Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta sa CSS. Para sa pinakamaayong kasinatian, among girekomendar nga mogamit ka og updated nga browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samtang, aron masiguro ang padayon nga suporta, among i-render ang site nga walay mga style ug JavaScript.
Ang mga biofilm usa ka importante nga sangkap sa pag-uswag sa mga laygay nga impeksyon, labi na kung bahin sa mga medikal nga aparato. Kini nga problema naghatag usa ka dako nga hagit sa komunidad sa medisina, tungod kay ang mga standard nga antibiotic makaguba lamang sa mga biofilm sa limitado kaayo nga sukod. Ang pagpugong sa pagporma sa biofilm misangpot sa pag-uswag sa lainlaing mga pamaagi sa pag-coat ug bag-ong mga materyales. Kini nga mga teknik nagtumong sa pag-coat sa mga nawong sa usa ka paagi nga makapugong sa pagporma sa biofilm. Ang mga vitreous metal alloy, labi na kadtong adunay mga metal nga tumbaga ug titanium, nahimong sulundon nga antimicrobial coatings. Sa parehas nga oras, ang paggamit sa teknolohiya sa cold spray misaka tungod kay kini usa ka angay nga pamaagi alang sa pagproseso sa mga materyales nga sensitibo sa temperatura. Kabahin sa katuyoan niini nga panukiduki mao ang paghimo og usa ka bag-ong antibacterial film metallic glass nga gilangkoban sa Cu-Zr-Ni ternary gamit ang mga teknik sa mechanical alloying. Ang spherical powder nga naglangkob sa katapusang produkto gigamit ingon usa ka hilaw nga materyal alang sa bugnaw nga pag-spray sa mga stainless steel nga nawong sa ubos nga temperatura. Ang mga substrate nga giputos sa metal nga bildo nakahimo sa pagkunhod sa pagporma sa biofilm sa labing menos 1 log kung itandi sa stainless steel.
Sa tibuok kasaysayan sa tawo, ang bisan unsang katilingban nakahimo sa pagpalambo ug pagpasiugda sa pagpaila sa mga bag-ong materyales aron matubag ang piho nga mga kinahanglanon niini, nga miresulta sa dugang nga produktibidad ug ranggo sa usa ka globalisadong ekonomiya1. Kanunay kini nga gipahinungod sa abilidad sa tawo sa pagdesinyo sa mga materyales ug kagamitan sa paggama, ingon man mga disenyo sa paggama ug pag-ila sa mga materyales aron makab-ot ang kahimsog, edukasyon, industriya, ekonomiya, kultura ug uban pang mga natad gikan sa usa ka nasud o rehiyon ngadto sa lain. Ang pag-uswag gisukod bisan unsa pa ang nasud o rehiyon2. Sulod sa 60 ka tuig, ang mga siyentista sa materyales naggahin ug daghang oras sa usa ka panguna nga buluhaton: ang pagpangita alang sa bag-o ug abante nga mga materyales. Ang bag-o nga panukiduki naka-focus sa pagpauswag sa kalidad ug performance sa mga kasamtangan nga materyales, ingon man ang pag-synthesize ug pag-imbento sa hingpit nga bag-ong mga klase sa materyales.
Ang pagdugang sa mga elemento sa alloying, ang pag-usab sa microstructure sa materyal ug ang paggamit sa thermal, mechanical o thermomechanical nga mga pamaagi sa pagtambal misangpot sa usa ka dakong kalamboan sa mekanikal, kemikal ug pisikal nga mga kabtangan sa lain-laing mga materyales. Dugang pa, ang mga compound nga wala pa mailhi kaniadto malampuson nga na-synthesize. Kining padayon nga mga paningkamot nakahatag og bag-ong pamilya sa mga inobatibong materyales nga nailhan nga Advanced Materials2. Ang mga nanocrystal, nanoparticle, nanotubes, quantum dots, zero-dimensional, amorphous metallic glasses, ug high-entropy alloys pipila lamang ka mga ehemplo sa mga advanced nga materyales nga mitungha sa kalibutan sukad sa tunga-tunga sa miaging siglo. Sa paghimo ug pagpalambo sa bag-ong mga alloy nga adunay gipauswag nga mga kabtangan, sa katapusang produkto ug sa mga intermediate nga yugto sa produksiyon niini, ang problema sa dili balanse kanunay nga gidugang. Ingon usa ka resulta sa pagpaila sa bag-ong mga teknik sa paggama nga nagtugot sa hinungdanon nga mga paglihis gikan sa equilibrium, usa ka bag-ong klase sa metastable alloys, nga nailhan nga metallic glasses, ang nadiskobrehan.
Ang iyang trabaho sa Caltech niadtong 1960 nagbag-o sa konsepto sa mga metal alloy sa dihang iyang gi-synthesize ang Au-25 at.% Si glassy alloys pinaagi sa paspas nga pag-solidate sa mga likido sa halos usa ka milyon nga degree kada segundo. 4 Ang nadiskobrehan ni Propesor Paul Duves wala lamang nagtimaan sa sinugdanan sa kasaysayan sa metal glasses (MS), apan misangpot usab sa usa ka paradigm shift sa panghunahuna sa mga tawo bahin sa mga metal alloy. Sukad sa labing una nga panukiduki sa synthesis sa mga MS alloy, hapit tanan nga metallic glasses hingpit nga nakuha gamit ang usa sa mosunod nga mga pamaagi: (i) paspas nga pag-solidate sa natunaw o alisngaw, (ii) atomic lattice disorder, (iii) solid-state amorphization reactions tali sa puro nga metallic elements ug (iv) solid phase transitions sa metastable phases.
