ФУНКЦІОНАЛЬНІ ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ПОКРИТТЯ У ТЕХНОЛОГІЯХ ПОДВІЙНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2021.02.15Ключові слова:
електрохімічне покриття, катодне осадження, плазмо-електролітне оксидування, нанокомпозит, функціональні властивостіАнотація
Проаналізовано технологічні підходи до застосування функціональних електрохімічних покриттів у технологіях цивільного та військового призначення. Показано, що наявні технічні рішення спрямовані на вирішення задач зміцнення і захисту поверхонь та детоксикації середовищ від забруднювальних агентів природного та техногенного походження. Електрохімічні покриття на основі тріади заліза, леговані тугоплавкими металами, підвищують корозійну тривкість, мікротвердість та зносостійкість поверхонь. Синтезовані методом плазмо-електролітного оксидування на сплавах алюмінію та титану гетерооксидні покриття, доповані перехідними металами, володіють каталітичними властивостями по нейтралізації токсичних речовин у газовій та рідкій фазах. Досліджено особливості електрохімічного формування функціональних покриттів на конструкційних матеріалів різного типу. Показано, що катодним осадженням постійним та імпульсним струмом на маловуглецевій сталі та сірому чавуні формуються рівномірні тернарні покриття Fe-Mo-W та композиційні системи Fe-Co-Mo (Fe-Co-W), що володіють підвищеною корозійною тривкістю та механічними показниками порівняно із матеріалом металу-основи. Одержані тонкошарові покриття рекомендовані для відновлення та зміцнення зношених поверхонь, зокрема в технологіях ремонту озброєння та військової техніки. Встановлено, що плазмо-електролітною обробкою поршневого силуміну у лужних розчинах на основі дифосфатів синтезовані гетерооксидні системи, що проявляють активність у зменшенні кількості токсичних викидів двигунів внутрішнього зоряння та зниження годинної витрати палива. Показано, що нанокомпозитні покриття на титані проявляють фотокаталітичну активність по деструкції модельних забруднювальних агентів. Одержані матеріали володіють комплексом підвищених функціональних властивостей та є перспективними для застосування у промисловому та ремонтному виробництві сектору, в т.ч. для сектору безпеки і оборони.
Посилання
Suslov A. G., Bez'yazyichnyiy V. F., Panfilov Yu. V., Bishutin S. G. Inzheneriya poverhnosti detaley: monografiya [Engineering of parts surfaces]. Moscow, Mashinostroenie, 2008, 320 p.
Tokareva I. A., Bayrachnyiy B. I. Nanostrukturirovannyie anodnyie oksidnyie pokryitiya na ventilnyih metallah – zadachi i vozmozhnosti [Nanostructured anodic oxide coatings on valve metals – challenges and opportunities]. Nanosystemy, nanomaterialy, nanotekhnolohiyi: Zbirnyk naukovykh prats', 2017, Vol. 15, no. 4, pp. 713–740.
Dearnly P. A. Introduction to Surface Engineering. Cambridge University Press, 2017, 325 p.
Fedyk I. Certified by battle. Ukrainian’s armored vehicles in the combat actions in Donbass. Ukrainian Defense Review, 2017, no. 1, pp. 18–21.
Hulyayev A. V. Adaptatsiya systemy tekhnichnoho obsluhovuvannya i remontu ozbroyennya ta viys'kovoyi tekhniky do novoho vyhlyadu Zbroynykh Syl Ukrayiny [Adaptation of the system of maintenance and repair of armaments and military equipment to the new type of the Armed Forces of Ukraine]. Systemy ozbroyennya i viys'kova tekhnika. 2012. no. 4 (32). pp. 18–21.
Yar-Mukhamedova G. Sh., Sakhnenko N. D., Ved M. V. Nanocomposite electrolytic coatings with defined functional properties. Almaty: Kazakh University, 2020, 180 p.
Rudnev V. S. Multiphase Anodic Layers and Prospects of Their Application. Prot. Met., 2008, Vol. 44, no. 3, pp. 263–272, doi:10.1134/S0033173208030089.
Rudnev V. S., Lukiyanchuk I. V., Vasilyeva M. S., Medkov M. A., Adigamova M. V., Sergienko V. I. Aluminum- and titanium-supported plasma electrolytic multicomponent coatings with magnetic, catalytic, biocide or biocompatible properties. Surf. Coat. Technol., 2016, Vol. 307, Part C, 1219–1235, doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.07.060.
