อบกพร่องเหล่านี้ทำให้เกิดการกระจายตัวของเกรนขนาดใหญ่ตามขอบเกรนเป็นเกรนย่อยที่มีขนาดเล็กกว่า 20 นาโนเมตร (รูปที่ 7c)
โครงสร้างเฉพาะที่ของผง Cu50Z30Ni20 ที่บดเป็นเวลา 36 ชั่วโมง MA มีลักษณะเด่นคือการก่อตัวของเม็ดนาโนละเอียดพิเศษที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์บางอสัณฐานดังแสดงในรูปที่ 8aการวิเคราะห์เฉพาะที่ของ EMF แสดงให้เห็นว่าคลัสเตอร์นาโนที่แสดงไว้ในรูปที่8a เกี่ยวข้องกับโลหะผสมผง Cu, Zr และ Ni ที่ไม่ผ่านการบำบัดเนื้อหาของ Cu ในเมทริกซ์มีตั้งแต่ ~32 at.% (โซนยากจน) ถึง ~74 at.% (โซนรวย) ซึ่งบ่งบอกถึงการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่ต่างกันนอกจากนี้ SADPs ที่สอดคล้องกันของผงที่ได้รับหลังจากการกัดในขั้นตอนนี้แสดงวงแหวนเฟสอสัณฐานปฐมภูมิและทุติยภูมิการแพร่กระจายรัศมีซ้อนทับกับจุดคมที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบเจือที่ไม่ผ่านการบำบัด ดังแสดงในรูปที่ 8b
คุณสมบัติโครงสร้างในระดับนาโนของผง Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20(a) ภาพฟิลด์สว่าง (BFI) และ (b) SADP ที่สอดคล้องกันของผง Cu50Zr30Ni20 ที่ได้รับหลังจากการกัดเป็นเวลา 36 ชั่วโมง MA
ในช่วงท้ายของกระบวนการ MA (50 ชั่วโมง), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30 และ 40 ที่% ผง โดยไม่มีข้อยกเว้น มีสัณฐานวิทยาแบบเขาวงกตของเฟสอสัณฐานดังที่แสดงในรูปที่ .ไม่สามารถตรวจพบการเลี้ยวเบนของจุดหรือรูปแบบวงแหวนที่คมชัดใน SADS ที่สอดคล้องกันของแต่ละองค์ประกอบสิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีโลหะผลึกที่ไม่ผ่านการบำบัด แต่เป็นการก่อตัวของผงโลหะผสมอสัณฐานSADPs ที่สัมพันธ์กันเหล่านี้แสดงรูปแบบการแพร่กระจายของรัศมียังใช้เป็นหลักฐานสำหรับการพัฒนาเฟสอสัณฐานในวัสดุผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
โครงสร้างเฉพาะของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของระบบ Cu50 MS (Zr50-xNix)FE-HRTEM และรูปแบบการเลี้ยวเบนของลำแสงนาโนที่สัมพันธ์กัน (NBDP) ของ (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 และ (d) Cu50Zr10Ni40 ได้รับหลังจาก 50 ชั่วโมงของ MA
การใช้ดิฟเฟอเรนเชียลสแกนนิงแคลอรีเมทรี ศึกษาเสถียรภาพทางความร้อนของอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) บริเวณของเหลวที่เย็นยิ่งยวด (ΔTx) และอุณหภูมิการตกผลึก (Tx) โดยขึ้นอยู่กับเนื้อหาของ Ni (x) ในระบบอสัณฐาน Cu50(Zr50-xNix)คุณสมบัติ (DSC) ในการไหลของก๊าซ Heเส้นโค้ง DSC ของผงของโลหะผสมอสัณฐาน Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 และ Cu50Zr10Ni40 ที่ได้รับหลัง MA เป็นเวลา 50 ชั่วโมงแสดงในรูปที่10a, b, e ตามลำดับในขณะที่เส้นโค้ง DSC ของ Cu50Zr20Ni30 แบบอสัณฐานแสดงแยกกันในรูปของศตวรรษที่ 10 ในขณะเดียวกัน ตัวอย่าง Cu50Zr30Ni20 ที่ได้รับความร้อนถึง ~700°C ใน DSC จะแสดงในรูปที่ 10g
