Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a pa gen sipò limite pou CSS. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral montre sit la san estil ak JavaScript.
Biofilm yo se yon eleman enpòtan nan devlopman enfeksyon kwonik, sitou lè gen aparèy medikal ki enplike. Pwoblèm sa a prezante yon gwo defi pou kominote medikal la, paske antibyotik estanda yo ka sèlman elimine biofilm yo nan yon limit trè limite. Anpeche fòmasyon biofilm mennen nan devlopman divès metòd kouch ak nouvo materyèl. Metòd sa yo vize kouvri sifas yo nan yon fason ki anpeche fòmasyon biofilm. Alyaj metalik vitre, espesyalman sa yo ki gen metal kwiv ak Titàn, yo te parèt kòm kouch antimikwòb ideyal. An menm tan, itilizasyon teknoloji espre frèt la ogmante paske li se yon metòd apwopriye pou trete materyèl sansib a tanperati. Yon pati nan objektif etid sa a se te devlope yon nouvo fim anti-bakteri vè metalik ki konpoze de tènè Cu-Zr-Ni lè l sèvi avèk teknik alyaj mekanik. Poud esferik ki fòme pwodwi final la itilize kòm yon matyè premyè pou kouch espre frèt sifas asye pur nan tanperati ki ba. Substra ki kouvri ak vè metalik te kapab siyifikativman diminye fòmasyon biofilm pa omwen 1 log konpare ak asye pur.
Pandan tout listwa limanite, nenpòt sosyete te kapab konsevwa epi ankouraje entwodiksyon nouvo materyèl ki satisfè bezwen espesifik li yo, sa ki te lakòz yon amelyorasyon nan pèfòmans ak klasman nan yon ekonomi globalize1. Yo te toujou atribiye sa a kapasite imen pou devlope materyèl ak ekipman fabrikasyon ak desen pou fabrikasyon ak karakterizasyon materyèl pou reyalize pwogrè nan sante, edikasyon, endistri, ekonomi, kilti ak lòt domèn soti nan yon peyi oswa yon rejyon a yon lòt. Yo mezire pwogrè kèlkeswa peyi a oswa rejyon an.2 Pandan 60 ane, syantis materyèl yo te konsakre anpil tan yo pou konsantre sou yon sèl gwo enkyetid: pouswit materyèl nouvo ak dènye kri. Rechèch resan yo te konsantre sou amelyore kalite ak pèfòmans materyèl ki deja egziste yo, osi byen ke sentetize ak envansyon kalite materyèl ki totalman nouvo.
Ajout eleman alyaj yo, modifikasyon mikwoestrikti materyèl la, ak aplikasyon teknik pwosesis tèmik, mekanik oswa termo-mekanik yo te lakòz amelyorasyon siyifikatif nan pwopriyete mekanik, chimik ak fizik yon varyete materyèl diferan. Anplis de sa, konpoze ki pa t janm tande pale de yo te reyisi sentetize nan pwen sa a. Efò pèsistan sa yo te kreye yon nouvo fanmi materyèl inovatè, ke yo rekonèt ansanm kòm Materyèl Avanse2. Nanokristal, nanopartikil, nanotub, pwen kwantik, vè metalik amorf ki gen dimansyon zewo, ak alyaj ki gen gwo entropi se jis kèk egzanp materyèl avanse ki te entwodui nan mond lan depi mitan dènye syèk la. Lè y ap fabrike ak devlope nouvo alyaj ki gen pwopriyete siperyè, swa nan pwodwi final la oswa nan etap entèmedyè pwodiksyon li, souvan yo ajoute pwoblèm dezekilib la. Kòm rezilta aplikasyon nouvo teknik fabrikasyon pou devye anpil de ekilib, yo te dekouvri yon nouvo klas alyaj metastab, ke yo rekonèt kòm vè metalik.
Travay li nan Caltech an 1960 te pote yon revolisyon nan konsèp alyaj metal yo lè li te sentetize alyaj vitrifye Au-25 at.% Si lè li te solidifye likid rapidman a prèske yon milyon degre pa segonn 4. Dekouvèt Pwofesè Pol Duwezs la pa sèlman te anonse kòmansman istwa vè metalik (MG), men tou li te mennen nan yon chanjman paradig nan fason moun panse sou alyaj metal yo. Depi premye etid pyonye nan sentèz alyaj MG yo, prèske tout vè metalik yo te pwodui antyèman lè l sèvi avèk youn nan metòd sa yo; (i) solidifikasyon rapid nan fonn oswa vapè, (ii) dezòd atomik nan rezo a, (iii) reyaksyon amorfizasyon solid ant eleman metal pi, ak (iv) tranzisyon solid nan faz metastab.