Grison C., Escande V., Biton J. Ecocatalysis. A New Integrated Approach to Scientific Ecology. Elsevier, 2015. 100 p.
Kašpar J., Fornasiero P., Hickey N. Automotive catalytic converters: current status and some perspectives. Catal. Today, 2003, Vol. 77, Iss. 4, pp. 419–449, doi: 10.1016/S0920-5861(02)00384-X.
Halak O. V., Karakurkchi H. V., Hrybynyuk Y. V. Fil'troventylyatsiyni ustanovky (ahrehaty) statsio-narni ta na broneob" yektakh [Filter ventilation units (units) stationary and on armored objects]. Systemy ozbroyennya i viys'kova tekhnika, 2016, no. 4(48), pp. 5–9.
Finishes, coatings, and sealants, for the protection of aerospace weapons systems. MIL-STD-7 179. Department of defense standard practice, 1997, 27 р.
Zunino J., Battista L., Colon N. U.S. Army Development of Active Smart Coatings™ System for Military Vehicles. NSTI-Nanotech., 2005, Vol. 3, pp. 387–390.
Hamdy Makhlouf A. S. Handbook of Smart Coatings for Materials Protection. Woodhead Publishing, 2014, 656 р.
Anodic coatings for aluminum and aluminum alloys. MIL-A-8625F, 2003, 25 р.
Ved M. V., Sakhnenko N. D., Karakurkchi A. V., Yermolenko I. Yu. Electroplating and functional properties of Fe-Mo and Fe-Mo-W coatings. Iss. Chem. Chem. Technol., 2014, no. 5–6 (98), pp. 53–60.
Ved’ M. V., Sakhnenko N. D., Yermolenko I. Y., Nenastina T. A. Nanostructured Functional Coatings of Iron Family Metals with Refractory Elements. Nanochemistry, Biotechnology, Nanomaterials, and Their Applications. NANO 2017, 2018, Vol. 214, pp. 3–34, doi:10.1007/978-3-319-92567-7_1.
Yapontseva Y. S., Dikusar A. I., Kyblanovskii V.S. Study of the composition, corrosion, and catalytic properties of Co-W alloys electrodeposited from a citrate pyrophosphate electrolyte. Surf. Engin. Appl. Electrochem., 2014, no. 50, pp. 330–336, doi:10.3103/S1068375514040139.
Silkin S., Gotelyak A., Tsyntsaru N., Dikusar A. Size effect of microhardness of nanocrystalline Co-Wcoatings produced from citrate and gluconate solutions. Surf. Engin. Appl. Electrochem., 2015, Vol. 51, pp. 228‒234, doi: 10.3103/S106837551503014X.
Tsyntsaru N., Dikusar A., Cesiulis H., Celis J.-P., Bobanova Zh., Sidel’nikova S., Belevskii S., Yapontseva Yu., Bersirova O., Kublanovskii V. Tribological and corrosive characteristics of electrochemical coatings based on cobalt and iron superalloys. Powder Metall. Met. Ceram., 2009, Vol. 48, no. 7–8, pp. 419–428, doi:10.1007/s11106-009-9150-7.
Bobanova Zh. I., Dikusar A. I., Cesiulis H., Tsyntsaru N. I., Prosycevas I. Micromechanical and tribological properties of nanocrystalline coatings electrodeposited from citrate-ammonia solutions. Russ. J. Electrochem., Vol. 45, no. 8, pp. 895–901, doi:10.1134/S1023193509080096.
Letov S. S., Serebrovskiy V. V., Afanasev E. A. Primenenie elektroosazhdennyih binarnyih pokryitiy na osnove zheleza dlya uprochneniya i vosstanovleniya detaley mashin [Application of iron-based electrodeposited binary coatings for hardening and restoration of machine parts]. Instrument i tehnologii, 2012, no. 2, pp. 26–32.
Gadalov V. N., Serebrovskiy V. I., Skripina Yu. V. Renovatsiya mashinostroitelnoy i selskohozyaystvennoy tehniki galvanicheskimi zhelezohromistyimi pokryitiyami s primeneniem tsementatsii [Renovation of machine-building and agricultural machinery with electroplated iron-chromium coatings using cementation]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta, 2012, no. 1–2, pp. 90–94.
