Влияние плотности тока импульса плазменно-электролитического оксидирования титана ВТ1-0 в силикатно-фосфатном электролите на защитные свойства формируемых покрытий

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В данной работе представлены результаты исследований состава и структуры поверхности образцов титана марки ВТ1-0 после обработки методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) в низкочастотном импульсном режиме. Показано, что ПЭО приводит к формированию пористых покрытий, характеризующихся наличием преимущественно открытых пор диаметром от 0.6 до 4.2 мкм. При повышении анодной плотности тока импульсов от 15 до 60 А/дм2 наблюдается уменьшение количества пор, а также их среднего диаметра от 2.2 до 1.6 мкм. Фазовый состав формируемых покрытий представлен кристаллическими фазами рутила и анатаза, причем формирование более твердой и биоактивной фазы рутила в структуре покрытия наблюдается при анодной плотности тока импульсов, превышающей 30 А/дм2. Показано наличие в структуре покрытия Сa и P в виде рентгеноаморфных фосфатсодержащих соединений кальция. Повышение анодной плотности тока при ПЭО до 60 А/дм2 позволяет снизить скорость коррозии образцов в 30.8 и 3.8 раз в растворах Хэнкса и искусственной слюны соответственно по сравнению с исходными образцами титана ВТ1-0. Величина защитного эффекта сформированных покрытий в растворе Хэнкса составляет примерно 91–96%, а в растворе искусственной слюны – 26–74%.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Касач

