Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Ang mga biofilm ay isang mahalagang bahagi sa pagbuo ng mga malalang impeksiyon, lalo na pagdating sa mga medikal na kagamitan.Ang problemang ito ay nagpapakita ng isang malaking hamon sa medikal na komunidad, dahil ang mga karaniwang antibiotic ay maaari lamang sirain ang mga biofilm sa isang limitadong lawak.Ang pag-iwas sa pagbuo ng biofilm ay humantong sa pagbuo ng iba't ibang mga pamamaraan ng patong at mga bagong materyales.Ang mga diskarteng ito ay naglalayong i-coat ang mga ibabaw sa paraang pumipigil sa pagbuo ng biofilm.Ang mga haluang metal na vitreous, lalo na ang mga naglalaman ng tanso at titanium na mga metal, ay naging mainam na antimicrobial coatings.Kasabay nito, ang paggamit ng teknolohiya ng malamig na spray ay tumaas dahil ito ay isang angkop na paraan para sa pagproseso ng mga materyal na sensitibo sa temperatura.Bahagi ng layunin ng pananaliksik na ito ay bumuo ng isang bagong antibacterial film metallic glass na binubuo ng Cu-Zr-Ni ternary gamit ang mechanical alloying techniques.Ang spherical powder na bumubuo sa huling produkto ay ginagamit bilang isang hilaw na materyal para sa malamig na pag-spray ng mga hindi kinakalawang na ibabaw na asero sa mababang temperatura.Ang mga substrate na pinahiran ng metal glass ay makabuluhang bawasan ang pagbuo ng biofilm ng hindi bababa sa 1 log kumpara sa hindi kinakalawang na asero.
Sa buong kasaysayan ng tao, ang anumang lipunan ay nagawang bumuo at magsulong ng pagpapakilala ng mga bagong materyales upang matugunan ang mga partikular na pangangailangan nito, na nagreresulta sa pagtaas ng produktibidad at ranggo sa isang globalisadong ekonomiya1.Ito ay palaging iniuugnay sa kakayahan ng tao na magdisenyo ng mga materyales at kagamitan sa pagmamanupaktura, pati na rin ang mga disenyo sa paggawa at pagkilala sa mga materyales upang makamit ang kalusugan, edukasyon, industriya, ekonomiya, kultura at iba pang larangan mula sa isang bansa o rehiyon patungo sa isa pa.Nasusukat ang pag-unlad anuman ang bansa o rehiyon2.Sa loob ng 60 taon, ang mga materyal na siyentipiko ay naglaan ng maraming oras sa isang pangunahing gawain: ang paghahanap ng bago at advanced na mga materyales.Ang kamakailang pananaliksik ay nakatuon sa pagpapabuti ng kalidad at pagganap ng mga umiiral na materyales, pati na rin ang pag-synthesize at pag-imbento ng mga ganap na bagong uri ng mga materyales.
Ang pagdaragdag ng mga elemento ng alloying, ang pagbabago ng microstructure ng materyal at ang paggamit ng mga thermal, mekanikal o thermomechanical na pamamaraan ng paggamot ay humantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa mekanikal, kemikal at pisikal na mga katangian ng iba't ibang mga materyales.Bilang karagdagan, hanggang ngayon hindi kilalang mga compound ay matagumpay na na-synthesize.Ang patuloy na pagsisikap na ito ay nagbunga ng isang bagong pamilya ng mga makabagong materyales na sama-samang kilala bilang Advanced Materials2.Ang mga nanocrystals, nanoparticles, nanotubes, quantum dots, zero-dimensional, amorphous metallic glass, at high-entropy alloy ay ilan lamang sa mga halimbawa ng mga advanced na materyales na lumitaw sa mundo mula noong kalagitnaan ng huling siglo.Sa paggawa at pag-unlad ng mga bagong haluang metal na may pinahusay na mga katangian, kapwa sa pangwakas na produkto at sa mga intermediate na yugto ng paggawa nito, ang problema ng kawalan ng balanse ay madalas na idinagdag.Bilang resulta ng pagpapakilala ng mga bagong pamamaraan sa pagmamanupaktura na nagbibigay-daan sa mga makabuluhang paglihis mula sa ekwilibriyo, isang buong bagong klase ng mga haluang metal, na kilala bilang mga basong metal, ay natuklasan.
Ang kanyang trabaho sa Caltech noong 1960 ay binago ang konsepto ng mga metal na haluang metal nang siya ay nag-synthesize ng Au-25 sa.% Si glassy alloys sa pamamagitan ng mabilis na pagpapatigas ng mga likido sa halos isang milyong degrees bawat segundo.4 Ang pagtuklas ni Propesor Paul Duves ay hindi lamang minarkahan ang simula ng kasaysayan ng mga baso ng metal (MS), ngunit humantong din sa pagbabago ng paradigm sa kung paano iniisip ng mga tao ang tungkol sa mga metal na haluang metal.Dahil ang pinakaunang panimulang pananaliksik sa synthesis ng MS alloys, halos lahat ng metal na baso ay ganap na nakuha gamit ang isa sa mga sumusunod na pamamaraan: (i) mabilis na solidification ng melt o vapor, (ii) atomic lattice disorder, (iii) solid-state amorphization reactions sa pagitan ng mga purong metal na elemento at (iv) solid phase transition ng metatable phase.
