Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta para sa CSS. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipapakita namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Ang mga biofilm ay isang mahalagang bahagi sa pag-unlad ng mga malalang impeksiyon, lalo na kapag may kinalaman sa mga medikal na kagamitan. Ang problemang ito ay nagpapakita ng isang malaking hamon sa medikal na komunidad, dahil ang mga karaniwang antibiotic ay maaari lamang puksain ang mga biofilm sa isang napakalimitadong lawak. Ang pag-iwas sa pagbuo ng biofilm ay humantong sa pagbuo ng iba't ibang mga paraan ng patong at mga bagong materyales. Ang mga pamamaraang ito ay naglalayong i-coat ang mga ibabaw sa paraang pinipigilan ang pagbuo ng mga metal na gawa sa salamin, lalo na ang mga tipper ng metal, at mga metal na haluang metal. ay lumitaw bilang perpektong antimicrobial coatings. Kasabay nito, ang paggamit ng cold spray technology ay tumaas dahil ito ay isang angkop na paraan para sa pagproseso ng mga materyal na sensitibo sa temperatura. Bahagi ng layunin ng pag-aaral na ito ay bumuo ng isang nobelang antibacterial film na metallic glass na binubuo ng ternary Cu-Zr-Ni gamit ang mga mechanical alloying technique. temperatura. Ang mga substrate na pinahiran ng metal na salamin ay nakapagpababa nang malaki sa pagbuo ng biofilm ng hindi bababa sa 1 log kumpara sa hindi kinakalawang na asero.
Sa buong kasaysayan ng tao, ang anumang lipunan ay nagawang magdisenyo at magsulong ng pagpapakilala ng mga materyal na nobela na nakakatugon sa mga partikular na pangangailangan nito, na nagresulta sa pinabuting pagganap at ranggo sa isang globalisadong ekonomiya1. Palagi itong iniuugnay sa kakayahan ng tao na bumuo ng mga materyales at kagamitan sa fabrication at mga disenyo para sa mga materyales na fabrication at characterization upang makamit ang mga pakinabang sa kalusugan, edukasyon, industriya, ekonomiya, kultura at iba pang larangan mula sa isang bansa o rehiyon na hindi isinasaalang-alang sa ibang bansa o rehiyon. 2 Sa loob ng 60 taon, ang mga materyales na siyentipiko ay nagtalaga ng malaking bahagi ng kanilang oras sa pagtutok sa isang pangunahing alalahanin: ang pagtugis ng mga nobela at makabagong materyales.
Ang pagdaragdag ng mga elemento ng alloying, ang pagbabago ng materyal na microstructure, at ang paggamit ng thermal, mechanical o thermo-mechanical na mga diskarte sa pagproseso ay nagresulta sa makabuluhang mga pagpapabuti sa mekanikal, kemikal at pisikal na mga katangian ng iba't ibang iba't ibang materyales. Higit pa rito, ang mga hindi pa naririnig na compound ay matagumpay na na-synthesize sa puntong ito. Ang mga paulit-ulit na pagsisikap na ito ay nagbunga ng isang bagong pamilya ng mga Materyal na makabago. Ang mga nanopartikel, nanotubes, quantum dots, zero-dimensional, amorphous metallic na baso, at mga high-entropy na haluang metal ay ilan lamang sa mga halimbawa ng mga advanced na materyales na ipinakilala sa mundo mula noong kalagitnaan ng huling siglo. Kapag ang paggawa at pagbuo ng mga bagong haluang metal na may higit na mahusay na mga katangian, alinman sa panghuling produkto o sa mga intermediate na yugto ng produksyon nito, ang problema ng hindi balanseng tela ay madalas na idinagdag mula sa pagbabago ng tela. equilibrium, isang buong bagong klase ng metastable alloys, na kilala bilang metallic glasses, ay natuklasan.
Ang kanyang trabaho sa Caltech noong 1960 ay nagdala ng isang rebolusyon sa konsepto ng mga metal na haluang metal nang siya ay nag-synthesize ng malasalamin na Au-25 sa.% Si alloys sa pamamagitan ng mabilis na pagpapatigas ng mga likido sa halos isang milyong degrees bawat segundo 4. Ang kaganapan ng pagtuklas ni Propesor Pol Duwezs ay hindi lamang nagpahayag ng simula ng kasaysayan ng metallic glasses (MG), ngunit nag-isip din tungkol sa paraan ng pagbabago ng mga tao. pangunguna sa pag-aaral sa synthesis ng MG alloys, halos lahat ng metal na baso ay ganap na ginawa sa pamamagitan ng paggamit ng isa sa mga sumusunod na pamamaraan; (i) mabilis na solidification ng melt o steam, (ii) atomic disordering ng sala-sala, (iii) solid-state amorphization reactions sa pagitan ng purong metal na elemento, at (iv) solid-state na mga transition ng metastable phase.
