Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta para sa CSS. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipapakita namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Ang mga biofilm ay isang mahalagang bahagi sa pag-unlad ng mga malalang impeksiyon, lalo na kapag nasasangkot ang 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 puksain ang mga biofilm sa isang napakalimitadong 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 pamamaraang ito ay naglalayong i-coat ang mga ibabaw sa isang paraan na pumipigil lalo na sa mga nabuong biofilm na metal, lalo na ang mga metal na haluang metal. perpektong antimicrobial coatings.Kasabay nito, tumaas ang paggamit ng teknolohiya ng cold spray dahil ito ay angkop na paraan para sa pagproseso ng mga materyal na sensitibo sa temperatura.Bahagi ng layunin ng pag-aaral na ito ay bumuo ng isang nobelang antibacterial film na metallic glass na binubuo ng ternary Cu-Zr-Ni gamit ang mechanical alloying techniques.Ang spherical powder na bumubuo sa huling produkto ay ginagamit bilang isang mababang temperatura ng metal na coated na ibabaw ng metal na hindi kinakalawang na coating. upang 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 magdisenyo at magsulong ng pagpapakilala ng mga materyal na nobela na nakakatugon sa mga partikular na pangangailangan nito, na nagresulta sa pinabuting pagganap at ranggo sa isang globalisadong ekonomiya1. Palagi itong iniuugnay sa kakayahan ng tao na bumuo ng mga materyales at kagamitan sa fabrication at mga disenyo para sa mga materyales na fabrication at characterization upang makamit ang mga pakinabang sa kalusugan, edukasyon, industriya, ekonomiya, kultura at iba pang larangan mula sa isang bansa o rehiyon na hindi isinasaalang-alang sa ibang bansa o rehiyon.2 Sa loob ng 60 taon, ang mga materyales na siyentipiko ay nagtalaga ng malaking bahagi ng kanilang oras sa pagtutuon ng pansin sa isang pangunahing alalahanin: ang pagtugis ng mga nobela at makabagong materyales.
Ang pagdaragdag ng mga elemento ng haluang metal, ang pagbabago ng materyal na microstructure, at ang paggamit ng mga thermal, mechanical o thermo-mechanical na mga diskarte sa pagproseso ay nagresulta sa makabuluhang mga pagpapabuti sa mekanikal, kemikal at pisikal na mga katangian ng iba't ibang mga materyales. Higit pa rito, ang mga hindi pa naririnig na compound ay matagumpay na na-synthesize sa puntong ito. Ang mga paulit-ulit na pagsisikap na ito ay nagbunga ng isang bagong pamilya ng mga Materyal na makabagong, nano-noo. tubes, quantum dots, zero-dimensional, amorphous metallic glasses, at high-entropy alloys ay ilan lamang sa mga halimbawa ng mga advanced na materyales na ipinakilala sa mundo mula noong kalagitnaan ng huling siglo. Kapag gumagawa at gumagawa ng mga bagong haluang metal na may higit na mahusay na mga katangian, alinman sa panghuling produkto o sa mga intermediate na yugto ng produksyon nito, ang problema ng off-balance ay madalas na idinagdag. Natuklasan ang mga malasang haluang metal, na kilala bilang mga basong metal.
Ang kanyang trabaho sa Caltech noong 1960 ay nagdala ng isang rebolusyon sa konsepto ng mga metal na haluang metal nang siya ay nag-synthesize ng malasalamin na Au-25 sa.% Si alloys sa pamamagitan ng mabilis na pagpapatigas ng mga likido sa halos isang milyong degrees bawat segundo 4. Ang kaganapan ng pagtuklas ni Propesor Pol Duwezs ay hindi lamang nagpahayag ng simula ng kasaysayan ng metallic glasses (MG), ngunit nag-isip din tungkol sa pag-aaral ng metal na paradigma sa pinakahuling paraan ng mga tao. synthesis ng MG alloys, halos lahat ng metal na baso ay ganap na ginawa sa pamamagitan ng paggamit ng isa sa mga sumusunod na pamamaraan;(i) mabilis na solidification ng melt o steam, (ii) atomic disordering ng sala-sala, (iii) solid-state amorphization reactions sa pagitan ng purong metal na elemento, at (iv) solid-state na mga transition ng metastable phase.
Ang mga MG ay nakikilala sa pamamagitan ng kanilang kakulangan ng long-range atomic order na nauugnay sa mga kristal, na isang pagtukoy sa katangian ng mga kristal. Sa mundo ngayon, malaking pag-unlad ang nagawa sa larangan ng metallic glass. Ang mga ito ay mga nobela na materyales na may mga kagiliw-giliw na katangian na interesado hindi lamang sa solid-state physics, kundi pati na rin sa metalurhiya, surface chemistry, teknolohiya, biology at maraming iba pang mga kagiliw-giliw na mga katangian ng teknolohiya para sa paggawa nito ng mga solidong materyales na ito at maraming iba pang mga kagiliw-giliw na mga patlang ng metal. sa iba't ibang larangan.Mayroon silang ilang mahahalagang katangian;(i) mataas na mechanical ductility at yield strength, (ii) high magnetic permeability, (iii) low coercivity, (iv) unusual corrosion resistance, (v) temperature independence Ang conductivity ng 6,7.