Ang mga MG ay nakikilala sa pamamagitan ng kawalan ng long-range atomic order na nauugnay sa mga kristal, na isang pagtukoy sa katangian ng mga kristal.Sa modernong mundo, malaking pag-unlad ang nagawa sa larangan ng metal na salamin.Ang mga ito ay mga bagong materyales na may mga kagiliw-giliw na katangian na interesado hindi lamang para sa solid state physics, kundi pati na rin para sa metalurhiya, surface chemistry, teknolohiya, biology, at marami pang ibang lugar.Ang bagong uri ng materyal na ito ay may mga katangian na naiiba sa matitigas na metal, na ginagawa itong isang kawili-wiling kandidato para sa mga teknolohikal na aplikasyon sa iba't ibang larangan.Mayroon silang ilang mahahalagang katangian: (i) mataas na mekanikal na ductility at yield strength, (ii) high magnetic permeability, (iii) low coercivity, (iv) hindi pangkaraniwang corrosion resistance, (v) temperature independence.Conductivity 6.7.
Ang mechanical alloying (MA)1,8 ay medyo bagong paraan, na unang ipinakilala noong 19839 ni Prof. KK Kok at ng kanyang mga kasamahan.Gumawa sila ng mga amorphous na Ni60Nb40 na pulbos sa pamamagitan ng paggiling ng pinaghalong mga purong elemento sa temperatura ng kapaligiran na napakalapit sa temperatura ng silid.Karaniwan, ang reaksyon ng MA ay isinasagawa sa pagitan ng diffusion bonding ng mga reactant powder sa isang reactor, kadalasang gawa sa hindi kinakalawang na asero, sa isang ball mill.10 (Larawan 1a, b).Simula noon, ang mechanically induced solid state reaction method na ito ay ginamit upang maghanda ng mga bagong amorphous/metallic glass alloy powder gamit ang mababang (Fig. 1c) at high energy ball mill at rod mill11,12,13,14,15,16.Sa partikular, ang pamamaraang ito ay ginamit upang maghanda ng mga hindi mapaghalo na sistema tulad ng Cu-Ta17 pati na rin ang mga high melting point alloys gaya ng Al-transition metal (TM, Zr, Hf, Nb at Ta)18,19 at Fe-W20 system., na hindi makukuha gamit ang mga nakasanayang paraan ng pagluluto.Bilang karagdagan, ang MA ay itinuturing na isa sa pinakamakapangyarihang nanotechnological na tool para sa pang-industriyang scale na produksyon ng nanocrystalline at nanocomposite powder particle ng metal oxides, carbides, nitride, hydride, carbon nanotubes, nanodiamonds, pati na rin ang malawak na stabilization gamit ang top-down na diskarte.1 at metatable na mga yugto.
Schematic na nagpapakita ng paraan ng paggawa na ginamit upang ihanda ang Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 metallic glass coating sa pag-aaral na ito.(a) Paghahanda ng MC alloy powder na may iba't ibang konsentrasyon ng Ni x (x; 10, 20, 30, at 40 at.%) gamit ang low-energy ball milling method.(a) Ang panimulang materyal ay ikinarga sa isang silindro ng kasangkapan kasama ng mga bolang bakal na kasangkapan at (b) tinatakan sa isang glove box na puno ng He atmosphere.(c) Transparent na modelo ng grinding vessel na naglalarawan ng paggalaw ng bola sa panahon ng paggiling.Ang panghuling produktong pulbos na nakuha pagkatapos ng 50 oras ay ginamit sa malamig na spray coat sa SUS 304 substrate (d).
Pagdating sa bulk material surface (substrates), kinapapalooban ng surface engineering ang disenyo at pagbabago ng surface (substrates) para magbigay ng ilang partikular na pisikal, kemikal, at teknikal na katangian na wala sa orihinal na bulk material.Ang ilan sa mga katangian na maaaring epektibong mapabuti sa pamamagitan ng paggamot sa ibabaw ay kinabibilangan ng abrasion, oxidation at corrosion resistance, coefficient of friction, bioinertness, electrical properties at thermal insulation, upang pangalanan lamang ang ilan.Ang kalidad ng ibabaw ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng metalurhiko, mekanikal o kemikal na mga pamamaraan.Bilang isang kilalang proseso, ang coating ay simpleng tinukoy bilang isa o higit pang mga layer ng materyal na artipisyal na inilapat sa ibabaw ng isang bulk object (substrate) na ginawa mula sa ibang materyal.Kaya, ang mga coatings ay ginagamit sa bahagi upang makamit ang ninanais na teknikal o pandekorasyon na mga katangian, gayundin upang maprotektahan ang mga materyales mula sa inaasahang kemikal at pisikal na pakikipag-ugnayan sa kapaligiran23.
Maaaring gamitin ang iba't ibang pamamaraan at diskarte upang maglapat ng angkop na mga patong na proteksiyon mula sa ilang micrometers (sa ibaba 10-20 micrometers) hanggang sa higit sa 30 micrometers o kahit ilang millimeters ang kapal.Sa pangkalahatan, ang mga proseso ng coating ay maaaring nahahati sa dalawang kategorya: (i) wet coating method, kabilang ang electroplating, electroplating, at hot dip galvanizing, at (ii) dry coating method, kabilang ang paghihinang, hardfacing, physical vapor deposition (PVD).), chemical vapor deposition (CVD), mga thermal spray technique, at mas kamakailang cold spray technique 24 (Figure 1d).
