kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-2(18)-46kaz44-1760Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРИБОКОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА КАЛЬЦИЙ-ФОСФАТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯINFLUENCE OF VOLTAGE ON TRIBOCORROSIVE PROPERTIES OF CALCIUM PHOSPHATE COATINGS OBTAINED BY MICROARC OXIDATIONhttps://orcid.org/0009-0001-5887-0135ЖасұланА. Ж.ZhasulanA.

Айнұр Жасұланқызы Жасұлан – докторант специальности «Техническая физика»;

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Ainur Zhassulan – PhD student in the specialty «Technical Physics»,

071412, Semey, Glinka St., 20A

ainur.99.99.99@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-2981-2041ЛеонидоваА. Б.LeonidovaA.

Айым Бауыржанқызы Леонидова – докторант специальности «Техническая физика»,

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Aiym Leonidova – PhD student in the specialty «Technical Physics»,

071412, Semey, Glinka St., 20A

aiym.leonidova@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-6202-112XТурарЖ.TurarZh.

Жанабай Турар – магистрант, 

54050, г. Сакарья, ул. Академийолу, 5-20

turarjanabay@gmail.comБақытЖ. Ә.BakytZh.

Жанел Әділжанқызы Бақыт – Младший научный сотрудник Инжинирингового центра; 

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Zhanel Bakyt – Junior research fellow,

071412, Semey, Glinka St., 20A

bakytzhanel@gmail.comШәкәрім университет, Инжиниринговый центрКазахстанShakarim University, Engineering CenterKazakhstanУниверситет СакарьяТурцияSakarya UniversityTurkey20250807202502(18)377384Copyright © Жасұлан А.Ж., Леонидова А.Б., Турар Ж., Бақыт Ж.Ә., 20252025Жасұлан А.Ж., Леонидова А.Б., Турар Ж., Бақыт Ж.Ә.Zhasulan A., Leonidova A., Turar Z., Bakyt Z.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1760

Исследование посвящено детальному анализу воздействия уровня напряжения, применяемого в процессе микродугового оксидирования, на трибокоррозионные свойства кальцийфосфатных покрытий, формируемых на титановых подложках. В работе рассматриваются различные значения напряжения (100 В, 200 В, 300 В), которые использовались для создания покрытий с уникальными морфологическими, структурными и физико-химическими характеристиками. Эти особенности, в свою очередь, оказывают значительное влияние на механические свойства покрытий, их износостойкость и коррозионную стойкость. Методология исследования включает профилометрию для детального анализа поверхностной текстуры, измерение микротвердости для оценки механических характеристик, трибологические испытания с целью изучения устойчивости к износу, а также потенциодинамические исследования в физиологическом растворе, позволяющие оценить уровень коррозионной стойкости покрытий. Полученные результаты дадут возможность глубже понять механизмы влияния параметров микродугового оксидирования на процесс формирования кальций-фосфатных покрытий и их эксплуатационные характеристики. Это, в свою очередь, будет полезно для разработки новых материалов с улучшенными функциональными свойствами, которые могут найти широкое применение в биомедицинской сфере, включая производство имплантатов, а также в промышленности, где требуется высокая коррозионная стойкость покрытий.

The study is devoted to a detailed analysis of the effect of the voltage level used in the microarc oxidation process on the tribocorrosive properties of calcium phosphate coatings formed on titanium substrates. The paper considers various voltage values (100 V, 200 V, 300 V), which were used to create coatings with unique morphological, structural and physicochemical characteristics. These features, in turn, have a significant impact on the mechanical properties of the coatings, their wear resistance and corrosion resistance. The research methodology includes profilometry for detailed analysis of surface texture, microhardness measurement for evaluation of mechanical properties, tribological tests for wear resistance, and potentiodynamic studies in saline solution to evaluate the level of corrosion resistance of coatings. The obtained results will provide an opportunity to better understand the mechanisms of influence of microarc oxidation parameters on the formation of calcium phosphate coatings and their performance characteristics. This, in turn, will be useful for the development of new materials with improved functional properties that can find wide application in the biomedical field, including the production of implants, as well as in industry where high corrosion resistance of coatings is required.