Ang mga MG ay nakikilala sa pamamagitan ng kanilang kakulangan ng long-range atomic order na nauugnay sa mga kristal, na isang pagtukoy sa katangian ng mga kristal. Sa mundo ngayon, malaking pag-unlad ang nagawa sa larangan ng metallic glass. Ang mga ito ay mga nobela na materyales na may mga kagiliw-giliw na katangian na interesado hindi lamang sa solid-state physics, kundi pati na rin sa metalurhiya, surface chemistry, teknolohiya, biology at maraming iba pang mga kagiliw-giliw na mga katangian para sa paggawa ng mga solid na materyales na ito para sa mga solidong patlang na ito. mga teknolohikal na aplikasyon sa iba't ibang larangan.Mayroon silang ilang mahahalagang katangian; (i) mataas na mechanical ductility at yield strength, (ii) high magnetic permeability, (iii) low coercivity, (iv) unusual corrosion resistance, (v) temperature independence Ang conductivity ng 6,7.
Ang mekanikal na alloying (MA)1,8 ay isang medyo bagong pamamaraan, unang ipinakilala noong 19839 ni Prof. CC Kock at mga kasamahan. Naghanda sila ng mga amorphous na Ni60Nb40 na pulbos sa pamamagitan ng paggiling ng pinaghalong mga purong elemento sa mga temperatura ng kapaligiran na napakalapit sa temperatura ng silid. Karaniwan, ang reaksyon ng MA ay isinasagawa sa pagitan ng diffusive coupling ng reactant material powders sa isang reaktor, kadalasang gawa sa hindi kinakalawang na asero sa ball mill 10 (Fig. 1a, b). Simula noon, ang mechanically induced solid-state reaction technique na ito ay ginamit upang maghanda ng nobelang amorphous/metallic glass alloy powder gamit ang mababang (Fig. 1c, pati na rin ang energy ball mill). mills11,12,13,14,15 , 16. Sa partikular, ang pamamaraang ito ay ginamit upang maghanda ng mga hindi mapaghalo na sistema tulad ng Cu-Ta17, pati na rin ang mga high melting point na haluang metal gaya ng Al-transition metal system (TM; Zr, Hf, Nb at Ta)18,19 at Fe-W20 , na hindi maaaring makuha sa pinakamalakas na mga ruta gamit ang MAFuthermore na paghahanda. mga tool sa nanotechnology para sa paghahanda ng pang-industriyang-scale na nanocrystalline at nanocomposite powder particle ng mga metal oxide, carbides, nitride, hydrides, carbon nanotubes, nanodiamonds, Pati na rin ang malawak na stabilization sa pamamagitan ng top-down approach 1 at metastable na mga yugto.
Eskematiko na nagpapakita ng paraan ng paggawa na ginamit upang ihanda ang Cu50(Zr50−xNix) metallic glass (MG) coating/SUS 304 sa pag-aaral na ito.(a) Paghahanda ng mga MG alloy powder na may iba't ibang Ni concentrations x (x; 10, 20, 30 at 40 at.%) gamit ang low energy ball milling technique.(a) Ang panimulang kasangkapan ay cylib. ay selyadong sa isang glove box na puno ng He atmosphere.(c) Isang transparent na modelo ng grinding vessel na naglalarawan ng galaw ng bola sa panahon ng paggiling.Ang huling produkto ng pulbos na nakuha pagkatapos ng 50 oras ay ginamit upang pahiran ang SUS 304 substrate gamit ang cold spray method (d).
Pagdating sa bulk material surfaces (substrates), kinapapalooban ng surface engineering ang disenyo at pagbabago ng mga surface (substrates) para magbigay ng ilang partikular na pisikal, kemikal at teknikal na katangian na wala sa orihinal na bulk material. Ang ilang mga katangian na maaaring epektibong mapahusay ng mga surface treatment ay kinabibilangan ng abrasion resistance, oxidation at corrosion resistance, koepisyent ng friction, bio-inertness, gamit ang ilang mga katangian ng kuryente, at maaaring mapabuti ang kalidad ng thermal sa pamamagitan ng ilang mga katangian ng kuryente, at maaaring mapabuti ang kalidad ng thermal sa pamamagitan ng ilang mga katangian ng kuryente metalurhiko, mekanikal o kemikal na mga diskarte.Bilang isang kilalang proseso, ang coating ay simpleng tinukoy bilang isang solong o maraming layer ng materyal na artipisyal na idineposito sa ibabaw ng isang bulk object (substrate) na gawa sa ibang materyal. Kaya, ang mga coatings ay ginagamit sa bahagi upang makamit ang ilang ninanais na teknikal o pandekorasyon na mga katangian, gayundin para protektahan ang mga materyales mula sa inaasahang kemikal at pisikal na pakikipag-ugnayan sa nakapaligid na kapaligiran23.
Upang magdeposito ng angkop na mga layer ng proteksyon sa ibabaw na may kapal mula sa ilang micrometers (mas mababa sa 10-20 micrometers) hanggang sa higit sa 30 micrometers o kahit ilang millimeters, maraming pamamaraan at teknik ang maaaring ilapat. kabilang ang brazing, surfacing , physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), thermal spray techniques at mas kamakailang cold spray techniques 24 (Fig. 1d).