Ang mga MG mailhan tungod sa kawalay long-range atomic order nga nalangkit sa mga kristal, nga usa ka nagpaila nga kinaiya sa mga kristal. Sa modernong kalibutan, dako ang nahimo nga pag-uswag sa natad sa metallic glass. Kini mga bag-ong materyales nga adunay makapaikag nga mga kabtangan nga makapainteres dili lamang alang sa solid state physics, apan alang usab sa metalurhiya, surface chemistry, teknolohiya, biology, ug daghan pang ubang mga lugar. Kini nga bag-ong klase sa materyal adunay mga kabtangan nga lahi sa mga gahi nga metal, nga naghimo niini nga usa ka makapaikag nga kandidato alang sa mga aplikasyon sa teknolohiya sa lainlaing mga natad. Kini adunay pipila ka hinungdanon nga mga kabtangan: (i) taas nga mechanical ductility ug yield strength, (ii) taas nga magnetic permeability, (iii) ubos nga coercivity, (iv) dili kasagaran nga resistensya sa corrosion, (v) kagawasan sa temperatura. Conductivity 6.7.
Ang mechanical alloying (MA)1,8 usa ka medyo bag-ong pamaagi, unang gipaila niadtong 19839 ni Prof. KK Kok ug sa iyang mga kauban. Naghimo sila og amorphous Ni60Nb40 powders pinaagi sa paggaling sa usa ka sagol nga puro nga mga elemento sa ambient temperature nga duol kaayo sa temperatura sa kwarto. Kasagaran, ang reaksyon sa MA gihimo taliwala sa diffusion bonding sa mga reactant powder sa usa ka reactor, kasagaran hinimo sa stainless steel, ngadto sa usa ka ball mill. 10 (Fig. 1a, b). Sukad niadto, kini nga mekanikal nga gipahinabo nga solid state reaction nga pamaagi gigamit sa pag-andam og bag-ong amorphous/metallic glass alloy powders gamit ang low (Fig. 1c) ug high energy ball mill ug rod mill11,12,13,14,15,16. Sa partikular, kini nga pamaagi gigamit sa pag-andam og immiscible systems sama sa Cu-Ta17 ingon man mga high melting point alloys sama sa Al-transition metal (TM, Zr, Hf, Nb ug Ta)18,19 ug Fe-W20 systems. , nga dili makuha gamit ang naandan nga mga pamaagi sa pagluto. Dugang pa, ang MA giisip nga usa sa labing gamhanan nga mga himan sa nanotechnological alang sa industriyal nga produksiyon sa nanocrystalline ug nanocomposite powder nga mga partikulo sa metal oxides, carbides, nitrides, hydrides, carbon nanotubes, nanodiamonds, ingon man ang halapad nga stabilization gamit ang top-down approach. 1 ug metastable stages.
Eskematikong nagpakita sa pamaagi sa paggama nga gigamit sa pag-andam sa Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 metallic glass coating niini nga pagtuon. (a) Pag-andam sa mga MC alloy powder nga adunay lain-laing konsentrasyon sa Ni x (x; 10, 20, 30, ug 40 at.%) gamit ang low-energy ball milling method. (a) Ang starting material gikarga sa usa ka tool cylinder uban sa mga tool steel balls ug (b) giselyohan sa usa ka He atmosphere filled glove box. (c) Transparent nga modelo sa grinding vessel nga nagpakita sa paglihok sa bola atol sa paggaling. Ang katapusang powder product nga nakuha human sa 50 ka oras gigamit sa cold spray coat sa SUS 304 substrate (d).
Kon bahin sa mga bulk material surfaces (substrates), ang surface engineering naglambigit sa disenyo ug pag-usab sa mga surfaces (substrates) aron makahatag og piho nga pisikal, kemikal, ug teknikal nga mga kabtangan nga wala sa orihinal nga bulk material. Ang uban sa mga kabtangan nga epektibong mapauswag pinaagi sa surface treatment naglakip sa abrasion, oxidation ug corrosion resistance, coefficient of friction, bioinertness, electrical properties ug thermal insulation, pipila lang kini sa mga pananglitan. Ang kalidad sa surface mapauswag pinaagi sa metalurhiko, mekanikal o kemikal nga mga pamaagi. Ingon usa ka nailhan nga proseso, ang coating gihubit lamang nga usa o daghan pang mga layer sa materyal nga artipisyal nga gigamit sa ibabaw sa usa ka bulk object (substrate) nga hinimo gikan sa laing materyal. Busa, ang mga coating gigamit sa bahin aron makab-ot ang gitinguha nga teknikal o pangdekorasyon nga mga kabtangan, ingon man aron mapanalipdan ang mga materyales gikan sa gilauman nga kemikal ug pisikal nga interaksyon sa palibot23.
Nagkalain-laing mga pamaagi ug teknik ang magamit sa pag-apply sa angay nga mga protective layer gikan sa pipila ka micrometer (ubos sa 10-20 micrometer) hangtod sa kapin sa 30 micrometer o bisan pipila ka milimetro ang gibag-on. Sa kinatibuk-an, ang mga proseso sa coating mahimong bahinon sa duha ka kategorya: (i) mga pamaagi sa wet coating, lakip ang electroplating, electroplating, ug hot dip galvanizing, ug (ii) mga pamaagi sa dry coating, lakip ang soldering, hardfacing, physical vapor deposition (PVD). ), chemical vapor deposition (CVD), thermal spray techniques, ug bag-o lang ang cold spray techniques 24 (Figure 1d).