MG yo distenge pa mank lòd atomik long distans ki asosye ak kristal yo, ki se yon karakteristik defini kristal yo. Nan mond jodi a, gwo pwogrè te fèt nan domèn vè metalik la. Yo se nouvo materyèl ak pwopriyete enteresan ki enterese non sèlman nan fizik solid, men tou nan metaliji, chimi sifas, teknoloji, byoloji ak anpil lòt domèn. Nouvo kalite materyèl sa a montre pwopriyete diferan de metal solid yo, sa ki fè li yon kandida enteresan pou aplikasyon teknolojik nan yon varyete domèn. Yo gen kèk pwopriyete enpòtan; (i) duktil mekanik ak fòs sede segondè, (ii) pèmeyabilite mayetik segondè, (iii) koèsivite ki ba, (iv) rezistans korozyon dwòl, (v) endepandans tanperati. Konduktivite 6,7 la.
Alyaj mekanik (MA)1,8 se yon teknik relativman nouvo, prezante pou premye fwa an 19839 pa Pwofesè CC Kock ak kòlèg li yo. Yo te prepare poud amorf Ni60Nb40 lè yo te moulen yon melanj eleman pi nan tanperati anbyen ki trè pre tanperati chanm. Tipikman, reyaksyon MA a fèt ant kouplaj difizif poud materyèl reyaktif yo nan yon reaktè, anjeneral fèt an asye pur nan yon moulen boul 10 (Fig. 1a, b). Depi lè sa a, teknik reyaksyon solid sa a ki pwovoke mekanikman te itilize pou prepare nouvo poud alyaj vè amorf/metalik lè l sèvi avèk moulen boul ki mande ti enèji (Fig. 1c) ak gwo enèji, ansanm ak moulen baton 11,12,13,14,15, 16. An patikilye, metòd sa a te itilize pou prepare sistèm ki pa melanje tankou Cu-Ta17, ansanm ak alyaj ki gen pwen fizyon ki wo tankou sistèm metal tranzisyon Al (TM; Zr, Hf, Nb ak Ta)18,19 ak Fe-W20, ki pa ka jwenn lè l sèvi avèk wout preparasyon konvansyonèl yo. Anplis de sa, MA konsidere kòm youn nan zouti nanoteknoloji ki pi pwisan pou preparasyon patikil poud nanokristalin ak nanokonpozit nan echèl endistriyèl ki gen oksid metal, kabid, nitrid, idrid, nanotub kabòn, nanodyaman, Osi byen ke yon estabilizasyon laj atravè yon apwòch anwo-anba 1 ak etap metastab.
Schema ki montre metòd fabrikasyon ki itilize pou prepare kouch vè metalik Cu50(Zr50−xNix) (MG)/SUS 304 nan etid sa a.(a) Preparasyon poud alyaj MG ak diferan konsantrasyon Ni x (x; 10, 20, 30 ak 40 at.%) lè l sèvi avèk teknik fraisage boul ki mande mwens enèji.(a) Yo chaje materyèl depa a nan yon silenn zouti ansanm ak boul asye zouti, epi (b) yo sele l nan yon bwat gan ki plen ak atmosfè He.(c) Yon modèl transparan veso fanm k'ap pile a ki montre mouvman boul la pandan fanm k'ap pile a. Yo te itilize pwodwi final poud ki te jwenn apre 50 èdtan pou kouvri substra SUS 304 la lè l sèvi avèk metòd espre frèt la (d).
Lè li rive sifas materyèl an gwo (substra), jeni sifas enplike konsepsyon ak modifikasyon sifas (substra) pou bay sèten kalite fizik, chimik ak teknik ki pa genyen nan materyèl orijinal la. Gen kèk pwopriyete ki ka amelyore efektivman pa tretman sifas tankou rezistans fwotman, rezistans oksidasyon ak korozyon, koyefisyan friksyon, bio-inerti, pwopriyete elektrik, ak izolasyon tèmik, pou nou site kèk. Kalite sifas la ka amelyore lè l sèvi avèk teknik metaliji, mekanik oswa chimik. Kòm yon pwosesis byen koni, yon kouch tou senpleman defini kòm yon sèl oswa plizyè kouch materyèl depoze atifisyèlman sou sifas yon objè an gwo (substra) ki fèt ak yon lòt materyèl. Kidonk, kouch yo itilize an pati pou reyalize kèk pwopriyete teknik oswa dekoratif vle, osi byen ke pou pwoteje materyèl yo kont entèraksyon chimik ak fizik espere ak anviwònman ki antoure a23.
Pou kapab depoze kouch pwoteksyon sifas ki apwopriye ak epesè ki sòti nan kèk mikwomèt (anba 10-20 mikwomèt) rive nan plis pase 30 mikwomèt oswa menm kèk milimèt, yo ka aplike anpil metòd ak teknik. An jeneral, pwosesis kouch yo ka divize an de kategori: (i) metòd kouch mouye, ki gen ladan galvanoplasti, plake san elektrisite, ak metòd galvanizasyon cho, ak (ii) metòd kouch sèk, ki gen ladan soudaj, sifasaj, depo fizik vapè (PVD), depo chimik vapè (CVD), teknik espre tèmik ak pi resamman teknik espre frèt 24 (Fig. 1d).