Tinutukoy ang mga biofilm bilang mga microbial na komunidad na hindi na mababawi na nakakabit sa mga surface at napapalibutan ng self-produced extracellular polymers (EPS). Ang superficially mature na biofilm formation ay maaaring humantong sa malaking pagkalugi sa maraming sektor ng industriya, kabilang ang industriya ng pagkain, water system, at healthcare environment. Sa mga tao, kapag nabuo ang mga biofilm, higit sa 80% ng mga impeksyon sa microbiding at Enterobacaceae. Ang Staphylococci) ay mahirap gamutin. Higit pa rito, ang mga mature na biofilm ay naiulat na 1000 beses na mas lumalaban sa antibiotic na paggamot kumpara sa planktonic bacterial cells, na itinuturing na isang malaking therapeutic challenge. Ang mga antimicrobial surface coating na materyales na nagmula sa mga conventional organic compound ay ginamit sa kasaysayan. pagkawasak.
Ang malawakang paglaban ng bakterya sa mga paggamot sa antibiotic dahil sa pagbuo ng biofilm ay humantong sa pangangailangan na bumuo ng isang epektibong antimicrobial membrane-coated na ibabaw na maaaring ligtas na mailapat27. Ang pagbuo ng isang pisikal o kemikal na anti-adherent na ibabaw kung saan ang mga bacterial cell ay pinipigilan na magbigkis at bumuo ng mga biofilm dahil sa pagdirikit ay ang unang diskarte sa prosesong ito27. Ang pangalawang teknolohiya ay nagbibigay-daan sa pagbuo ng mga antimicrobial coating na may prechemical na teknolohiya. kailangan ang mga ito, sa mataas na konsentrado at iniangkop na mga halaga. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagbuo ng mga natatanging coating na materyales tulad ng graphene/germanium28, black diamond29 at ZnO-doped diamond-like carbon coatings30 na lumalaban sa bacteria, isang teknolohiyang nagpapalaki ng Toxicity at pag-unlad ng resistensya dahil sa biofilm formation ay makabuluhang nababawasan. Ang kontaminasyon ay nagiging mas popular.
Ang mga produktong kasalukuyang nasa merkado ay nahahadlangan ng hindi sapat na oras upang pag-aralan at subukan ang mga protective coatings para sa mga biologically active na sangkap. Inaangkin ng mga kumpanya na ang kanilang mga produkto ay magbibigay sa mga user ng kanais-nais na mga aspeto ng pagganap; gayunpaman, ito ay naging hadlang sa tagumpay ng mga produkto na kasalukuyang nasa merkado.Ang mga compound na nagmula sa pilak ay ginagamit sa karamihan ng mga antimicrobial therapies na magagamit na ngayon sa mga consumer. Ang mga produktong ito ay binuo upang protektahan ang mga user mula sa mga potensyal na mapanganib na epekto ng mga microorganism. na gumagana sa loob at labas ay nagpapatunay pa rin na isang nakakatakot na gawain. Ito ay dahil sa mga nauugnay na panganib sa kalusugan at kaligtasan. Ang pagtuklas ng isang antimicrobial agent na hindi gaanong nakakapinsala sa mga tao at ang pag-iisip kung paano ito isasama sa mga coating substrates na may mas mahabang buhay sa istante ay isang lubos na hinahangad na layunin. magagawa ito sa pamamagitan ng pagpigil sa paunang bacterial adhesion (kabilang ang pagkontra sa pagbuo ng isang layer ng protina sa ibabaw) o sa pamamagitan ng pagpatay ng bacteria sa pamamagitan ng pag-iwas sa cell wall.
Sa pangunahin, ang surface coating ay ang proseso ng paglalagay ng isa pang layer sa ibabaw ng isang component upang mapahusay ang mga katangiang nauugnay sa ibabaw. upang lumikha ng patong.
(a) Inset na nagpapakita ng mga pangunahing pamamaraan sa paggawa na ginagamit para sa ibabaw, at (b) mga napiling pakinabang at disadvantage ng cold spray technique.