Ang mga biofilm gihubit isip mga komunidad sa mikrobyo nga dili na mabalik nga gilakip sa mga nawong ug gilibutan sa mga extracellular polymer (EPS) nga gihimo sa kaugalingon. Ang pagporma sa usa ka taphaw nga hamtong nga biofilm mahimong mosangpot sa dakong kapildihan sa daghang mga industriya, lakip ang pagproseso sa pagkaon, mga sistema sa tubig, ug pag-atiman sa panglawas. Sa mga tawo, uban sa pagporma sa mga biofilm, kapin sa 80% sa mga kaso sa mga impeksyon sa mikrobyo (lakip ang Enterobacteriaceae ug Staphylococci) lisud tambalan. Dugang pa, ang mga hamtong nga biofilm gitaho nga 1000 ka pilo nga mas resistensyado sa pagtambal sa antibiotic kon itandi sa mga planktonic bacterial cells, nga giisip nga usa ka dakong hagit sa pagtambal. Sa kasaysayan, ang mga antimicrobial surface coating materials nga gikan sa komon nga mga organic compound ang gigamit. Bisan tuod ang maong mga materyales kanunay adunay mga makahilong sangkap nga posibleng makadaot sa mga tawo,25,26 kini makatabang sa paglikay sa pagbalhin sa bakterya ug pagkadaot sa materyal.
Ang kaylap nga resistensya sa bakterya sa pagtambal sa antibiotic tungod sa pagporma sa biofilm misangpot sa panginahanglan sa pagpalambo og epektibo nga antimicrobial membrane coated surface nga luwas nga magamit27. Ang pagpalambo sa usa ka pisikal o kemikal nga anti-adhesive surface diin ang mga bacterial cell dili makagapos ug makaporma og biofilms tungod sa adhesion mao ang unang pamaagi niini nga proseso27. Ang ikaduha nga teknolohiya mao ang pagpalambo sa mga coatings nga maghatud sa mga antimicrobial chemicals kung asa kini gikinahanglan, sa taas nga konsentrasyon ug gipahaom nga gidaghanon. Kini makab-ot pinaagi sa pagpalambo sa talagsaon nga mga materyales sa coating sama sa graphene/germanium28, black diamond29 ug ZnO30-doped diamond-like carbon coatings nga resistensya sa bakterya, usa ka teknolohiya nga nagpadako sa pag-uswag sa toxicity ug resistensya tungod sa pagporma sa biofilm. Dugang pa, ang mga coatings nga adunay mga germicidal chemicals nga naghatag og dugay nga proteksyon batok sa kontaminasyon sa bakterya nagkadaghan nga popular. Samtang ang tanan nga tulo ka mga pamaagi makahimo sa paggamit sa antimicrobial activity sa mga coated surfaces, ang matag usa adunay kaugalingon nga hugpong sa mga limitasyon nga kinahanglan nga tagdon kung nagpalambo sa usa ka estratehiya sa aplikasyon.
Ang mga produkto nga anaa karon sa merkado nababagan sa kakulang sa oras sa pag-analisar ug pagsulay sa mga protective coating para sa mga biologically active ingredients. Ang mga kompanya nag-angkon nga ang ilang mga produkto makahatag sa mga tiggamit sa gitinguha nga mga functional aspects, bisan pa, kini nahimong babag sa kalampusan sa mga produkto nga anaa karon sa merkado. Ang mga compound nga gikan sa pilak gigamit sa kadaghanan sa mga antimicrobial nga anaa karon sa mga konsumidor. Kini nga mga produkto gidisenyo aron mapanalipdan ang mga tiggamit gikan sa posibleng makadaot nga pagkaladlad sa mga micro-organism. Ang nalangan nga antimicrobial nga epekto ug ang nalangkit nga toxicity sa mga silver compound nagdugang sa pressure sa mga tigdukiduki sa paghimo og dili kaayo makadaot nga alternatibo36,37. Ang paghimo og usa ka global antimicrobial coating nga molihok sa sulod ug gawas nagpabilin nga usa ka hagit. Kini adunay kalabutan nga mga risgo sa kahimsog ug kaluwasan. Ang pagdiskubre sa usa ka antimicrobial agent nga dili kaayo makadaot sa mga tawo ug pagpangita kung giunsa kini ilakip sa mga coating substrates nga adunay mas taas nga shelf life usa ka gipangita nga tumong38. Ang pinakabag-o nga antimicrobial ug antibiofilm nga mga materyales gidisenyo aron makapatay sa bakterya sa duol nga distansya pinaagi sa direktang kontak o pagkahuman sa pagpagawas sa aktibo nga ahente. Mahimo nila kini pinaagi sa pagpugong sa inisyal nga pagtapot sa bakterya (lakip ang pagpugong sa pagporma sa usa ka layer sa protina sa ibabaw) o pinaagi sa pagpatay sa bakterya pinaagi sa pagpanghilabot sa bungbong sa selula.
Sa panguna, ang surface coating mao ang proseso sa pag-apply og laing layer sa ibabaw sa usa ka component aron mapaayo ang mga kinaiya sa ibabaw. Ang katuyoan sa surface coating mao ang pag-usab sa microstructure ug/o komposisyon sa near-surface region sa usa ka component39. Ang mga pamaagi sa surface coating mahimong bahinon sa lain-laing mga pamaagi, nga gisumada sa Fig. 2a. Ang mga coating mahimong bahinon sa thermal, kemikal, pisikal ug electrochemical nga mga kategorya depende sa pamaagi nga gigamit sa paghimo sa coating.
(a) Usa ka inset nga nagpakita sa mga nag-unang teknik sa paghimo sa nawong, ug (b) pinili nga mga bentaha ug disbentaha sa pamaagi sa cold spray.