Tsyntsaru N., Cesiulis H., Donten M., Sort J., Pellicer E., Podlaha-Murphy E. J. Modern Trends in Tungsten Alloys Electrodeposition with Iron Group Metals. Surf. Eng. Appl. Electrochem., 2012, Vol. 48, no. 6, pp. 491–520, doi:10.3103/S1068375512060038.
Podlaha E. J., Landolt D. Induced codeposition: III. Molybdenum alloys with nickel, cobalt and iron. J. Electrochem. Soc., 1997, Vol. 144, no. 5, pp. 1672–1680.
Podlaha-Murphy E. J. Electrodeposition of Ni-Fe-Mo-W Alloys. 1st Quarterly Report January-March, 2013. NASF Surf. Technol. White Papers, 2013, Vol. 77, no. 12, pp. 11–17.
Sun S., Bairachna T., Podlaha E. J. Induced Codeposition Behavior of Electrodeposited NiMoW Alloys. J. Electrochem. Soc., 2013, Vol. 160, no. 10, pp. 434–440.
Silva M., Kola A., Duarte K., Sun S., Podlaha E.J. Plating of NiW, NiMo and NiMoW with and without Fe: Induced codeposition mechanism. National Association for Surface Finishing Annual Conference and Trade Show, SUR/FIN 2014, 2014, Vol. 1, pp. 575–596.
Yermolenko I. Yu., Ved` M. V., Sakhnenko N. D., Sachanova Y. I. Composition, Morphology, and Topography of Galvanic Coatings Fe-Co-W and Fe-Co-Mo. Nanosc. Res. Lett., 2017, Vol. 12, pp. 352, doi:10.1186/s11671-017-2128-3.
Sakhnenko M., Ved' M., Karakurkchi H., Yermolenko I., Zyubanova S. Resursozaoshchadzhuval'na tekhnolohiya vidnovlennya znoshenykh detaley [Resource-saving technology for restoration of worn parts]. Intehrovani tekhnolohiyi ta resursozberezhennya, 2013, no 2, pp. 9–13.
Okada A. Innovative materials for automotive industry. New York: Nova Science Publishers, 2010. 147 p.
Glazoff M. V., Zolotorevsky V. S., Belov N. A. Casting Aluminum Alloys. Elsiever, Oxford, 2007, 544 p.
Lukiyanchuk I. V., Rudnev V. S., Tyrina L. M. Plasma electrolytic oxide layers as promising systems for catalysis. Surf. Coat. Technol., 2016, Vol. 307, Part C, pp. 1183–1193.
Karakurkchi A. V., Sakhnenko M. D., Ved M. V., Gorohivskiy A. S., Galak O. V., Menshov S. M., Matykin O. V. Cobalt and manganese oxide catalytic systems on valve metals in ecotechnologies. Prom. Mater. Proc. Appl. Electrochem.: monogr. Kyiv : KNUTD, 2017, pp. 214–223.
Kolmykov D.V., Goncharov A.N. Kombinirovannye metody uprochnenija [Combined methods of hardening]. Bulletin of Sumy National Agrarian University, 2012, Iss. 6 (24), pp. 46–50.
Mazurenko Ye. A., Herasymchuk A. I., Ovsyannykov V. P. Khimichne osadzhennya z hazovoyi fazy, syntez funktsional'nykh materialiv (ohlyad) [Chemical deposition from the gas phase, synthesis of functional materials (review)]. Fizyka i khimiya tverdoho tila, 2001, Vol. 2, no. 3, pp. 339–349.
Bobzin K., Ernst F., Richardt K., Schlaefer T., Verpoort C., Flores G. Thermal spraying of cylinder bores with the Plasma Transferred Wire Arc process. Surf. Coat. Technol., 2008, Vol. 202, no. 18, pp. 4438–4443, doi:10.1016/j.surfcoat.2008.04.023.
Jiang B. L., Wang Y. M. Plasma electrolytic oxidation treatment of aluminium and titanium alloys. Surf. Engin. light alloys, 2010, pp. 110–154, doi: 10.1533/9781845699451.2.110.