Ang mga biofilm ay tinukoy bilang mga microbial na komunidad na hindi maibabalik na nakakabit sa mga ibabaw at napapalibutan ng mga self-produced extracellular polymers (EPS).Ang pagbuo ng isang mababaw na mature na biofilm ay maaaring humantong sa malaking pagkalugi sa maraming industriya, kabilang ang pagpoproseso ng pagkain, mga sistema ng tubig, at pangangalagang pangkalusugan.Sa mga tao, sa pagbuo ng mga biofilm, higit sa 80% ng mga kaso ng mga impeksyon sa microbial (kabilang ang Enterobacteriaceae at Staphylococci) ay mahirap gamutin.Bilang karagdagan, ang mga mature na biofilm ay naiulat na 1000 beses na mas lumalaban sa paggamot sa antibiotic kumpara sa mga planktonic bacterial cells, na itinuturing na isang pangunahing therapeutic challenge.Sa kasaysayan, ginamit ang mga antimicrobial surface coating na materyales na nagmula sa mga karaniwang organikong compound.Bagama't ang mga naturang materyales ay kadalasang naglalaman ng mga nakakalason na sangkap na posibleng makapinsala sa mga tao, 25,26 ito ay makatutulong na maiwasan ang paghahatid ng bacterial at pagkasira ng materyal.
Ang laganap na bacterial resistance sa antibiotic na paggamot dahil sa biofilm formation ay humantong sa pangangailangan na bumuo ng isang epektibong antimicrobial membrane coated surface na maaaring mailapat nang ligtas27.Ang pagbuo ng isang pisikal o kemikal na anti-adhesive na ibabaw kung saan ang mga bacterial cell ay hindi maaaring magbigkis at bumuo ng mga biofilm dahil sa pagdirikit ay ang unang diskarte sa prosesong ito27.Ang pangalawang teknolohiya ay ang bumuo ng mga coatings na naghahatid ng mga antimicrobial na kemikal kung saan eksakto ang mga ito ay kinakailangan, sa mataas na puro at iniangkop na dami.Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagbuo ng mga natatanging coating na materyales tulad ng graphene/germanium28, black diamond29 at ZnO30-doped diamond-like carbon coatings na lumalaban sa bacteria, isang teknolohiyang nagpapalaki sa pagbuo ng toxicity at resistance dahil sa biofilm formation.Bilang karagdagan, ang mga coatings na naglalaman ng mga kemikal na germicidal na nagbibigay ng pangmatagalang proteksyon laban sa bacterial contamination ay lalong nagiging popular.Habang ang lahat ng tatlong pamamaraan ay may kakayahang magsagawa ng aktibidad na antimicrobial sa mga pinahiran na ibabaw, bawat isa ay may sariling hanay ng mga limitasyon na dapat isaalang-alang kapag bumubuo ng isang diskarte sa aplikasyon.
Ang mga produkto na kasalukuyang nasa merkado ay nahahadlangan ng kakulangan ng oras upang pag-aralan at subukan ang mga proteksiyon na coatings para sa mga biologically active na sangkap.Sinasabi ng mga kumpanya na ang kanilang mga produkto ay magbibigay sa mga user ng ninanais na functional na aspeto, gayunpaman, ito ay naging hadlang sa tagumpay ng mga produkto na kasalukuyang nasa merkado.Ang mga compound na nagmula sa pilak ay ginagamit sa karamihan ng mga antimicrobial na kasalukuyang magagamit sa mga mamimili.Ang mga produktong ito ay idinisenyo upang protektahan ang mga gumagamit mula sa potensyal na nakakapinsalang pagkakalantad sa mga micro-organism.Ang naantalang epekto ng antimicrobial at ang nauugnay na toxicity ng mga silver compound ay nagpapataas ng presyon sa mga mananaliksik upang bumuo ng hindi gaanong mapanganib na alternatibo36,37.Nananatiling isang hamon ang paggawa ng pandaigdigang antimicrobial coating na gumagana sa loob at labas.Ito ay kasama ng mga nauugnay na panganib sa kalusugan at kaligtasan.Ang pagtuklas ng isang antimicrobial agent na hindi gaanong nakakapinsala sa mga tao at ang pag-iisip kung paano ito isasama sa mga coating substrates na may mas matagal na shelf life ay isang napakalaking layunin38.Ang pinakabagong mga antimicrobial at antibiofilm na materyales ay idinisenyo upang patayin ang bakterya sa malapitan alinman sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnay o pagkatapos ng paglabas ng aktibong ahente.Magagawa nila ito sa pamamagitan ng pagpigil sa paunang bacterial adhesion (kabilang ang pagpigil sa pagbuo ng layer ng protina sa ibabaw) o sa pamamagitan ng pagpatay sa bacteria sa pamamagitan ng pag-iwas sa cell wall.
Sa esensya, ang surface coating ay ang proseso ng paglalagay ng isa pang layer sa ibabaw ng isang component upang mapabuti ang mga katangian ng surface.Ang layunin ng surface coating ay baguhin ang microstructure at/o komposisyon ng malapit-surface na rehiyon ng isang component39.Ang mga paraan ng patong sa ibabaw ay maaaring nahahati sa iba't ibang mga pamamaraan, na kung saan ay summarized sa Fig. 2a.Ang mga coatings ay maaaring nahahati sa thermal, chemical, physical at electrochemical na mga kategorya depende sa paraan na ginamit sa paggawa ng coating.
(a) Isang inset na nagpapakita ng mga pangunahing pamamaraan sa paggawa ng ibabaw, at (b) mga napiling pakinabang at disadvantage ng cold spray method.