Ang teknolohiya sa cold spray adunay daghang pagkaparehas sa tradisyonal nga mga teknik sa thermal spray. Bisan pa, adunay usab pipila ka hinungdanon nga sukaranan nga mga kabtangan nga naghimo sa proseso sa cold spray ug mga materyales sa cold spray nga labi ka talagsaon. Ang teknolohiya sa cold spray anaa pa sa pagsugod niini, apan kini adunay maayong kaugmaon. Sa pipila ka mga kaso, ang talagsaon nga mga kabtangan sa cold spraying nagtanyag daghang mga benepisyo, nga nakabuntog sa mga limitasyon sa naandan nga mga teknik sa thermal spraying. Nakabuntog kini sa hinungdanon nga mga limitasyon sa tradisyonal nga teknolohiya sa thermal spray, diin ang pulbos kinahanglan nga matunaw aron madeposito sa usa ka substrate. Klaro nga kini nga tradisyonal nga proseso sa coating dili angay alang sa mga materyales nga sensitibo kaayo sa temperatura sama sa mga nanocrystal, nanoparticle, amorphous ug metallic glasses40, 41, 42. Dugang pa, ang mga materyales sa thermal spray coating kanunay adunay taas nga lebel sa porosity ug oxides. Ang teknolohiya sa cold spray adunay daghang hinungdanon nga mga bentaha kaysa sa teknolohiya sa thermal spray, sama sa (i) gamay nga input sa kainit sa substrate, (ii) pagka-flexible sa pagpili sa substrate coating, (iii) walay phase transformation ug pagtubo sa lugas, (iv) taas nga kusog sa adhesive1.39 (Fig. 2b). Dugang pa, ang mga materyales sa cold spray coating adunay taas nga resistensya sa kaagnasan, taas nga kusog ug katig-a, taas nga electrical conductivity ug taas nga densidad41. Bisan pa sa mga bentaha sa proseso sa cold spray, kini nga pamaagi adunay gihapon pipila ka mga disbentaha, sama sa gipakita sa Figure 2b. Kung mag-coat sa puro nga ceramic powders sama sa Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, ug uban pa, ang cold spray method dili magamit. Sa laing bahin, ang ceramic/metal composite powders mahimong gamiton isip hilaw nga materyales alang sa mga coatings. Parehas usab kini sa ubang mga pamaagi sa thermal spraying. Ang mga lisod nga nawong ug mga sulod sa tubo lisod gihapon i-spray.
Tungod kay ang kasamtangang trabaho gitumong sa paggamit sa metallic vitreous powders isip sinugdanang materyales para sa mga coatings, klaro nga ang conventional thermal spraying dili magamit para niini nga katuyoan. Kini tungod sa kamatuoran nga ang metallic vitreous powders mo-kristal sa taas nga temperatura1.
Kadaghanan sa mga instrumento nga gigamit sa industriya sa medisina ug pagkaon ginama gikan sa austenitic stainless steel alloys (SUS316 ug SUS304) nga adunay chromium content nga 12 hangtod 20 wt.% para sa paghimo og mga instrumento sa operasyon. Kasagaran gidawat nga ang paggamit sa chromium metal isip alloying element sa mga steel alloy makapauswag pag-ayo sa resistensya sa kaagnasan sa standard nga mga steel alloy. Ang mga stainless steel alloy, bisan pa sa ilang taas nga resistensya sa kaagnasan, walay dakong antimicrobial properties38,39. Kini sukwahi sa ilang taas nga resistensya sa kaagnasan. Pagkahuman niana, posible nga matagna ang pag-uswag sa impeksyon ug panghubag, nga kasagaran tungod sa bacterial adhesion ug colonization sa ibabaw sa mga stainless steel biomaterials. Mahimong motumaw ang dakong mga kalisud tungod sa dakong mga kalisud nga nalangkit sa bacterial adhesion ug biofilm formation pathways, nga mahimong mosangpot sa dili maayong panglawas, nga mahimong adunay daghang mga sangputanan nga direkta o dili direkta nga makaapekto sa panglawas sa tawo.
Kini nga pagtuon mao ang unang hugna sa usa ka proyekto nga gipondohan sa Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), kontrata no. 2010-550401, aron imbestigahan ang posibilidad sa paghimo og metallic glassy Cu-Zr-Ni ternary powders gamit ang teknolohiya sa MA (talaan). 1) Alang sa paghimo og SUS304 antibacterial surface protection film/coating. Ang ikaduhang hugna sa proyekto, nga magsugod sa Enero 2023, magtuon sa detalye sa mga kinaiya sa galvanic corrosion ug sa mga mekanikal nga kabtangan sa sistema. Ang detalyado nga mga pagsulay sa microbiological alang sa lainlaing mga klase sa bakterya pagahimuon.
Kini nga artikulo naghisgot sa epekto sa Zr alloy content sa abilidad sa pagporma og bildo (GFA) base sa morphological ug structural nga mga kinaiya. Dugang pa, gihisgutan usab ang antibacterial nga mga kabtangan sa powder coated metal glass/SUS304 composite. Dugang pa, nagpadayon ang trabaho aron imbestigahan ang posibilidad sa structural transformation sa metallic glass powders nga mahitabo atol sa cold spraying sa supercooled liquid region sa fabricated metallic glass systems. Ang Cu50Zr30Ni20 ug Cu50Zr20Ni30 metallic glass alloys gigamit isip representante nga mga ehemplo niini nga pagtuon.
Kini nga seksyon nagpresentar sa mga pagbag-o sa morpolohiya sa mga pulbos sa elemental nga Cu, Zr ug Ni atol sa low-energy ball milling. Duha ka lain-laing sistema nga gilangkoban sa Cu50Zr20Ni30 ug Cu50Zr40Ni10 ang gamiton isip mga ehemplo. Ang proseso sa MA mahimong bahinon sa tulo ka managlahing yugto, sama sa gipamatud-an sa metallographic characterization sa pulbos nga nakuha sa yugto sa paggaling (Fig. 3).