Ang mekanikal na alloying (MA)1,8 ay isang medyo bagong pamamaraan, unang ipinakilala noong 19839 ni Prof. CC Kock at mga kasamahan. Naghanda sila ng mga amorphous na Ni60Nb40 na pulbos sa pamamagitan ng paggiling ng pinaghalong mga purong elemento sa mga temperatura ng kapaligiran na napakalapit sa temperatura ng silid.Kadalasan, ang reaksyon ng MA ay isinasagawa sa pagitan ng diffusive coupling ng mga reactant material powder sa isang reactor, kadalasang gawa sa hindi kinakalawang na asero sa ball mill 10 (Fig. 1a, b). Simula noon, ang mechanically induced solid-state reaction technique na ito ay ginamit upang maghanda ng nobelang amorphous/metallic glass alloy powder gamit ang mababang, pati na rin ang energy ball1c,14 mills, at 14. 15 , 16. Sa partikular, ang paraang ito ay ginamit upang maghanda ng mga hindi mapaghalo na sistema tulad ng Cu-Ta17, pati na rin ang mga high melting point na haluang metal tulad ng Al-transition metal system (TM; Zr, Hf, Nb at Ta)18,19 at Fe-W20 , na hindi makukuha gamit ang mga conventional na mga ruta ng paghahanda. Higit pa rito, ang MA ay itinuturing na pinakamalakas na nanotechnology ng mga tool sa pang-industriya at nanotechnology para sa paghahanda ng nanotechnical. composite powder particles ng metal oxides, carbide, nitride, hydrides, carbon nanotubes, nanodiamonds, Pati na rin ang malawak na stabilization sa pamamagitan ng top-down approach 1 at metastable stages.
Schematic na nagpapakita ng paraan ng paggawa na ginamit upang ihanda ang Cu50(Zr50−xNix) metallic glass (MG) coating/SUS 304 sa pag-aaral na ito.(a) Paghahanda ng mga MG alloy powder na may iba't ibang Ni concentrations x (x; 10, 20, 30 at 40 at.%) gamit ang low energy ball milling technique.(a) Ang panimulang kasangkapan ay cylinder na isinasama sa isang kagamitang pang-ball (a) na may panimulang kagamitan sa paggiling ng bola. isang glove box na puno ng He atmosphere.(c) Isang transparent na modelo ng grinding vessel na naglalarawan ng galaw ng bola sa panahon ng paggiling.Ang huling produkto ng pulbos na nakuha pagkatapos ng 50 oras ay ginamit upang pahiran ang SUS 304 substrate gamit ang cold spray method (d).
Pagdating sa bulk material surfaces (substrates), kinapapalooban ng surface engineering ang disenyo at pagbabago ng mga surface (substrates) para magbigay ng ilang partikular na pisikal, kemikal at teknikal na katangian na wala sa orihinal na bulk material. Ang ilang mga katangian na maaaring epektibong mapabuti sa pamamagitan ng surface treatment ay kinabibilangan ng abrasion resistance, oxidation at corrosion resistance, koepisyent ng friction, bio-inertness, de-kalidad na metal gamit ang ilang mga de-koryenteng katangian, at maaaring mapabuti ang kalidad ng thermal sa pamamagitan ng paggamit ng metal sa ilang mga katangian ng metal o chemical techniques.Bilang isang kilalang proseso, ang coating ay simpleng tinukoy bilang isang solong o maraming layer ng materyal na artipisyal na nakadeposito sa ibabaw ng isang bulk object (substrate) na gawa sa ibang materyal.Kaya, ang mga coatings ay ginagamit sa bahagi upang makamit ang ilang ninanais na teknikal o pandekorasyon na mga katangian, gayundin upang protektahan ang mga materyales mula sa inaasahang kemikal at pisikal na pakikipag-ugnayan sa nakapaligid na kapaligiran23.
Upang magdeposito ng angkop na mga layer ng proteksyon sa ibabaw na may kapal mula sa ilang micrometers (mas mababa sa 10-20 micrometers) hanggang sa higit sa 30 micrometers o kahit ilang millimeters, maraming pamamaraan at teknik ang maaaring ilapat. nakaharap , physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), thermal spray techniques at mas kamakailang cold spray techniques 24 (Fig. 1d).