Ang teknolohiya ng malamig na spray ay magkapareho sa mga tradisyonal na pamamaraan ng thermal spray.Gayunpaman, mayroon ding ilang pangunahing pangunahing katangian na ginagawang kakaiba ang proseso ng malamig na spray at mga materyales sa malamig na spray.Ang teknolohiya ng cold spray ay nasa simula pa lamang, ngunit mayroon itong magandang kinabukasan.Sa ilang mga kaso, ang mga natatanging katangian ng malamig na pag-spray ay nag-aalok ng mahusay na mga benepisyo, overcoming ang mga limitasyon ng maginoo thermal spraying pamamaraan.Nalampasan nito ang mga makabuluhang limitasyon ng tradisyonal na teknolohiya ng thermal spray, kung saan ang pulbos ay dapat matunaw upang mailagay sa isang substrate.Malinaw, ang tradisyunal na proseso ng coating na ito ay hindi angkop para sa mga materyal na napakasensitibo sa temperatura tulad ng mga nanocrystal, nanoparticle, amorphous at metallic na baso40, 41, 42. Bilang karagdagan, ang mga thermal spray coating na materyales ay palaging may mataas na antas ng porosity at oxides.Ang teknolohiya ng cold spray ay may maraming makabuluhang pakinabang kaysa sa teknolohiya ng thermal spray, tulad ng (i) minimal na input ng init sa substrate, (ii) flexibility sa pagpili ng substrate coating, (iii) walang pagbabago sa phase at paglaki ng butil, (iv) mataas na lakas ng pandikit1 .39 (Fig. 2b).Bilang karagdagan, ang mga cold spray coating na materyales ay may mataas na corrosion resistance, mataas na lakas at tigas, mataas na electrical conductivity at mataas na density41.Sa kabila ng mga pakinabang ng proseso ng malamig na pag-spray, ang pamamaraang ito ay mayroon pa ring ilang mga kakulangan, tulad ng ipinapakita sa Figure 2b.Kapag pinahiran ang mga purong ceramic powder tulad ng Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, atbp., hindi maaaring gamitin ang cold spray method.Sa kabilang banda, ang mga ceramic/metal composite powder ay maaaring gamitin bilang hilaw na materyales para sa mga coatings.Ang parehong napupunta para sa iba pang mga pamamaraan ng thermal spraying.Mahirap pa ring i-spray ang mga mahihirap na surface at pipe interior.
Isinasaalang-alang na ang kasalukuyang gawain ay nakadirekta sa paggamit ng mga metallic vitreous powder bilang panimulang materyales para sa mga coatings, malinaw na hindi maaaring gamitin ang conventional thermal spraying para sa layuning ito.Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga metallic vitreous powder ay nag-kristal sa mataas na temperatura1.
Karamihan sa mga instrumentong ginagamit sa industriya ng medikal at pagkain ay gawa mula sa austenitic stainless steel alloys (SUS316 at SUS304) na may chromium content na 12 hanggang 20 wt.% para sa produksyon ng mga surgical instruments.Karaniwang tinatanggap na ang paggamit ng chromium metal bilang isang elemento ng haluang metal sa mga haluang bakal ay maaaring makabuluhang mapabuti ang resistensya ng kaagnasan ng mga karaniwang haluang bakal.Ang mga haluang metal na hindi kinakalawang na asero, sa kabila ng kanilang mataas na resistensya sa kaagnasan, ay walang makabuluhang mga katangian ng antimicrobial38,39.Ito ay kaibahan sa kanilang mataas na resistensya sa kaagnasan.Pagkatapos nito, posibleng hulaan ang pag-unlad ng impeksiyon at pamamaga, na higit sa lahat ay dahil sa bacterial adhesion at kolonisasyon sa ibabaw ng hindi kinakalawang na asero na biomaterial.Ang mga makabuluhang paghihirap ay maaaring lumitaw dahil sa mga makabuluhang paghihirap na nauugnay sa bacterial adhesion at biofilm formation pathways, na maaaring humantong sa mahinang kalusugan, na maaaring magkaroon ng maraming kahihinatnan na maaaring direkta o hindi direktang makaapekto sa kalusugan ng tao.
Ang pag-aaral na ito ay ang unang yugto ng isang proyektong pinondohan ng Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), contract no.2010-550401, upang siyasatin ang pagiging posible ng paggawa ng metallic glassy Cu-Zr-Ni ternary powders gamit ang MA technology (table).1) Para sa paggawa ng SUS304 antibacterial surface protection film/coating.Ang ikalawang yugto ng proyekto, na magsisimula sa Enero 2023, ay pag-aaralan nang detalyado ang mga katangian ng galvanic corrosion at ang mga mekanikal na katangian ng system.Ang mga detalyadong pagsusuri sa microbiological para sa iba't ibang uri ng bakterya ay isasagawa.
Tinatalakay ng artikulong ito ang epekto ng Zr alloy content sa glass forming ability (GFA) batay sa morphological at structural na katangian.Bilang karagdagan, ang mga antibacterial na katangian ng powder coated metal glass/SUS304 composite ay tinalakay din.Bilang karagdagan, ang patuloy na gawain ay isinagawa upang siyasatin ang posibilidad ng pagbabago ng istruktura ng mga metal na pulbos na salamin na nagaganap sa panahon ng malamig na pag-spray sa supercooled na likidong rehiyon ng mga gawa-gawang sistema ng metal na salamin.Ang Cu50Zr30Ni20 at Cu50Zr20Ni30 na mga metal na haluang metal na salamin ay ginamit bilang kinatawan ng mga halimbawa sa pag-aaral na ito.
Ang seksyong ito ay nagpapakita ng mga pagbabago sa morphological sa mga pulbos ng elemental na Cu, Zr at Ni sa panahon ng low-energy ball milling.Dalawang magkaibang sistema na binubuo ng Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr40Ni10 ang gagamitin bilang mga halimbawa ng paglalarawan.Ang proseso ng MA ay maaaring nahahati sa tatlong magkakahiwalay na yugto, bilang ebedensya ng metallographic na katangian ng pulbos na nakuha sa yugto ng paggiling (Larawan 3).