Mga metallograpikong kinaiya sa mga pulbos sa mechanical alloys (MA) nga nakuha human sa lain-laing mga yugto sa ball grinding. Ang mga hulagway sa field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) sa MA ug Cu50Zr40Ni10 nga mga pulbos nga nakuha human sa low energy ball milling sulod sa 3, 12 ug 50 ka oras gipakita sa (a), (c) ug (e) para sa Cu50Zr20Ni30 system, samtang naa sa parehas nga MA. Ang katugbang nga mga hulagway sa Cu50Zr40Ni10 system nga gikuha human sa oras gipakita sa (b), (d), ug (f).
Atol sa ball milling, ang epektibong kinetic energy nga mahimong ibalhin ngadto sa metal powder maapektuhan sa kombinasyon sa mga parametro, sama sa gipakita sa Fig. 1a. Naglakip kini sa mga bangga tali sa mga bola ug powder, shear compression sa powder nga natanggong taliwala o taliwala sa grinding media, mga impact gikan sa pagkahulog sa mga bola, shear ug wear nga gipahinabo sa powder drag taliwala sa naglihok nga mga lawas sa usa ka ball mill, ug usa ka shock wave nga moagi sa mga nahulog nga bola nga mokatap agi sa loaded culture (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), локозок крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). Ang mga elemental nga pulbos nga Cu, Zr, ug Ni grabe nga nadeporma tungod sa cold welding sa sayong yugto sa MA (3 ka oras), nga misangpot sa pagporma sa dagkong mga partikulo sa pulbos (> 1 mm ang diametro).Kining dagkong mga composite particle mailhan pinaagi sa pagporma sa baga nga mga lut-od sa mga alloying elements (Cu, Zr, Ni), sama sa gipakita sa fig. 3a,b. Ang pagtaas sa oras sa MA ngadto sa 12 ka oras (intermediate stage) misangpot sa pagtaas sa kinetic energy sa ball mill, nga misangpot sa pagkadunot sa composite powder ngadto sa mas gagmay nga mga powder (ubos sa 200 μm), sama sa gipakita sa Fig. 3c, city. Niini nga yugto, ang gigamit nga shear force mosangpot sa pagporma sa usa ka bag-ong metal surface nga adunay nipis nga Cu, Zr, Ni hint layers, sama sa gipakita sa Fig. 3c, d. Ingon usa ka resulta sa paggaling sa mga lut-od sa interface sa mga flakes, ang mga solid-phase reaction mahitabo uban ang pagporma sa bag-ong mga phase.
Sa kinapungkayan sa proseso sa MA (human sa 50 ka oras), halos dili na mamatikdan ang flake metallography (Fig. 3e, f), ug ang mirror metallography naobserbahan sa pinasinaw nga nawong sa pulbos. Kini nagpasabot nga ang proseso sa MA nahuman na ug usa ka hugna sa reaksyon ang nahimo. Ang elementong komposisyon sa mga rehiyon nga gipakita sa Figs. 3e (I, II, III), f, v, vi) gitino gamit ang field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) inubanan sa energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). (IV).
Sa lamesa. 2 ka elemental nga konsentrasyon sa mga elemento sa alloying ang gipakita isip porsyento sa kinatibuk-ang masa sa matag rehiyon nga gipili sa fig. 3e, f. Ang pagtandi niini nga mga resulta sa inisyal nga nominal nga komposisyon sa Cu50Zr20Ni30 ug Cu50Zr40Ni10 nga gihatag sa Talaan 1 nagpakita nga ang mga komposisyon niining duha ka katapusang produkto duol kaayo sa nominal nga mga komposisyon. Dugang pa, ang relatibong mga kantidad sa mga sangkap alang sa mga rehiyon nga gilista sa Fig. 3e,f wala magsugyot og dakong pagkadaot o pagkalainlain sa komposisyon sa matag sample gikan sa usa ka rehiyon ngadto sa lain. Kini gipamatud-an sa kamatuoran nga walay pagbag-o sa komposisyon gikan sa usa ka rehiyon ngadto sa lain. Kini nagpakita sa produksiyon sa uniporme nga mga pulbos sa haluang metal sama sa gipakita sa Talaan 2.
Ang mga FE-SEM micrograph sa Cu50(Zr50-xNix) final product powder nakuha human sa 50 MA times, sama sa gipakita sa Fig. 4a-d, diin ang x kay 10, 20, 30 ug 40 at.%, matag usa. Human niining grinding step, ang powder mag-aggregate tungod sa van der Waals effect, nga mosangpot sa pagporma sa dagkong aggregates nga gilangkoban sa ultrafine particles nga may diametro nga 73 ngadto sa 126 nm, sama sa gipakita sa Figure 4.
Mga kinaiya sa morpolohiya sa mga pulbos nga Cu50(Zr50-xNix) nga nakuha human sa 50-oras nga MA. Para sa mga sistema sa Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, ang mga imahe sa FE-SEM sa mga pulbos nga nakuha human sa 50 MA gipakita sa (a), (b), (c), ug (d), matag usa.
Sa dili pa ikarga ang mga pulbos ngadto sa bugnaw nga spray feeder, kini gi-sonicate una sa analytical grade ethanol sulod sa 15 minutos ug dayon gipauga sa 150° C sulod sa 2 ka oras. Kini nga lakang kinahanglan buhaton aron malampuson nga masumpo ang agglomeration, nga kanunay hinungdan sa daghang seryoso nga mga problema sa proseso sa coating. Pagkahuman sa proseso sa MA, dugang nga mga pagtuon ang gihimo aron imbestigahan ang homogeneity sa mga pulbos sa alloy. Sa fig. 5a–d ipakita ang mga FE-SEM micrograph ug katugbang nga mga imahe sa EDS sa mga elemento sa Cu, Zr ug Ni alloying sa Cu50Zr30Ni20 alloy nga gikuha pagkahuman sa 50 oras nga oras M, matag usa. Kinahanglan nga matikdan nga ang mga pulbos sa alloy nga nakuha pagkahuman niini nga lakang homogenous, tungod kay wala kini magpakita sa bisan unsang mga pagbag-o sa komposisyon nga lapas sa lebel sa sub-nanometer, sama sa gipakita sa Figure 5.
Morpolohiya ug lokal nga distribusyon sa mga elemento sa MG Cu50Zr30Ni20 nga pulbos nga nakuha human sa 50 MA pinaagi sa FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). (a) SEM ug X-ray EDS imaging sa (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, ug (d) Ni-Kα.
Ang mga X-ray diffraction pattern sa mechanically alloyed Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, ug Cu50Zr20Ni30 nga mga pulbos nga nakuha pagkahuman sa 50-oras nga MA gipakita sa mga Figs. 6a–d, matag usa. Pagkahuman niining yugto sa paggaling, ang tanan nga mga sample nga adunay lainlaing mga konsentrasyon sa Zr adunay mga amorphous nga istruktura nga adunay kinaiya nga mga pattern sa halo diffusion nga gipakita sa Fig. 6.
Mga X-ray diffraction pattern sa Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), ug Cu50Zr20Ni30 (d) nga mga pulbos human sa MA sulod sa 50 ka oras. Usa ka halo-diffusion pattern ang naobserbahan sa tanang mga sample nga walay eksepsiyon, nga nagpakita sa pagkaporma sa usa ka amorphous phase.
Gigamit ang high resolution field emission transmission electron microscopy (FE-HRTEM) aron maobserbahan ang mga pagbag-o sa istruktura ug masabtan ang lokal nga istruktura sa mga pulbos nga resulta sa ball milling sa lainlaing mga oras sa MA. Ang mga imahe sa mga pulbos nga nakuha pinaagi sa pamaagi sa FE-HRTEM pagkahuman sa sayo (6 ka oras) ug intermediate (18 ka oras) nga mga yugto sa paggaling sa mga pulbos nga Cu50Zr30Ni20 ug Cu50Zr40Ni10 gipakita sa Figs. 7a, matag usa. Sumala sa bright-field image (BFI) sa pulbos nga nakuha pagkahuman sa 6 ka oras sa MA, ang pulbos gilangkoban sa dagkong mga lugas nga adunay klaro nga mga utlanan sa mga elemento sa fcc-Cu, hcp-Zr, ug fcc-Ni, ug walay mga timailhan sa pagporma sa usa ka hugna sa reaksyon, sama sa gipakita sa Fig. 7a. Dugang pa, ang usa ka correlated selected area diffraction pattern (SADP) nga gikuha gikan sa tunga nga rehiyon (a) nagpadayag usa ka mahait nga sumbanan sa diffraction (Fig. 7b) nga nagpakita sa presensya sa dagkong mga kristal ug ang pagkawala sa usa ka reactive phase.
Lokal nga mga kinaiya sa istruktura sa MA powder nga nakuha human sa sayo (6 ka oras) ug tunga-tunga (18 ka oras) nga mga yugto. (a) High resolution field emission transmission electron microscopy (FE-HRTEM) ug (b) katugbang nga pinili nga area diffractogram (SADP) sa Cu50Zr30Ni20 powder human sa MA treatment sulod sa 6 ka oras. Ang FE-HRTEM nga imahe sa Cu50Zr40Ni10 nga nakuha human sa 18-oras nga MA gipakita sa (c).
Sama sa gipakita sa fig. 7c, ang pagtaas sa gidugayon sa MA ngadto sa 18 ka oras misangpot sa seryoso nga mga depekto sa lattice inubanan sa plastic deformation. Niining intermediate nga yugto sa proseso sa MA, lain-laing mga depekto ang makita sa pulbos, lakip ang mga stacking fault, lattice defect, ug point defect (Fig. 7). Kini nga mga depekto hinungdan sa pagkabungkag sa dagkong mga lugas ubay sa mga utlanan sa lugas ngadto sa mga subgrain nga mas gamay sa 20 nm ang gidak-on (Fig. 7c).
Ang lokal nga istruktura sa Cu50Z30Ni20 powder nga gigaling sulod sa 36 ka oras nga MA gihulagway pinaagi sa pagporma sa ultrafine nanograins nga gisulod sa usa ka amorphous thin matrix, sama sa gipakita sa Fig. 8a. Usa ka lokal nga pag-analisa sa EMF nagpakita nga ang mga nanocluster nga gipakita sa Figs. 8a nalangkit sa wala matambalan nga Cu, Zr ug Ni powder alloys. Ang sulod sa Cu sa matrix nagkalainlain gikan sa ~32 at.% (poor zone) ngadto sa ~74 at.% (rich zone), nga nagpakita sa pagporma sa heterogeneous nga mga produkto. Dugang pa, ang katugbang nga SADPs sa mga powder nga nakuha human sa paggaling niini nga lakang nagpakita sa primary ug secondary halo-diffusion amorphous phase rings nga nagsapaw-sapaw sa mga hait nga punto nga nalangkit niining wala matambalan nga mga elemento sa alloying, sama sa gipakita sa Fig. 8b.
Nanoscale nga lokal nga istruktura sa Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 nga pulbos. (a) Hayag nga imahe sa field (BFI) ug katugbang (b) SADP sa Cu50Zr30Ni20 nga pulbos nga nakuha human sa paggaling sulod sa 36 ka oras nga MA.