Белорусский государственный технологический университет

Author for correspondence.
Email: kasach2018@bk.ru
Belarus, Минск

Е. О. Богдан

Белорусский государственный технологический университет

Email: kasach2018@bk.ru
Belarus, Минск

А. А. Ширвель

Белорусский государственный технологический университет

Email: kasach2018@bk.ru
Belarus, Минск

А. В. Поспелов

Белорусский государственный технологический университет

Email: kasach2018@bk.ru
Belarus, Минск

И. И. Курило

Белорусский государственный технологический университет

Email: september@tut.by
Belarus, Минск

References

  1. Alipal J., Saidin S., Lo A.K. et al. // Surfaces and Interfaces. 2023. V. 39. Р. 102872.
  2. Hoque M.E., Showva N.N., Ahmed M. et al. // Heliyon. 2022. Р. e11300.
  3. Hadzik J., Jurczyszyn K., Gębarowski T. et al. // International Journal of Molecular Sciences. 2023. V. 24. № 4. Р. 3603.
  4. Lu J., Yu H., Chen C. // RSC Advances. 2018. V. 8. P. 2015–2033.
  5. Гнеденков С.В., Шаркеев Ю.П., Синебрюхов С.Л. и др. // Тихоокеанский медицинский журнал. 2012. Т. 47 № 1. С. 12–19.
  6. Sartori M., Graziani G., Sassoni E. et al. Nanostructure and biomimetics orchestrate mesenchymal stromal cell differentiation: An in vitro bioactivity study on new coatings for orthopedic applications // Materials Science and Engineering: C. 2021. V. 123. P. 112031.
  7. Mokabber T., Lu L.Q., Rijn P. et al. // Surface & Coatings Technology. 2018. V. 334. P. 526–535.
  8. Montazerian M., Hosseinzadeh F., Migneco C. et al. // Ceramics International. 2022. V. 48. P. 8987–9005.
  9. Santos-Coquillat A., Mohedano M., Martinez-Campos E. et al. // Materials Science & Engineering: C. 2019. V. 97. P. 738–752.
  10. Leśniak-Ziółkowska K., Brodacz K., Babilas D. et al. // Applied Surface Science. 2023. Р. 156285.
  11. Baldin E.K., de Castro V.V., Santos P.B. et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Р. 168735.
  12. Arun S., Lim B.S., Ahn S.G. et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2023. V. 943. Р. 169131.
  13. Pourshadloo M., Rezaei H.A., Saeidnia M. et al. // Surface Innovations. 2022. V. 40. № XXXX. Р. 1–10.
  14. Hosseini M., Khalil-Allafi J., Etminanfar M. et al. // Materials Chemistry and Physics. 2023. V. 293. Р. 126899.
  15. Fattah-Alhosseini A., Keshavarz M.K., Molaei M. et al. // Metallurgical and Materials Transactions A. 2018. V. 49. P. 4966–4979.
  16. Nikoomanzari E., Karbasi M., Melo W.C. et al. Impressive strides in antibacterial performance amelioration of Ti-based implants via plasma electrolytic oxidation (PEO): A review of the recent advancements // Chemical Engineering Journal. 2022. V. 441. P. 136003.
  17. Muntean R., Brîndușoiu M., Buzdugan D. et al. // Materials. 2023. V. 16. № 4. Р. 1410.
  18. Molaei M., Fattah-alhosseini A., Nouri M. et al. // Ceramics International. 2022. V. 48. № 5. Р. 6322–6337.
  19. Chebodaev V.V., Nazarenko N.N., Sedelnikova M.B. et al. // Inorganic Materials: Applied Research. 2021. V. 12. № 3. P. 691–699.
  20. Aliofkhazraei M., Macdonald D.D., Matykina E. // Applied Surface Science Advances. 2021. V. 5. Р. 100121.
  21. Zhu Z., Wu S., Long Y. et al. // Journal of Solid State Chemistry. 2021. V. 303. P. 122544.
  22. Uchida M., Kim H.M., Kokubo T. et al. // Journal of Biomedical Materials Research Part A: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials. 2003. V. 64. № 1. Р. 164–170.
  23. Osipenko M.A., Kharytonau D.S., Kasach A.A. et al. // Electrochimica Acta. 2022. V. 414. Р. 140175.
  24. Kasach A.A., Kharytonau D.S., Paspelau A.V. et al. // Materials. 2021. V. 14. № 20. Р. 6179.
  25. Makarova I., Dobryden I., Kharitonov D. et al. // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 38. Р. 125063.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. SEM images of titanium VT1-0 surface before (a) and after PEO (b-d). Anodic current density of pulses, А/dm2: b - 15; c - 30; d - 60.

Download (565KB)
3. Fig. 2. Differential curves of pore diameter distribution in formed coatings depending on anodic current density of PEO pulse. Anodic current density of PEO pulse, А/dm2: 1 - 15; 2 - 30; 3 - 60.

Download (94KB)
4. Fig. 3. Distribution maps of chemical elements on the surface of the obtained coatings. Anodic current density of PEO, A/dm2: a - 15; b - 30; c - 60.

Download (556KB)
5. Fig. 4. Diffractograms of titanium VT1-0 before (a) and after PEO (b-d). Anodic current density of PEO pulses, А/dm2: b - 15; c - 30; d - 60.

Download (146KB)
6. Fig. 5. Polarisation curves of initial samples of titanium VT1-0 (curve 1) and after PEO (curve 2-4) in Hanks' solutions (a) and artificial saliva (b). Anodic current density of PEO pulse, А/dm2: 2 - 15; 3 - 30; 4 - 60.

Download (187KB)
7. Fig. 6. Impedance spectra in the form of Nyquist diagrams of the initial sample of titanium VT1-0 (curve 1) and after PEO (curves 2-4) in Hanks' solutions (a) and artificial saliva (b). Anodic current density of PEO pulse, А/dm2: 2 - 15; 3 - 30; 4 - 60.

Download (108KB)
8. Fig. 7. Equivalent circuits with one (a) and two time (b) constants.

Download (60KB)
9. Fig. 8. Water wetting of the surface of titanium VT1-0 samples before (1) and after PEO (2-4). Anodic pulse current density, А/dm2: 2 - 15; 3 - 30; 4 - 60.

Download (95KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences