Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing wis dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Kangge, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita bakal nampilake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Biofilm minangka komponen penting ing perkembangan infeksi kronis, utamane nalika nerangake piranti medis. Masalah iki dadi tantangan gedhe kanggo komunitas medis, amarga antibiotik standar mung bisa ngrusak biofilm kanthi jumlah sing winates banget. Pencegahan pembentukan biofilm wis nyebabake pangembangan macem-macem metode pelapisan lan bahan anyar. Teknik kasebut ngarahake kanggo nutupi permukaan kanthi cara sing nyegah pembentukan biofilm. Paduan logam vitreous, utamane sing ngemot logam tembaga lan titanium, wis dadi lapisan antimikroba sing ideal. Ing wektu sing padha, panggunaan teknologi semprotan adhem wis tambah amarga minangka metode sing cocog kanggo ngolah bahan sing sensitif suhu. Bagean saka tujuan riset iki yaiku ngembangake kaca logam film antibakteri anyar sing kasusun saka terner Cu-Zr-Ni nggunakake teknik paduan mekanik. Bubuk bunder sing mbentuk produk pungkasan digunakake minangka bahan mentah kanggo nyemprotake adhem permukaan baja tahan karat ing suhu sing sithik. Substrat sing dilapisi kaca logam bisa nyuda pembentukan biofilm kanthi signifikan paling ora 1 log dibandhingake karo baja tahan karat.
Sajrone sejarah manungsa, saben masyarakat wis bisa ngembangake lan ningkatake introduksi bahan anyar kanggo nyukupi kabutuhan tartamtu, sing nyebabake peningkatan produktivitas lan peringkat ing ekonomi global1. Iki mesthi digandhengake karo kemampuan manungsa kanggo ngrancang bahan lan peralatan manufaktur, uga desain kanggo nggawe lan menehi ciri bahan kanggo entuk kesehatan, pendidikan, industri, ekonomi, budaya lan bidang liyane saka siji negara utawa wilayah menyang negara liyane. Kemajuan diukur tanpa preduli saka negara utawa wilayah2. Sajrone 60 taun, para ilmuwan bahan wis nggunakake akeh wektu kanggo siji tugas utama: nggoleki bahan anyar lan canggih. Riset anyar wis fokus kanggo ningkatake kualitas lan kinerja bahan sing wis ana, uga nyintesis lan nemokake jinis bahan sing anyar.
Penambahan unsur paduan, modifikasi mikrostruktur materi, lan aplikasi metode perawatan termal, mekanik, utawa termomekanik wis nyebabake peningkatan sing signifikan ing sifat mekanik, kimia, lan fisik saka macem-macem materi. Kajaba iku, senyawa sing durung dingerteni wis kasil disintesis. Upaya sing terus-terusan iki wis ngasilake kulawarga anyar bahan inovatif sing dikenal minangka Advanced Materials2. Nanokristal, nanopartikel, nanotube, titik kuantum, nol-dimensi, kacamata logam amorf, lan paduan entropi dhuwur mung sawetara conto bahan canggih sing wis muncul ing jagad wiwit pertengahan abad pungkasan. Ing manufaktur lan pangembangan paduan anyar kanthi sifat sing luwih apik, ing produk pungkasan lan ing tahap menengah produksi, masalah ketidakseimbangan asring ditambahake. Minangka asil saka introduksi teknik manufaktur anyar sing ngidini penyimpangan sing signifikan saka keseimbangan, kelas anyar paduan metastabil, sing dikenal minangka kacamata logam, wis ditemokake.
Karyane ing Caltech ing taun 1960 ngrevolusi konsep paduan logam nalika dheweke nyintesis paduan kaca Au-25 at.% Si kanthi cepet ngentalake cairan meh sak yuta derajat per detik.4 Panemuan Profesor Paul Duves ora mung nandhani wiwitane sejarah kacamata logam (MS), nanging uga nyebabake owah-owahan paradigma babagan cara wong mikir babagan paduan logam. Wiwit riset perintis pisanan ing sintesis paduan MS, meh kabeh kacamata logam wis dipikolehi kanthi lengkap nggunakake salah sawijining metode ing ngisor iki: (i) pemadatan cepet saka leleh utawa uap, (ii) kelainan kisi atom, (iii) reaksi amorfisasi keadaan padat antarane unsur logam murni lan (iv) transisi fase padat saka fase metastabil.
MG dibedakake amarga ora ana tatanan atom jarak jauh sing ana gandhengane karo kristal, sing minangka ciri khas kristal. Ing jagad modern, kemajuan gedhe wis digawe ing bidang kaca logam. Iki minangka bahan anyar kanthi sifat menarik sing ora mung menarik kanggo fisika keadaan padat, nanging uga kanggo metalurgi, kimia permukaan, teknologi, biologi, lan akeh wilayah liyane. Jinis bahan anyar iki nduweni sifat sing beda karo logam keras, saengga dadi kandidat sing menarik kanggo aplikasi teknologi ing macem-macem bidang. Dheweke nduweni sawetara sifat penting: (i) daktilitas mekanik lan kekuatan luluh sing dhuwur, (ii) permeabilitas magnetik sing dhuwur, (iii) koersivitas sing kurang, (iv) tahan korosi sing ora biasa, (v) kamardikan suhu. Konduktivitas 6.7.