Tinutukoy ang mga biofilm bilang mga microbial na komunidad na hindi na mababawi na nakakabit sa mga surface at napapalibutan ng mga self-produced extracellular polymers (EPS). Ang superficially mature na biofilm formation ay maaaring humantong sa malaking pagkalugi sa maraming industriyal na sektor, kabilang ang industriya ng pagkain, water system, at healthcare environment. Sa mga tao, kapag nabuo ang mga biofilm, higit sa 80% ng mga impeksyon sa Enterococci at Staphylococcus ay mahirap gamutin ang mga mikrobyo. .Higit pa rito, ang mga mature na biofilm ay naiulat na 1000 beses na mas lumalaban sa antibiotic na paggamot kumpara sa planktonic bacterial cells, na itinuturing na isang malaking therapeutic challenge. Ang mga antimicrobial surface coating na materyales na nagmula sa mga conventional organic compounds ay ginamit sa kasaysayan.
Ang malawakang paglaban ng bakterya sa mga paggamot sa antibiotic dahil sa pagbuo ng biofilm ay humantong sa pangangailangan na bumuo ng isang epektibong antimicrobial membrane-coated surface na maaaring ligtas na mailapat27. Ang pagbuo ng isang pisikal o kemikal na anti-adherent na ibabaw kung saan ang mga bacterial cell ay pinipigilan na magbigkis at bumuo ng mga biofilm dahil sa pagdirikit ay ang unang diskarte sa prosesong ito27. Ang pangalawang teknolohiya ay nagbibigay-daan sa pagbuo ng antimicrobial na patong na kailangan ng mga ito sa pagbuo ng antimicrobial. mataas ang concentrated at iniangkop na mga halaga.Nakamit ito sa pamamagitan ng pagbuo ng mga natatanging coating material gaya ng graphene/germanium28, black diamond29 at ZnO-doped diamond-like carbon coatings30 na lumalaban sa bacteria, isang teknolohiyang nagpapalaki sa Toxicity at resistance development dahil sa biofilm formation ay makabuluhang nababawasan. ugh lahat ng tatlong pamamaraan ay may kakayahang gumawa ng mga antimicrobial na epekto sa mga pinahiran na ibabaw, bawat isa ay may sariling hanay ng mga limitasyon na dapat isaalang-alang kapag bumubuo ng mga diskarte sa aplikasyon.
Ang mga produktong kasalukuyang nasa merkado ay nahahadlangan ng hindi sapat na oras upang pag-aralan at subukan ang mga protective coatings para sa mga biologically active na sangkap. Inaangkin ng mga kumpanya na ang kanilang mga produkto ay magbibigay sa mga user ng kanais-nais na mga aspeto ng pagganap;gayunpaman, naging hadlang ito sa tagumpay ng mga produkto na kasalukuyang nasa merkado.Ang mga compound na nagmula sa pilak ay ginagamit sa karamihan ng mga antimicrobial therapies na magagamit na ngayon sa mga consumer. Ang mga produktong ito ay binuo upang protektahan ang mga user mula sa mga potensyal na mapanganib na epekto ng mga microorganism. Ang out ay nagpapatunay pa rin na isang nakakatakot na gawain. Ito ay dahil sa mga nauugnay na panganib sa kalusugan at kaligtasan. Ang pagtuklas ng isang antimicrobial agent na hindi gaanong nakakapinsala sa mga tao at pag-iisip kung paano ito isasama sa coating substrates na may mas mahabang buhay ng istante ay isang napaka-hinihingi na layunin38. Ang pinakabagong antimicrobial at anti-biofilm na materyales ay idinisenyo upang patayin sa pamamagitan ng direktang contact na ito ang bakterya o ang mga materyales na anti-biofilm ay idinisenyo upang patayin sa pamamagitan ng aktibong ahente sa malapit na saklaw na ito. pagdirikit (kabilang ang pagkontra sa pagbuo ng isang layer ng protina sa ibabaw) o sa pamamagitan ng pagpatay ng bakterya sa pamamagitan ng paggambala sa pader ng cell.
Sa pangunahin, ang surface coating ay ang proseso ng paglalagay ng isa pang layer sa ibabaw ng isang component upang mapahusay ang mga katangiang nauugnay sa ibabaw. Ang layunin ng surface coating ay upang maiangkop ang microstructure at/o komposisyon ng malapit-surface na rehiyon ng component39. Surface coating techniques ay maaaring hatiin sa iba't ibang mga paraan, na kung saan ay summarized sa Fig. .
(a) Inset na nagpapakita ng mga pangunahing pamamaraan sa paggawa na ginagamit para sa ibabaw, at (b) mga napiling pakinabang at disadvantage ng cold spray technique.