Ang teknolohiya ng cold spray ay may maraming pagkakatulad sa mga tradisyonal na pamamaraan ng thermal spray.Gayunpaman, mayroon ding ilang pangunahing pangunahing katangian na ginagawang kakaiba ang proseso ng malamig na spray at mga materyales ng cold spray. Ang teknolohiya ng cold spray ay nasa simula pa lamang, ngunit may magandang kinabukasan. natunaw upang magdeposito sa substrate. Malinaw, ang tradisyunal na proseso ng patong na ito ay hindi angkop para sa mga materyal na napakasensitibo sa temperatura tulad ng mga nanocrystals, nanoparticles, amorphous at metallic na baso40, 41, 42. Higit pa rito, ang mga thermal spray coating na materyales ay palaging nagpapakita ng mataas na antas ng porosity at oxides. (ii) flexibility sa substrate coating choices, (iii) kawalan ng phase transformation at grain growth , (iv) high bond strength1,39 (Fig. 2b).Sa karagdagan, ang cold spray coating materials ay may mataas na corrosion resistance, mataas na lakas at tigas, mataas na electrical conductivity at high density41.Salungat sa mga bentahe ng cold spray na ito, may mga disadvantage pa rin sa Figure na paggamit ng pamamaraang ito. 2b. Kapag pinahiran ang mga purong ceramic powder tulad ng Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, atbp., hindi maaaring gamitin ang cold spray method. Sa kabilang banda, ang ceramic/metal composite powder ay maaaring gamitin bilang hilaw na materyales para sa coatings. Ganoon din sa iba pang paraan ng thermal spray. Mahirap pa ring i-spray ang mga kumplikadong surface at interior pipe surface.
Dahil ang kasalukuyang gawain ay naglalayong gumamit ng mga metallic glassy powder bilang raw coating materials, malinaw na hindi magagamit ang conventional thermal spraying para sa layuning ito. Ito ay dahil ang mga metallic glassy powder ay nag-kristal sa mataas na temperatura1.
Karamihan sa mga tool na ginagamit sa industriya ng medikal at pagkain ay gawa sa austenitic stainless steel alloys (SUS316 at SUS304) na may chromium content sa pagitan ng 12 at 20 wt% para sa produksyon ng mga surgical instruments. Karaniwang tinatanggap na ang paggamit ng chromium metal bilang isang alloying element sa steel alloys ay maaaring lubos na mapabuti ang corrosion resistance ng kanilang standardless steel. nagpapakita ng makabuluhang mga katangian ng antimicrobial38,39.Ito ay kaibahan sa kanilang mataas na resistensya sa kaagnasan.Pagkatapos nito, ang pag-unlad ng impeksiyon at pamamaga ay maaaring mahulaan, na pangunahing sanhi ng bacterial adhesion at kolonisasyon sa ibabaw ng mga hindi kinakalawang na asero na biomaterial.Maaaring magkaroon ng mga makabuluhang paghihirap dahil sa makabuluhang mga paghihirap na nauugnay sa bacterial adhesion at biofilm na maaaring humantong sa mga daanan ng kalusugan, na maaaring direktang magdulot ng pagkasira sa kalusugan o pagkasira ng biofilm, na maaaring direktang magdulot ng pagkasira sa kalusugan, na maaaring direktang magdulot ng pagkasira o pagkasira ng biofilm, na maaaring direktang magdulot ng pagkasira sa kalusugan, na maaaring direktang magdulot ng pagkasira o pagkasira. makakaapekto sa kalusugan ng tao.
Ang pag-aaral na ito ay ang unang yugto ng isang proyektong pinondohan ng Kuwait Foundation for the Advancement of Science (KFAS), Contract No. 2010-550401, upang siyasatin ang pagiging posible ng paggawa ng metallic glassy Cu-Zr-Ni ternary powders gamit ang MA technology (Table 1 ) para sa produksyon ng antibacterial film na patong/SUS304 dahil sa pagsisimula ng surface ng proyekto sa ikalawang yugto. 2023, susuriin ang mga katangian ng electrochemical corrosion at mekanikal na katangian ng system nang detalyado. Ang mga detalyadong microbiological na pagsusuri ay isasagawa para sa iba't ibang bacterial species.
Sa papel na ito, ang epekto ng Zr alloying element content sa glass forming ability (GFA) ay tinalakay batay sa morphological at structural na katangian. Dagdag pa rito, ang mga antibacterial properties ng coated metallic glass powder coating/SUS304 composite ay tinalakay din. fabricated metallic glass system.Bilang mga kinatawan na halimbawa, Cu50Zr30Ni20 at Cu50Zr20Ni30 metallic glass alloys ang ginamit sa pag-aaral na ito.
Sa seksyong ito, ipinakita ang mga morphological na pagbabago ng elemental na Cu, Zr at Ni powder sa low energy ball milling. Bilang mga halimbawa ng paglalarawan, dalawang magkaibang sistema na binubuo ng Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr40Ni10 ang gagamitin bilang mga halimbawang kinatawan. Ang proseso ng MA ay maaaring hatiin sa tatlong natatanging yugto, tulad ng ipinapakita ng metallographic characterization ng pulbos na yugto (Figure 3).
Metallographic na katangian ng mechanical alloy (MA) powders na nakuha pagkatapos ng iba't ibang yugto ng ball milling time.Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) na mga larawan ng MA at Cu50Zr40Ni10 powder na nakuha pagkatapos ng mababang enerhiya na mga oras ng paggiling ng bola na 3, 12 at 50 h ay ipinapakita sa (a), (c) at (e) habang ang Cu50Zr,2 ay ipinapakita sa parehong sistema ng Cu50Zr,2. Ang sistemang Cu50Zr40Ni10 na kinuha pagkatapos ng oras ay ipinapakita sa (b), (d) at (f).
