kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-2(22)-57kaz44-2432Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯSTUDY OF TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF BIOCOATINGS BY DETONATION SPRAYING METHODhttps://orcid.org/0000-0001-6421-2000СағдолдинаЖ. Б.SagdoldinaZh. B.

Жулдыз Болаткызы Сагдолдина – PhD, ассоциированный профессор, старший научный сотрудник, 070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148;

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20А

Zhuldyz Bolatkizy Sagdoldina – PhD, Associate Professor, senior Researcher, 070002, Ust-Kamenogorsk, Shakarima Street, 148;

071412, Semey, 20 A Glinka Street

sagdoldina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9105-3129БайжанД. Р.BaizhanD. R.

Дарын Рашитулы Байжан – старший научный сотрудник, 070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148;

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20А

Daryn Rashituly Baizhan – senior Researcher, 070002, Ust-Kamenogorsk, Shakarima Street, 148;

071412, Semey, 20 A Glinka Street

daryn.baizhan@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-7419-1281ӘлімбекұлыТ.AlimbekulyT.

Темірлан Әлімбекұлы – младший научный сотрудник научно-исследовательского центра «Инженерия поверхности и трибология», 

070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

Temirlan Alimbekuly – Junior researcher,

070002, Ust-Kamenogorsk, Shakarima Street, 148

temirlanalimbekuly@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0008-4271-0170АлибековаБ. А.AlibekovA. E.

Айбек Еркебұланұлы Әлібеков – инженер научно-исследовательского центра «Инженерия поверхности и трибология»,

070002, г. Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

Aibek Erkebulanuly Alibekov – engineer researcher,

070002, Ust-Kamenogorsk, Shakarima Street, 148

aibek.alibekov.03@mail.ruНаучно-исследовательский центр «Инженерия поверхности и трибология», Восточно-Казахстанский университет имени Сарсена Аманжолова; Шәкәрім университетКазахстанResearch Center Surface Engineering and Tribology, Sarsen Amanzholov East Kazakhstan University; Shakarim UniversityKazakhstanНаучно-исследовательский центр «Инженерия поверхности и трибология», Восточно-Казахстанский университет имени Сарсена АманжоловаКазахстанResearch Center Surface Engineering and Tribology, Sarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstan20262907202602(22)534542Copyright © Сағдолдина Ж.Б., Байжан Д.Р., Әлімбекұлы Т., Алибекова Б.А., 20262026Сағдолдина Ж.Б., Байжан Д.Р., Әлімбекұлы Т., Алибекова Б.А.Sagdoldina Z.B., Baizhan D.R., Alimbekuly T., Alibekov A.E.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/2432

В работе получены биоактивные покрытия гидроксиапатита на подложках из химически чистого титана Grade 2 методом детонационного напыления при различных соотношениях O₂/C₂H₂ в диапазоне 2.6-3.7. Рентгенофазовый анализ подтвердил преобладание фазы гидроксиапатита с частичным образованием α-трикальцийфосфата, что обусловлено воздействием высоких температур и интенсивных динамических процессов в детонационной струе. Сформированные покрытия характеризуются выраженной гидрофобностью, высокой структурной неоднородностью и развитой микрорельефной поверхностной топографией, способствующей улучшенному взаимодействию с костной тканью и ускорению процессов остеоинтеграции. Результаты трибологических испытаний в сухих условиях и в растворе Рингера показали существенное повышение износостойкости по сравнению с исходным титаном Grade 2. Наилучшие значения коэффициента трения и минимальный объём износа продемонстрировали покрытия, полученные при соотношениях O₂/C₂H₂ = 3.0 и 3.3, что связано с оптимальным сочетанием степени кристалличности, фазового состава и трибологических своиств. Покрытия, сформированные при данных режимах, обеспечивают стабильное трибологическое поведение в физиологических условиях. Полученные результаты подтверждают перспективность использования детонационно нанесённого гидроксиапатита для повышения долговечности, биосовместимости и эксплуатационной надёжности титановых имплантатов.