Padulong sa katapusan sa proseso sa MA (50 ka oras), ang Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, ug 40 at.% nga mga pulbos, nga walay eksepsiyon, adunay labyrinthine morphology sa amorphous phase, sama sa gipakita sa Fig. . Walay point diffraction o sharp annular patterns nga makita sa katugbang nga SADS sa matag komposisyon. Kini nagpakita sa kawalay wala matambalan nga crystalline metal, apan ang pagporma sa usa ka amorphous alloy powder. Kini nga mga correlated SADPs nga nagpakita sa halo diffusion patterns gigamit usab isip ebidensya alang sa pag-uswag sa amorphous phases sa final product material.
Lokal nga istruktura sa katapusang produkto sa Cu50 MS system (Zr50-xNix). FE-HRTEM ug correlated nanobeam diffraction patterns (NBDP) sa (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, ug (d) Cu50Zr10Ni40 nga nakuha human sa 50 ka oras nga MA.
Gamit ang differential scanning calorimetry, ang thermal stability sa glass transition temperature (Tg), supercooled liquid region (ΔTx) ug crystallization temperature (Tx) gitun-an depende sa sulod sa Ni (x) sa Cu50(Zr50-xNix) amorphous system. (DSC) nga mga kabtangan sa He gas flow. Ang DSC curves sa mga pulbos sa Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, ug Cu50Zr10Ni40 amorphous alloys nga nakuha human sa MA sulod sa 50 ka oras gipakita sa Figs. 10a, b, e, matag usa. Samtang ang DSC curve sa amorphous Cu50Zr20Ni30 gipakita nga gilain sa Fig. ika-10 nga siglo. Samtang, ang usa ka Cu50Zr30Ni20 sample nga gipainit ngadto sa ~700°C sa DSC gipakita sa Fig. 10g.
Ang thermal stability sa Cu50(Zr50-xNix) MG powders nga nakuha human sa MA sulod sa 50 ka oras gitino sa glass transition temperature (Tg), crystallization temperature (Tx) ug supercooled liquid region (ΔTx). Ang mga thermogram sa differential scanning calorimeter (DSC) powders sa Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), ug (e) Cu50Zr10Ni40 MG alloy powders human sa MA sulod sa 50 ka oras. Ang X-ray diffraction pattern (XRD) sa usa ka Cu50Zr30Ni20 sample nga gipainit ngadto sa ~700°C sa DSC gipakita sa (d).
Sama sa gipakita sa Figure 10, ang mga kurba sa DSC para sa tanang komposisyon nga adunay lain-laing konsentrasyon sa nickel (x) nagpakita og duha ka lain-laing kaso, ang usa endothermic ug ang lain exothermic. Ang unang endothermic nga panghitabo katumbas sa Tg, ug ang ikaduha nalangkit sa Tx. Ang pinahigda nga span area nga anaa taliwala sa Tg ug Tx gitawag nga subcooled liquid area (ΔTx = Tx – Tg). Ang mga resulta nagpakita nga ang Tg ug Tx sa Cu50Zr40Ni10 sample (Fig. 10a) nga gibutang sa 526°C ug 612°C nagbalhin sa sulod (x) hangtod sa 20 sa % padulong sa ubos nga temperatura nga bahin nga 482°C ug 563°C. °C uban ang pagtaas sa sulod sa Ni (x), matag usa, sama sa gipakita sa Figure 10b. Tungod niini, ang ΔTx Cu50Zr40Ni10 mikunhod gikan sa 86°С (Fig. 10a) ngadto sa 81°С para sa Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Para sa MC Cu50Zr40Ni10 alloy, nakita usab ang pagkunhod sa mga kantidad sa Tg, Tx, ug ΔTx ngadto sa lebel nga 447°C, 526°C, ug 79°C (Fig. 10b). Kini nagpakita nga ang pagtaas sa sulod sa Ni mosangpot sa pagkunhod sa thermal stability sa MS alloy. Sa kasukwahi, ang kantidad sa Tg (507 °C) sa MC Cu50Zr20Ni30 alloy mas ubos kay sa MC Cu50Zr40Ni10 alloy; bisan pa niana, ang Tx niini nagpakita og kantidad nga ikatandi niini (612 °C). Busa, ang ΔTx adunay mas taas nga kantidad (87°C) sama sa gipakita sa fig. ika-10 nga siglo.
Ang Cu50(Zr50-xNix) MC system, gamit ang Cu50Zr20Ni30 MC alloy isip ehemplo, nagkristal pinaagi sa usa ka mahait nga exothermic peak ngadto sa fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, ug orthorhombic-ZrNi crystalline phases (Fig. 10c). Kini nga phase transition gikan sa amorphous ngadto sa crystalline gikumpirma sa X-ray diffraction analysis sa MG sample (Fig. 10d) nga gipainit ngadto sa 700 °C sa DSC.
Sa fig. 11 nagpakita sa mga litrato nga gikuha atol sa proseso sa cold spray nga gihimo sa kasamtangang trabaho. Niini nga pagtuon, ang mga metal glassy powder particles nga gi-synthesize human sa MA sulod sa 50 ka oras (gamit ang Cu50Zr20Ni30 isip ehemplo) gigamit isip antibacterial raw material, ug ang stainless steel plate (SUS304) gi-coat og cold spray. Ang cold spray method gipili alang sa coating sa thermal spray technology series tungod kay kini ang labing episyente nga pamaagi sa thermal spray technology series diin magamit kini alang sa metallic metastable heat sensitive materials sama sa amorphous ug nanocrystalline powders. Dili maapektuhan sa phase transitions. Kini ang pangunang hinungdan sa pagpili niini nga pamaagi. Ang cold deposition process gihimo gamit ang high-velocity particles nga nag-convert sa kinetic energy sa mga particle ngadto sa plastic deformation, deformation ug kainit sa pag-igo sa substrate o kaniadto nadeposito nga mga particle.