Sa panahon ng paggiling ng bola, ang epektibong kinetic energy na maaaring ilipat sa metal powder ay apektado ng kumbinasyon ng mga parameter, tulad ng ipinapakita sa Fig. 1a. Kabilang dito ang mga banggaan sa pagitan ng mga bola at pulbos, compressive shearing ng pulbos na naipit sa pagitan o sa pagitan ng grinding media, epekto ng mga bumabagsak na bola, gupit at pagkasira dahil sa powder drag sa pagitan ng gumagalaw na ball milling media sa pamamagitan ng Falling ball load na kumakalat. 1a). Ang mga pulbos ng elemental na Cu, Zr, at Ni ay malubhang na-deform dahil sa malamig na hinang sa maagang yugto ng MA (3 h), na nagreresulta sa malalaking particle ng pulbos (>1 mm ang lapad). Ang malalaking composite particle na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga makapal na layer ng mga elemento ng alloying (Cu, Zr, Ni), tulad ng ipinapakita sa Fig. 3a,b.Pagtaas12 ng yugto ng MA (intermediate stage) sa pagtaas ng oras ng MA (intermediate stage) kinetic energy ng ball mill, na nagreresulta sa pagkabulok ng composite powder sa mas pinong mga pulbos (mas mababa sa 200 µm), tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c,d.Sa yugtong ito, ang inilapat na puwersa ng paggugupit ay humahantong sa pagbuo ng isang bagong ibabaw ng metal na may pinong Cu, Zr, Ni pahiwatig na mga layer, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c,d. mga natuklap upang makabuo ng mga bagong yugto.
Sa kasukdulan ng proseso ng MA (pagkatapos ng 50 h), ang flaky metallography ay bahagyang nakikita lamang (Fig. 3e,f), ngunit ang pinakintab na ibabaw ng pulbos ay nagpakita ng mirror metallography. Nangangahulugan ito na ang proseso ng MA ay nakumpleto at ang paglikha ng isang yugto ng reaksyon ay naganap. Ang elemental na komposisyon ng mga rehiyon na na-index sa Fig. 3e (I, II, vi) ay tinutukoy ang field ng f. microscopy (FE-SEM) na sinamahan ng energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) (IV).
Sa Talahanayan 2, ang mga elemental na konsentrasyon ng mga elemento ng haluang metal ay ipinapakita bilang isang porsyento ng kabuuang bigat ng bawat rehiyon na pinili sa Fig. 3e,f. Kapag inihambing ang mga resultang ito sa mga panimulang nominal na komposisyon ng Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr40Ni10 na nakalista sa Talahanayan 1, makikita na ang mga komposisyon ng dalawang panghuling produktong ito ay walang magkatulad na halaga sa mga komposisyon ng dalawang panghuling produkto. Para sa mga rehiyon na nakalista sa Fig. 3e,f ay hindi nagpapahiwatig ng isang makabuluhang pagkasira o pagbabagu-bago sa komposisyon ng bawat sample mula sa isang rehiyon patungo sa isa pa. Ito ay pinatutunayan ng katotohanan na walang pagbabago sa komposisyon mula sa isang rehiyon patungo sa isa pa. Ito ay tumutukoy sa paggawa ng mga homogenous na haluang metal powder, tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 2.
Ang FE-SEM micrographs ng final product Cu50(Zr50−xNix) powder ay nakuha pagkatapos ng 50 MA beses, tulad ng ipinapakita sa Fig. 4a–d, kung saan ang x ay 10, 20, 30 at 40 at.%, ayon sa pagkakabanggit. diameters mula 73 hanggang 126 nm, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
Morphological na katangian ng mga pulbos na Cu50(Zr50−xNix) na nakuha pagkatapos ng oras ng MA na 50 h. Para sa mga sistemang Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, ang mga FE-SEM na imahe ng mga pulbos ay ipinapakita pagkatapos ng (a. b) (b.) (d.
Bago i-load ang mga pulbos sa isang malamig na spray feeder, sila ay nilagyan muna ng sonicated sa analytical grade ethanol sa loob ng 15 minuto at pagkatapos ay pinatuyo sa 150°C sa loob ng 2 oras. Ang hakbang na ito ay dapat gawin upang matagumpay na labanan ang pagsasama-sama na kadalasang nagiging sanhi ng maraming makabuluhang problema sa buong proseso ng coating. Pagkatapos makumpleto ang proseso ng MA, ang mga karagdagang characterization ay isinagawa upang masuri ang homogeneity ng pulbos. Ang mga FE-SEM micrographs at ang kaukulang mga imahe ng EDS ng Cu, Zr at Ni alloying elements ng Cu50Zr30Ni20 alloy na nakuha pagkatapos ng 50 h ng M time, ayon sa pagkakabanggit.
Morphology at lokal na elemental distribution ng MG Cu50Zr30Ni20 powder na nakuha pagkatapos ng 50 MA beses sa pamamagitan ng FE-SEM/energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).(a) SEM at X-ray EDS mapping ng (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα at (d) Ni-Kα na mga imahe.