Mga katangian ng metallograpiko ng mga pulbos ng mga mekanikal na haluang metal (MA) na nakuha pagkatapos ng iba't ibang yugto ng paggiling ng bola.Ang field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) na mga larawan ng MA at Cu50Zr40Ni10 na mga pulbos na nakuha pagkatapos ng mababang enerhiya na paggiling ng bola sa loob ng 3, 12 at 50 na oras ay ipinapakita sa (a), (c) at (e) para sa Cu50Zr20Ni30 system, habang nasa parehong MA.Ang kaukulang mga larawan ng Cu50Zr40Ni10 system na kinunan pagkatapos ng oras ay ipinapakita sa (b), (d), at (f).
Sa panahon ng paggiling ng bola, ang epektibong kinetic energy na maaaring ilipat sa metal powder ay apektado ng kumbinasyon ng mga parameter, tulad ng ipinapakita sa Fig. 1a.Kabilang dito ang mga banggaan sa pagitan ng mga bola at pulbos, shear compression ng powder na naipit sa pagitan o sa pagitan ng grinding media, mga impact mula sa mga nahuhulog na bola, paggugupit at pagkasira na dulot ng powder drag sa pagitan ng mga gumagalaw na katawan ng isang ball mill, at isang shock wave na dumadaan sa mga bumabagsak na bola na nagpapalaganap sa load culture (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадин МА (3 ч), лекозоки х частиц порошка (> 1 мм в диаметре). Ang mga pulbos ng elemental na Cu, Zr, at Ni ay malubhang na-deform dahil sa malamig na hinang sa isang maagang yugto ng MA (3 h), na humantong sa pagbuo ng malalaking particle ng pulbos (> 1 mm ang lapad).Ang mga malalaking composite particle na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng makapal na mga layer ng alloying elements (Cu, Zr, Ni), tulad ng ipinapakita sa fig.3a,b.Ang pagtaas sa oras ng MA sa 12 h (intermediate stage) ay humantong sa isang pagtaas sa kinetic energy ng ball mill, na humantong sa pagkabulok ng composite powder sa mas maliliit na pulbos (mas mababa sa 200 μm), tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c, lungsod.Sa yugtong ito, ang inilapat na puwersa ng paggugupit ay humahantong sa pagbuo ng isang bagong ibabaw ng metal na may manipis na mga layer ng pahiwatig ng Cu, Zr, Ni, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c, d.Bilang resulta ng paggiling ng mga layer sa interface ng mga natuklap, ang mga solid-phase na reaksyon ay nangyayari sa pagbuo ng mga bagong phase.
Sa kasukdulan ng proseso ng MA (pagkatapos ng 50 h), ang flake metallography ay halos hindi napapansin (Fig. 3e, f), at ang mirror metallography ay naobserbahan sa makintab na ibabaw ng pulbos.Nangangahulugan ito na ang proseso ng MA ay nakumpleto at ang isang yugto ng reaksyon ay nilikha.Ang elementong komposisyon ng mga rehiyon na ipinahiwatig sa Fig.Ang 3e (I, II, III), f, v, vi) ay natukoy gamit ang field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) kasama ang energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).(IV).
Sa mesa.2 elemental na konsentrasyon ng mga elemento ng alloying ay ipinapakita bilang isang porsyento ng kabuuang masa ng bawat rehiyon na napili sa fig.3e, f.Ang paghahambing ng mga resultang ito sa mga paunang nominal na komposisyon ng Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr40Ni10 na ibinigay sa Talahanayan 1 ay nagpapakita na ang mga komposisyon ng dalawang huling produktong ito ay napakalapit sa mga nominal na komposisyon.Bilang karagdagan, ang mga kamag-anak na halaga ng mga bahagi para sa mga rehiyon na nakalista sa Fig. 3e,f ay hindi nagmumungkahi ng makabuluhang pagkasira o pagkakaiba-iba sa komposisyon ng bawat sample mula sa isang rehiyon patungo sa isa pa.Ito ay pinatunayan ng katotohanan na walang pagbabago sa komposisyon mula sa isang rehiyon patungo sa isa pa.Ipinapahiwatig nito ang paggawa ng mga pare-parehong pulbos na haluang metal tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 2.
Ang FE-SEM micrographs ng Cu50(Zr50-xNix) final product powder ay nakuha pagkatapos ng 50 MA beses, tulad ng ipinapakita sa Fig. 4a-d, kung saan ang x ay 10, 20, 30 at 40 at.%, ayon sa pagkakabanggit.Pagkatapos ng paggiling na ito, ang pulbos ay nagsasama-sama dahil sa epekto ng van der Waals, na humahantong sa pagbuo ng malalaking pinagsama-samang binubuo ng mga ultrafine na particle na may diameter na 73 hanggang 126 nm, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
Morpolohiyang katangian ng Cu50(Zr50-xNix) na mga pulbos na nakuha pagkatapos ng 50-oras na MA.Para sa mga sistemang Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, ang mga FE-SEM na imahe ng mga pulbos na nakuha pagkatapos ng 50 MA ay ipinapakita sa (a), (b), (c), at (d), ayon sa pagkakabanggit.
Bago i-load ang mga pulbos sa cold spray feeder, nilagyan muna sila ng sonicated sa analytical grade ethanol sa loob ng 15 minuto at pagkatapos ay pinatuyo sa 150° C. sa loob ng 2 oras.Ang hakbang na ito ay dapat gawin upang matagumpay na labanan ang pagsasama-sama, na kadalasang nagiging sanhi ng maraming malubhang problema sa proseso ng patong.Matapos makumpleto ang proseso ng MA, ang mga karagdagang pag-aaral ay isinagawa upang siyasatin ang homogeneity ng mga pulbos ng haluang metal.Sa fig.Ang 5a–d ay nagpapakita ng mga FE-SEM micrographs at kaukulang mga imahe ng EDS ng Cu, Zr at Ni alloying elements ng Cu50Zr30Ni20 alloy na kinuha pagkatapos ng 50 h time M, ayon sa pagkakabanggit.Dapat pansinin na ang mga haluang metal na pulbos na nakuha pagkatapos ng hakbang na ito ay homogenous, dahil hindi sila nagpapakita ng anumang pagbabago sa komposisyon na lampas sa antas ng sub-nanometer, tulad ng ipinapakita sa Figure 5.