Ang teknolohiya ng malamig na spray ay nagbabahagi ng maraming pagkakatulad sa mga maginoo na paraan ng pag-spray ng thermal.Gayunpaman, mayroon ding ilang mga pangunahing pangunahing katangian na ginagawang kakaiba ang proseso ng malamig na spray at mga materyales ng malamig na spray. Ang teknolohiya ng malamig na spray ay nasa simula pa lamang, ngunit may magandang kinabukasan. papunta sa substrate. Malinaw, ang tradisyunal na proseso ng coating na ito ay hindi angkop para sa mga materyal na masyadong sensitibo sa temperatura tulad ng mga nanocrystals, nanoparticles, amorphous at metallic na baso40, 41, 42. Higit pa rito, ang mga thermal spray coating na materyales ay palaging nagpapakita ng mataas na antas ng porosity at oxides. Ang teknolohiya ng malamig na spray ay may maraming makabuluhang bentahe sa (thermal spray coating) na pagpipilian, tulad ng teknolohiya ng pag-input ng thermal spray, tulad ng pinakamaliit na bentahe ng ( thermal spray coating) , (iii) kawalan ng phase transformation at paglaki ng butil , (iv) mataas na lakas ng bono1,39 (Fig.2b).Sa 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.Salungat sa mga bentahe ng proseso ng cold spray, mayroon pa ring ilang disadvantages sa paggamit ng technique na ito, tulad ng ipinapakita sa Figure 2b.Kapag ang coating ng mga purong ceramic powder tulad ng Al2O3, TiO2, ZrO2mic na paraan ay hindi maaaring gamitin. ang mga metal composite powder ay maaaring gamitin bilang hilaw na materyales para sa mga coatings. Ganoon din sa iba pang paraan ng thermal spray. Mahirap pa ring i-spray ang mga kumplikadong ibabaw at panloob na ibabaw ng tubo.
Dahil ang kasalukuyang gawain ay naglalayong gumamit ng mga metallic glassy powder bilang raw coating materials, malinaw na hindi magagamit ang conventional thermal spraying para sa layuning ito. Ito ay dahil ang mga metallic glassy powder ay nag-kristal sa mataas na temperatura1.
Karamihan sa mga tool na ginagamit sa industriya ng medikal at pagkain ay gawa sa austenitic stainless steel alloys (SUS316 at SUS304) na may chromium content sa pagitan ng 12 at 20 wt% para sa produksyon ng mga surgical instruments. Karaniwang tinatanggap na ang paggamit ng chromium metal bilang isang alloying element sa steel alloys ay maaaring lubos na mapabuti ang corrosion resistance ng kanilang standardless steel, hindi mataas ang alloy na haluang metal. ial properties38,39.Ito ay kaibahan sa kanilang mataas na corrosion resistance.Pagkatapos nito, ang pag-unlad ng impeksyon at pamamaga ay maaaring mahulaan, na pangunahing sanhi ng bacterial adhesion at kolonisasyon sa ibabaw ng hindi kinakalawang na asero na biomaterial.Maaaring magkaroon ng mga makabuluhang paghihirap dahil sa mga makabuluhang paghihirap na nauugnay sa bacterial adhesion at biofilm formation pathways, na maaaring direktang makaapekto sa kalusugan ng tao o direktang pagkasira sa kalusugan ng tao.
Ang pag-aaral na ito ay ang unang yugto ng 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 (Talahanayan 1 ) para sa produksyon ng antibacterial film/SUS304 para sa produksyon ng antibacterial film/SUS304 dahil sa pagsisimula ng proteksiyon sa ibabaw ng Enero304 na yugto. Ine ang mga katangian ng electrochemical corrosion at mekanikal na katangian ng system nang detalyado. Ang mga detalyadong microbiological na pagsusuri ay isasagawa para sa iba't ibang bacterial species.
Sa papel na ito, ang epekto ng Zr alloying element content sa glass forming ability (GFA) ay tinalakay batay sa morphological at structural na mga katangian. Dagdag pa rito, ang mga antibacterial na katangian ng coated metallic glass powder coating/SUS304 composite ay tinalakay din. Higit pa rito, ang kasalukuyang gawain ay isinagawa upang siyasatin ang posibilidad ng structural na pagbabagong-anyo ng pulbos na metal sa loob ng mga sistema ng metallic na spray na likido sa loob ng mga sistema ng metallic spray na likido sa loob ng mga sistema ng metallic spray. .Bilang mga kinatawan na halimbawa, Cu50Zr30Ni20 at Cu50Zr20Ni30 metallic glass alloys ang ginamit sa pag-aaral na ito.
Sa seksyong ito, ipinakita ang mga morphological na pagbabago ng elemental na Cu, Zr at Ni powder sa low energy ball milling. Bilang mga halimbawa ng paglalarawan, dalawang magkaibang sistema na binubuo ng Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr40Ni10 ang gagamitin bilang mga halimbawang kinatawan. Ang proseso ng MA ay maaaring hatiin sa tatlong natatanging yugto, tulad ng ipinapakita ng metallographic characterization ng pulbos na yugto (Figure 3).