Yo defini byofilm kòm kominote mikwòb ki tache irevokablman ak sifas epi ki antoure pa polimè ekstraselilè (EPS) ki pwodui tèt yo. Fòmasyon byofilm ki gen matirite sifasyal ka mennen nan pèt enpòtan nan anpil sektè endistriyèl, tankou endistri alimantè, sistèm dlo ak anviwònman swen sante. Nan moun, lè byofilm fòme, plis pase 80% nan ka enfeksyon mikwòb (ki gen ladan Enterobacteriaceae ak Staphylococci) yo difisil pou trete. Anplis de sa, yo rapòte ke byofilm ki gen matirite yo 1000 fwa pi rezistan a tretman antibyotik konpare ak selil bakteri planktonik, ki konsidere kòm yon gwo defi terapetik. Yo te itilize materyèl kouch sifas antimikwòb ki sòti nan konpoze òganik konvansyonèl yo. Malgre ke materyèl sa yo souvan gen konpozan toksik ki potansyèlman danjere pou moun,25,26 li ka ede evite transmisyon bakteri ak destriksyon materyèl.
Rezistans bakteri yo toupatou anvè tretman antibyotik akòz fòmasyon biofilm mennen nan nesesite pou devlope yon sifas efikas ki kouvri ak yon manbràn antimikwòb ki ka aplike san danje27. Devlopman yon sifas anti-aderan fizik oswa chimik kote selil bakteri yo anpeche mare epi konstwi biofilm akòz adezyon se premye apwòch nan pwosesis sa a27. Dezyèm teknoloji a se devlope kouch ki pèmèt pwodui chimik antimikwòb yo delivre egzakteman kote yo bezwen yo, nan kantite trè konsantre ak adapte. Sa a reyalize lè yo devlope materyèl kouch inik tankou grafèn/jèmanyòm28, dyaman nwa29 ak kouch kabòn ki sanble ak dyaman dopé ak ZnO30 ki rezistan a bakteri, yon teknoloji ki maksimize toksisite ak devlopman rezistans akòz fòmasyon biofilm yo siyifikativman redwi. Anplis de sa, kouch ki enkòpore pwodui chimik jèmisidal nan sifas yo pou bay pwoteksyon alontèm kont kontaminasyon bakteri yo ap vin pi popilè. Malgre ke twa pwosedi yo kapab pwodui efè antimikwòb sou sifas ki kouvri yo, yo chak gen pwòp seri limitasyon yo ke yo ta dwe konsidere lè y ap devlope estrateji aplikasyon yo.
Pwodwi ki sou mache a kounye a pa gen ase tan pou analize ak teste kouch pwoteksyon pou engredyan byolojikman aktif. Konpayi yo deklare ke pwodwi yo pral bay itilizatè yo aspè fonksyonèl dezirab; Sepandan, sa te yon obstak pou siksè pwodwi ki sou mache a kounye a. Konpoze ki sòti nan ajan yo itilize nan vas majorite terapi antimikwòb ki disponib kounye a pou konsomatè yo. Pwodwi sa yo devlope pou pwoteje itilizatè yo kont efè potansyèlman danjere mikwo-òganis yo. Efè antimikwòb reta a ak toksisite ki asosye avèk konpoze ajan yo ogmante presyon sou chèchè yo pou devlope yon altènatif ki mwens danjere36,37. Kreye yon kouch antimikwòb mondyal ki fonksyone andedan kay la ak deyò toujou pwouve ke li se yon travay redoutable. Sa a se akòz risk ki asosye yo pou tou de sante ak sekirite. Dekouvri yon ajan antimikwòb ki mwens danjere pou moun epi chèche konnen kijan pou enkòpore li nan substrats kouch ak yon lavi etajè ki pi long se yon objektif ki trè recherché38. Dènye materyèl antimikwòb ak anti-biofilm yo fèt pou touye bakteri nan yon distans pre, swa atravè kontak dirèk oswa apre ajan aktif la lage. Yo ka fè sa lè yo anpeche adezyon bakteri inisyal la (ki gen ladan konbat fòmasyon yon kouch pwoteyin sou sifas la) oswa lè yo touye bakteri lè yo entèfere ak miray selilè a.
Fondamantalman, kouch sifas se pwosesis pou mete yon lòt kouch sou sifas yon konpozan pou amelyore kalite ki gen rapò ak sifas la. Objektif kouch sifas la se pou adapte mikwoestrikti ak/oswa konpozisyon rejyon ki toupre sifas konpozan an39. Teknik kouch sifas yo ka divize an diferan metòd, ki rezime nan Fig. 2a. Kouch yo ka sibdivize an kategori tèmik, chimik, fizik ak elektwochimik, tou depann de metòd ki itilize pou kreye kouch la.
(a) Ankadreman ki montre prensipal teknik fabrikasyon yo itilize pou sifas la, epi (b) avantaj ak dezavantaj teknik flite frèt la.