Paduan mekanik (MA)1,8 minangka metode sing relatif anyar, pisanan dikenalake ing taun 19839 dening Prof. KK Kok lan kanca-kancane. Dheweke ngasilake bubuk Ni60Nb40 amorf kanthi nggiling campuran unsur murni ing suhu sekitar sing cedhak banget karo suhu kamar. Biasane, reaksi MA ditindakake antarane ikatan difusi bubuk reaktan ing reaktor, biasane digawe saka baja tahan karat, menyang ball mill. 10 (Gambar 1a, b). Wiwit kuwi, metode reaksi solid state sing diinduksi sacara mekanik iki wis digunakake kanggo nyiyapake bubuk paduan kaca amorf/logam anyar nggunakake ball mill lan rod mill energi rendah (Gambar 1c) lan energi dhuwur 11,12,13,14,15,16. Utamane, metode iki wis digunakake kanggo nyiyapake sistem sing ora bisa larut kayata Cu-Ta17 uga paduan titik leleh dhuwur kayata logam transisi Al (TM, Zr, Hf, Nb lan Ta)18,19 lan sistem Fe-W20. , sing ora bisa dipikolehi nggunakake cara masak konvensional. Kajaba iku, MA dianggep minangka salah sawijining piranti nanoteknologi sing paling kuat kanggo produksi skala industri partikel bubuk nanokristalin lan nanokomposit saka oksida logam, karbida, nitrida, hidrida, tabung nano karbon, nanoberlian, uga stabilisasi sing amba nggunakake pendekatan top-down. 1 lan tahapan metastabil.
Skema sing nuduhake metode fabrikasi sing digunakake kanggo nyiyapake lapisan kaca logam Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 ing panliten iki. (a) Persiapan bubuk paduan MC kanthi macem-macem konsentrasi Ni x (x; 10, 20, 30, lan 40 at.%) nggunakake metode panggilingan bal energi rendah. (a) Bahan wiwitan dimuat menyang silinder alat bebarengan karo bal baja alat lan (b) disegel ing kothak sarung tangan sing diisi atmosfer He. (c) Model transparan saka wadhah panggilingan sing nggambarake gerakan bal sajrone panggilingan. Produk bubuk pungkasan sing dipikolehi sawise 50 jam digunakake kanggo semprotan adhem nutupi substrat SUS 304 (d).
Nalika nerangake permukaan bahan curah (substrat), rekayasa permukaan nglibatake desain lan modifikasi permukaan (substrat) kanggo nyedhiyakake sifat fisik, kimia, lan teknis tartamtu sing ora ana ing bahan curah asli. Sawetara sifat sing bisa ditingkatake kanthi efektif liwat perawatan permukaan kalebu abrasi, tahan oksidasi lan korosi, koefisien gesekan, bioinertness, sifat listrik lan insulasi termal, mung kanggo nyebutake sawetara. Kualitas permukaan bisa ditingkatake kanthi metode metalurgi, mekanik utawa kimia. Minangka proses sing misuwur, pelapisan mung ditegesake minangka siji utawa luwih lapisan bahan sing ditrapake kanthi artifisial ing permukaan obyek curah (substrat) sing digawe saka bahan liyane. Dadi, pelapisan digunakake sebagian kanggo entuk sifat teknis utawa dekoratif sing dikarepake, uga kanggo nglindhungi bahan saka interaksi kimia lan fisik sing diarepake karo lingkungan23.
Maneka warna cara lan teknik bisa digunakake kanggo ngetrapake lapisan protèktif sing cocog saka sawetara mikrometer (ing ngisor 10-20 mikrometer) nganti luwih saka 30 mikrometer utawa malah sawetara milimeter kekandelane. Umumé, proses pelapisan bisa dipérang dadi rong kategori: (i) cara pelapisan teles, kalebu elektroplating, elektroplating, lan galvanis celup panas, lan (ii) cara pelapisan garing, kalebu penyolderan, hardfacing, deposisi uap fisik (PVD). ), deposisi uap kimia (CVD), teknik semprot termal, lan sing luwih anyar teknik semprot adhem 24 (Gambar 1d).
Biofilm ditegesake minangka komunitas mikroba sing nempel ing permukaan kanthi permanen lan diubengi dening polimer ekstraseluler (EPS) sing diasilake dhewe. Pembentukan biofilm sing diwasa kanthi superfisial bisa nyebabake kerugian sing signifikan ing pirang-pirang industri, kalebu pangolahan panganan, sistem banyu, lan perawatan kesehatan. Ing manungsa, kanthi pembentukan biofilm, luwih saka 80% kasus infeksi mikroba (kalebu Enterobacteriaceae lan Staphylococci) angel diobati. Kajaba iku, biofilm diwasa wis dilapurake 1000 kali luwih tahan marang perawatan antibiotik dibandhingake karo sel bakteri planktonik, sing dianggep minangka tantangan terapeutik utama. Sacara historis, bahan lapisan permukaan antimikroba sing asale saka senyawa organik umum wis digunakake. Sanajan bahan kasebut asring ngemot komponen beracun sing bisa mbebayani kanggo manungsa,25,26 iki bisa mbantu nyegah transmisi bakteri lan degradasi materi.