Ang mga pattern ng XRD ng mechanically alloyed na Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 at Cu50Zr20Ni30 na mga pulbos na nakuha pagkatapos ng MA time na 50 h ay ipinapakita sa Fig. 6a–d, ayon sa pagkakabanggit. Pagkatapos ng yugtong ito ng paggiling, ang lahat ng mga sample na may iba't ibang mga halo-halo na mga istraktura na may mga difusion na Zr ay nagpakita ng magkakaibang mga istraktura ng Zr. Larawan 6.
Mga pattern ng XRD ng (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 at (d) Cu50Zr20Ni30 powder pagkatapos ng MA time na 50 h. Ang lahat ng mga sample nang walang pagbubukod ay nagpakita ng halo diffusion pattern, na nagpapahiwatig ng pagbuo ng isang amorphous phase.
Ang field emission high-resolution transmission electron microscopy (FE-HRTEM) ay ginamit upang obserbahan ang mga pagbabago sa istruktura at maunawaan ang lokal na istruktura ng mga pulbos na nagreresulta mula sa paggiling ng bola sa iba't ibang oras ng MA. Ang mga larawan ng FE-HRTEM ng mga pulbos na nakuha pagkatapos ng maagang (6 h) at intermediate (18 h) na yugto ng paggiling para sa Cu50Zr30Ni20 at Cu50Zr4 ay ipinapakita sa pulbos. ayon sa maliwanag na field image (BFI) ng pulbos na ginawa pagkatapos ng MA​​ 6 h, ang pulbos ay binubuo ng malalaking butil na may mahusay na tinukoy na mga hangganan ng mga elementong fcc-Cu, hcp-Zr at fcc-Ni, at walang senyales na nabuo na ang phase ng reaksyon, tulad ng ipinapakita sa Fig. 7a. Karagdagan pa, ang napiling pattern sa gitnang bahagi ng diff. (a) nagsiwalat ng isang cusp diffraction pattern (Larawan 7b), na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng malalaking crystallites at kawalan ng isang reaktibong yugto.
Lokal na structural characterization ng MA powder na nakuha pagkatapos ng maagang (6 h) at intermediate (18 h) na mga yugto.(a) Field emission high resolution transmission electron microscopy (FE-HRTEM), at (b) ang kaukulang napiling area diffraction pattern (SADP) ng Cu50Zr30Ni20 powder pagkatapos ng MA treatment sa loob ng 6 h. Ang FE-HRTEM4 na imahe ng Cu500Z ay nakuha pagkatapos ng isang 8 h. ay ipinapakita sa (c).
Gaya ng ipinapakita sa Fig. 7c, ang pagpapahaba sa tagal ng MA hanggang 18 h ay nagresulta sa matinding mga depekto sa sala-sala na sinamahan ng plastic deformation. Sa panahong ito ng intermediate na yugto ng proseso ng MA, ang pulbos ay nagpapakita ng iba't ibang mga depekto, kabilang ang mga stacking fault, mga depekto sa sala-sala, at mga depekto sa punto (Larawan 7). 20 nm (Larawan 7c).
Ang lokal na istraktura ng Cu50Z30Ni20 powder milled para sa 36 h MA na oras ay may pagbuo ng ultrafine nanograins na naka-embed sa isang amorphous fine matrix, tulad ng ipinapakita sa Fig. 8a. Ang lokal na pagsusuri ng EDS ay nagpahiwatig na ang mga nanocluster na ipinakita sa Fig. 8a ay nauugnay sa hindi naprosesong Cu, Zr at Ni powder sa mga elemento ng alloying na Cutu. (lean area) hanggang ~74 ​​at.% (rich area), na nagpapahiwatig ng pagbuo ng mga heterogenous na produkto. Higit pa rito, ang mga kaukulang SADP ng mga pulbos na nakuha pagkatapos ng paggiling sa yugtong ito ay nagpapakita ng halo-diffusing na pangunahin at pangalawang singsing ng amorphous phase, na nagsasapawan ng mga matutulis na puntos na nauugnay sa mga hilaw na elemento ng alloying, tulad ng ipinapakita sa Fig. 8b.
Higit pa sa 36 h-Cu50Zr30Ni20 powder nanoscale local structural features.(a) Bright field image (BFI) at katumbas na (b) SADP ng Cu50Zr30Ni20 powder na nakuha pagkatapos ng paggiling para sa 36 h MA time.
Malapit sa dulo ng proseso ng MA (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X; Ang 10, 20, 30 at 40 at.% na mga pulbos ay palaging may labyrinthine amorphous phase morphology tulad ng ipinapakita sa Fig. 9a–d . Ang pagpapakita ng mga pattern ng pagsasabog ng halo ay ginamit din bilang ebidensya para sa pagbuo ng mga amorphous na yugto sa materyal na panghuling produkto.