микродуговое оксидированиекальций-фосфатные покрытиятитантрибологиякоррозиянапряжениетвердостьmicroarc oxidationcalcium phosphate coatingstitaniumtribologycorrosionstresshardnessРабота выполнена в рамках проекта гранатового финансирования Комитета науки МНиВО РК BR24992870 «Обеспечение устойчивого развития машиностроительной отрасли Казахстана на основе разработки, научного обоснования и реализации промышленных технологий инженерии поверхности».ReferencesPlasma formation mechanism of microarc oxidation / Т. Mi et al // Electrochimica Acta. – 2014. – Vol. 123. – P. 369-377.Mi T., Jiang B., Liu Z., Fan L. Plasma formation mechanism of microarc oxidation // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 123. P. 369–377.Review of the biocompatibility of micro-arc oxidation coated titanium alloys / Y. Wang et al // Materials & Design. – 2015. – Vol. 85. – P. 640-652.Wang Y., Yu H., Chen C., Zhao Z. Review of the biocompatibility of micro-arc oxidation coated titanium alloys // Materials & Design. 2015. Vol. 85. P. 640–652.Model concepts on the mechanism of microarc oxidation of metal materials and the control over this process / A.G. Rakoch et al // Protection of Metals. – 2006. – Vol. 42. – P. 158-169.Rakoch A. G., Khokhlov V. V., Bautin V. A., Lebedeva N. A., Magurova Y. V., Bardin I. V. Model concepts on the mechanism of microarc oxidation of metal materials and the control over this process // Protection of Metals. 2006. Vol. 42. P. 158–169.Effect of microplasma modes and electrolyte composition on micro-arc oxidation coatings on titanium for medical applications / O.P. Terleeva et al // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 205, № 6. – P. 1723-1729.Terleeva O. P., Sharkeev Y. P., Slonova A. E. A., Mironov I. V., Legostaeva E. V., Khlusov I. A., Thompson G. E. Effect of microplasma modes and electrolyte composition on micro-arc oxidation coatings on titanium for medical applications // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 205, No. 6. P. 1723–1729.Corrosion behavior and biological activity of micro arc oxidation coatings with berberine on a pure magnesium surface / L. Mu et al // Coatings. – 2020. – Vol. 10, № 9. – P. 837.Mu L., Ma Z., Wang J., Yuan S., Li M. Corrosion behavior and biological activity of micro arc oxidation coatings with berberine on a pure magnesium surface // Coatings. 2020. Vol. 10, No. 9. P. 837.The effect of TiO2 coating on biological NiTi alloys after micro-arc oxidation treatment for corrosion resistance / Е.Е. Sukuroglu et al // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. – 2017. – Vol. 231, № 8. – P. 699-704.Sukuroglu E. E., Sukuroglu S., Akar K., Totik Y., Efeoglu I., Arslan E. The effect of TiO2 coating on biological NiTi alloys after micro-arc oxidation treatment for corrosion resistance // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 2017. Vol. 231, No. 8. P. 699–704.Tribo-corrosion mechanisms of CoCrMo alloy coatings for artificial hip joints: Influence of carbide microstructure and third body phases / R. Pourzal et al // Acta Biomaterialia. – 2015. – Vol. 11. – P. 471-484.Pourzal R., et al. Tribo-corrosion mechanisms of CoCrMo alloy coatings for artificial hip joints: Influence of carbide microstructure and third body phases // Acta Biomaterialia. 2015. Vol. 11. P. 471–484.Tribocorrosion behavior of biomedical titanium in artificial saliva: Influence of applied potential / J. Zhang et al // Tribology International. – 2020. – Vol. 139. – P. 106168.Zhang J., et al. Tribocorrosion behavior of biomedical titanium in artificial saliva: Influence of applied potential // Tribology International. 2020. Vol. 139. P. 106168.In vitro tribocorrosion behavior of titanium alloys for biomedical applications: Influence of applied load and reciprocating sliding motion / А. Ibrahim et al // Tribology International. – 2020. – Vol. 147. – P. 106264.Ibrahim A., et al. In vitro tribocorrosion behavior of titanium alloys for biomedical applications: Influence of applied load and reciprocating sliding motion // Tribology International. 2020. Vol. 147. P. 106264.Kumar A. Surface modification of Ti6Al4V alloy via advanced coatings: mechanical, tribological, corrosion, wetting, and biocompatibility studies / A. Kumar, G. Singh // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – Р. 174418.Yang Z., et al. Microstructure and mechanical properties of TiO2 coatings fabricated on titanium alloy by micro-arc oxidation // Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 205, No. 11. P. 3369–3374.Tribo-Corrosion Behavior of Implants / М. Murugan et al // Tribo-Behaviors of Biomaterials and their Applications. – CRC Press. – 2024. – Р. 71-93.Xu Y., et al. Effect of voltage on the structure and properties of plasma electrolytic oxidation coatings on Ti–6Al–4V alloy // Applied Surface Science. 2014. Vol. 303. P. 427–433.Wood R.J.K. Coatings and surface modification of alloys for tribo-corrosion applications / R.J.K. Wood, P. Lu // Coatings. – 2024. – Т. 14, № 1. – Р. 99.Guo L., et al. Influence of microarc oxidation voltage on microstructure and tribological properties of TiO2 coatings on pure titanium // Tribology Letters. 