Morpolohiya at lokal na pamamahagi ng mga elemento sa MG Cu50Zr30Ni20 powder na nakuha pagkatapos ng 50 MA ng FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) SEM at X-ray EDS imaging ng (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, at (d) Ni-Kα.
Ang mga pattern ng X-ray diffraction ng mechanically alloyed na Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, at Cu50Zr20Ni30 na mga pulbos na nakuha pagkatapos ng 50-oras na MA ay ipinapakita sa Fig.6a–d, ayon sa pagkakabanggit.Pagkatapos ng yugto ng paggiling na ito, ang lahat ng mga sample na may iba't ibang mga konsentrasyon ng Zr ay may mga amorphous na istruktura na may katangian na mga pattern ng pagsasabog ng halo na ipinapakita sa Fig. 6.
Mga pattern ng X-ray diffraction ng Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), at Cu50Zr20Ni30 (d) na mga pulbos pagkatapos ng MA sa loob ng 50 h.Ang isang pattern ng halo-diffusion ay naobserbahan sa lahat ng mga sample nang walang pagbubukod, na nagpapahiwatig ng pagbuo ng isang amorphous phase.
Ang high resolution field emission transmission electron microscopy (FE-HRTEM) ay ginamit upang obserbahan ang mga pagbabago sa istruktura at maunawaan ang lokal na istraktura ng mga pulbos na nagreresulta mula sa paggiling ng bola sa iba't ibang oras ng MA.Ang mga larawan ng mga pulbos na nakuha ng pamamaraang FE-HRTEM pagkatapos ng maagang (6 h) at intermediate (18 h) na yugto ng paggiling ng mga pulbos na Cu50Zr30Ni20 at Cu50Zr40Ni10 ay ipinapakita sa Fig.7a, ayon sa pagkakabanggit.Ayon sa maliwanag na patlang na imahe (BFI) ng pulbos na nakuha pagkatapos ng 6 h ng MA, ang pulbos ay binubuo ng malalaking butil na may malinaw na tinukoy na mga hangganan ng mga elemento ng fcc-Cu, hcp-Zr, at fcc-Ni, at walang mga palatandaan ng pagbuo ng isang yugto ng reaksyon, tulad ng ipinapakita sa Fig. 7a.Bilang karagdagan, ang isang nauugnay na napiling pattern ng diffraction ng lugar (SADP) na kinuha mula sa gitnang rehiyon (a) ay nagsiwalat ng isang matalim na pattern ng diffraction (Larawan 7b) na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng malalaking crystallites at ang kawalan ng isang reaktibong yugto.
Mga lokal na katangian ng istruktura ng MA powder na nakuha pagkatapos ng maagang (6 h) at intermediate (18 h) na mga yugto.(a) High resolution field emission transmission electron microscopy (FE-HRTEM) at (b) kaukulang napiling area diffractogram (SADP) ng Cu50Zr30Ni20 powder pagkatapos ng MA treatment sa loob ng 6 na oras.Ang imahe ng FE-HRTEM ng Cu50Zr40Ni10 na nakuha pagkatapos ng 18-oras na MA ay ipinapakita sa (c).
Gaya ng ipinapakita sa fig.7c, ang isang pagtaas sa tagal ng MA hanggang 18 h ay humantong sa malubhang mga depekto sa sala-sala kasama ng plastic deformation.Sa intermediate na yugtong ito ng proseso ng MA, lumilitaw ang iba't ibang mga depekto sa pulbos, kabilang ang mga stacking fault, lattice defect, at point defect (Larawan 7).Ang mga depektong ito ay nagdudulot ng pagkapira-piraso ng malalaking butil kasama ang mga hangganan ng butil sa mga subgrain na mas maliit sa 20 nm ang laki (Larawan 7c).
Ang lokal na istraktura ng Cu50Z30Ni20 powder milled para sa 36 h MA ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng ultrafine nanograins na naka-embed sa isang amorphous thin matrix, tulad ng ipinapakita sa Fig. 8a.Ang isang lokal na pagsusuri ng EMF ay nagpakita na ang mga nanocluster na ipinapakita sa Fig.Ang 8a ay nauugnay sa hindi ginagamot na mga haluang metal na Cu, Zr at Ni powder.Ang nilalaman ng Cu sa matrix ay nag-iiba mula ~32 at.% (mahinang zone) hanggang ~74 ​​at.% (rich zone), na nagpapahiwatig ng pagbuo ng mga heterogenous na produkto.Bilang karagdagan, ang kaukulang mga SADP ng mga pulbos na nakuha pagkatapos ng paggiling sa hakbang na ito ay nagpapakita ng pangunahin at pangalawang halo-diffusion na amorphous phase na mga singsing na magkakapatong sa mga matutulis na puntos na nauugnay sa mga hindi ginagamot na elemento ng alloying, tulad ng ipinapakita sa Fig. 8b.
Nanoscale local structural features ng Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 powder.(a) Maliwanag na imahe ng field (BFI) at kaukulang (b) SADP ng Cu50Zr30Ni20 pulbos na nakuha pagkatapos ng paggiling para sa 36 h MA.