Resistensi bakteri sing nyebar kanggo perawatan antibiotik amarga pembentukan biofilm wis nyebabake kebutuhan kanggo ngembangake permukaan sing dilapisi membran antimikroba sing efektif sing bisa ditrapake kanthi aman27. Pengembangan permukaan anti-adhesif fisik utawa kimia sing ora bisa diiket dening sel bakteri lan mbentuk biofilm amarga adhesi minangka pendekatan pertama ing proses iki27. Teknologi kapindho yaiku ngembangake lapisan sing ngirim bahan kimia antimikroba persis ing ngendi dibutuhake, kanthi jumlah sing terkonsentrasi lan disesuaikan. Iki ditindakake liwat pangembangan bahan lapisan unik kayata graphene/germanium28, black diamond29 lan lapisan karbon kaya berlian sing didoping ZnO30 sing tahan marang bakteri, teknologi sing ngoptimalake pangembangan keracunan lan resistensi amarga pembentukan biofilm. Kajaba iku, lapisan sing ngemot bahan kimia germisida sing nyedhiyakake perlindungan jangka panjang nglawan kontaminasi bakteri saya tambah populer. Nalika kabeh telung prosedur kasebut bisa ngetrapake aktivitas antimikroba ing permukaan sing dilapisi, saben duwe watesan dhewe sing kudu ditimbang nalika ngembangake strategi aplikasi.
Produk-produk sing saiki ana ing pasar kendala amarga kurang wektu kanggo nganalisis lan nguji lapisan pelindung kanggo bahan-bahan aktif biologis. Perusahaan ngaku yen produk-produke bakal nyedhiyakake pangguna kanthi aspek fungsional sing dikarepake, nanging iki dadi alangan kanggo sukses produk sing saiki ana ing pasar. Senyawa sing asale saka perak digunakake ing sebagian besar antimikroba sing saiki kasedhiya kanggo konsumen. Produk kasebut dirancang kanggo nglindhungi pangguna saka paparan mikroorganisme sing mbebayani. Efek antimikroba sing telat lan keracunan senyawa perak sing ana gandhengane nambah tekanan marang para peneliti kanggo ngembangake alternatif sing kurang mbebayani36,37. Nggawe lapisan antimikroba global sing bisa digunakake ing njero lan njaba tetep dadi tantangan. Iki diiringi risiko kesehatan lan keamanan sing ana gandhengane. Nemokake agen antimikroba sing kurang mbebayani kanggo manungsa lan ngerteni carane nggabungake menyang substrat lapisan kanthi umur simpan sing luwih dawa minangka tujuan sing akeh digoleki38. Bahan antimikroba lan antibiofilm paling anyar dirancang kanggo mateni bakteri ing jarak cedhak kanthi kontak langsung utawa sawise ngeculake agen aktif. Iki bisa ditindakake kanthi nyegah adhesi bakteri awal (kalebu nyegah pembentukan lapisan protein ing permukaan) utawa kanthi mateni bakteri kanthi ngganggu dinding sel.
Intine, pelapisan permukaan yaiku proses ngetrapake lapisan liyane ing permukaan komponen kanggo ningkatake karakteristik permukaan. Tujuan saka pelapisan permukaan yaiku kanggo ngganti mikrostruktur lan/utawa komposisi wilayah cedhak permukaan komponen39. Metode pelapisan permukaan bisa dipérang dadi macem-macem metode, sing dirangkum ing Gambar 2a. Pelapisan bisa dipérang dadi kategori termal, kimia, fisik lan elektrokimia gumantung saka metode sing digunakake kanggo nggawe lapisan kasebut.
(a) Sisipan sing nuduhake teknik fabrikasi permukaan utama, lan (b) kaluwihan lan kekurangan sing dipilih saka metode semprotan adhem.