Teknoloji espre frèt pataje anpil resanblans ak metòd espre tèmik konvansyonèl yo. Sepandan, genyen tou kèk pwopriyete fondamantal kle ki fè pwosesis espre frèt la ak materyèl espre frèt yo patikilyèman inik. Teknoloji espre frèt la toujou nan premye etap li yo, men li gen yon avni briyan. Nan sèten aplikasyon, pwopriyete inik espre frèt la ofri gwo benefis, simonte limit natirèl metòd espre tèmik tipik yo. Li bay yon fason pou simonte limit enpòtan teknoloji espre tèmik tradisyonèl la, pandan ki poud lan dwe fonn pou depoze sou substra a. Li evidan, pwosesis kouch tradisyonèl sa a pa apwopriye pou materyèl ki trè sansib a tanperati tankou nanokristal, nanopartikil, vè amorf ak metalik40, 41, 42. Anplis de sa, materyèl kouch espre tèmik yo toujou montre nivo porosit ak oksid ki wo. Teknoloji espre frèt la gen anpil avantaj enpòtan sou teknoloji espre tèmik, tankou (i) minimòm chalè ki antre nan substra a, (ii) fleksibilite nan chwa kouch substra yo, (iii) absans transfòmasyon faz ak kwasans grenn, (iv) gwo fòs lyezon1,39 (Fig. 2b). Anplis de sa, materyèl kouch espre frèt yo gen gwo rezistans korozyon, wo fòs ak dite, gwo konduktivite elektrik ak gwo dansite41. Kontrèman ak avantaj pwosesis espre frèt la, toujou gen kèk dezavantaj nan itilizasyon teknik sa a, jan yo montre nan Figi 2b. Lè w ap kouvri poud seramik pi tankou Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, elatriye, metòd espre frèt la pa ka itilize. Nan lòt men an, poud konpoze seramik/metal yo ka itilize kòm matyè premyè pou kouch. Menm bagay la tou pou lòt metòd espre tèmik. Sifas konplike ak sifas tiyo enteryè yo toujou difisil pou espre.
Etandone travay aktyèl la gen pou objaktif pou itilize poud metalik vitre kòm materyèl kouch brit, li klè ke flite tèmik konvansyonèl pa ka itilize pou objektif sa a. Sa a se paske poud metalik vitre kristalize nan tanperati ki wo1.
Pifò nan zouti yo itilize nan endistri medikal ak alimantè yo fèt ak alyaj asye pur austenitik (SUS316 ak SUS304) ak yon kontni CHROMIUM ant 12 ak 20% pwa pou pwodiksyon enstriman chirijikal. Anjeneral, yo aksepte ke itilizasyon metal CHROMIUM kòm yon eleman alyaj nan alyaj asye ka amelyore anpil rezistans korozyon alyaj asye estanda yo. Alyaj asye pur, malgre gwo rezistans korozyon yo, pa montre pwopriyete antimikwòb enpòtan38,39. Sa kontraste ak gwo rezistans korozyon yo. Apre sa, yo ka predi devlopman enfeksyon ak enflamasyon, ki sitou koze pa adezyon bakteri ak kolonizasyon sou sifas byomateryèl asye pur yo. Difikilte enpòtan ka rive akòz difikilte enpòtan ki asosye ak adezyon bakteri ak chemen fòmasyon biofilm, sa ki ka mennen nan deteryorasyon sante, ki ka gen anpil konsekans ki ka afekte sante moun dirèkteman oswa endirèkteman.
Etid sa a se premye faz yon pwojè finanse pa Fondasyon Kowet pou Avansman Syans (KFAS), Kontra No 2010-550401, pou envestige posibilite pou pwodui poud tenè Cu-Zr-Ni metalik vitrifye lè l sèvi avèk teknoloji MA (Tablo 1) pou pwodiksyon fim anti-bakteri/kouch pwoteksyon sifas SUS304. Dezyèm faz pwojè a, ki dwe kòmanse an janvye 2023, pral egzamine karakteristik korozyon elektwochimik ak pwopriyete mekanik sistèm nan an detay. Tès mikrobyolojik detaye yo pral fèt pou diferan espès bakteri.
Nan atik sa a, nou diskite sou efè kontni eleman alyaj Zr sou kapasite fòmasyon vè (GFA) ki baze sou karakteristik mòfolojik ak estriktirèl. Anplis de sa, nou te diskite tou sou pwopriyete anti-bakteri konpoze kouch poud vè metalik/SUS304 la. Anplis de sa, nou te fè travay kounye a pou envestige posiblite pou transfòmasyon estriktirèl poud vè metalik ki rive pandan flite frèt nan rejyon likid sou-refwadi sistèm vè metalik fabrike yo. Kòm egzanp reprezantatif, nou te itilize alyaj vè metalik Cu50Zr30Ni20 ak Cu50Zr20Ni30 nan etid sa a.
Nan seksyon sa a, chanjman mòfolojik poud Cu, Zr ak Ni elemantè nan broyaj boul ki konsome mwens enèji prezante. Kòm egzanp ilustratif, de sistèm diferan ki konpoze de Cu50Zr20Ni30 ak Cu50Zr40Ni10 pral itilize kòm egzanp reprezantatif. Pwosesis MA a ka divize an twa etap distenk, jan karakterizasyon metalografik poud ki pwodui pandan etap broyaj la montre (Figi 3).