2016. Vol. 63, No. 3. P. 31.Effect of microarc oxidation voltage on the tribological properties of Ti6Al4V alloy / X. Li, et al // Tribology International. – 2019. – Vol. 139. – P. 105934.Li X., et al. Effect of microarc oxidation voltage on the tribological properties of Ti6Al4V alloy // Tribology International. 2019. Vol. 139. P. 105934.The growth and characterisation of oxide coatings on titanium by micro-arc techniques / G. Skeldon et al // Surface and Coatings Technology. – 1999. – Vol. 116-119. – P. 1023-1030.Skeldon G., et al. The growth and characterization of oxide coatings on titanium by micro-arc techniques // Surface and Coatings Technology. 1999. Vol. 116–119. P. 1023–1030.Effect of aluminum by magnetron sputtering on the micro-arc oxide film layer of titanium alloy / С. Wang et al // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2024. – Р. 1-9.Kok A., et al. Characterisation of titanium oxide films grown on a titanium substrate by micro-arc oxidation // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516, No. 12. P. 4127–4132.Особенности микродугового оксидирования титана в электролите на основе гидроксида натрия / К.О. Галкин и др. // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. – 2015. – № 3. – С. 51-54.Galkin K. O., Gerasimova E. Yu., Shibanov A. A., et al. Peculiarities of microarc oxidation of titanium in an electrolyte based on sodium hydroxide // Bulletin of the North-Eastern Federal University named after M. K. Ammosov. 2015. No. 3. P. 51–54.Чернов А.А. Исследование структуры и механических свойств покрытий, полученных методом микродугового оксидирования титана / А.А. Чернов, А.А. Шибанов // Вестник Челябинского государственного университета. – 2012. – № 24(268). – С. 99-102.Chernov A. A., Shibanov A. A. Study of the structure and mechanical properties of coatings obtained by microarc oxidation of titanium // Bulletin of the Chelyabinsk State University. 2012. No. 24 (268). P. 99–102.Морфология и физико-химические свойства покрытий, полученных методом микродугового оксидирования титана в различных электролитах / В.А. Лавров и др. // Материалы конференции «Физика и техника высоких давлений». – 2017. – С. 168-169.Lavrov V. A., Novikova T. A., Nikolaev A. A., et al. Morphology and physicochemical properties of coatings obtained by microarc oxidation of titanium in various electrolytes // Proceedings of the conference "High Pressure Physics and Engineering". 2017. Pp. 168–169.Исследование структуры и механических свойств покрытий, полученных методом микродугового оксидирования титана в электролите на основе гидроксида натрия / В.В. Барашков и др. // Материалы Международной научной конференции «Современные технологии в материаловедении, машиностроении и транспорте». – 2013. – С. 220-222.Barashkov V. V., Shibanov A. A., Golikov A. V., et al. Study of the structure and mechanical properties of coatings obtained by microarc oxidation of titanium in an electrolyte based on sodium hydroxide // Proceedings of the International Scientific Conference "Modern Technologies in Materials Science, Mechanical Engineering and Transport". 2013. Pp. 220–222.Chemical incorporation of SiO2 into TiO2 layer by green plasma enhancer and quencher agents for synchronized improvements in the protective and bioactive properties / М. Kaseem et al // Nano Materials Science. – 2024. – Т. 6, № 5. – Р. 596-610.Smirnov AV, Isachenko AG, Shibanov AA, et al. Effect of microarc oxidation modes on the tribological properties of coatings on titanium alloy // Bulletin of the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov. 2019. No. 1. P. 75–81.Chernov AA, Shibanov AA Effect of microarc discharge voltage on the wear resistance and mechanical properties of coatings obtained by the MAO method // Proceedings of the International Scientific Conference "Physics and Chemistry of Solids". 2017. P. 67–68.Chernov AA, Shibanov AA Effect of microarc discharge voltage on the wear resistance and mechanical properties of coatings obtained by the MAO method // Proceedings of the International Scientific Conference "Physics and Chemistry of Solids". 2017. P. 67–68.Ivanov PV, Sokolov DY, Kovalchuk AY, et al. Effect of voltage level during microarc oxidation on the tribological properties of coatings on titanium alloys // Proceedings of the International Scientific and Practical Conference "Modern Problems of Engineering and Technology". 2018. P. 101–104.Ivanov PV, Sokolov DY, Kovalchuk AY, et al. Effect of voltage level during microarc oxidation on the tribological properties of coatings on titanium alloys // Proceedings of the International Scientific and Practical Conference "Modern Problems of Engineering and Technology". 2018. P. 101–104.Gavrilova A. S., Shibanov A. A. Study of tribological properties of coatings obtained by microarc oxidation depending on discharge voltage // Proceedings of the International Scientific Conference "Modern Problems of Materials Science and Metallurgy". 2019. P. 78–80Gavrilova A. S., Shibanov A. A. Study of tribological properties of coatings obtained by microarc oxidation depending on discharge voltage // Proceedings of the International Scientific Conference "Modern Problems of Materials Science and Metallurgy". 2019. P. 78–80

The authors declare that there are no conflicts of interest present.