Получение противокоррозионных покрытий на поверхности металлов путем газотермического напыления керамических наночастиц ZnO, синтезированных в плазменном разряде под действием ультразвука

Аннотация

Приведены результаты исследования возможности применения физических методов воздействия с высокой локальной концентрацией энергии, а именно плазменного разряда под действием интенсивного ультразвука и газотермической обработки, для синтеза керамических наночастиц и создания на их основе покрытия на поверхностях материалов. Для газотермической обработки варьировались состав газа (расход компонентов), его расход, дистанция обработки, время и температура воздействия. На примере оксида цинка показана возможность создания покрытий из наночастиц на поверхности стали. Наночастицы оксида цинка, синтезированные в плазменном разряде под действием ультразвука, охарактеризованы методом сканирующей электронной микроскопии. Размер частиц составлял 30...50 нм. Сформированные покрытия исследованы на металлографическом микроскопе, получены данные о толщине и структуре покрытия. По микрофотографиям установлено, что полученное покрытие достаточно однородно, структура покрытия на подложке и материал покрытия после отслоения от подложки являются целостными. Проведенные исследования позволили подтвердить, что нанесение наночастиц керамических материалов на поверхность стали при ее газотермической обработке позволяет получить покрытие, которое может на некоторое время препятствовать коррозионным процессам

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской темы (2022--2024): "Химическая стойкость материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления" (рег. № ЕГИСУ 122011300078-1, № ФФЗС-2022-0013)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Бутусова О.А., Ситников С.А., Михайлов Ю.Г., и др. Получение противокоррозионных покрытий на поверхности металлов путем газотермического напыления керамических наночастиц ZnO, синтезированных в плазменном разряде под действием ультразвука. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 2 (119), с. 65--77. EDN: KLXXGD

Литература

[1] Bach F.W., Mohwald K., Laarmann A., et al. Modern surface technology. Wiley, 2006.

[2] Лащенко Г.И. Плазменное упрочнение и напыление. Киев, Екотехнологiя, 2003.

[3] Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М., Наука, 1977.

[4] Vysohlid M., Heberlein J. Investigation of arc voltage fluctuations in a plasma torch SG-100 operated with Ar/H₂. ITSC, 2004, pp. 998--1003. DOI: https://doi.org/10.31399/asm.cp.itsc2004p0998

[5] Drulko M., Forster G., Landes K.D., et al. Plasma torch developments. ITSC, 2005, pp. 431--434. DOI: https://doi.org/10.31399/asm.cp.itsc2005p0431

[6] Newbery A.P., Grant P.S. Arc sprayed steel: microstructure in severe substrate features. J. Therm. Spray Tech., 2009, vol. 18, no. 2, pp. 256--271. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-009-9300-y

[7] Wilden J., Bergmann J.P., Jahn S., et al. Investigation about the chrome steel wire arc spray process and the resulting coating properties. J. Therm. Spray Tech., 2007, vol. 16, no. 5-6, pp. 759--767. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-007-9114-8

[8] Siegmann S., Abert С. 100 years of thermal spray: about the inventor Max Ulrich Schoop. Surf. Coat. Technol., 2013, vol. 220, pp. 3--13. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.10.034

[9] Hartman S. [The history of thermal spraying --- from Max Ulrich Schoop to the present day]. 9th Colloquium HVOF spraying. Proc., Erding, 2012.

[10] Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Плохов А.В. Научные основы технологии холодного газодинамического напыления и свойства напыленных материалов. Новосибирск, НГТУ, 2006.

[11] Baranovsky V., Baranovsky A. Supersonic material flame spray method and apparatus. Patent US 20110229649. Accept. 22.03.2010, Publ. 22.09.2011.

[12] Bach Fr.-W., Engl L., Bach C., et al. Evaluation of modern HVOF systems concerning the application of hot corrosion protective coatings. ITSS, 2003, pp. 519--527. DOI: https://doi.org/10.31399/asm.cp.itsc2003p0519

[13] Rusch W. Thermal spray global coating solutions. ASM International, 2007.

[14] Алхимов А.П., Клинков С.В., Косарев В.Ф. и др. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. М., ФИЗМАТЛИТ, 2010.

[15] Davis J.R. Handbook of thermal spray technology. ASM International, 2004.

[16] Bulychev N.A. Preparation of stable suspensions of ZnO nanoparticles with ultrasonically assisted low-temperature plasma. NTIJ, 2021, vol. 12, iss. 3, pp. 91--97. DOI: https://doi.org/10.1615/NanoSciTechnolIntJ.2021038033

[17] Bulychev N.A. Study of interaction of surface-active polymers with zinc oxide nanoparticles synthesized in ultrasonically assisted plasma discharge. NTIJ, 2022, vol. 13, iss. 1, pp. 55--65. DOI: https://doi.org/10.1615/NanoSciTechnolIntJ.2021038100

[18] Булычев Н.А., Михайлов Ю.Г. Получение полимерных композиционных материалов на основе наночастиц оксида цинка, синтезированных в плазменном разряде под действием ультразвука. РЭНСИТ, 2023, т. 15, № 2, с. 161--168. DOI: https://doi.org/10.17725/rensit.2023.15.161

[19] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Developing a procedure for calculating physical processes in combined schemes of plasma magneto-inertial confinement. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys., 2016, vol. 80, no. 5, pp. 598--602. DOI: https://doi.org/10.3103/S1062873816030217

[20] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Mathematical modeling of plasma dynamics for processes in capillary discharges. Rus. J. Nonlin. Dyn., 2019, vol. 15, pp. 543--550. DOI: https://doi.org/10.20537/nd190413

[21] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. Computational and experimental modeling in magnetoplasma aerodynamics and high-speed gas and plasma flows (a review). Aerospace, 2023, vol. 10, iss. 8, art. 662. DOI: https://doi.org/10.3390/aerospace10080662

[22] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Numerical simulation of pulsed jets of a high-current pulsed surface discharge. Comput. Therm. Sci.: Int. J., 2021, vol. 13, iss. 2, pp. 45--56. DOI: https://doi.org/10.1615/ComputThermalScien.2020034742

[23] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Numerical simulation of the interaction of a magneto-inertial fusion target with plasma and laser drivers. High Temp., 2022, vol. 60, no. S1, pp. S7--S15. DOI: https://doi.org/10.1134/S0018151X21040143

[24] Twarog D., Ryzhkov S.V. Induction of a strong paramagnetic field inside partially ionized and weakly magnetized plasma by the E×B drift. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2018, no. 5 (80), pp. 45--53. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-5-45-53