Sa pagtatapos ng proseso ng MA (50 h), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, at 40 at.% na mga pulbos, nang walang pagbubukod, ay may labyrinthine morphology ng amorphous phase, tulad ng ipinapakita sa Fig.Wala alinman sa point diffraction o matalim na annular pattern ay maaaring makita sa kaukulang SADS ng bawat komposisyon.Ito ay nagpapahiwatig ng kawalan ng hindi ginagamot na mala-kristal na metal, ngunit sa halip ay ang pagbuo ng isang amorphous alloy powder.Ang mga nauugnay na SADP na ito na nagpapakita ng mga pattern ng pagsasabog ng halo ay ginamit din bilang ebidensya para sa pagbuo ng mga amorphous na yugto sa panghuling materyal ng produkto.
Lokal na istraktura ng panghuling produkto ng Cu50 MS system (Zr50-xNix).FE-HRTEM at correlated nanobeam diffraction patterns (NBDP) ng (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, at (d) Cu50Zr10Ni40 na nakuha pagkatapos ng 50 h ng MA.
Gamit ang differential scanning calorimetry, pinag-aralan ang thermal stability ng glass transition temperature (Tg), supercooled liquid region (ΔTx) at crystallization temperature (Tx) depende sa nilalaman ng Ni (x) sa Cu50(Zr50-xNix) amorphous system.(DSC) na mga katangian sa daloy ng He gas.Ang DSC curves ng mga pulbos ng Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, at Cu50Zr10Ni40 amorphous alloys na nakuha pagkatapos ng MA sa loob ng 50 h ay ipinapakita sa Fig.10a, b, e, ayon sa pagkakabanggit.Habang ang DSC curve ng amorphous Cu50Zr20Ni30 ay ipinapakita nang hiwalay sa Fig. 10th century Samantala, isang Cu50Zr30Ni20 sample na pinainit hanggang ~700°C sa DSC ay ipinapakita sa Fig. 10g.
Ang thermal stability ng Cu50(Zr50-xNix) MG powder na nakuha pagkatapos ng MA sa loob ng 50 oras ay tinutukoy ng glass transition temperature (Tg), crystallization temperature (Tx) at supercooled liquid region (ΔTx).Thermograms ng differential scanning calorimeter (DSC) powders ng Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), at (e) Cu50Zr10Ni40 MG alloy powder pagkatapos ng MA sa loob ng 50 oras.Ang isang X-ray diffraction pattern (XRD) ng isang Cu50Zr30Ni20 sample na pinainit hanggang ~700°C sa DSC ay ipinapakita sa (d).
Tulad ng ipinapakita sa Figure 10, ang mga kurba ng DSC para sa lahat ng mga komposisyon na may iba't ibang mga konsentrasyon ng nickel (x) ay nagpapahiwatig ng dalawang magkaibang mga kaso, isang endothermic at ang isa pang exothermic.Ang unang endothermic na kaganapan ay tumutugma sa Tg, at ang pangalawa ay nauugnay sa Tx.Ang pahalang na span area na nasa pagitan ng Tg at Tx ay tinatawag na subcooled liquid area (ΔTx = Tx – Tg).Ang mga resulta ay nagpapakita na ang Tg at Tx ng Cu50Zr40Ni10 sample (Fig. 10a) na inilagay sa 526°C at 612°C ay inilipat ang nilalaman (x) hanggang 20 sa % patungo sa mababang bahagi ng temperatura na 482°C at 563°C.° C na may pagtaas ng nilalaman ng Ni (x), ayon sa pagkakabanggit, tulad ng ipinapakita sa Figure 10b.Dahil dito, bumababa ang ΔTx Cu50Zr40Ni10 mula 86°С (Fig. 10a) hanggang 81°C para sa Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Para sa haluang metal ng MC Cu50Zr40Ni10, naobserbahan din ang pagbaba sa mga halaga ng Tg, Tx, at ΔTx sa mga antas na 447°C, 526°C, at 79°C (Fig. 10b).Ipinapahiwatig nito na ang pagtaas sa nilalaman ng Ni ay humahantong sa pagbaba sa thermal stability ng MS alloy.Sa kabaligtaran, ang halaga ng Tg (507 °C) ng MC Cu50Zr20Ni30 alloy ay mas mababa kaysa sa MC Cu50Zr40Ni10 alloy;gayunpaman, ang Tx nito ay nagpapakita ng halagang maihahambing dito (612 °C).Samakatuwid, ang ΔTx ay may mas mataas na halaga (87°C) tulad ng ipinapakita sa fig.ika-10 siglo
Ang Cu50(Zr50-xNix) MC system, gamit ang Cu50Zr20Ni30 MC alloy bilang isang halimbawa, ay nagki-kristal sa pamamagitan ng matalim na exothermic peak sa fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, at orthorhombic-ZrNi crystalline phases (Fig. 10c).Ang phase transition na ito mula sa amorphous hanggang crystalline ay nakumpirma ng X-ray diffraction analysis ng MG sample (Fig. 10d) na pinainit hanggang 700 °C sa DSC.
Sa fig.Ang 11 ay nagpapakita ng mga larawang kinunan sa panahon ng proseso ng malamig na spray na isinasagawa sa kasalukuyang gawain.Sa pag-aaral na ito, ginamit ang mga metal glassy powder particle na na-synthesize pagkatapos ng MA sa loob ng 50 oras (gamit ang Cu50Zr20Ni30 bilang isang halimbawa) bilang isang antibacterial na hilaw na materyal, at ang isang stainless steel plate (SUS304) ay pinahiran ng malamig na spray.Ang cold spray method ay pinili para sa coating sa thermal spray technology series dahil ito ang pinaka mahusay na paraan sa thermal spray technology series kung saan magagamit ito para sa metallic metastable na heat sensitive na materyales tulad ng amorphous at nanocrystalline powders.Hindi napapailalim sa phase.mga transition.Ito ang pangunahing kadahilanan sa pagpili ng pamamaraang ito.Ang proseso ng malamig na pag-deposito ay isinasagawa gamit ang mga high-velocity na particle na nagko-convert ng kinetic energy ng mga particle sa plastic deformation, deformation at init sa epekto sa substrate o dati nang idineposito na mga particle.
