kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2023-2(10)-2kaz44-427Research ArticleСТАТЬИКальций-фосфатные покрытия, полученные методом микродугового оксидирования (обзор)Calcium-phosphate coatings obtained by microarc oxidation (review)https://orcid.org/0009-0001-5887-0135ЖасуланА. Ж.ZhassulanA. Zh.

Жасұлан Айнұр Жасұланқызы – магистрант специальности «Техническая физика», НАО «Университета им. Шакарима г. Семей»; Младший научный  сотрудник НЦ «Модификация поверхности материалов».

071412, Семей, ул. Физкультурная, 4в

Ainur Zh. Zhassulan – Master's  student  of  the  specialty  «Technical  Physics»,  «Shakarim University of Semey»; Junior researcher of the NC «Modification of the surface of materials».

Semey, Fizkulturnaya str., 4b

ainur.99.99.99@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6421-2000СагдолдинаЖ. Б.SagdoldinaZh. B.

Сағдолдина Жұлдыз Болатқызы – PhD,   ассоциированный профессор, НАО «Восточно-Казахстанский университет имени Сарсена Аманжолова», НАО «Университета им. Шакарима г. Семей».

071412, Семей, ул. Физкультурная, 4в

Zhuldyz B. Sagdoldina – PhD, Associate Professor, NAO «East Kazakhstan Sarsen Amanzholov University», NAO «Shakarim University of Semey».

Semey, Fizkulturnaya str., 4b

sagdoldina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7818-8160МухаметовЕ. М.MukhametovE. M.

Мухаметов Елдос Мухтарович– старший   преподаватель   кафедры   физико-математических наук и информатики, НАО «Университета им. Шакарима г. Семей»; Старший научный сотрудник НЦ «Модификация поверхности материалов».

071412, Семей, ул. Физкультурная, 4в

Eldos M. Mukhametov – Senior lecturer of the Department of Physical and Mathematical Sciences and Computer Science, NAO «Shakarim University of Semey»; Senior researcher of the NC «Modification of the surface of materials».

Semey, Fizkulturnaya str., 4b

eldos_sports@mail.ruОрманбековК. Д.OrmanbekovK. D.

Орманбеков Куаныш Даулетович– магистрант специальности «Машиностроение», НАО «Университета им. Шакарима г. Семей»; Младший научный сотрудник НЦ «Модификация поверхности материалов».

071412, Семей, ул. Физкультурная, 4в

Kuanysh D. Ormanbekov – Master's degree in Mechanical Engineering, NAO «Shakarim University of Semey»; Junior researcher of the NC «Modification of the surface of materials».

Semey, Fizkulturnaya str., 4b

ormanbekov_k@mail.ruШынарбекА. Б.ShynarbekA. B.

Шынарбек Айбек Бақытжанұлы – магистрант  специальности  «Машиностроение», НАО «Университета им. Шакарима г. Семей»; Младший научный сотрудник НЦ «Модификация поверхности материалов».

071412, Семей, ул. Физкультурная, 4в

Aybek B. Shynarbek – Master's  student  of  the  specialty  «Mechanical Engineering», NAO «Shakarim University of Semey»; Junior researcher of the NC «Modification of the surface of materials».

Semey, Fizkulturnaya str., 4b

shinarbekov16@mail.ruУниверситет имени Шакарима города Семей, Научный центр «Модификация поверхности материалов»КазахстанShakarim University of Semey, Scientific center «Surface modification of materials»Kazakhstan20233006202302(10)Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки1222Copyright © Жасулан А.Ж., Сагдолдина Ж.Б., Мухаметов Е.М., Орманбеков К.Д., Шынарбек А.Б., 20232023Жасулан А.Ж., Сагдолдина Ж.Б., Мухаметов Е.М., Орманбеков К.Д., Шынарбек А.Б.Zhassulan A.Z., Sagdoldina Z.B., Mukhametov E.M., Ormanbekov K.D., Shynarbek A.B.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/427