ความคงตัวทางความร้อนของผง MG Cu50(Zr50-xNix) ที่ได้รับหลังจาก MA เป็นเวลา 50 ชั่วโมงถูกกำหนดโดยอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) อุณหภูมิการตกผลึก (Tx) และบริเวณของเหลวที่เย็นยิ่งยวด (ΔTx)เทอร์โมแกรมของผงดิฟเฟอเรนเชียลสแกนแคลอริมิเตอร์ (DSC) ของผงโลหะผสม Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c) และ (e) Cu50Zr10Ni40 MG หลังจาก MA เป็นเวลา 50 ชั่วโมงรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) ของตัวอย่าง Cu50Zr30Ni20 ที่ได้รับความร้อนถึง ~700°C ใน DSC แสดงใน (d)
ดังที่แสดงในรูปที่ 10 เส้นโค้ง DSC สำหรับองค์ประกอบทั้งหมดที่มีความเข้มข้นของนิกเกิลต่างกัน (x) บ่งชี้ถึงสองกรณีที่แตกต่างกัน หนึ่งเป็นการดูดความร้อนและอีกกรณีหนึ่งเป็นการคายความร้อนเหตุการณ์การดูดความร้อนครั้งแรกสอดคล้องกับ Tg และเหตุการณ์ที่สองเกี่ยวข้องกับ Txพื้นที่ช่วงแนวนอนที่อยู่ระหว่าง Tg และ Tx เรียกว่า พื้นที่ของเหลวที่เย็นตัวลง (ΔTx = Tx – Tg)ผลลัพธ์แสดงว่าค่า Tg และ Tx ของตัวอย่าง Cu50Zr40Ni10 (รูปที่ 10a) ที่อุณหภูมิ 526°C และ 612°C เลื่อนเนื้อหา (x) ได้ถึง 20 ที่ % ไปทางด้านอุณหภูมิต่ำที่ 482°C และ 563°C°C โดยมีปริมาณ Ni เพิ่มขึ้น (x) ตามลำดับ ดังแสดงในรูปที่ 10bดังนั้น ΔTx Cu50Zr40Ni10 จึงลดลงจาก 86°С (รูปที่ 10a) เป็น 81°С สำหรับ Cu50Zr30Ni20 (รูปที่ 10b)สำหรับโลหะผสม MC Cu50Zr40Ni10 จะมีการลดลงของค่า Tg, Tx และ ΔTx ไปที่ระดับ 447°С, 526°С และ 79°С (รูปที่ 10b)สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการเพิ่มขึ้นของเนื้อหา Ni ทำให้เสถียรภาพทางความร้อนของโลหะผสม MS ลดลงในทางตรงกันข้าม ค่า Tg (507 °C) ของโลหะผสม MC Cu50Zr20Ni30 นั้นต่ำกว่าค่าของโลหะผสม MC Cu50Zr40Ni10อย่างไรก็ตาม Tx ของมันแสดงค่าที่เทียบได้กับมัน (612 °C)ดังนั้น ΔTx จึงมีค่าสูงกว่า (87°C) ดังแสดงในรูปศตวรรษที่ 10
ระบบ MC Cu50(Zr50-xNix) โดยใช้โลหะผสม Cu50Zr20Ni30 MC เป็นตัวอย่าง ตกผลึกผ่านจุดคายความร้อนที่แหลมคมเป็นเฟสผลึก fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 และ orthorhombic-ZrNi (รูปที่ 10c)การเปลี่ยนเฟสนี้จากอสัณฐานไปเป็นผลึกได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของตัวอย่าง MG (รูปที่ 10d) ซึ่งได้รับความร้อนถึง 700 °C ใน DSC