Ang mga litrato sa uma nagpakita sa pamaagi sa cold spray nga gigamit alang sa lima ka sunod-sunod nga pagpangandam sa MG/SUS 304 sa 550°C.
Ang kinetic energy sa mga partikulo, ingon man ang momentum sa matag partikulo atol sa pagporma sa coating, kinahanglan nga mabag-o ngadto sa ubang mga porma sa enerhiya pinaagi sa mga mekanismo sama sa plastic deformation (pangunang mga partikulo ug interaksyon sa interparticle sa matrix ug mga interaksyon sa mga partikulo), interstitial knots sa mga solido, rotation tali sa mga partikulo, deformation ug limiting heating 39. Dugang pa, kung dili tanan nga mosulod nga kinetic energy mabag-o ngadto sa thermal energy ug deformation energy, ang resulta usa ka elastic collision, nga nagpasabut nga ang mga partikulo mo-bounce lang human sa impact. Namatikdan nga 90% sa impact energy nga gigamit sa particle/substrate material mabag-o ngadto sa local heat 40. Dugang pa, kung ang impact stress ipadapat, taas nga plastic strain rates ang makab-ot sa particle/substrate contact region sa mubo nga panahon 41,42.
Ang plastic deformation kasagarang giisip nga usa ka proseso sa pagkawala sa enerhiya, o hinoon, isip tinubdan sa kainit sa interfacial region. Bisan pa, ang pagtaas sa temperatura sa interfacial region kasagaran dili igo alang sa pagkatunaw sa interfacial o hinungdanon nga pagpukaw sa mutual diffusion sa mga atomo. Walay publikasyon nga nahibal-an sa mga tagsulat nga nagsusi sa epekto sa mga kabtangan niining mga metallic vitreous powder sa pagdikit ug paghusay sa powder nga mahitabo kung mogamit sa mga teknik sa cold spray.
Ang BFI sa MG Cu50Zr20Ni30 alloy powder makita sa Fig. 12a, nga gideposito sa SUS 304 substrate (Fig. 11, 12b). Sama sa makita sa figure, ang mga coated powder nagpabilin sa ilang orihinal nga amorphous structure tungod kay kini adunay delikado nga labyrinth structure nga walay bisan unsang crystalline features o lattice defects. Sa laing bahin, ang image nagpakita sa presensya sa usa ka foreign phase, sama sa gipamatud-an sa mga nanoparticle nga gilakip sa MG-coated powder matrix (Fig. 12a). Ang Figure 12c nagpakita sa indexed nanobeam diffraction pattern (NBDP) nga nalangkit sa region I (Figure 12a). Sama sa gipakita sa fig. 12c, ang NBDP nagpakita og weak halo-diffusion pattern sa amorphous structure ug nag-coexist uban sa mga sharp spots nga katumbas sa usa ka crystalline large cubic metastable Zr2Ni phase plus usa ka tetragonal CuO phase. Ang pagkaporma sa CuO mahimong ipasabut pinaagi sa oksihenasyon sa pulbos kon kini mobalhin gikan sa nozzle sa spray gun ngadto sa SUS 304 sa gawas sa hangin sa usa ka supersonic flow. Sa laing bahin, ang devitrification sa metal glassy powders miresulta sa pagkaporma sa dagkong cubic phases human sa bugnaw nga spray treatment sa 550°C sulod sa 30 minutos.
(a) Hulagway sa FE-HRTEM sa MG powder nga gideposito sa (b) SUS 304 substrate (Inset sa hulagway). Ang NBDP index sa lingin nga simbolo nga gipakita sa (a) gipakita sa (c).
Aron masulayan kini nga potensyal nga mekanismo alang sa pagporma sa dagkong cubic Zr2Ni nanoparticles, usa ka independente nga eksperimento ang gihimo. Niini nga eksperimento, ang mga pulbos gi-spray gikan sa usa ka atomizer sa 550°C padulong sa SUS 304 substrate; bisan pa, aron mahibal-an ang epekto sa annealing, ang mga pulbos gikuha gikan sa SUS304 strip sa labing madali (mga 60 segundos). Laing serye sa mga eksperimento ang gihimo diin ang pulbos gikuha gikan sa substrate mga 180 segundos pagkahuman sa aplikasyon.
Ang mga Hulagway 13a,b nagpakita sa mga hulagway sa Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) dark field (DFI) sa duha ka sputtered nga materyales nga gideposito sa SUS 304 substrates sulod sa 60 segundos ug 180 segundos, matag usa. Ang hulagway sa pulbos nga gideposito sulod sa 60 segundos kulang sa mga detalye sa morpolohiya, nga nagpakita sa pagkawalay-kahilayan (Fig. 13a). Kini gikumpirma usab sa XRD, nga nagpakita nga ang kinatibuk-ang istruktura niining mga pulbos kay amorphous, sama sa gipakita sa lapad nga primary ug secondary diffraction peaks nga gipakita sa Figure 14a. Kini nagpakita sa pagkawala sa metastable/mesophase precipitates, diin ang pulbos nagpabilin sa orihinal nga amorphous nga istruktura niini. Sa kasukwahi, ang pulbos nga gideposito sa parehas nga temperatura (550°C) apan gibilin sa substrate sulod sa 180 segundos nagpakita sa deposition sa nanosized grains, sama sa gipakita sa mga pana sa Fig. 13b.