Ang mga litrato sa field ay nagpapakita ng cold spray procedure na ginamit para sa limang sunud-sunod na paghahanda ng MG/SUS 304 sa 550°C.
Ang kinetic energy ng mga particle, pati na rin ang momentum ng bawat particle sa panahon ng pagbuo ng coating, ay dapat ma-convert sa iba pang mga anyo ng enerhiya sa pamamagitan ng mga mekanismo tulad ng plastic deformation (pangunahing particle at interparticle interaction sa matrix at interparticle ng mga particle), interstitial knots ng solids, pag-ikot sa pagitan ng mga particle, deformation at lahat ng paglilimita ng enerhiya sa com39. enerhiya ng pagpapapangit, ang resulta ay isang nababanat na banggaan, na nangangahulugan na ang mga particle ay tumalbog lamang pagkatapos ng epekto.Napansin na 90% ng epekto ng enerhiya na inilapat sa particle/substrate na materyal ay na-convert sa lokal na init 40 .Bilang karagdagan, kapag ang impact stress ay inilapat, ang mataas na plastic strain rate ay nakakamit sa particle/substrate contact region sa napakaikling panahon41,42.
Ang plastic deformation ay karaniwang itinuturing bilang isang proseso ng pagwawaldas ng enerhiya, o sa halip, bilang pinagmumulan ng init sa interfacial na rehiyon.Gayunpaman, ang pagtaas ng temperatura sa interfacial na rehiyon ay karaniwang hindi sapat para sa paglitaw ng interfacial melting o makabuluhang pagpapasigla ng mutual diffusion ng mga atomo.Walang publikasyong alam ng mga may-akda ang nag-imbestiga sa epekto ng mga katangian ng mga metal na vitreous powder na ito sa pagdirikit ng pulbos at pag-aayos na nagaganap kapag gumagamit ng mga diskarte sa malamig na spray.
Ang BFI ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy powder ay makikita sa Fig. 12a, na idineposito sa SUS 304 substrate (Fig. 11, 12b).Tulad ng makikita mula sa figure, ang mga pinahiran na pulbos ay nagpapanatili ng kanilang orihinal na amorphous na istraktura dahil mayroon silang isang maselan na istraktura ng labirint na walang anumang mga tampok na mala-kristal o mga depekto ng sala-sala.Sa kabilang banda, ang imahe ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang dayuhang yugto, bilang ebidensya ng mga nanoparticle na kasama sa MG-coated powder matrix (Fig. 12a).Ipinapakita ng Figure 12c ang indexed nanobeam diffraction pattern (NBDP) na nauugnay sa rehiyon I (Larawan 12a).Gaya ng ipinapakita sa fig.12c, ang NBDP ay nagpapakita ng mahinang halo-diffusion pattern ng amorphous na istraktura at magkakasamang nabubuhay na may matutulis na mga spot na tumutugma sa isang mala-kristal na malaking cubic metastable na Zr2Ni phase kasama ang isang tetragonal CuO phase.Ang pagbuo ng CuO ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng oksihenasyon ng pulbos kapag lumilipat mula sa nozzle ng spray gun sa SUS 304 sa open air sa isang supersonic na daloy.Sa kabilang banda, ang devitrification ng metal glassy powder ay nagresulta sa pagbuo ng malalaking cubic phase pagkatapos ng cold spray treatment sa 550°C sa loob ng 30 min.
(a) FE-HRTEM na imahe ng MG powder na idineposito sa (b) SUS 304 substrate (Figure inset).Ang NBDP index ng bilog na simbolo na ipinapakita sa (a) ay ipinapakita sa (c).
Upang subukan ang potensyal na mekanismo na ito para sa pagbuo ng malalaking cubic Zr2Ni nanoparticle, isang independiyenteng eksperimento ang isinagawa.Sa eksperimentong ito, ang mga pulbos ay na-spray mula sa isang atomizer sa 550°C sa direksyon ng substrate ng SUS 304;gayunpaman, upang matukoy ang epekto ng pagsusubo, ang mga pulbos ay tinanggal mula sa SUS304 strip sa lalong madaling panahon (mga 60 s).).Ang isa pang serye ng mga eksperimento ay isinagawa kung saan ang pulbos ay tinanggal mula sa substrate humigit-kumulang 180 segundo pagkatapos ng aplikasyon.
Ang mga figure 13a,b ay nagpapakita ng Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) dark field (DFI) na mga larawan ng dalawang sputtered na materyales na idineposito sa SUS 304 substrates para sa 60 s at 180 s, ayon sa pagkakabanggit.Ang imahe ng pulbos na idineposito sa loob ng 60 segundo ay kulang sa mga detalye ng morphological, na nagpapakita ng kawalan ng tampok (Larawan 13a).Kinumpirma din ito ng XRD, na nagpakita na ang pangkalahatang istraktura ng mga pulbos na ito ay amorphous, tulad ng ipinahiwatig ng malawak na pangunahin at pangalawang diffraction peak na ipinapakita sa Figure 14a.Ito ay nagpapahiwatig ng kawalan ng metastable/mesophase precipitates, kung saan ang pulbos ay nagpapanatili ng orihinal nitong amorphous na istraktura.Sa kaibahan, ang pulbos na idineposito sa parehong temperatura (550 ° C) ngunit iniwan sa substrate para sa 180 s ay nagpakita ng pag-deposito ng mga nanosized na butil, tulad ng ipinapakita ng mga arrow sa Fig. 13b.