บนมะเดื่อ11 แสดงภาพถ่ายที่ถ่ายระหว่างกระบวนการฉีดพ่นด้วยความเย็นที่ดำเนินการอยู่ในงานปัจจุบันในการศึกษานี้ อนุภาคผงแก้วโลหะสังเคราะห์หลังจาก MA เป็นเวลา 50 ชั่วโมง (โดยใช้ Cu50Zr20Ni30 เป็นตัวอย่าง) ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบต้านเชื้อแบคทีเรีย และแผ่นสแตนเลส (SUS304) เคลือบด้วยสเปรย์เย็นวิธีการพ่นแบบเย็นได้รับเลือกสำหรับการเคลือบในชุดเทคโนโลยีการพ่นด้วยความร้อนเนื่องจากเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในชุดเทคโนโลยีการพ่นด้วยความร้อน ซึ่งสามารถใช้กับวัสดุที่ไวต่อความร้อนที่แพร่กระจายได้ของโลหะ เช่น ผงอสัณฐานและนาโนคริสตัลไลน์ไม่เกี่ยวกับเฟส.การเปลี่ยนนี่เป็นปัจจัยหลักในการเลือกวิธีนี้กระบวนการสะสมตัวแบบเย็นดำเนินการโดยใช้อนุภาคความเร็วสูงที่เปลี่ยนพลังงานจลน์ของอนุภาคให้อยู่ในรูปพลาสติก การเสียรูป และความร้อนเมื่อกระทบกับพื้นผิวหรืออนุภาคที่เกาะอยู่ก่อนหน้านี้
ภาพถ่ายภาคสนามแสดงขั้นตอนการพ่นสเปรย์เย็นที่ใช้สำหรับการเตรียม MG/SUS 304 ห้าครั้งติดต่อกันที่อุณหภูมิ 550°C
พลังงานจลน์ของอนุภาค ตลอดจนโมเมนตัมของแต่ละอนุภาคในระหว่างการก่อตัวของสารเคลือบ จะต้องถูกแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นผ่านกลไกดังกล่าว เช่น การเปลี่ยนรูปพลาสติก (อนุภาคปฐมภูมิและอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคในเมทริกซ์และอันตรกิริยาของอนุภาค) ปมของของแข็ง การหมุนระหว่างอนุภาค การเสียรูป และการจำกัดความร้อน 39 นอกจากนี้ หากพลังงานจลน์ที่เข้ามาไม่ได้ทั้งหมดถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนและพลังงานการเสียรูป ผลที่ตามมาคือการชนแบบยืดหยุ่น ซึ่งหมายความว่าอนุภาคจะกระเด็นออกไปหลังจากการกระแทกมีการสังเกตว่า 90% ของพลังงานกระแทกที่ใช้กับอนุภาค/วัสดุพื้นผิวจะถูกแปลงเป็นความร้อนในท้องถิ่น 40นอกจากนี้ เมื่อใช้ความเครียดจากแรงกระแทก อัตราความเครียดของพลาสติกที่สูงจะเกิดขึ้นในพื้นที่สัมผัสของอนุภาค/พื้นผิวในเวลาอันสั้น41,42
การเสียรูปของพลาสติกมักถูกพิจารณาว่าเป็นกระบวนการกระจายพลังงาน หรือเป็นแหล่งความร้อนในบริเวณผิวสัมผัสอย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในบริเวณพื้นผิวมักจะไม่เพียงพอสำหรับการเกิดการหลอมละลายของพื้นผิวหรือการกระตุ้นการแพร่กระจายของอะตอมร่วมกันอย่างมีนัยสำคัญไม่มีสิ่งพิมพ์ใดที่ผู้เขียนรู้จักได้ตรวจสอบผลกระทบของคุณสมบัติของผงโลหะคล้ายแก้วเหล่านี้ต่อการยึดเกาะของผงและการตกตะกอนที่เกิดขึ้นเมื่อใช้เทคนิคการฉีดพ่นด้วยความเย็น