Gupta P., Tenhundfeld G., Daigle E. O., Ryabkov D. Electrolytic plasma technology: Science and engineering – An overview. Surf. Coat. Technol., 2007, Vol. 201, Iss. 21, pp. 8746–8760, doi:10.1016/j.surfcoat.2006.11.023.
Sakhnenko M. D., Ved' M. V., Karakurkchi H. V., Halak O. V.Osoblyvosti oderzhannya metaloksydnykh katalitychnykh system plazmovo-elektrolitychnym oksyduvannyam alyuminiyu ta tytanu v pirofosfatnykh elektrolitakh [Peculiarities of obtaining metal oxide catalytic systems by plasma-electrolytic oxidation of aluminum and titanium in pyrophosphate electrolytes]. Visnyk NTU «KhPI», 2016, no. 22 (1194), pp. 171–176.
Dudareva N. Yu., Abramova M. M. The Structure of Plasma Electrolytic Coating Formed on Al-Si alloys by the Micro Arc Oxidation Method. Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 2016, Vol. 52, no, 1, pp. 128–132, doi: 10.1134/S2070205116010093.
Burange A. S., Gawande M. B. Role of Mixed Metal Oxides in Heterogeneous Catalysis. Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry, 2016, pp. 1–19.
Korotcenkov Gh. Metal Oxides in Heterogeneous Catalysis. 2018, 618 р.
Sulka G. Nanostructured Anodic Metal Oxides. Elsevier, 2020, 484 р.
Krishtal M. M., Yasnikov I. S., Ivashin P. V., Polunin A. V. O primenenii tehnologii mikrodugovogo oksidirovaniya dlya remonta i vosstanovleniya izdeliy iz siluminov [On the use of micro-arc oxidation technology for the repair and restoration of products made of silumin]. Aviatsionnaya i raketno-kosmicheskaya tehnika, 2012, no. 3 (34), pp. 225–228.
Krishtal M. M. Oxide Layer Formation by Micro-Arc Oxidation on Structurally Modified Al-Si Alloys and Applications for Large-Sized Articles Manufacturing. Adv. Mater. Research, 2009, Vol. 59, pp. 204–208, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.59.204.
Butusov I. A., Dudareva N. Yu. Issledovanie vliyaniya mikrodugovogo oksidirovaniya na iznosostoykost porshnya DVS [Study of the effect of microarc oxidation on the wear resistance of the internal combustion engine piston]. Nauka i obrazovanie, 2013, no. 9, pp. 127–144.
Stepanov V. A. Uluchshenie ekspluatatsionnyih pokazateley avtomobiley mikrodugovyim oksidirovaniem dnisch porshney dvigateley [Study of the effect of microarc oxidation on the wear resistance of the internal combustion engine piston]. Science and world, 2014, no. 1(5), pp. 115-117.
Marchenko A. P., Shpakovs`ky`j V. V., Py`l`ov V. V. Pidvy`shhennya ekonomichnosti benzy`novogo dvy`guna na rizny`x rezhy`max roboty` pry` zastosuvanni chastkovo-dy`namichnoyi teploizolyaciyi porshniv [Improving the efficiency of the gasoline engine in different modes of operation with the use of partial-dynamic insulation of pistons]. Visnyk NTU «KhPI», 2013, no. 32(1005), pp. 106–110.
Marchenko A. P., Shpakovskiy V. V. Vliyanie korundovogo sloya na rabochih poverhnostyah porshney na protsess sgoraniya v DVS [The effect of the corundum layer on the working surfaces of the pistons on the combustion process in the internal combustion engine]. Internal combustion engines, 2011, no. 2, pp. 24–28.
Sakhnenko M., Karakurkchi A., Galak A., Menshov S., Matykin O. Examining the formation and properties of TiO2 oxide coatings with metals of iron triad. East.-Europ. J. Enterp. Technol., 2017, Vol. 2, no. 11(86), pp. 4–10. doi:10.15587/1729-4061.2017.97550.
Khairy M., Zakaria W. Effect of metal-doping of TiO2 nanoparticles on their photocatalytic activities toward removal of organic dyes. Egyptian J. of Petroleum., 2014, Vol. 23, pp. 419–426.