Karakteristik metalografik poud alyaj mekanik (MA) yo jwenn apre diferan etap tan broyaj boul. Imaj mikwoskòp elektwonik optik emisyon chan mayetik (FE-SEM) poud MA ak Cu50Zr40Ni10 yo jwenn apre tan broyaj boul ki ba enèji 3, 12 ak 50 èdtan yo montre nan (a), (c) ak (e) pou sistèm Cu50Zr20Ni30 la, pandan ke nan menm MA a Imaj korespondan sistèm Cu50Zr40Ni10 la ki pran apre tan yo montre nan (b), (d) ak (f).
Pandan broyaj boul la, enèji sinetik efektif ki ka transfere nan poud metal la afekte pa konbinezon paramèt yo, jan yo montre nan Fig. 1a. Sa gen ladan kolizyon ant boul ak poud, tayisman konpresiv poud ki kole ant oswa ant medya broyaj yo, enpak boul k ap tonbe, tayisman ak mete akòz trennen poud ant medya broyaj boul k ap deplase yo, ak vag chòk ki pase nan boul k ap tonbe yo gaye nan chaj rekòt yo (Fig. 1a). Poud eleman Cu, Zr, ak Ni yo te defòme gravman akòz soude frèt nan premye etap MA a (3 èdtan), sa ki te lakòz gwo patikil poud (>1 mm an dyamèt). Gwo patikil konpoze sa yo karakterize pa fòmasyon kouch epè eleman alyaj (Cu, Zr, Ni), jan yo montre nan Fig. 3a,b. Ogmantasyon tan MA a a 12 èdtan (etap entèmedyè) te lakòz yon ogmantasyon nan enèji sinetik moulen boul la, sa ki lakòz dekonpozisyon poud konpoze a an poud ki pi rafine (mwens pase 200 µm), jan yo montre nan Fig. 3c,d. Nan etap sa a, fòs tayisman aplike a mennen nan fòmasyon yon nouvo sifas metal ak kouch amann Cu, Zr, Ni, jan yo montre nan Fig. 3c,d. Kòm rezilta rafinman kouch yo, reyaksyon faz solid rive nan entèfas flokon yo pou jenere nouvo faz.
Nan pik pwosesis MA a (apre 50 èdtan), metalografi ki te flokonnen an te sèlman yon ti jan vizib (Fig. 3e,f), men sifas poli poud lan te montre metalografi miwa. Sa vle di ke pwosesis MA a te fini epi kreyasyon yon sèl faz reyaksyon te fèt. Konpozisyon eleman rejyon ki endèkse nan Fig. 3e (I, II, III), f, v, vi) te detèmine lè l sèvi avèk mikwoskòp elektwonik optik emisyon chan (FE-SEM) konbine avèk spektroskopi reyon X dispèsyon enèji (EDS) (IV).
Nan Tablo 2, konsantrasyon eleman alyaj yo montre kòm yon pousantaj nan pwa total chak rejyon chwazi nan Fig. 3e,f. Lè w konpare rezilta sa yo ak konpozisyon nominal depa Cu50Zr20Ni30 ak Cu50Zr40Ni10 ki nan lis nan Tablo 1, ou ka wè ke konpozisyon de pwodui final sa yo gen valè ki sanble anpil ak konpozisyon nominal yo. Anplis de sa, valè konpozan relatif pou rejyon ki nan lis nan Fig. 3e,f pa vle di yon deteryorasyon oswa varyasyon siyifikatif nan konpozisyon chak echantiyon soti nan yon rejyon al nan yon lòt. Sa pwouve pa lefèt ke pa gen okenn chanjman nan konpozisyon soti nan yon rejyon al nan yon lòt. Sa montre pwodiksyon poud alyaj omojèn, jan yo montre nan Tablo 2.
Yo te jwenn mikwograf FE-SEM poud Cu50(Zr50−xNix) pwodwi final la apre 50 tan MA, jan yo montre nan Fig. 4a–d, kote x se 10, 20, 30 ak 40 at.%, respektivman. Apre etap broyaj sa a, poud lan rasanble akòz efè van der Waals la, sa ki lakòz fòmasyon gwo agregasyon ki gen patikil ultrafin ak dyamèt ki varye ant 73 ak 126 nm, jan yo montre nan Figi 4.
Karakteristik mòfolojik poud Cu50(Zr50−xNix) yo jwenn apre yon tan MA 50 èdtan. Pou sistèm Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 yo, imaj FE-SEM poud yo jwenn apre 50 tan MA yo montre nan (a), (b), (c) ak (d), respektivman.