BFI ของผงโลหะผสม MG Cu50Zr20Ni30 สามารถดูได้ในรูปที่ 12a ซึ่งวางอยู่บนพื้นผิว SUS 304 (รูปที่ 11, 12b)ดังที่เห็นได้จากรูป ผงเคลือบยังคงรักษาโครงสร้างอสัณฐานดั้งเดิมไว้ได้ เนื่องจากมีโครงสร้างแบบเขาวงกตที่ละเอียดอ่อนโดยไม่มีลักษณะของผลึกหรือข้อบกพร่องขัดแตะใดๆในทางกลับกัน ภาพบ่งชี้ว่ามีเฟสแปลกปลอม ซึ่งเห็นได้จากอนุภาคนาโนที่รวมอยู่ในเมทริกซ์ผงเคลือบ MG (รูปที่ 12a)รูปที่ 12c แสดงรูปแบบการเลี้ยวเบนของลำแสงนาโน (NBDP) ที่ทำดัชนีซึ่งเชื่อมโยงกับบริเวณ I (รูปที่ 12a)ดังแสดงในรูป12c, NBDP แสดงรูปแบบการแพร่กระจายแบบฮาโลที่อ่อนแอของโครงสร้างอสัณฐานและอยู่ร่วมกับจุดที่แหลมคมซึ่งสอดคล้องกับเฟส Zr2Ni ที่แพร่กระจายเป็นลูกบาศก์ขนาดใหญ่ที่เป็นผลึกขนาดใหญ่บวกกับเฟส CuO แบบเตตระโกนัลการก่อตัวของ CuO สามารถอธิบายได้จากการเกิดออกซิเดชันของผงเมื่อเคลื่อนที่จากหัวฉีดของปืนฉีดไปยัง SUS 304 ในที่โล่งในกระแสเหนือเสียงในทางกลับกัน การทำ devitrification ของผงโลหะคล้ายแก้วทำให้เกิดเฟสลูกบาศก์ขนาดใหญ่หลังจากการบำบัดด้วยสเปรย์เย็นที่อุณหภูมิ 550°C เป็นเวลา 30 นาที
(a) ภาพ FE-HRTEM ของผง MG ที่สะสมบน (b) วัสดุพิมพ์ SUS 304 (ภาพประกอบ)ดัชนี NBDP ของสัญลักษณ์กลมที่แสดงใน (ก) แสดงใน (ค)
เพื่อทดสอบกลไกที่เป็นไปได้นี้สำหรับการก่อตัวของอนุภาคนาโน Zr2Ni ลูกบาศก์ขนาดใหญ่ ได้ทำการทดลองอิสระในการทดลองนี้ ผงถูกฉีดพ่นจากเครื่องฉีดน้ำที่อุณหภูมิ 550°C ในทิศทางของสารตั้งต้น SUS 304;อย่างไรก็ตาม เพื่อพิจารณาผลการหลอม ผงจะถูกนำออกจากแถบ SUS304 โดยเร็วที่สุด (ประมาณ 60 วินาที)).มีการทดลองอีกชุดหนึ่งโดยนำผงแป้งออกจากพื้นผิวประมาณ 180 วินาทีหลังการทา
รูปที่ 13a, b แสดงภาพสนามมืด (DFI) จากการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราด (STEM) ของวัสดุสปัตเตอร์สองชนิดที่ฝากไว้บนพื้นผิว SUS 304 เป็นเวลา 60 วินาที และ 180 วินาที ตามลำดับภาพแป้งที่ฝากไว้เป็นเวลา 60 วินาทีไม่มีรายละเอียดทางสัณฐานวิทยา แสดงให้เห็นความไร้รูปร่าง (ภาพที่ 13a)สิ่งนี้ยังได้รับการยืนยันโดย XRD ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างโดยรวมของผงเหล่านี้ไม่มีรูปร่าง ดังที่ระบุโดยพีคการเลี้ยวเบนหลักและทุติยภูมิกว้างที่แสดงในรูปที่ 14aสิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีการตกตะกอนของ metastable/mesophase ซึ่งผงแป้งยังคงรักษาโครงสร้างอสัณฐานเดิมไว้ในทางตรงกันข้าม ผงที่สะสมที่อุณหภูมิเดียวกัน (550°C) แต่ทิ้งไว้บนพื้นผิวเป็นเวลา 180 วินาที แสดงให้เห็นการสะสมของเม็ดขนาดนาโน ดังแสดงโดยลูกศรในรูปที่ 13b