Teknologi semprotan adhem nduweni akeh persamaan karo teknik semprotan termal tradisional. Nanging, ana uga sawetara sifat dhasar utama sing ndadekake proses semprotan adhem lan bahan semprotan adhem unik banget. Teknologi semprotan adhem isih ana ing tahap awal, nanging nduweni masa depan sing apik. Ing sawetara kasus, sifat unik saka semprotan adhem menehi keuntungan sing gedhe, ngatasi watesan teknik semprotan termal konvensional. Iki ngatasi watesan sing signifikan saka teknologi semprotan termal tradisional, ing ngendi bubuk kudu dilelehke supaya bisa disimpen ing substrat. Temtu, proses pelapisan tradisional iki ora cocok kanggo bahan sing sensitif banget marang suhu kayata nanokristal, nanopartikel, kaca amorf lan logam40, 41, 42. Kajaba iku, bahan pelapisan semprotan termal mesthi duwe tingkat porositas lan oksida sing dhuwur. Teknologi semprotan adhem nduweni akeh kaluwihan sing signifikan tinimbang teknologi semprotan termal, kayata (i) input panas minimal menyang substrat, (ii) fleksibilitas ing milih lapisan substrat, (iii) ora ana transformasi fase lan pertumbuhan butiran, (iv) kekuatan adesif sing dhuwur1.39 (Gambar 2b). Kajaba iku, bahan lapisan semprotan adhem nduweni ketahanan korosi sing dhuwur, kekuatan lan kekerasan sing dhuwur, konduktivitas listrik sing dhuwur lan kapadhetan sing dhuwur41. Senadyan kaluwihan saka proses semprotan adhem, metode iki isih nduweni sawetara kekurangan, kaya sing dituduhake ing Gambar 2b. Nalika lapisan bubuk keramik murni kayata Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, lan liya-liyane, metode semprotan adhem ora bisa digunakake. Ing sisih liya, bubuk komposit keramik/logam bisa digunakake minangka bahan mentah kanggo lapisan. Semono uga kanggo metode penyemprotan termal liyane. Permukaan sing angel lan interior pipa isih angel disemprot.
Ngelingi yen karya iki ditujokake kanggo panggunaan bubuk vitreous logam minangka bahan awal kanggo lapisan, jelas yen penyemprotan termal konvensional ora bisa digunakake kanggo tujuan iki. Iki amarga kasunyatan manawa bubuk vitreous logam ngristal ing suhu dhuwur1.
Sebagéan gedhé instrumen sing digunakaké ing industri medis lan panganan digawe saka paduan baja tahan karat austenitik (SUS316 lan SUS304) kanthi kandungan kromium 12 nganti 20 wt.% kanggo produksi instrumen bedhah. Umumé ditampa manawa panggunaan logam kromium minangka unsur paduan ing paduan baja bisa ningkatake ketahanan korosi paduan baja standar kanthi signifikan. Paduan baja tahan karat, sanajan tahan korosi sing dhuwur, ora duwe sifat antimikroba sing signifikan38,39. Iki kontras karo ketahanan korosi sing dhuwur. Sawisé iku, bisa diprediksi perkembangan infeksi lan inflamasi, sing utamane amarga adhesi lan kolonisasi bakteri ing permukaan biomaterial baja tahan karat. Kesulitan sing signifikan bisa muncul amarga kesulitan sing signifikan sing ana gandhengane karo adhesi bakteri lan jalur pembentukan biofilm, sing bisa nyebabake kesehatan sing kurang apik, sing bisa duwe akeh akibat sing bisa langsung utawa ora langsung mengaruhi kesehatan manungsa.
Panliten iki minangka fase pertama saka proyek sing didanai dening Yayasan Kuwait kanggo Kemajuan Ilmu Pengetahuan (KFAS), kontrak no. 2010-550401, kanggo nyelidiki kelayakan ngasilake bubuk terner Cu-Zr-Ni logam sing kaya kaca nggunakake teknologi MA (tabel). 1) Kanggo produksi film/lapisan perlindungan permukaan antibakteri SUS304. Fase kapindho saka proyek kasebut, sing bakal diwiwiti ing Januari 2023, bakal nyinaoni kanthi rinci karakteristik korosi galvanik lan sifat mekanik sistem kasebut. Tes mikrobiologis rinci kanggo macem-macem jinis bakteri bakal ditindakake.
Artikel iki ngrembug babagan efek kandungan paduan Zr marang kemampuan mbentuk kaca (GFA) adhedhasar karakteristik morfologis lan struktural. Kajaba iku, sifat antibakteri saka komposit kaca logam/SUS304 sing dilapisi bubuk uga dirembug. Kajaba iku, karya sing terus ditindakake wis ditindakake kanggo nyelidiki kemungkinan transformasi struktural bubuk kaca logam sing kedadeyan sajrone nyemprot adhem ing wilayah cairan superdingin saka sistem kaca logam sing digawe. Paduan kaca logam Cu50Zr30Ni20 lan Cu50Zr20Ni30 digunakake minangka conto representatif ing panliten iki.
Bagean iki nampilake owah-owahan morfologis ing bubuk unsur Cu, Zr lan Ni sajrone panggilingan bal energi rendah. Rong sistem sing beda sing kasusun saka Cu50Zr20Ni30 lan Cu50Zr40Ni10 bakal digunakake minangka conto ilustrasi. Proses MA bisa dipérang dadi telung tahapan sing kapisah, kaya sing dibuktekake dening karakterisasi metalografi bubuk sing dipikolehi ing tahap panggilingan (Gambar 3).