Metallographic na katangian ng mechanical alloy (MA) powders na nakuha pagkatapos ng iba't ibang yugto ng ball milling time.Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) na mga larawan ng MA at Cu50Zr40Ni10 powder na nakuha pagkatapos ng mababang enerhiya na ball milling na 3, 12 at 50 h ay ipinapakita sa (a), (c) at (e) para sa Cu50Zr40Zr,2 na mga imahe habang ang Cu50Zr40Zr,2 ay ipinapakita sa system na Cu50Zr,2. Ang sistema ng Ni10 na kinuha pagkatapos ng oras ay ipinapakita sa (b), (d) at (f).
Sa panahon ng paggiling ng bola, ang mabisang 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, compressive shearing ng pulbos na naipit sa pagitan o sa pagitan ng grinding media, epekto ng mga bumabagsak na bola, paggugupit at pagkasuot dahil sa powder drag sa pagitan ng gumagalaw na ball milling media sa pamamagitan ng Falling ball na kumakalat na mga cud waves. Ang mga pulbos ng Zr, at Ni ay malubhang na-deform dahil sa malamig na hinang sa maagang yugto ng MA (3 h), na nagreresulta sa malalaking particle ng pulbos (>1 mm ang lapad). Ang malalaking composite particle na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng makapal na layer ng mga alloying elements (Cu, Zr, Ni), tulad ng ipinapakita sa Fig. 3a,b. Ang pagtaas ng oras ng MA sa isang yugto ng enerhiya sa 12 h (na nagreresulta sa killing ng oras ng enerhiya sa 12 h) (na nagreresulta sa killing ng oras ng enerhiya sa 12 h) agnas ng pinagsama-samang pulbos sa mas pinong mga pulbos (mas mababa sa 200 µm), tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c,d.Sa yugtong ito, ang inilapat na puwersa ng paggugupit ay humahantong sa pagbuo ng isang bagong ibabaw ng metal na may pinong Cu, Zr, Ni pahiwatig na mga layer, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c,d.Bilang resulta ng pagpino ng layer sa solidong bahagi ng mga reaksyon ay naganap.
Sa kasukdulan ng proseso ng MA (pagkatapos ng 50 h), ang flaky metallography ay bahagyang nakikita lamang (Fig. 3e, f), ngunit ang pinakintab na ibabaw ng pulbos ay nagpakita ng mirror metallography. Nangangahulugan ito na ang proseso ng MA ay nakumpleto na at ang paglikha ng isang yugto ng reaksyon ay naganap. Ang elementong komposisyon ng mga rehiyon na na-index sa Fig. 3e (I, II, vin) ay tinutukoy ng f, sa pamamagitan ng electroning e. -SEM) na sinamahan ng energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) (IV).
Sa Talahanayan 2, ang mga elemental na konsentrasyon ng mga elemento ng haluang metal ay ipinapakita bilang isang porsyento ng kabuuang bigat ng bawat rehiyon na napili sa Fig. 3e,f. Kapag inihambing ang mga resultang ito sa mga panimulang nominal na komposisyon ng Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr40Ni10 na nakalista sa Talahanayan 1, makikita na ang mga komposisyon ng dalawang mga huling produkto na ito ay walang halos magkatulad na mga halaga sa mga komposisyon ng mga huling produkto sa rehiyon. ed sa Fig. 3e,f ay hindi nagpapahiwatig ng isang makabuluhang pagkasira o pagbabagu-bago 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. Ito ay tumuturo sa paggawa ng mga homogenous na haluang metal na pulbos, tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 2.
Ang FE-SEM micrographs ng final product Cu50(Zr50−xNix) 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 hakbang na ito ng paggiling, ang powder na pinagsama-samang resulta ay binubuo ng malaking particle na may diameter ng vaning der Waals, na binubuo ng ultra-fine diameter. 73 hanggang 126 nm, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
Morphological na katangian ng mga pulbos na Cu50(Zr50−xNix) na nakuha pagkatapos ng oras ng MA na 50 h. Para sa mga sistemang Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, ang mga FE-SEM na imahe ng mga pulbos ay ipinapakita pagkatapos ng (a. b) (b.) (d.
Bago i-load ang mga pulbos sa isang cold spray feeder, na-sonicate muna ang mga ito sa analytical grade ethanol sa loob ng 15 minuto at pagkatapos ay pinatuyo sa 150°C sa loob ng 2 oras. Dapat gawin ang hakbang na ito upang matagumpay na labanan ang pagsasama-sama na kadalasang nagdudulot ng maraming makabuluhang problema sa buong proseso ng coating. Pagkatapos makumpleto ang proseso ng MA, isinagawa ang mga karagdagang characterization upang maimbestigahan ang homogeneity ng haluang metal-5. micrographs at ang kaukulang mga imahe ng EDS ng Cu, Zr at Ni alloying elements ng Cu50Zr30Ni20 alloy na nakuha pagkatapos ng 50 h ng M time, ayon sa pagkakabanggit.