In this study, bioactive hydroxyapatite coatings were deposited on commercially pure Grade 2 titanium substrates by detonation spraying at different O₂/C₂H₂ ratios in the range of 2.6-3.7. X-ray diffraction analysis confirmed the predominance of the hydroxyapatite phase with partial formation of α-tricalcium phosphate, which is attributed to high temperatures and intense dynamic processes in the detonation jet. The formed coatings exhibit pronounced hydrophobicity, high structural heterogeneity, and a well-developed surface microrelief, promoting improved interaction with bone tissue and accelerated osseointegration. Tribological tests conducted under dry conditions and in Ringer’s solution demonstrated a significant increase in wear resistance compared to uncoated Grade 2 titanium. The best friction characteristics and the lowest wear volume were observed for coatings deposited at O₂/C₂H₂ ratios of 3.0 and 3.3, which is associated with an optimal combination of crystallinity, phase composition, and adhesion strength. Coatings formed under these conditions provide stable tribological behavior in physiological environments. The obtained results confirm the prospects of detonation-sprayed hydroxyapatite for improving the durability, biocompatibility, and operational reliability of titanium implants.

материалы на основе титанабиосовместимые покрытиятехнология детонационного напыленияпокрытия из гидроксиапатитасвойства поверхностиtitanium substratesbiomedical surface coatingsdetonation spray depositionhydroxyapatite layerssurface characteristicsThis research is funded by the Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan (Grant No. AP23490355).References3D printing technologies in metallic implants: a thematic review on the techniques and procedures / S. Attarilar et al // International Journal of Bioprinting. – 2020. – Vol.7, № 1. – P. 306.3D printing technologies in metallic implants: a thematic review on the techniques and procedures / S. Attarilar et al // International Journal of Bioprinting. – 2020. – Vol.7, № 1. – P. 306.Chen Q. Metallic implant biomaterials / Q. Chen, G.A. Thouas // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2015. – Vol.87. – P. 1-57.Chen Q. Metallic implant biomaterials / Q. Chen, G.A. Thouas // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2015. – Vol.87. – P. 1-57.Latest trends in surface modification for dental implantology: Innovative developments and analytical applications / F. Accioni et al // Pharmaceutics. – 2022. – Vol.14, № 2. – P. 455.Latest trends in surface modification for dental implantology: Innovative developments and analytical applications / F. Accioni et al // Pharmaceutics. – 2022. – Vol.14, № 2. – P. 455.Titanium and zirconium release from titanium-and zirconia implants in mini pig maxillae and their toxicity in vitro / X. He et al // Dental Materials. – 2020. – Vol.36, №. 3. – P. 402-412.Titanium and zirconium release from titanium-and zirconia implants in mini pig maxillae and their toxicity in vitro / X. He et al // Dental Materials. – 2020. – Vol.36, №. 3. – P. 402-412.Nicholson, J. Titanium alloys for dental implants: A review / J. Nicholson // Prosthesis. – 2020. – Vol. 2. – № 2. – P. 11.Nicholson, J. Titanium alloys for dental implants: A review / J. Nicholson // Prosthesis. – 2020. – Vol. 2. – № 2. – P. 11.Biomimetic coatings in implant dentistry: A quick update / M.A. Abdulghafor et al // Journal of Functional Biomaterials. – 2023. – Vol. 15, № 1. – P. 15.Biomimetic coatings in implant dentistry: A quick update / M.A. Abdulghafor et al // Journal of Functional Biomaterials. – 2023. – Vol. 15, № 1. – P. 15.Nano-structure designing promotion osseointegration of hydroxyapatite coated Ti–6Al–4V alloy implants in diabetic model / Z. Hu et al //Journal of biomedical nanotechnology. – 2019. – Vol. 15. – №. 8. – P. 1701-1713.Nano-structure designing promotion osseointegration of hydroxyapatite coated Ti–6Al–4V alloy implants in diabetic model / Z. Hu et al //Journal of biomedical nanotechnology. – 2019. – Vol. 15. – №. 