Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия:

Д. В. Машталяр, старший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения, эл. почта: madiva@inbox.ru
С. Л. Синебрюхов, доцент, зав. лабораторией нестационарных поверхностных процессов
И. М. Имшинецкий, младший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения
С. В. Гнеденков, профессор, зам. директора по научной работе, заведующий отделом электрохимических систем и процессов модификации поверхности

Магниевые сплавы широко используют в современной технике в первую очередь благодаря уникальному сочетанию механических свойств и низкой плотности, позволяющей существенно снизить массу изделий и конструкций. Основными недостатками, ограничивающими применение магниевых сплавов, являются их высокая коррозионная активность и низкое сопротивление износу. В статье рассмотрено формирование на образцах из деформируемого сплава магния МА8 защитных многофункциональных покрытий методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) в электролитах, содержащих наноразмерные частицы нитрида титана. Использование разработанной электролитической системы позволило обеспечить интенсивное внедрение наноразмерных порошков в материал покрытия. Исследованы электрохимические и механические свойства полученных гетерооксидных слоев. Антикоррозионные свойства ПЭО-слоев, содержащих наночастицы нитрида титана, менее выражены, чем для базового ПЭО-покрытия, но значительно выше, чем для незащищенного магниевого сплава МА8. Методами склерометрии и трибологии исследованы адгезионные свойства и износ гетерооксидных покрытий. Сила сцепления, характеризуемая критической нагрузкой, при которой происходит отслоение ПЭО-слоя, содержащего наноразмерные частицы нитрида титана, на 25 % выше, чем для ПЭО-покрытия, сформированного без наночастиц. Установлено, что износостойкость ПЭО-покрытия с нитридом титана в 2,2 раза выше, чем у базового ПЭО-покрытия. Таким образом,модификация покрытий наночастицами нитрида титана значительно улучшает механические свойства поверхностных слоев, практически не ухудшая антикоррозионные характеристики.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (№ 14-33-00009) и Правительства РФ (Федерального агентства научных организаций).

1. Ghasemi A., Raja V. S., Blawert C., Dietzel W., Kainer K. U. Study of the structure and corrosion behavior of PEO coatings on AM50 magnesium alloy by electrochemical impedance spectroscopy. Surface Coatings Technology. 2008. Vol. 202, No 15. pp. 3513–3518.
2. Bala Srinivasan P., Liang J., Balajeee R. G., Blawert C., Störmer M. et al. Effect of pulse frequency on the microstructure, phase composition and corrosion performance of a phosphate-based plasma electrolytic oxidation coated AM50 magnesium alloy. Applied Surface Science. 2010. Vol. 256, No 12. pp. 3928–3935.
3. Duan H., Yan C., Wang F. Effect of electrolyte additives on performance of plasma electrolytic oxidation films formed on magnesium alloy AZ91D. Electrochimica Acta. 2007. Vol. 52, No 11. pp. 3785–3793.
4. Gnedenkov S. V., Khrisanfova O. A., Zavidnaya A. G., Sinebryukhov S. L., Egorkin V. S. et al. PEO coatings obtained on an Mg – Mn type alloy under unipolar and bipolar modes in silicate-containing electrolytes. Surface Coatings Technology. 2010. Vol. 204, No 14. pp. 2316–2322.
5. Arrabal R., Matykina E., Viejo F., Skeldon P., Thompson G. E. Corrosion resistance of WE43 and AZ91D magnesium alloys with phosphate PEO coatings. Corrosion Science. 2008. Vol. 50, No 6. pp. 1744–1752.
6. Matykina E., Arrabal R., Monfort F., Skeldon P., Thompson G. E. Incorporation of zirconia into coatings formed by DC plasma electrolytic oxidation of aluminium in nanoparticle suspensions Applied Surface Science. 2008. Vol. 255, No 5. pp. 2830–2839.
7. Guo X., Du K., Guo Q., Wang Y., Wang F. Experimental study of corrosion protection of a three-layer film on AZ31B Mg alloy. Corrosion Science. 2012. Vol. 65. pp. 367–375.
8. Lim T. S., Ryu H. S., Hong S.-H. Electrochemical corrosion properties of CeO₂-containing coatings on AZ31 magnesium alloys prepared by plasma electrolytic oxidation. Corrosion Science. 2012. Vol. 62. pp. 104–111.
9. White L., Koo Y., Yun Y., Sankar J. TiO₂ deposition on AZ31 magnesium alloy using plasma electrolytic oxidation. Journal of Nanomaterials. 2013. Vol. 2013. pp. 1–8.
10. Wang Y., Wei D., Yu J., Di S. Effects of Al₂O₃ nano-additive on performance of micro-arc oxidation coatings formed on AZ91D Mg alloy. Journal of Materials Science & Technology. 2014. Vol. 30, No 10. pp. 984–990.
11. Nguyen Q. B., Sim Y. H. M., Gupta M., Lim C. Y. H. Tribology characteristics of magnesium alloy AZ31B and its composites. Tribology International. 2015. Vol. 82. pp. 464–471.
12. Gnedenkov S. V., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Imshinetskiy I. M., Samokhin A. V. et al. Fabrication of coatings on the surface of magnesium alloy by plasma electrolytic oxidation using ZrO₂ and SiO₂ Nanoparticles. Journal of Nanomaterials. 2015. Vol. 2015. pp. 1–12.
13. Avelar-Batista Wilson J. C., Wu S., Gotman I., Housden J., Gutmanas E. Y. Duplex coatings with enhanced adhesion to Ti alloy substrate prepared by powder immersion nitriding and TiN/Ti multilayer deposition. Materials Letters. 2015. Vol. 157. pp. 45–49.
14. Ma J., Yan D. Q., Hu J. W., Zhang X., Li Y. Reactive HVOF sprayed TiNmatrix composite coating and its corrosion and wear resistance properties.
Transactions of Nonferrous Metal Society of China. 2013. Vol. 23, No 4. pp. 1011–1018.
15. Fatkullin A. R., Parfenov E. V., Yerokhin A., Lazarev D. M., Matthews A. Effect of positive and negative pulse voltages on surface properties and equivalent circuit of the plasma electrolytic oxidation process. Surface Coatings Technology. 2015. Vol. 284. pp. 427–437.
16. Arrabal R., Matykina E., Hashimoto T., Skeldon P., Thompson G. E. Characterization of AC PEO coatings on magnesium alloys. Surface Coatings Technology. 2009. Vol. 203, No 16. pp. 2207–2220.
17. Xin S., Song L., Zhao R., Hu X. Influence of cathodic current on composition, structure and properties of Al2O3 coatings on aluminum alloy prepared by micro-arc oxidation process. Thin Solid Films. 2006. Vol. 515, No 1. pp. 326–332.
18. Yeung W. K., Sukhorukova I. V., Shtansky D. V., Levashov E. A., Zhitnyak I. Y. et al. Characteristics and in vitro response of thin hydroxyapatite–titania films produced by plasma electrolytic oxidation of Ti alloys in electrolytes with particle additions. RSC Adv. 2016. Vol. 6, No 15. pp. 12688–12698.
19. Samsonov G. V., Vinitskiy I. M. Refactory compounds. Moscow : Metallurgiya, 1976. 560 p.
20. Gnedenkov A. S., Sinebryukhov S. L., Mashtalyar D. V., Gnedenkov S. V. Protective properties of inhibitor-containing composite coatings on a Mg alloy. Corrosion Science. 2016. Vol. 102. pp. 348–354.