DohĿeviĿ-MitroviĿ Z., DohĿeviĿ-MitroviĿ Z., Stojadinovi Ŀ S., Lozzi L., Aškrabi Ŀ S., RosiĿ M., TomiĿ N., PaunoviĿ N., LazoviĿ S., NikoliĿ M. G., Santucci S. WO3/TiO2 composite coatings: Structural, optical and photocatalytic properties. Mater. Res. Bull., 2016, Vol. 83, pp. 217–224, doi:10.1016/j.materresbull.2016.06.011.
Yar-Mukhamedova G., Ved' M., Sakhnenko N., Koziar M. Ternary cobalt-molybdenum-zirconium coatings for alternative energies. Appl. Surf. Sci., 2017, Vol. 421, Part A, pp. 68–76, doi:10.1016/j.apsusc.2017.01.196.
Ermolenko I. Yu., Sakhnenko N. D., Zyubanova S. I., Sachanova Yu. I. Methods for controlling the composition and morphology of electrodeposited Fe–Mo and Fe–Co–Mo coatings. Surf. Engin. Appl. Electrochem., 2017, Vol. 53, no. 6. pp. 525−532, doi: 10.3103/S1068375517060138.
Sakhnenko N. D., Ved M. V., Mayba M. V. Konversionnyie i kompozitsionnyie pokryitiya na splavah titana: monogr. [Conversion and composite coatings on titanium alloys: monograph.] Kharkov: NTU «КhPI», 2015, 176 p.
Sakhnenko N. D., Ved’ M. V., Karakurkchi A. V. Effect of Doping Metals on the Structure of PEO Coatings on Titanium. Intern. J. Chem. Engin., 2018, Vol. 2018, Article ID 4608485, 10 p., doi: 10.1155/2018/4608485.
Ved’ M. V., Sakhnenko N. D., Karakurkchi A. V., Gorohivskiy A.S. Synthesis of catalytic cobalt-containing coatings on alloy AL25 surface by plasma electrolytic oxidation. Chemistry, Physics and Technology of Surface, 2017, Vol. 8, no. 1, pp. 7379.
Karakurkchi A. V., Sakhnenko N. D., Ved’ M. V., Luhovskyi I. S., Drobakha H. A., Mayba M. V. Features of plasma electrolytic formation of manganese- and cobalt-containing composites on aluminum alloys. Adv. Mater. Sci. Engin., 2019, Vol. 2019, Article ID 6381291, 13 p., doi:10.1155/2019/6381291.
Karakurkchi H. V., Ved' M. V., Yermolenko I. Yu., Sakhnenko M. D. Elektrolitychni pokryttya splavamy zaliza dlya zmitsnennya i zakhystu poverkhni [Electrolytic coatings of iron alloys to strengthen and protect the surface]. Kharkiv: FOP Panov, 2017, 200 p.
Karakurkchi A., Sakhnenko M., Ved’ M., Yermolenko I., Pavlenko S., Yevsieiev V., Pavlov Y., Yemanov V. Determining features of application of functional electrochemical coatings in technologies of surface treatment. East.-Europ. J. Enterp. Technol., 2019. Vol. 3, no. 12 (99), pp. 2938, doi:10.15587/1729-4061.2019.171787.
Method of formation of oxide nanodisperse coatings on aluminium alloys: pat. 4978 Republic of Kazakhstan, C25D 3/12, C25D 11/02, C25D 11/04, C25D 11/06. 2019/1012.2; declar. 18.11.2019, publ. 29.05.2020, Bul. № 21.
Parsadanov I. V., Sakhnenko M. D., Khyzhnyak V. O., Karakurkchi H. V. Improving the environmental performance of engines by intra-cylinder neutralization of toxic exhaust gases. Internal Combustion Engines, 2016, Vol. 2, pp. 63−67, doi: 10.20998/0419-8719.2016.2.12.
Low J., Yu J., Jaroniec M., Wageh S., Al-Ghamdi A. A. Heterojunction Photocatalysts. Adv. Mater., 2017, Vol. 29, 1601694, doi:10.1002/adma.201601694.
Wong Y. H., Affendy M. G., Lau S. K. Effects of anodisation parameters on thin film properties: a review. Mater. Sci. Technol., 2017, no. 33, pp. 699–711. doi:10.1080/02670836.2016.1193654.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Ганна Каракуркчі , Микола Сахненко , Ірина Єрмоленко , Сергій Індиков , Наталя Горохівська , Василь Сарай
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