Karakteristik metalografi bubuk saka paduan mekanik (MA) sing dipikolehi sawise macem-macem tahapan panggilingan bal. Gambar mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FE-SEM) saka bubuk MA lan Cu50Zr40Ni10 sing dipikolehi sawise panggilingan bal energi rendah sajrone 3, 12 lan 50 jam dituduhake ing (a), (c) lan (e) kanggo sistem Cu50Zr20Ni30, nalika ana ing MA sing padha. Gambar sing cocog saka sistem Cu50Zr40Ni10 sing dijupuk sawise wektu dituduhake ing (b), (d), lan (f).
Sajrone panggilingan bal, energi kinetik efektif sing bisa ditransfer menyang bubuk logam dipengaruhi dening kombinasi parameter, kaya sing dituduhake ing Gambar 1a. Iki kalebu tabrakan antarane bal lan bubuk, kompresi geser bubuk sing macet ing antarane utawa ing antarane media panggilingan, dampak saka bal sing tiba, geser lan keausan sing disebabake dening seret bubuk ing antarane awak sing obah saka pabrik bal, lan gelombang kejut sing ngliwati bal sing tiba sing nyebar liwat kultur sing dimuat (Gambar 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). Bubuk unsur Cu, Zr, lan Ni cacat banget amarga pengelasan adhem ing tahap awal MA (3 jam), sing nyebabake pembentukan partikel bubuk gedhe (diameter > 1 mm).Partikel komposit gedhe iki ditondoi kanthi pembentukan lapisan kandel unsur paduan (Cu, Zr, Ni), kaya sing dituduhake ing gambar 3a, b. Peningkatan wektu MA dadi 12 jam (tahap menengah) nyebabake peningkatan energi kinetik ball mill, sing nyebabake dekomposisi bubuk komposit dadi bubuk sing luwih cilik (kurang saka 200 μm), kaya sing dituduhake ing Gambar 3c, kutha. Ing tahap iki, gaya geser sing ditrapake nyebabake pembentukan permukaan logam anyar kanthi lapisan hint Cu, Zr, Ni sing tipis, kaya sing dituduhake ing Gambar 3c, d. Minangka asil saka penggilingan lapisan ing antarmuka serpihan, reaksi fase padat kedadeyan kanthi pembentukan fase anyar.
Ing klimaks proses MA (sawise 50 jam), metalografi serpihan meh ora katon (Gambar 3e, f), lan metalografi pangilon diamati ing permukaan bubuk sing wis dipoles. Iki tegese proses MA wis rampung lan fase reaksi tunggal digawe. Komposisi unsur wilayah sing dituduhake ing Gambar 3e (I, II, III), f, v, vi) ditemtokake nggunakake mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FE-SEM) sing digabungake karo spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS). (IV).
Ing tabel. 2 konsentrasi unsur paduan dituduhake minangka persentase saka total massa saben wilayah sing dipilih ing gambar 3e, f. Mbandhingake asil kasebut karo komposisi nominal awal Cu50Zr20Ni30 lan Cu50Zr40Ni10 sing diwenehake ing Tabel 1 nuduhake yen komposisi saka rong produk pungkasan iki cedhak banget karo komposisi nominal. Kajaba iku, nilai relatif komponen kanggo wilayah sing kadhaptar ing Gambar 3e, f ora nuduhake kerusakan utawa variasi sing signifikan ing komposisi saben sampel saka siji wilayah menyang wilayah liyane. Iki dibuktekake kanthi kasunyatan manawa ora ana owah-owahan komposisi saka siji wilayah menyang wilayah liyane. Iki nuduhake produksi bubuk paduan seragam kaya sing dituduhake ing Tabel 2.
Mikrograf FE-SEM saka bubuk produk pungkasan Cu50(Zr50-xNix) dipikolehi sawise 50 kali MA, kaya sing dituduhake ing Gambar 4a-d, ing ngendi x yaiku 10, 20, 30 lan 40 at.%, masing-masing. Sawise langkah panggilingan iki, bubuk agregat amarga efek van der Waals, sing nyebabake pembentukan agregat gedhe sing kasusun saka partikel ultrafine kanthi diameter 73 nganti 126 nm, kaya sing dituduhake ing Gambar 4.
Karakteristik morfologis bubuk Cu50(Zr50-xNix) sing dipikolehi sawise 50 jam MA. Kanggo sistem Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, gambar FE-SEM saka bubuk sing dipikolehi sawise 50 MA dituduhake ing (a), (b), (c), lan (d).
Sadurunge nglebokake bubuk menyang pengumpan semprotan adhem, bubuk-bubuk kasebut disonikasi dhisik ing etanol kelas analitis sajrone 15 menit banjur dikeringake ing suhu 150°C sajrone 2 jam. Langkah iki kudu ditindakake kanggo nglawan aglomerasi kanthi sukses, sing asring nyebabake akeh masalah serius ing proses pelapisan. Sawise rampung proses MA, panliten luwih lanjut ditindakake kanggo nyelidiki homogenitas bubuk paduan. Ing gambar 5a-d, tunjukake mikrograf FE-SEM lan gambar EDS sing cocog saka unsur paduan Cu, Zr lan Ni saka paduan Cu50Zr30Ni20 sing dijupuk sawise 50 jam wektu M, masing-masing. Perlu dicathet yen bubuk paduan sing dipikolehi sawise langkah iki homogen, amarga ora nuduhake fluktuasi komposisi sing ngluwihi tingkat sub-nanometer, kaya sing dituduhake ing Gambar 5.