Lokal na istruktura ng panghuling produkto ng MG Cu50 (Zr50−xNix) system.FE-HRTEM at correlated na nanobeam diffraction patterns (NBDP) ng (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 at (d) Cu50Zr20Ni30 at (d) Cu50Zr ng MA.
Ang thermal stability ng glass transition temperature (Tg), subcooled liquid region (ΔTx) at crystallization temperature (Tx) bilang function ng Ni content (x) ng amorphous Cu50(Zr50−xNix) system ay sinisiyasat gamit ang differential scanning Calorimetry (DSC) ng mga katangian sa ilalim ng He gas flow. at Cu50Zr10Ni40 amorphous alloy powder na nakuha pagkatapos ng MA time na 50 h ay ipinapakita sa Fig. 10a, b, e, ayon sa pagkakabanggit. Habang ang DSC curve ng amorphous Cu50Zr20Ni30 ay ipinapakita nang hiwalay sa Fig. 10c. Samantala, ang Cu50Zr30~Nig. 10d.
Thermal stability ng Cu50(Zr50−xNix) MG powders na nakuha pagkatapos ng MA time na 50 h, bilang na-index ng glass transition temperature (Tg), crystallization temperature (Tx), at subcooled liquid region (ΔTx). Differential scanning calorimeter (DSC) thermograms ng (a) Cu50Zr40Nic020, (Zr40Ni10) Cu50Zr20Ni30 at (e) Cu50Zr10Ni40 MG alloy powder pagkatapos ng MA time na 50 h. Ang X-ray diffraction (XRD) pattern ng Cu50Zr30Ni20 sample na pinainit hanggang ~700 °C sa DSC ay ipinapakita sa (d).
Gaya ng ipinapakita sa Figure 10, ang DSC curves ng lahat ng komposisyon na may iba't ibang Ni concentrations (x) ay nagpapahiwatig ng dalawang magkaibang mga kaso, ang isang endothermic at ang isa pang exothermic. Ang unang endothermic na kaganapan ay tumutugma sa Tg, habang ang pangalawa ay nauugnay sa Tx. Ang pahalang na span na rehiyon na umiiral sa pagitan ng Tg at Tx ay tinatawag na subcooled na rehiyon ng likido (ΔTx = Tx na nagpapakita ng Tx at Tx = Tx). Cu50Zr40Ni10 sample (Fig. 10a), na inilagay sa 526°C at 612°C, ilipat ang nilalaman (x) sa 20 at.% patungo sa mababang bahagi ng temperatura na 482°C at 563°C na may pagtaas ng nilalaman ng Ni (x), ayon sa pagkakabanggit, tulad ng ipinapakita sa Figure 10b. Dahil dito, ang Cu50Zr40Tx4. °C (Larawan 10a) hanggang 81 °C para sa Cu50Zr30Ni20 (Larawan 10b). Para sa haluang metal ng MG Cu50Zr40Ni10, napansin din na ang mga halaga ng Tg, Tx at ΔTx ay bumaba sa antas na 447°C, 526°C at 79°C ang pagtaas ng nilalaman nito (Fig. sa pagbaba sa thermal stability ng MG alloy. Sa kaibahan, ang Tg value (507 °C) ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy ay mas mababa kaysa sa MG Cu50Zr40Ni10 alloy; gayunpaman, ang Tx nito ay nagpapakita ng maihahambing na halaga sa dating (612 °C). Samakatuwid, ang ΔTx ay nagpapakita ng mas mataas na halaga (87°C), tulad ng ipinapakita sa Fig. 10c.
Ang MG Cu50(Zr50−xNix) system, na kumukuha ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy bilang isang halimbawa, ay nagki-kristal sa pamamagitan ng isang matalim na exothermic peak sa mga kristal na phase ng fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 at orthorhombic-ZrNi (Fig. 10c na ito ay nakumpirma na ang sample na bahagi ng MG ng Xmorphionous ng MG). (Larawan 10d), na pinainit hanggang 700 °C sa DSC.
Ipinapakita ng Figure 11 ang mga litratong kinunan sa panahon ng proseso ng cold spray na isinagawa sa kasalukuyang gawain. Sa pag-aaral na ito, ang metal glass-like powder particles na na-synthesize pagkatapos ng MA time na 50 h (pagkuha ng Cu50Zr20Ni30 bilang isang halimbawa) ay ginamit bilang antibacterial raw na materyales, at ang stainless steel plate (SUS304) ay pinahiran ng cold spraying na pamamaraan dahil ang pinaka-epektibong pamamaraan ng pag-spray ng thermal ay pinili para sa cold spraying method. ang thermal spray series at maaaring gamitin para sa metal metastable temperature sensitive na materyales tulad ng amorphous at nanocrystalline powders, na hindi napapailalim sa mga phase transition .Ito ang pangunahing salik sa pagpili ng pamamaraang ito. Ang proseso ng cold spray ay isinasagawa sa pamamagitan ng paggamit ng mga high-velocity na particle na nagko-convert ng kinetic energy ng mga particle tungo sa plastic deformation, strain at init kapag naapektuhan ang mga partikulo o dati nang na-deposito.