Anvan yo te chaje poud yo nan yon aparèy pou flite frèt, yo te premye sonike nan etanòl klas analitik pandan 15 minit epi answit seche yo a 150°C pandan 2 èdtan. Etap sa a dwe pran pou konbat aglomerasyon ki souvan lakòz anpil pwoblèm enpòtan pandan tout pwosesis kouch la. Apre pwosesis MA a te fini, yo te fè plis karakterizasyon pou envestige omojènite poud alyaj yo. Figi 5a-d montre mikwograf FE-SEM yo ak imaj EDS korespondan yo nan eleman alyaj Cu, Zr ak Ni nan alyaj Cu50Zr30Ni20 la ki te jwenn apre 50 èdtan tan M, respektivman. Li ta dwe remake ke poud alyaj ki pwodui apre etap sa a omojèn paske yo pa montre okenn varyasyon konpozisyonèl pi lwen pase nivo sub-nanomèt la, jan yo montre nan Figi 5.
Mòfoloji ak distribisyon eleman lokal poud MG Cu50Zr30Ni20 ki te jwenn apre 50 MA tan pa FE-SEM/espektroskopi radyografi dispèsyon enèji (EDS).(a) Katografi SEM ak EDS radyografi nan imaj (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα ak (d) Ni-Kα.
Modèl XRD poud Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 ak Cu50Zr20Ni30 ki te fèt ak alyaj mekanik, yo te jwenn apre yon tan MA 50 èdtan, nan Fig. 6a-d respektivman. Apre etap broyaj sa a, tout echantiyon ki gen diferan konsantrasyon Zr te montre estrikti amorf ak modèl difizyon halo karakteristik, jan yo montre nan Fig. 6.
Modèl XRD poud (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ak (d) Cu50Zr20Ni30 apre yon tan MA 50 èdtan. Tout echantiyon yo san eksepsyon te montre yon modèl difizyon halo, ki vle di fòmasyon yon faz amorf.
Yo te itilize mikwoskòp elektwonik transmisyon wo rezolisyon pa emisyon chan mayetik (FE-HRTEM) pou obsève chanjman estriktirèl yo epi konprann estrikti lokal poud yo ki soti nan broyaj boul nan diferan moman MA. Imaj FE-HRTEM poud yo ki te jwenn apre etap bonè (6 èdtan) ak entèmedyè (18 èdtan) nan broyaj pou poud Cu50Zr30Ni20 ak Cu50Zr40Ni10 yo montre nan Fig. 7a,c, respektivman. Dapre imaj chan mayetik (BFI) poud ki te pwodui apre MA 6 èdtan, poud lan konpoze de gwo grenn ak limit byen defini nan eleman fcc-Cu, hcp-Zr ak fcc-Ni, epi pa gen okenn siy ki montre faz reyaksyon an te fòme, jan yo montre nan Fig. 7a. Anplis de sa, modèl difraksyon zòn korele chwazi a (SADP) ki te pran nan rejyon mitan (a) te revele yon modèl difraksyon kusp (Fig. 7b), ki endike prezans gwo kristalit ak absans yon faz reyaktif.
Karakterizasyon estriktirèl lokal poud MA a jwenn apre etap bonè (6 èdtan) ak entèmedyè (18 èdtan). (a) Mikwoskòp elektwonik transmisyon wo rezolisyon emisyon chan (FE-HRTEM), ak (b) modèl difraksyon zòn seleksyone korespondan (SADP) poud Cu50Zr30Ni20 apre tretman MA pandan 6 èdtan. Imaj FE-HRTEM Cu50Zr40Ni10 ki jwenn apre yon tan MA 18 èdtan yo montre nan (c).
Jan yo montre nan Fig. 7c, pwolonje dire MA a a 18 èdtan te lakòz domaj rezo grav konbine avèk defòmasyon plastik. Pandan etap entèmedyè sa a nan pwosesis MA a, poud lan montre divès domaj, tankou fay anpileman, domaj rezo, ak domaj pwen (Figi 7). Domaj sa yo lakòz gwo grenn yo divize sou limit grenn yo an sou-grenn ki gen gwosè mwens pase 20 nm (Fig. 7c).
Estrikti lokal poud Cu50Z30Ni20 ki moulen pandan 36 èdtan MA a montre fòmasyon nanogrenn ultrafin entegre nan yon matris amann amorf, jan yo montre nan Fig. 8a. Analiz EDS lokal la endike ke nanogwoupman sa yo ki montre nan Fig. 8a te asosye avèk eleman alyaj poud Cu, Zr ak Ni ki pa trete. An menm tan, kontni Cu nan matris la te varye soti nan ~32% (zòn mèg) rive nan ~74% (zòn rich), sa ki endike fòmasyon pwodwi etewojèn. Anplis de sa, SADP korespondan poud yo jwenn apre moulen nan etap sa a montre bag prensipal ak segondè ki difize halo nan faz amorf, ki sipèpoze ak pwent byen file ki asosye avèk eleman alyaj brit sa yo, jan yo montre nan Fig. 8b.
Pi lwen pase 36 h-Cu50Zr30Ni20 poud nan nanoechèl karakteristik estriktirèl lokal yo. (a) Imaj chan klè (BFI) ak (b) SADP korespondan nan poud Cu50Zr30Ni20 jwenn apre moulen pou 36 èdtan tan MA.