Morphology at lokal na elemental distribution ng MG Cu50Zr30Ni20 powder na nakuha pagkatapos ng 50 MA beses sa pamamagitan ng FE-SEM/energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).(a) SEM at X-ray EDS mapping ng (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα at (d) Ni-Kα na mga imahe.
Ang mga XRD pattern ng mechanically alloyed na Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr20Ni30 na mga pulbos na nakuha pagkatapos ng MA time na 50 h ay ipinapakita sa Fig. 6a–d, ayon sa pagkakabanggit. Pagkatapos ng yugtong ito ng paggiling, ang lahat ng mga sample na may iba't ibang mga Zr.
Mga pattern ng XRD ng (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 at (d) Cu50Zr20Ni30 powder pagkatapos ng MA time na 50 h. Ang lahat ng mga sample nang walang pagbubukod ay nagpakita ng halo diffusion pattern, na nagpapahiwatig ng pagbuo ng isang amorphous phase.
Ang field emission high-resolution 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 FE-HRTEM ng mga pulbos na nakuha pagkatapos ng maagang (6 h) at intermediate (18 h) na yugto ng paggiling para sa Cu50Zr30Ni20 at Cu50Zr. sa maliwanag na field image (BFI) ng pulbos na ginawa pagkatapos ng MA​​ 6 h, ang pulbos ay binubuo ng malalaking butil na may mahusay na tinukoy na mga hangganan ng mga elementong fcc-Cu, hcp-Zr at fcc-Ni, at walang senyales na nabuo ang phase ng reaksyon, tulad ng ipinapakita sa Fig. 7a. Higit pa rito, ang correlated na napiling lugar na diff) pattern (aDPSAff) na inihayag mula sa napiling lugar na diff) pattern (Larawan 7b), na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng malalaking crystallites at kawalan ng isang reaktibong yugto.
Lokal na structural characterization ng MA powder na nakuha pagkatapos ng maagang (6 h) at intermediate (18 h) na mga yugto.(a) Field emission high resolution transmission electron microscopy (FE-HRTEM), at (b) ang kaukulang napiling area diffraction pattern (SADP) ng Cu50Zr30Ni20 powder pagkatapos ng MA treatment sa loob ng 6 h. Ang FE-HRTEM4 na oras na ipinakita sa isang 8 h. ).
Gaya ng ipinapakita sa Fig. 7c, ang pagpapahaba sa tagal ng MA hanggang 18 h ay nagresulta sa matinding mga depekto sa sala-sala na sinamahan ng plastic deformation. Sa panahong ito ng intermediate na yugto ng proseso ng MA, ang pulbos ay nagpapakita ng iba't ibang mga depekto, kabilang ang mga stacking fault, mga depekto sa sala-sala, at mga depekto sa punto (Larawan 7). g. 7c).
Ang lokal na istraktura ng Cu50Z30Ni20 powder milled para sa 36 h MA time ay may pagbuo ng ultrafine nanograins na naka-embed sa isang amorphous fine matrix, tulad ng ipinapakita sa Fig. 8a. Ang lokal na pagsusuri ng EDS ay nagpahiwatig na ang mga nanocluster na ipinakita sa Fig. 8a ay nauugnay sa hindi naprosesong Cu, Zr at Ni powder na mga elemento ng alloying. ~74 at.% (rich area), na nagpapahiwatig ng pagbuo ng mga heterogenous na produkto. Higit pa rito, ang mga kaukulang SADP ng mga pulbos na nakuha pagkatapos ng paggiling sa yugtong ito ay nagpapakita ng halo-diffusing na pangunahin at pangalawang singsing ng amorphous phase, na nagsasapawan ng mga matutulis na puntos na nauugnay sa mga hilaw na elemento ng alloying, tulad ng ipinapakita sa Fig. 8b.
Higit pa sa 36 h-Cu50Zr30Ni20 powder nanoscale local structural features.(a) Bright field image (BFI) at katumbas na (b) SADP ng Cu50Zr30Ni20 powder na nakuha pagkatapos ng paggiling para sa 36 h MA time.
Malapit sa dulo ng proseso ng MA (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X;Ang 10, 20, 30 at 40 at.% na mga pulbos ay palaging may labyrinthine amorphous phase morphology gaya ng ipinapakita sa Fig. 9a–d . Ang mga pattern ng pagsasanib ay ginamit din bilang katibayan para sa pagbuo ng mga amorphous phase sa panghuling materyal ng produkto.
Lokal na istruktura ng panghuling produkto ng MG Cu50 (Zr50−xNix) system.FE-HRTEM at correlated nanobeam diffraction patterns (NBDP) ng (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 at (d) Cu50Zr20Ni30 at (d) Cu50H.
Ang thermal stability ng glass transition temperature (Tg), subcooled liquid region (ΔTx) at crystallization temperature (Tx) bilang function ng Ni content (x) ng amorphous Cu50(Zr50−xNix) system ay sinisiyasat gamit ang differential scanning Calorimetry (DSC) ng mga katangian sa ilalim ng daloy ng He gas. Ang r10Ni40 amorphous alloy powder na nakuha pagkatapos ng MA time na 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. 10c. Samantala, ang Cu50Zr30Ni20 sample na pinainit sa Fig.0.
Thermal stability ng Cu50(Zr50−xNix) MG powders na nakuha pagkatapos ng MA time na 50 h, gaya ng na-index ng glass transition temperature (Tg), crystallization temperature (Tx), at subcooled liquid region (ΔTx). Differential scanning calorimeter (DSC) thermograms ng (a) Cu50Zr40Nic50) Cu50,Zr40Ni100,Zr40Nic20,Zr40Ni10 Ni30 at (e) Cu50Zr10Ni40 MG alloy powder pagkatapos ng MA time na 50 h. Ang X-ray diffraction (XRD) pattern ng sample na Cu50Zr30Ni20 na pinainit hanggang ~700 °C sa DSC ay ipinapakita sa (d).
Tulad ng ipinapakita sa Figure 10, ang mga curve ng DSC ng lahat ng komposisyon na may iba't ibang Ni concentrations (x) ay nagpapahiwatig ng dalawang magkaibang mga kaso, ang isang endothermic at ang isa pang exothermic. Ang unang endothermic na kaganapan ay tumutugma sa Tg, habang ang pangalawa ay nauugnay sa Tx. Ang pahalang na span na rehiyon na umiiral sa pagitan ng Tg at Tx ay tinatawag na subcooled na rehiyon ng likido (ΔTx = Tx-Zg) na nagpapakita ng mga resulta ng Tx-Zg (ΔTx = Tx-Zg). 0 sample (Larawan 10a), na inilagay sa 526°C at 612°C, ilipat ang nilalaman (x) sa 20 at.% patungo sa mababang bahagi ng temperatura ng 482°C at 563°C na may pagtaas ng nilalaman ng Ni (x), ayon sa pagkakabanggit, tulad ng ipinapakita sa Figure 10b. Dahil dito, ang ΔTx40Ni.60°C40.80°C ay bumababa mula sa Fig. 1 °C para sa Cu50Zr30Ni20 (Larawan 10b). Para sa haluang metal ng MG Cu50Zr40Ni10, napansin din na ang mga halaga ng Tg, Tx at ΔTx ay bumaba sa antas ng 447°C, 526°C at 79°C (Larawan 10b). Ipinahihiwatig nito na ang Tg, Tx at ΔTx ay bumaba sa antas ng 447°C, 526°C at 79°C (Larawan 10b). g value (507 °C) ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy ay mas mababa kaysa sa MG Cu50Zr40Ni10 alloy;gayunpaman, ang Tx nito ay nagpapakita ng maihahambing na halaga sa dating (612 °C). Samakatuwid, ang ΔTx ay nagpapakita ng mas mataas na halaga (87°C), tulad ng ipinapakita sa Fig. 10c.
Ang MG Cu50(Zr50−xNix) system, na kumukuha ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy bilang isang halimbawa, ay nagki-kristal sa pamamagitan ng isang matalim na exothermic peak papunta sa mga crystal phase ng fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 at orthorhombic-ZrNi (Fig. 10c). Ang sample na ito ay nakumpirma ng MGFig.10c. ), na pinainit hanggang 700 °C sa DSC.
Ipinapakita ng Figure 11 ang mga litratong kinunan sa panahon ng proseso ng cold spray na isinagawa sa kasalukuyang gawain. Sa pag-aaral na ito, ang metal glass-like powder particles na na-synthesize pagkatapos ng MA time na 50 h (pagkuha ng Cu50Zr20Ni30 bilang isang halimbawa) ay ginamit bilang antibacterial raw na materyales, at ang stainless steel plate (SUS304) ay pinahiran ng cold spraying na pamamaraan dahil ang pinaka-epektibong pamamaraan ng pag-spray ng thermal ay ang pinaka-epektibong paraan ng pag-spray ng thermal. ay maaaring gamitin para sa metal metastable temperature sensitive na mga materyales tulad ng amorphous at nanocrystalline powders, na hindi napapailalim sa mga phase transition .Ito ang pangunahing salik sa pagpili ng pamamaraang ito. Ang proseso ng malamig na spray ay isinasagawa sa pamamagitan ng paggamit ng mga high-velocity na particle na nagko-convert ng kinetic energy ng mga particle sa plastic deformation, strain at init sa epekto sa substrate o dating nadeposito na particle.
Ipinapakita ng mga larawan sa field ang cold spray procedure na ginamit para sa limang magkakasunod na paghahanda ng MG coating/SUS 304 sa 550 °C.
Ang kinetic energy ng mga particle, at sa gayon ang momentum ng bawat particle sa pagbuo ng coating, ay dapat na ma-convert sa iba pang anyo ng enerhiya sa pamamagitan ng mga mekanismo tulad ng plastic deformation (initial particle at particle-particle interactions sa substrate at particle interactions), voids Consolidation, particle-particle rotation, strain at sa huli ay init 39. Higit pa rito, kung hindi lahat ay nagreresulta sa kinetic na enerhiya, kung hindi lahat ng enerhiya ay napalitan ng elastiko ang kinetic. sion, na nangangahulugan na ang mga particle ay bumabalik lamang pagkatapos ng epekto.Ipinunto na ang 90% ng impact energy na inilapat sa particle/substrate material ay na-convert sa lokal na init 40 . Higit pa rito, kapag ang impact stress ay inilapat, ang mataas na plastic strain rate ay nakakamit sa contact particle/substrate region sa napakaikling panahon41,42.
Ang plastic deformation ay karaniwang itinuturing na isang proseso ng pagwawaldas ng enerhiya, o higit na partikular, isang pinagmumulan ng init sa interfacial region.Gayunpaman, ang pagtaas ng temperatura sa interfacial region ay karaniwang hindi sapat upang makagawa ng interfacial melting o upang makabuluhang isulong ang atomic interdiffusion. Walang publication na alam ng mga may-akda ang nagsisiyasat sa epekto ng mga katangian ng mga metallic glassy na pulbos na ito kapag ginamit ang mga metallic glassy na pulbos at deposition sa pulbos na iyon.
Ang BFI ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy powder ay makikita sa Fig. 12a, na pinahiran sa SUS 304 substrate (Fig. 11, 12b). Gaya ng makikita mula sa figure, pinapanatili ng coated powder ang kanilang orihinal na amorphous na istraktura dahil mayroon silang maselan na labirint na istraktura nang walang anumang mga katangian ng crystalline na kamay, o ang mga dagdag na bahagi ng larawan ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mala-kristal na bahagi ng mga kamay, o ang mga dagdag na bahagi ng larawan ay nagmumungkahi ng mga depektong bahagi ng larawan. ed sa pamamagitan ng mga nanoparticle na isinama sa MG-coated powder matrix (Fig. 12a). Ang Figure 12c ay naglalarawan ng indexed nanobeam diffraction pattern (NBDP) na nauugnay sa rehiyon I (Figure 12a). Gaya ng ipinapakita sa Fig. 12c, ang NBDP ay nagpapakita ng mahinang halo diffusion na pattern ng amorphing na may malaking crystall diffusion na pattern ng amorphous na cuextastable na Z2. tragonal CuO phase.Ang pagbuo ng CuO ay maaaring maiugnay sa oxidation ng powder kapag naglalakbay mula sa nozzle ng spray gun patungo sa SUS 304 sa open air sa ilalim ng supersonic flow.
(a) FE-HRTEM na imahe ng MG powder coated sa (b) SUS 304 substrate (inset of figure). Ang index NBDP ng pabilog na simbolo na ipinapakita sa (a) ay ipinapakita sa (c).
Upang mapatunayan ang potensyal na mekanismong 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 spray gun sa 550 °C sa direksyon ng SUS 304 substrate;gayunpaman, upang linawin ang epekto ng pagsusubo ng mga pulbos, inalis ang mga ito mula sa strip ng SUS304 sa lalong madaling panahon (mga 60 segundo). Isinagawa ang isa pang hanay ng mga eksperimento kung saan inalis ang pulbos mula sa substrate mga 180 segundo pagkatapos ng pag-deposition.
Ang mga figure 13a,b ay nagpapakita ng mga dark field na imahe (DFI) na nakuha sa pamamagitan ng pag-scan ng transmission electron microscopy (STEM) ng dalawang sprayed na materyales na idineposito sa SUS 304 substrates para sa 60 s at 180 s, ayon sa pagkakabanggit. d sa pamamagitan ng malawak na pangunahin at pangalawang diffraction maxima na ipinapakita sa Figure 14a. Ang mga ito ay nagpapahiwatig ng kawalan ng metastable/mesophase precipitation, kung saan pinapanatili ng powder ang orihinal nitong amorphous na istraktura.