Morfologi lan distribusi lokal unsur ing bubuk MG Cu50Zr30Ni20 sing dipikolehi sawise 50 MA kanthi Spektroskopi Sinar-X Dispersif FE-SEM/Energy (EDS). (a) Pencitraan SEM lan EDS sinar-X saka (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, lan (d) Ni-Kα.
Pola difraksi sinar-X saka bubuk Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, lan Cu50Zr20Ni30 sing dipadukake sacara mekanik sing dipikolehi sawise MA 50 jam dituduhake ing Gambar 6a–d. Sawise tahap penggilingan iki, kabeh sampel kanthi konsentrasi Zr sing beda-beda duwe struktur amorf kanthi pola difusi halo sing khas dituduhake ing Gambar 6.
Pola difraksi sinar-X saka bubuk Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), lan Cu50Zr20Ni30 (d) sawise MA sajrone 50 jam. Pola difusi halo diamati ing kabeh sampel tanpa pangecualian, nuduhake pembentukan fase amorf.
Mikroskopi elektron transmisi emisi medan resolusi dhuwur (FE-HRTEM) digunakake kanggo mirsani owah-owahan struktural lan mangerteni struktur lokal bubuk sing diasilake saka panggilingan bal ing wektu MA sing beda-beda. Gambar bubuk sing dipikolehi kanthi metode FE-HRTEM sawise tahap awal (6 jam) lan menengah (18 jam) saka nggiling bubuk Cu50Zr30Ni20 lan Cu50Zr40Ni10 dituduhake ing Gambar 7a. Miturut gambar medan padhang (BFI) saka bubuk sing dipikolehi sawise 6 jam MA, bubuk kasebut kasusun saka butiran gedhe kanthi wates sing jelas saka unsur fcc-Cu, hcp-Zr, lan fcc-Ni, lan ora ana pratandha pembentukan fase reaksi, kaya sing dituduhake ing Gambar 7a. Kajaba iku, pola difraksi area sing dipilih (SADP) sing dijupuk saka wilayah tengah (a) nuduhake pola difraksi sing tajem (Gambar 7b) sing nuduhake anané kristalit gedhe lan ora ana fase reaktif.
Karakteristik struktural lokal bubuk MA sing dipikolehi sawise tahap awal (6 jam) lan menengah (18 jam). (a) Mikroskopi elektron transmisi emisi medan resolusi dhuwur (FE-HRTEM) lan (b) difraktogram area sing dipilih (SADP) sing cocog saka bubuk Cu50Zr30Ni20 sawise perawatan MA sajrone 6 jam. Gambar FE-HRTEM saka Cu50Zr40Ni10 sing dipikolehi sawise MA 18 jam dituduhake ing (c).
Kaya sing dituduhake ing gambar 7c, paningkatan durasi MA nganti 18 jam nyebabake cacat kisi sing serius bebarengan karo deformasi plastik. Ing tahap menengah saka proses MA iki, macem-macem cacat katon ing bubuk, kalebu kesalahan susun, cacat kisi, lan cacat titik (Gambar 7). Cacat kasebut nyebabake fragmentasi butiran gedhe ing sadawane wates butiran dadi subbutir sing luwih cilik tinimbang 20 nm (Gambar 7c).
Struktur lokal bubuk Cu50Z30Ni20 sing digiling sajrone 36 jam MA ditondoi kanthi pembentukan nanograin ultrahalus sing dipasang ing matriks tipis amorf, kaya sing dituduhake ing Gambar 8a. Analisis lokal EMF nuduhake yen nanokluster sing dituduhake ing Gambar 8a ana gandhengane karo paduan bubuk Cu, Zr, lan Ni sing ora diobati. Kandungan Cu ing matriks beda-beda saka ~32 at.% (zona miskin) nganti ~74 at.% (zona sugih), sing nuduhake pembentukan produk heterogen. Kajaba iku, SADP sing cocog saka bubuk sing dipikolehi sawise digiling ing langkah iki nuduhake cincin fase amorf halo-difusi primer lan sekunder sing tumpang tindih karo titik-titik tajem sing ana gandhengane karo unsur paduan sing ora diobati iki, kaya sing dituduhake ing Gambar 8b.
Fitur struktural lokal skala nano saka bubuk Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20. (a) Gambar medan padhang (BFI) lan (b) SADP bubuk Cu50Zr30Ni20 sing cocog sing dipikolehi sawise digiling sajrone 36 jam MA.
Menjelang pungkasan proses MA (50 jam), bubuk Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, lan 40 at.%, tanpa pangecualian, duwe morfologi labirin saka fase amorf, kaya sing dituduhake ing Gambar. . Difraksi titik utawa pola annular sing tajem ora bisa dideteksi ing SADS sing cocog ing saben komposisi. Iki nuduhake ora ana logam kristal sing ora diolah, nanging luwih nuduhake pembentukan bubuk paduan amorf. SADP sing berkorelasi iki sing nuduhake pola difusi halo uga digunakake minangka bukti kanggo pangembangan fase amorf ing bahan produk pungkasan.
Struktur lokal produk pungkasan sistem Cu50 MS (Zr50-xNix). FE-HRTEM lan pola difraksi nanobeam sing berkorelasi (NBDP) saka (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, lan (d) Cu50Zr10Ni40 sing dipikolehi sawise 50 jam MA.
Nggunakake kalorimetri pemindaian diferensial, stabilitas termal suhu transisi kaca (Tg), wilayah cairan superdingin (ΔTx) lan suhu kristalisasi (Tx) disinaoni gumantung saka isi Ni (x) ing sistem amorf Cu50(Zr50-xNix). Sifat (DSC) ing aliran gas He. Kurva DSC bubuk paduan amorf Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, lan Cu50Zr10Ni40 sing dipikolehi sawise MA sajrone 50 jam dituduhake ing Gambar 10a, b, e. Dene kurva DSC saka Cu50Zr20Ni30 amorf dituduhake kanthi kapisah ing Gambar abad kaping 10. Sauntara kuwi, sampel Cu50Zr30Ni20 sing dipanasake nganti ~700°C ing DSC dituduhake ing Gambar 10g.
Stabilitas termal bubuk Cu50(Zr50-xNix) MG sing dipikolehi sawise MA sajrone 50 jam ditemtokake dening suhu transisi kaca (Tg), suhu kristalisasi (Tx) lan wilayah cairan superdingin (ΔTx). Termogram bubuk kalorimeter pemindaian diferensial (DSC) saka Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), lan (e) bubuk paduan Cu50Zr10Ni40 MG sawise MA sajrone 50 jam. Pola difraksi sinar-X (XRD) saka sampel Cu50Zr30Ni20 sing dipanasake nganti ~700°C ing DSC dituduhake ing (d).
Kaya sing dituduhake ing Gambar 10, kurva DSC kanggo kabeh komposisi kanthi konsentrasi nikel sing beda (x) nuduhake rong kasus sing beda, siji endotermik lan liyane eksotermik. Kedadeyan endotermik sing pertama cocog karo Tg, lan sing nomer loro digandhengake karo Tx. Area bentangan horisontal sing ana ing antarane Tg lan Tx diarani area cairan subcooled (ΔTx = Tx – Tg). Asil kasebut nuduhake yen Tg lan Tx saka sampel Cu50Zr40Ni10 (Gambar 10a) sing diselehake ing suhu 526°C lan 612°C nggeser isi (x) nganti 20 ing % menyang sisih suhu endhek 482°C lan 563°C. °C kanthi nambah isi Ni (x), kaya sing dituduhake ing Gambar 10b. Akibate, ΔTx Cu50Zr40Ni10 mudhun saka 86°C (Gambar 10a) dadi 81°C kanggo Cu50Zr30Ni20 (Gambar 10b). Kanggo paduan MC Cu50Zr40Ni10, penurunan nilai Tg, Tx, lan ΔTx nganti tingkat 447°C, 526°C, lan 79°C uga diamati (Gambar 10b). Iki nuduhake yen kenaikan kandungan Ni nyebabake penurunan stabilitas termal paduan MS. Kosok baline, nilai Tg (507 °C) saka paduan MC Cu50Zr20Ni30 luwih murah tinimbang paduan MC Cu50Zr40Ni10; nanging, Tx nuduhake nilai sing bisa dibandhingake karo (612 °C). Mulane, ΔTx duwe nilai sing luwih dhuwur (87°C) kaya sing dituduhake ing gambar abad kaping 10.
Sistem MC Cu50(Zr50-xNix), nggunakake paduan MC Cu50Zr20Ni30 minangka conto, ngristal liwat puncak eksotermik sing tajem dadi fase kristal fcc-ZrCu5, ortorombik-Zr7Cu10, lan ortorombik-ZrNi (Gambar 10c). Transisi fase saka amorf menyang kristal iki dikonfirmasi dening analisis difraksi sinar-X saka sampel MG (Gambar 10d) sing dipanasake nganti 700 °C ing DSC.
Ing gambar 11 nuduhake foto-foto sing dijupuk sajrone proses semprotan adhem sing ditindakake ing karya saiki. Ing panliten iki, partikel bubuk logam sing kaya kaca sing disintesis sawise MA sajrone 50 jam (nggunakake Cu50Zr20Ni30 minangka conto) digunakake minangka bahan mentah antibakteri, lan pelat baja tahan karat (SUS304) dilapisi semprotan adhem. Metode semprotan adhem dipilih kanggo lapisan ing seri teknologi semprotan termal amarga iki minangka metode sing paling efisien ing seri teknologi semprotan termal ing ngendi bisa digunakake kanggo bahan sensitif panas metastabil logam kayata bubuk amorf lan nanokristalin. Ora kena transisi fase. Iki minangka faktor utama ing milih metode iki. Proses deposisi adhem ditindakake nggunakake partikel kecepatan dhuwur sing ngowahi energi kinetik partikel dadi deformasi plastik, deformasi lan panas nalika kena pengaruh substrat utawa partikel sing wis diendapkan sadurunge.
Foto lapangan nuduhake prosedur semprotan adhem sing digunakake kanggo limang preparasi MG/SUS 304 kanthi berturut-turut ing suhu 550°C.
Energi kinetik partikel, uga momentum saben partikel sajrone pembentukan lapisan, kudu diowahi dadi bentuk energi liyane liwat mekanisme kayata deformasi plastik (partikel primer lan interaksi antarpartikel ing matriks lan interaksi partikel), simpul interstisial padatan, rotasi antarane partikel, deformasi lan pemanasan sing mbatesi 39. Kajaba iku, yen ora kabeh energi kinetik sing mlebu diowahi dadi energi termal lan energi deformasi, asil kasebut bakal dadi tabrakan elastis, sing tegese partikel mung mantul sawise tabrakan. Wis dicathet yen 90% energi tabrakan sing ditrapake ing materi partikel/substrat diowahi dadi panas lokal 40. Kajaba iku, nalika stres tabrakan ditrapake, tingkat regangan plastik sing dhuwur bisa digayuh ing wilayah kontak partikel/substrat sajrone wektu sing cendhak banget 41,42.
Deformasi plastik biasane dianggep minangka proses disipasi energi, utawa luwih tepaté, minangka sumber panas ing wilayah antarmuka. Nanging, kenaikan suhu ing wilayah antarmuka biasane ora cukup kanggo kedadeyan leleh antarmuka utawa stimulasi sing signifikan saka difusi atom bebarengan. Ora ana publikasi sing dingerteni dening para penulis sing nyelidiki efek saka sifat bubuk vitreous logam iki ing adhesi bubuk lan pengendapan sing kedadeyan nalika nggunakake teknik semprotan adhem.
BFI saka bubuk paduan MG Cu50Zr20Ni30 bisa dideleng ing Gambar 12a, sing diendapke ing substrat SUS 304 (Gambar 11, 12b). Kaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, bubuk sing dilapisi njaga struktur amorf asline amarga duwe struktur labirin sing alus tanpa fitur kristal utawa cacat kisi. Ing sisih liya, gambar kasebut nuduhake anane fase asing, kaya sing dibuktekake dening nanopartikel sing kalebu ing matriks bubuk sing dilapisi MG (Gambar 12a). Gambar 12c nuduhake pola difraksi nanobeam sing diindeks (NBDP) sing ana gandhengane karo wilayah I (Gambar 12a). Kaya sing dituduhake ing gambar 12c, NBDP nuduhake pola difusi halo sing ringkih saka struktur amorf lan ana bebarengan karo titik-titik tajem sing cocog karo fase Zr2Ni metastabil kubik gedhe kristal ditambah fase CuO tetragonal. Pembentukan CuO bisa diterangake kanthi oksidasi bubuk nalika pindhah saka nozzle pistol semprot menyang SUS 304 ing udhara terbuka kanthi aliran supersonik. Ing sisih liya, devitrifikasi bubuk logam kaya kaca nyebabake pembentukan fase kubik gedhe sawise perawatan semprotan adhem ing suhu 550°C sajrone 30 menit.
(a) Gambar FE-HRTEM saka bubuk MG sing diendapké ing (b) substrat SUS 304 (Gambar inset). Indeks NBDP saka simbol bunder sing dituduhaké ing (a) dituduhaké ing (c).
Kanggo nguji mekanisme potensial iki kanggo mbentuk nanopartikel Zr2Ni kubik gedhe, eksperimen independen ditindakake. Ing eksperimen iki, bubuk disemprot saka atomizer ing suhu 550°C ing arah substrat SUS 304; Nanging, kanggo nemtokake efek annealing, bubuk kasebut dicopot saka strip SUS304 kanthi cepet (udakara 60 detik). Seri eksperimen liyane ditindakake ing ngendi bubuk kasebut dicopot saka substrat kira-kira 180 detik sawise aplikasi.
Gambar 13a,b nuduhake gambar medan peteng (DFI) saka Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) saka rong bahan sing disemprotake sing diendapkan ing substrat SUS 304 sajrone 60 detik lan 180 detik. Gambar bubuk sing diendapkan sajrone 60 detik ora nduweni rincian morfologis, sing nuduhake ora ana fitur (Gambar 13a). Iki uga dikonfirmasi dening XRD, sing nuduhake yen struktur sakabèhé bubuk iki amorf, kaya sing dituduhake dening puncak difraksi primer lan sekunder sing amba sing dituduhake ing Gambar 14a. Iki nuduhake ora ana endapan metastabil/mesofase, ing ngendi bubuk kasebut njaga struktur amorf asline. Kosok baline, bubuk sing diendapkan ing suhu sing padha (550°C) nanging ditinggalake ing substrat sajrone 180 detik nuduhake endapan butiran nano, kaya sing dituduhake dening panah ing Gambar 13b.