Ipinapakita ng mga larawan sa field ang cold spray procedure na ginamit para sa limang magkakasunod na paghahanda ng MG coating/SUS 304 sa 550 °C.
Ang kinetic energy ng mga particle, at sa gayon ang momentum ng bawat particle sa pagbuo ng coating, ay dapat na ma-convert sa iba pang anyo ng enerhiya sa pamamagitan ng mga mekanismo tulad ng plastic deformation (initial particle at particle-particle interactions sa substrate at particle interactions), voids Consolidation, particle-particle rotation, strain at sa huli ay init 39. Higit pa rito, kung hindi lahat ng enerhiya ay na-convert ang kine, kung hindi lahat ng enerhiya ay nagiging enerhiya. isang nababanat na banggaan, na nangangahulugan na ang mga particle ay bumabalik lamang pagkatapos ng impact.Ipinunto na ang 90% ng impact energy na inilapat sa particle/substrate material ay na-convert sa lokal na init 40 . Higit pa rito, kapag ang impact stress ay inilapat, ang mataas na plastic strain rate ay nakakamit sa contact particle/substrate region sa napakaikling panahon41,42.
Ang plastic deformation sa pangkalahatan ay itinuturing na isang proseso ng pagwawaldas ng enerhiya, o higit na partikular, isang pinagmumulan ng init sa interfacial region. Gayunpaman, ang pagtaas ng temperatura sa interfacial region ay karaniwang hindi sapat upang makagawa ng interfacial melting o upang makabuluhang isulong ang atomic interdiffusion. Walang publikasyong alam ng mga may-akda ang nagsisiyasat sa epekto ng mga katangian ng mga metallic glassy na pulbos na ito kapag ginamit ang mga metallic glassy na pulbos at deposition sa malamig na pulbos na iyon.
Ang BFI ng MG Cu50Zr20Ni30 alloy powder ay makikita sa Fig. 12a, na pinahiran sa SUS 304 substrate (Fig. 11, 12b). Gaya ng makikita sa figure, pinapanatili ng coated powder ang kanilang orihinal na amorphous na istraktura dahil mayroon silang maselan na labirint na istraktura na walang anumang mga katangian ng kristal na kamay o sala-sala. extraneous phase, tulad ng iminungkahi ng mga nanoparticle na isinama sa MG-coated powder matrix (Fig. 12a). Ang Figure 12c ay naglalarawan ng indexed nanobeam diffraction pattern (NBDP) na nauugnay sa rehiyon I (Figure 12a). Gaya ng ipinapakita sa Fig. 12c, ang NBDP ay nagpapakita ng isang mahinang halo-diffution na pattern ng crystal na may katumbas na pattern ng mga halo-halo sa crystal. malaking cubic Zr2Ni metastable plus tetragonal CuO phase.Ang pagbuo ng CuO ay maaaring maiugnay sa oksihenasyon ng powder kapag naglalakbay mula sa nozzle ng spray gun patungo sa SUS 304 sa open air sa ilalim ng supersonic flow.Sa kabilang banda, ang devitrification ng mga metallic glassy powder ay nakamit ang pagbuo ng malalaking cubic phase sa 5350 °C na paggamot pagkatapos ng malamig na spray na paggamot.
(a) FE-HRTEM na imahe ng MG powder coated sa (b) SUS 304 substrate (inset of figure). Ang index NBDP ng pabilog na simbolo na ipinapakita sa (a) ay ipinapakita sa (c).
Upang mapatunayan ang potensyal na mekanismong ito para sa pagbuo ng malalaking cubic Zr2Ni nanoparticle, isang independiyenteng eksperimento ang isinagawa. Sa eksperimentong ito, ang mga pulbos ay na-spray mula sa isang spray gun sa 550 °C sa direksyon ng SUS 304 substrate; gayunpaman, upang linawin ang epekto ng pagsusubo ng mga pulbos, inalis ang mga ito mula sa strip ng SUS304 sa lalong madaling panahon (mga 60 segundo). Isinagawa ang isa pang hanay ng mga eksperimento kung saan inalis ang pulbos mula sa substrate mga 180 segundo pagkatapos ng pag-deposition.
Ang mga figure 13a,b ay nagpapakita ng mga dark field na imahe (DFI) na nakuha sa pamamagitan ng pag-scan ng transmission electron microscopy (STEM) ng dalawang sprayed na materyales na idineposito sa SUS 304 substrates para sa 60 s at 180 s, ayon sa pagkakabanggit. amorphous, gaya ng ipinahiwatig ng malawak na pangunahin at pangalawang diffraction maxima na ipinapakita sa Figure 14a. Ang mga ito ay nagpapahiwatig ng kawalan ng metastable/mesophase precipitation, kung saan ang pulbos ay nagpapanatili ng orihinal nitong amorphous na istraktura. Larawan 13b.