Управление технологическими параметрами детонационного напыления для получения покрытий на основе диоксида титана с заданными смачивающими свойствами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено исследование водоотталкивающих свойств поверхности металлокерамического покрытия защитного назначения на основе диоксида титана. Показано, что водоотталкивающие свойства поверхности покрытия можно эффективно менять, варьируя технологические параметры напыления. В процессе производства покрытий менялись такие технологические параметры, как расстояние от подложки до ствола детонационной пушки и скорость ее прохода. Выявлена закономерность, связывающая технологические параметры напыления покрытия детонационным способом и краевой угол. Установлено, что зависимости краевого угла от дистанции напыления подчиняются параболическому закону при определенных условиях. Рассчитаны параметры феноменологического уравнения, адекватно описывающего наблюдаемую параболическую зависимость. Определены оптимальные значения технологических параметров детонационного напыления, необходимые для достижения максимальной гидрофобности производимых покрытий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Сирота

Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова

Автор, ответственный за переписку.
Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород

С. Е. Савотченко

Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова; Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе

Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород; Москва

В. В. Строкова

Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова

Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород

Д. С. Подгороный

Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова

Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород

С. В. Зайцев

Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова

Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород

А. С. Чуриков

Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова

Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород

М. Г. Ковалева

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Email: savotchenkose@mail.ru
Россия, Белгород

Список литературы

  1. Atacan K., Güy N., Özacar M. Recent advances in photocatalytic coatings for antimicrobial surfaces // In: Current Opinion in Chemical Engineering. V. 36. Elsevier Ltd. 2022. https://doi.org/10.1016/j.coche.2021.100777
  2. Obregón S., Rodríguez-González V. Photocatalytic TiO2 thin films and coatings prepared by sol–gel processing: a brief review // Journal of Sol-gel Science and Technology. 2022. V. 102. P. 125–141. https://doi.org/10.1007/s10971-021-05628-5
  3. Zhang W., Gu J., Zhang C., Xie Y., Zheng X. Preparation of titania coating by induction suspension plasma spraying for biomedical application // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 358, 511–520. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.11.047
  4. Yang K., Zhong S., Yue H., Tang S., Ma K., Liu C., Qiao K., Liang B. Application of pulsed chemical vapor deposition on the SiO2-coated TiO2 production within a rotary reactor at room temperature // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2022. V. 45. P. 22–31. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2021.05.012
  5. Seremak W., Baszczuk A., Jasiorski M., Gibas A., Winnicki M. Photocatalytic activity enhancement of low-pressure cold-sprayed TiO2 coatings induced by long-term water vapor exposure // Journal of Thermal Spray Technology. 2021. V. 30. P. 1827–1836. https://doi.org/10.1007/s11666-021-01244-5
  6. Islam M.T., Dominguez A., Turley R.S., Kim H., Sultana K.A., Shuvo M.A.I., Alvarado-Tenorio B., Montes M.O., Lin Y., Gardea-Torresdey J., Noveron J.C. Development of photocatalytic paint based on TiO2 and photopolymer resin for the degradation of organic pollutants in water // Science of the Total Environment. 2020. V. 704. P. 135406. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135406
  7. Kovaleva M.G., Prozorova M.S., Arseenko M.Yu., Vagina O.N., Sirota V.V. Properties of alumina-titania coating formed by a new multi-chamber gas-dynamic accelerator // Key Engineering Materials. 2017. V. 753. P. 117–122. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.753.117
  8. Kovaleva M., Tyurin Y., Vasilik N., Kolisnichenko O., Prozorova M., Arseenko M., Sirota V., Pavlenko I. Structure and microhardness of titanium-based coatings formed by multichamber detonation sprayer // Physics Research International. 2015. V. 2015. P. 532–825. https://doi.org/10.1155/2015/532825
  9. Shtertser A.A., Batraev I.S., Ulianitsky V.Yu., Kuchumova I.D., Bulina N., Ukhina, A., Bokhonov, B.B., Dudina D., Trinh P., Phuong D.D. Detonation spraying of Ti-Cu mixtures in different atmospheres: carbon, nitrogen and oxygen uptake by the powders // Surfaces and Interfaces. 2020. V. 21. P. 100676. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100676
  10. Liu Y., Huang J., Feng X., Li H. Thermal-sprayed photocatalytic coatings for biocidal applications: a review // Journal of Thermal Spray Technology 2021. V. 30. P. 1–24. https://doi.org/10.1007/s11666-020-01118-2
  11. Klochko N., Klepikova K., Kopach V., Khrypunov G., Myagchenko Yu., Melnychuk E., Lyubov V., Kopach A. On controlling the hydrophobicity of nanostructured zinc-oxide layers grown by pulsed electrodeposition // Semiconductors. 2016. V. 50. P. 352–363. https://doi.org/10.1134/S106378261603012X
  12. Zhou H., Sun S., Ding H. Surface organic modification of TiO2 powder and relevant characterization // Advances in Materials Science and Engineering. 2017. V. 2017. P. 1–8. https://doi.org/10.1155/2017/9562612
  13. Li Y., Xia B., Jiang B. Thermal-induced durable superhydrophilicity of TiO2 films with ultra-smooth surfaces // Journal of Sol-gel Science and Technology. 2018. V. 87. P. 50–58. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4684-0
  14. Wu X.H., Then Y.Y. Fabrication and characterization of superhydrophobic graphene/titanium dioxide nanoparticles composite // Polymers (Basel). 2021. V. 14. P. 122. https://doi.org/10.3390/polym14010122
  15. Sharifi N., Pugh M., Moreau C., Dolatabadi A. Developing hydrophobic and superhydrophobic TiO2 coatings by plasma spraying // Surface and Coatings Technology. 2016. V. 289. P. 29–36. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.01.029
  16. Sirota V.V., Vashchilin V.S., Ogurtsova Y.N., Gubareva E.N., Podgornyi D.S., Kovaleva M.G. Structure and photocatalytic properties of the composite coating fabricated by detonation sprayed Ti powders // Ceramics International. 2024. V. 50. P. 739–749. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.10.152
  17. Sirota V.V., Savotchenko S.E., Strokova V.V., Vashchilin V.S., Podgornyi D.S., Prokhorenkov D.S., Zaitsev S.V, Kovaleva M.G. Effect of detonation spray regimes on photocatalytic activity of Ti-TiO2 coatings // Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry. 2024. V. 452. P. 115626. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2024.115626
  18. Sirota V.V., Savotchenko S.E., Strokova V.V., Vashchilin V.S., Podgornyi D.S., Limarenko M.V., Kovaleva M.G. Effect of irradiation intensity on the rate of photocatalysis of TiO2 coatings obtained by detonation spraying // International Journal of Applied Ceramic Technology. 2024. V. 21. https://doi.org/10.1111/ijac.14782
  19. Kovaleva M., Tyurin Y., Kolisnichenko O., Prozorova M., Arseenko M. Properties of detonation nanostructured titanium-based coatings // Journal of Thermal Spray Technology. 2013. V. 22. P. 518–524. https://doi.org/10.1007/s11666-013-9909-8
  20. Nikitina M. A., Chernukha I. M. Nonparametric statistics. Part 3. Correlation coefficients. // Theory and Practice of Meat Processing. 2023. V. 8. P. 237–251. https://doi.org/10.21323/2414-438X-2023-8-3-237-251
  21. Okamoto H. O-Ti (Oxygen-titanium) // J. Phase Equilib. Diffus. 2011. V. 32 P. 473–474. https://doi.org/10.1007/s11669-011-9935-5
  22. Dudina D.V., Zlobin S.B., Ulianitsky V.Yu., Lomovsky O.I., Bulina N.V., Bataev I.A., Bataev V.A. Detonation spraying of TiO2-Ag: controlling the phase composition and microstructure of the coatings // Ceram. Trans. 2012. V. 237. P. 161–169. https://doi.org/10.1002/9781118511466.ch17
  23. Rakhadilov B., Buitkenov D., Sagdoldina Z., Seitov B., Kurbanbekov S., Adilkanova M. Structural features and tribological properties of detonation gun sprayed Ti–Si–C coating. // Coatings. 2021. V. 11. P. 141. https://doi.org/10.3390/coatings11020141
  24. Kantay N., Rakhadilov B., Kurbanbekov S., Yeskermessov D., Yerbolatova G., Apsezhanova A. Influence of detonation-spraying parameters on the phase composition and tribological properties of Al2O3 coatings // Coatings. 2021. V. 11. P. 793. https://doi.org/10.3390/coatings11070793
  25. Du H., Hua W., Liu J., Gong J., Sun C., Wen L. Influence of process variables on the qualities of detonation gun sprayed WC-Co coatings // Materials Science and Engineering: A. 2005.V. 408. P. 202–210. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.008
  26. Senderowski C., Bojar Z. Influence of detonation gun spraying conditions on the quality of Fe-Al intermetallic protective coatings in the presence of NiAl and NiCr interlayers // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. V. 18. P. 435–447. http://dx.doi.org/10.1007/s11666-009-9328-z

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оптическое изображение поверхности подложки (карта высот)

Скачать (96KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптическое изображение поверхностей покрытий, полученных при d = 40 мм, s = 400 мм/мин (а) и s = 2000 мм/мин (б)

Скачать (206KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость шероховатости Ra (мкм) от скорости прохода детонационной пушки s (мм/мин)

Скачать (84KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость краевого угла θ (°) от дистанции напыления d (мм)

Скачать (76KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение значений краевого угла θ (°) при различных скоростях прохода детонационной пушки s (мм/мин)

Скачать (73KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Взаимосвязь краевого угла θ (°) и шероховатости Ra (мкм)

Скачать (65KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схематичное изображение распределения газовых потоков в процессе детонационного напыления: 1 – сопло детонационной пушки; 2 – зона выхода из сопла; 3 – зоны повышенных температур; 4 – ядро детонационной струи; 5 – зона турбулентности; 6 – зона смешивания с атмосферными газами

Скачать (72KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Образцы пятен покрытия, полученных детонационным напылением порошка титана на разных расстояниях от сопла (мм): 20 (a), 40 (б), 60 (в), 80 (г), 100 (д), 130 (е), 160 (ж), 200 (з)

Скачать (195KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость диаметра пятна зоны смешивания (1) и диаметра пятна ядра потока (2) от расстояния напыления (маркеры – экспериментальные данные, сплошные линии – аппроксимация параболическим уравнением, пунктирная линия – аппроксимация логарифмическим уравнением)

Скачать (68KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024