Prèske nan fen pwosesis MA a (50 h), poud Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 ak 40 at.% yo toujou gen yon mòfoloji faz amorf labirintik jan yo montre nan Fig. 9a–d. Nan SADP ki koresponn ak chak konpozisyon, yo pa t ka detekte ni difraksyon pwenti ni modèl anilè byen file. Sa endike ke pa gen okenn metal cristalline ki pa trete ki prezan, men pito yon poud alyaj amorf ki fòme. SADP korele sa yo ki montre modèl difizyon halo yo te itilize tou kòm prèv pou devlopman faz amorf nan materyèl pwodwi final la.
Estrikti lokal pwodui final sistèm MG Cu50 (Zr50−xNix) la. FE-HRTEM ak modèl difraksyon nanobeam korele (NBDP) (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ak (d) Cu50Zr10Ni40 yo jwenn apre 50 èdtan MA.
Yo te envestige estabilite tèmik tanperati tranzisyon vitrifye a (Tg), rejyon likid sou-refwadi a (ΔTx) ak tanperati kristalizasyon an (Tx) kòm yon fonksyon kontni Ni (x) nan sistèm amorf Cu50(Zr50−xNix) la lè l sèvi avèk Kalorimetri diferansyèl eskanè (DSC) pwopriyete anba koule gaz He. Tras DSC poud alyaj amorf Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 ak Cu50Zr10Ni40 yo jwenn apre yon tan MA 50 èdtan yo montre nan Fig. 10a, b, e, respektivman. Pandan ke koub DSC amorf Cu50Zr20Ni30 la montre separeman nan Fig. 10c. Pandansetan, echantiyon Cu50Zr30Ni20 ki chofe a ~700 °C nan DSC montre nan Fig. 10d.
Estabilite tèmik poud Cu50(Zr50−xNix) MG yo jwenn apre yon tan MA 50 èdtan, jan yo montre sa pa tanperati tranzisyon vitrifikasyon (Tg), tanperati kristalizasyon (Tx), ak rejyon likid sou-refwadi a (ΔTx). Tèmogram kalorimèt diferansyèl eskanè (DSC) pou (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 ak (e) poud alyaj Cu50Zr10Ni40 MG apre yon tan MA 50 èdtan. Modèl difraksyon reyon X (XRD) echantiyon Cu50Zr30Ni20 ki chofe a ~700 °C nan DSC montre nan (d).
Jan yo montre nan Figi 10, koub DSC tout konpozisyon ki gen diferan konsantrasyon Ni (x) endike de ka diferan, youn andotèmik ak lòt la ègzotèmik. Premye evènman andotèmik la koresponn ak Tg, alòske dezyèm lan gen rapò ak Tx. Rejyon orizontal ki egziste ant Tg ak Tx la rele rejyon likid sou-refwadi a (ΔTx = Tx – Tg). Rezilta yo montre ke Tg ak Tx echantiyon Cu50Zr40Ni10 la (Fig. 10a), ki mete a 526°C ak 612°C, deplase kontni an (x) a 20 at.% nan direksyon bò tanperati ki ba a 482°C ak 563°C ak ogmantasyon kontni Ni (x), respektivman, jan yo montre nan Figi 10b. Kidonk, ΔTx Cu50Zr40Ni10 la diminye soti nan 86 °C (Fig. 10a) a 81 °C pou Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Pou alyaj MG Cu50Zr40Ni10 la, yo te obsève tou ke valè Tg, Tx ak ΔTx yo te diminye rive nan nivo 447°C, 526°C ak 79°C (Fig. 10b). Sa endike ke ogmantasyon kontni Ni a mennen nan yon diminisyon nan estabilite tèmik alyaj MG a. Okontrè, valè Tg (507 °C) alyaj MG Cu50Zr20Ni30 la pi ba pase sa ki nan alyaj MG Cu50Zr40Ni10 la; kanmenm, Tx li a montre yon valè konparab ak premye a (612 °C). Se poutèt sa, ΔTx montre yon valè ki pi wo (87°C), jan yo montre nan Fig. 10c.
Sistèm MG Cu50(Zr50−xNix) la, si nou pran alyaj MG Cu50Zr20Ni30 la kòm egzanp, kristalize atravè yon pik ègzotèmik byen file nan faz kristal fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10 ak ortorombik-ZrNi (Fig. 10c). Tranzisyon faz amorf sa a rive nan faz kristalin te konfime pa XRD echantiyon MG a (Fig. 10d), ki te chofe a 700 °C nan DSC.
Figi 11 montre foto yo te pran pandan pwosesis flite frèt la ki te fèt nan travay aktyèl la. Nan etid sa a, patikil poud metal ki sanble ak vè yo sentetize apre yon tan MA 50 èdtan (pran Cu50Zr20Ni30 kòm egzanp) te itilize kòm matyè premyè anti-bakteri, epi plak asye pur (SUS304) la te kouvri ak teknoloji flite frèt. Metòd flite frèt la te chwazi pou kouch nan seri teknoloji flite tèmik la paske li se metòd ki pi efikas nan seri flite tèmik la epi li ka itilize pou materyèl metal metastab sansib a tanperati tankou poud amorf ak nanokristalin, ki pa sibi tranzisyon faz. Sa a se faktè prensipal nan chwa metòd sa a. Pwosesis flite frèt la fèt lè l sèvi avèk patikil ki gen gwo vitès ki konvèti enèji sinetik patikil yo an defòmasyon plastik, souch ak chalè lè yo frape ak substra a oswa patikil ki te depoze deja.