8. – P. 1701-1713.Study of the Structural-Phase State of Hydroxyapatite Coatings Obtained by Detonation Spraying at Different O2/C2H2 Ratios / D. Baizhan et al // Crystals. – 2023. – Vol. 13, № 11. – P. 1564.Study of the Structural-Phase State of Hydroxyapatite Coatings Obtained by Detonation Spraying at Different O2/C2H2 Ratios / D. Baizhan et al // Crystals. – 2023. – Vol. 13, № 11. – P. 1564.A review on the wettability of dental implant surfaces I: theoretical and experimental aspects / F. Rupp et al // Acta biomaterialia. – 2014. – Vol. 10, № 7. – P. 2894-2906.A review on the wettability of dental implant surfaces I: theoretical and experimental aspects / F. Rupp et al // Acta biomaterialia. – 2014. – Vol. 10, № 7. – P. 2894-2906.The effect of the electrolyte composition on the microstructure and properties of coatings formed on a titanium substrate by microarc oxidation / B. Rakhadilov et al // AIMS Materials Science. – 2024. – Т. 11, № 3. – P. 547-564.The effect of the electrolyte composition on the microstructure and properties of coatings formed on a titanium substrate by microarc oxidation / B. Rakhadilov et al // AIMS Materials Science. – 2024. – Т. 11, № 3. – P. 547-564.Jadidi M. A Comprehensive Review on Fluid Dynamics and Transport of Suspension/Liquid Droplets and Particles in High-Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) Thermal Spray / M. Jadidi, S. Moghtadernejad, A. Dolatabadi // Coatings. – 2015. – Vol. 5. – P. 576-645.Jadidi M. A Comprehensive Review on Fluid Dynamics and Transport of Suspension/Liquid Droplets and Particles in High-Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) Thermal Spray / M. Jadidi, S. Moghtadernejad, A. Dolatabadi // Coatings. – 2015. – Vol. 5. – P. 576-645.Obtaining of hydroxyapatite coatings on a titanium substrate by detonation-gas spraying / B. Rakhadilov et al // Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. – 18(37). – P. 30-36.Obtaining of hydroxyapatite coatings on a titanium substrate by detonation-gas spraying / B. Rakhadilov et al // Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. – 18(37). – P. 30-36.Phase Evolution of Hydroxapatite Coatings Suspension Plasma Sprayed Using Variable Parameters in Simulated Body Fluid / R. d’Haese et al // Surface and Coatings Technology. – 2010. – 204. – P. 1236-1246.Phase Evolution of Hydroxapatite Coatings Suspension Plasma Sprayed Using Variable Parameters in Simulated Body Fluid / R. d’Haese et al // Surface and Coatings Technology. – 2010. – 204. – P. 1236-1246.Effects of Micro-Arc Oxidation Process Parameters on Characteristics of Calcium-Phosphate Containing Oxide Layers on the Selective Laser Melted Ti13Zr13Nb Alloy / M. Dziaduszewska et al // Coatings. – 2020. – № 10. – Р. 745.Effects of Micro-Arc Oxidation Process Parameters on Characteristics of Calcium-Phosphate Containing Oxide Layers on the Selective Laser Melted Ti13Zr13Nb Alloy / M. Dziaduszewska et al // Coatings. – 2020. – № 10. – Р. 745.Properties of gas detonation ceramic coatings and their effect on the osseointegration of titanium implants for bone defect replacement / N.I. Klyui et al // Ceramics International. – 2021. – № 47. – P. 25425-25439.Properties of gas detonation ceramic coatings and their effect on the osseointegration of titanium implants for bone defect replacement / N.I. Klyui et al // Ceramics International. – 2021. – № 47. – P. 25425-25439.Influence of Detonation Spraying Parameters on the Microstructure and Mechanical Properties of Hydroxyapatite Coatings / Z. Sagdoldina et al // Materials. – 2024. – № 17(21). – Р. 5390. https://doi.org/10.3390/ma17215390.Influence of Detonation Spraying Parameters on the Microstructure and Mechanical Properties of Hydroxyapatite Coatings / Z. Sagdoldina et al // Materials. – 2024. – № 17(21). – Р. 5390. https://doi.org/10.3390/ma17215390.

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