Foto teren yo montre pwosedi espre frèt ki te itilize pou senk preparasyon youn apre lòt nan kouch MG/SUS 304 a 550 °C.
Enèji sinetik patikil yo, e konsa momantòm chak patikil nan fòmasyon kouch la, dwe konvèti an lòt fòm enèji atravè mekanis tankou defòmasyon plastik (entèraksyon inisyal patikil ak patikil-patikil nan substrat la ak entèraksyon patikil), konsolidasyon vid, wotasyon patikil-patikil, defòmasyon epi finalman chalè 39. Anplis de sa, si se pa tout enèji sinetik k ap rantre a konvèti an chalè ak enèji defòmasyon, rezilta a se yon kolizyon elastik, ki vle di ke patikil yo tou senpleman rebondi apre enpak la. Yo te fè remake ke 90% nan enèji enpak ki aplike sou materyèl patikil/substra a konvèti an chalè lokal 40. Anplis de sa, lè yo aplike estrès enpak, yo reyalize gwo pousantaj defòmasyon plastik nan rejyon kontak patikil/substra a nan yon tan trè kout41,42.
Defòmasyon plastik jeneralman konsidere kòm yon pwosesis disipasyon enèji, oubyen plis espesyalman, yon sous chalè nan rejyon entèfasyal la. Sepandan, ogmantasyon tanperati nan rejyon entèfasyal la anjeneral pa ase pou pwodui fizyon entèfasyal oubyen pou ankouraje entèdifizyon atomik yon fason siyifikatif. Pa gen okenn piblikasyon otè yo konnen ki envestige efè pwopriyete poud metalik vitrifye sa yo sou adezyon ak depo poud ki rive lè yo itilize metòd espre frèt.
Yo ka wè BFI poud alyaj MG Cu50Zr20Ni30 la nan Fig. 12a, ki te kouvri sou yon substra SUS 304 (Fig. 11, 12b). Jan yo ka wè nan figi a, poud kouvri yo kenbe estrikti amorf orijinal yo paske yo gen yon estrikti labirent delika san okenn karakteristik cristalline oswa domaj rezo. Nan lòt men an, imaj la endike prezans yon faz etranje, jan nanopartikil ki enkòpore nan matris poud kouvri ak MG a sijere (Fig. 12a). Figi 12c montre modèl difraksyon nanobeam endekse (NBDP) ki asosye ak rejyon I (Figi 12a). Jan yo montre nan Fig. 12c, NBDP montre yon modèl difizyon halo fèb nan estrikti amorf epi li koegziste ak plak byen file ki koresponn ak faz kristalin kib Zr2Ni metastab plis tetragonal CuO. Fòmasyon CuO a ka atribiye a oksidasyon poud lan lè l ap vwayaje soti nan bouch zam espre a rive nan SUS 304 nan lè a anba... koule sipèsonik. Nan lòt men an, devitrifikasyon poud metalik vitrifye yo te reyalize fòmasyon gwo faz kib apre tretman espre frèt nan 550 °C pandan 30 min.
(a) Imaj FE-HRTEM MG kouvri ak poud sou (b) substra SUS 304 (anndan figi a). Endèks NBDP senbòl sikilè ki montre nan (a) a montre nan (c).
Pou verifye mekanis potansyèl sa a pou fòmasyon gwo nanopartikil kib Zr2Ni, yo te fè yon eksperyans endepandan. Nan eksperyans sa a, yo te flite poud yo ak yon zam espre a 550 °C nan direksyon substra SUS 304 la; sepandan, pou klarifye efè rekui poud yo, yo te retire yo nan bann SUS304 la pi vit posib (anviwon 60 segonn). Yo te fè yon lòt seri eksperyans kote yo te retire poud la nan substra a anviwon 180 segonn apre depo a.
Figi 13a,b yo montre imaj chan nwa (DFI) yo jwenn pa mikwoskòp elektwonik transmisyon optik (STEM) de materyèl flite depoze sou substrats SUS 304 pandan 60 s ak 180 s, respektivman. Imaj poud ki depoze pandan 60 segonn nan pa gen okenn detay mòfolojik, sa ki montre li pa gen okenn karakteristik (Fig. 13a). Sa te konfime tou pa XRD, ki te endike ke estrikti jeneral poud sa yo te amorf, jan sa endike pa maksimòm difraksyon primè ak segondè yo montre nan Figi 14a. Sa yo endike absans presipitasyon metastab/mezofaz, kote poud lan kenbe estrikti amorf orijinal li. Okontrè, poud ki te flite nan menm tanperati a (550 °C), men ki te rete sou substrats la pandan 180 s, te montre presipitasyon grenn nano-gwosè, jan flèch yo endike nan Fig. 13b.