В этом литературном обзоре рассматривается тема микродугового оксидирования кальций-фосфатных покрытий, которой в последние годы уделяется значительное внимание в связи с ее потенциальным применением в биомедицинских и инженерных областях. Описаны преимущества метода микродугового оксидирования для получения защитных покрытий. Основное внимание уделяется формированию покрытий при различных режимах процесса микродугового оксидирования и при помощи электролитов, содержащих взвешенные порошки различных элементов и концентрации. В обзоре рассматриваются различные аспекты технологии, включая основополагающие принципы, типы покрытий, которые могут быть получены, и методы, используемые для определения характеристик. Кроме того, в обзоре  рассматриваются потенциальные применения микродугового оксидирования в покрытиях из фосфата кальция в различных областях, таких как биомедицинские имплантаты, аэрокосмические компоненты и тканевая инженерия. В нем обсуждаются преимущества покрытий, такие как улучшенная остеоинтеграция, коррозионная стойкость и защита от износа, а также потенциал включения биоактивных молекул в покрытия для дальнейшего повышения их эксплуатационных характеристик. В целом, в обзоре сделан вывод о том, что кальций-фосфатных покрытий обладает большим потенциалом для различных применений, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять потенциал этой инновационной технологии и оптимизировать ее производительность для конкретных применений.

This literature review examines the topic of microarc oxidation of calcium phosphate coatings, which has received considerable attention in recent years due to its potential application in biomedical and engineering fields. The advantages of the microarc oxidation method for obtaining protective coatings are described. The main attention is paid to the formation of coatings under various modes of the microarc oxidation process and with the help of electrolytes containing suspended powders of various elements and concentrations. The review examines various aspects of the technology, including the underlying principles, the types of coatings that can be obtained, and the methods used to determine the characteristics. In addition, the review examines the potential applications of microarc oxidation in calcium phosphate coatings in various fields, such as biomedical implants, aerospace components and tissue engineering. It discusses the advantages of coatings, such as improved osseointegration, corrosion resistance and wear protection, as well as the potential for the inclusion of bioactive molecules in coatings to further improve their performance. Overall, the review concluded that calcium phosphate coatings have great potential for various applications, but further research is needed to fully understand the potential of this innovative technology and optimize its performance for specific applications.

микродуговое оксидированиекальций-фосфатные покрытияэлектролитбиосовместимостьизносостойкостькоррозияmicroarc oxidationcalcium-phosphate coatingselectrolytebiocompatibilitywear resistancecorrosionРабота выполнена в рамках проекта гранатового финансирования Комитета науки МНиВО РК АР13068451 «Получение многофункциональных кальций-фосфатных покрытий с наночастицами диоксида титана методом плазменно-электролитического оксидирования».ReferencesКриштал М.М., Валентинович И.П., Полунин А.В. Применение технологии микродугового оксидирования (МДО) алюминиевых и титановых сплавов для улучшения эксплуатационных характеристик деталей в двигателестроении // Вестник СГАУ. 2011. – № 3-2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tehnologii-mikrodugovogo-oksidirovaniya-mdo-alyuminievyh-i-titanovyh-splavov-dlya-uluchsheniya-ekspluatatsionnyh. (дата обращения: 30.03.2023).Krishtal M.M., Ivashin P.V., Polunin A.V. The use of micro-arc oxidation technology (MAO) of aluminum and titanium alloys to improve the performance characteristics of parts in engine building // Bulletin of SSAU. 2011. – № 3-2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tehnologii-mikrodugovogo-oksidirovaniya-mdo-alyuminievyh-i-titanovyh-splavov-dlya-uluchsheniya-ekspluatatsionnyh. (In Russian).Волохова А.А., Солдатова Е.А., Чурина Е.Г., Лапуть О.А., Твердохлебов С.И. Применение электролитов с растворенными биодеградируемыми полимерами для получения биоактивных кальций-фосфатных покрытий методом микродугового оксидирования // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2020. № 19. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-elektrolitov-s-rastvorennymi-biodegradiruemymi-polimerami-dlya-polucheniya-bioaktivnyh-kaltsiy-fosfatnyh-pokrytiy.Volokhova A.A., Soldatova E.A., Churina E.G., Laput O.A., Tverdokhlebov S.I. The use of electrolytes with dissolved biodegradable polymers to obtain bioactive calcium phosphate coatings by microarc oxidation // Bulletin of Tomsk State University. Chemistry. – 2020. – № 19. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-elektrolitov-s-rastvorennymi-biodegradiruemymi-polimerami-dlya-polucheniya-bioaktivnyh-kaltsiy-fosfatnyh-pokrytiy. (In Russian).Bai Y, Zhou R, Cao J, Wei D, Du Q, Li B, Wang Y, Jia D, Zhou Y. Microarc oxidation coating covered Ti implants with micro-scale gouges formed by a multi-step treatment for improving osseointegration. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017 Jul 1;76:908-917. doi:10.1016/j.msec.2017.03.071. Epub 2017 Mar 14. PMID: 28482606.Bai Wu, Zhou R, Cao J, Wei D, Du Q, Li B, Wang Wu, Jia D, Zhou Yu. Microarc oxidative coating covered Ti implants with micro-scale notches formed as a result of multi-stage processing to improve osseointegration. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017, July 1;76:908-917. doi:10.1016/j.msec.2017.03.071. Epub 2017, March 14. PMID: 28482606. (In English).Шаталов В.К., Штокал А.О., Рыков Е.В., Добросовестнов К.Б. Применение методов микродугового оксидирования при создании конструктивных элементов космических аппаратов // Машиностроение и компьютерные технологии. 2014. – № 6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-metodov-mikrodugovogo-oksidirovaniya-pri-sozdanii-konstruktivnyh-elementov-kosmicheskih-apparatov.Shatalov V.K., Shtokal A.O., Rykov E.V., Conscientiously K.B. Application of microarc oxidation methods in the creation of structural elements of spacecraft // Mechanical engineering and computer technologies. 2014. – № 6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-metodov-mikrodugovogo-oksidirovaniya-pri-sozdanii-konstruktivnyh-elementov-kosmicheskih-apparatov. (In Russian).Тихоненко В.В., Шкилько А.М. Метод микродугового оксидирования // ВЕЖПТ. 2012. – №13 (56). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-mikrodugovogo-oksidirovaniya.Tikhonenko V.V., Shkilko A.M. Method of microarc oxidation // VEZHPT. 2012. No. 13 (56). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-mikrodugovogo-oksidirovaniya. (In Russian).Markov G.A., Markova G.V., USSR Patent 526 961, Bul. Inv. 32 (1976).Markov G.A., Markova G.V., USSR patent 526,961, Bul. Inv. 32 (1976). (In English).Rakoch A.G., Bardin I.V. “Microarc Oxidation of Light Alloys.” Metallurgist 54, no. 5-6 (September 2010): 378-83. URL: https://doi.org/10.1007/s11015-010-9309-y.Rakoch A.G., I.V. Bardin. “Microarc oxidation of light alloys". Metallurg 54, No. 5-6 (September 2010): 378-83. URL: https://doi.org/10.1007/s11015-010-9309-y. (In English).Jiang Xudong, Chunxu Pan. “Microarc Oxidation.” Handbook of Nanoceramic and Nanocomposite Coatings and Materials, 2015, 257–76 URL: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-799947-0.00011-0.Jiang Xudong, Chunxiu Pan. “Microarc oxidation". Handbook of Nanoceramic and Nanocomposite Coatings and Materials, 2015, 257-76. URL: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-799947-0.00011-0. (In English).Komarova E.G., Sedelnikova M.B., Sharkeev Y.P., Chaikina M.V., Kazanceva E.A. “Lanthanum- and Silicon-Incorporated Calcium Phosphate Coatings Formed by Microarc Oxidation.” AIP Conference Proceedings, 2017. URL: https://doi.org/10.1063/1.5013768.Komarova E.G., Sedelnikova M.B., Sharkeev Yu.P., Chaikina M.V., E.A. Kazantseva. “Calcium phosphate coatings with the addition of lanthanum and silicon formed by microarc oxidation". Materials of the AIP Conference, 2017. URL: https://doi.org/10.1063/1.5013768. (In English). (In English).Chebodaeva V., Sedelnikova M., Sharkeev Y. “Modification of Calcium Phosphate Microarc Coatings Surface by Boehmite Nanoparticles.” Key Engineering Materials 743 (July 2017): 124-28. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.743.124.Chebodaeva V., Sedelnikova M., Sharkeev Y. “Modification of Calcium Phosphate Microarc Coatings Surface by Boehmite Nanoparticles.” Key Engineering Materials 743 (July 2017): 124-28. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.743.124. (In English).Лазебная М.А., Храмов Г.В. «Формирование композитных кальций-фосфатных покрытий на титане и его сплавах методом микродугового оксидирования», январь 2009.Lazebnaya M.A., Khramov G.V. "Formation of calcium-phosphate composite coatings on titanium and its alloys by microarc oxidation" January 2009. (In Russian).Sedelnikova M.B., Sharkeev Yu.P., Komarova E.G., Khlusov I.A., Chebodaeva V.V. “Structure and Properties of the Wollastonite-Calcium Phosphate Coatings Deposited on Titanium and Titanium-Niobium Alloy Using Microarc Oxidation Method.”Surface and Coatings Technology 307 (December 2016): 1274-83. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.08.062.Sedelnikova M.B., Sharkeev Y.P., Komarova E.G., Khlusov I.A., Chebodaeva V.V. “Structure and properties of wollastonite-calcium phosphate coatings applied to titanium and titanium–niobium alloy by microarc oxidation". Technology of surfaces and coatings 307 (December 2016): 1274-83. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.08.062. (In English).Driskell T.D. “Early History of Calcium Phosphate Materials and Coatings.” Characterization and Performance of Calcium Phosphate Coatings for Implants, n.d., 1-1–8. URL: https://doi.org/10.1520/stp25177s.Driskell T.D. “Early history of calcium phosphate materials and coatings". Characteristics and operational characteristics of calcium phosphate coatings for implants, n.d., 1-1-8. URL: https://doi.org/10.1520/stp25177s. (In English).Song W.H, Ryu H.S, Hong S.H. Antibacterial properties of Ag (or Pt)-containing calcium phosphate coatings formed by micro-arc oxidation. J Biomed Mater Res A. 2009 Jan;88(1):246-54. doi: 10.1002/jbm.a.31877. PMID: 18286618.Song W.H., Ryu H.S., Hong Sh. Antibacterial properties of Ag (or Pt)-containing calcium phosphate coatings obtained by microarc oxidation. J Biomed Mater Res A. 2009 January; 88(1):246-54. doi: 10.1002/jbm.a.31877. PMID: 18286618. (In English).Litvinova L.S., Khaziakhmatova O.G., Shupletsova V.V., Yurova K.A., Malashchenko V.V., Shunkin E.O., Ivanov P.A., Komarova E.G., Chebodaeva V.V., Porokhova E.D., Gereng E.A., Khlusov I.A. Calcium Phosphate Coating Prepared by Microarc Oxidation Affects hTERT Expression, Molecular Presentation, and Cytokine Secretion in Tumor-Derived Jurkat T Cells. Materials (Basel). – 2020 Sep 27;13(19):4307. doi: 10.3390/ma13194307. PMID: 32992463; PMCID: PMC7579201.Litvinova L.S., Khaziakhmatova O.G., Shupletsova V.V., Yurova K.A., Malashchenko V.V., Shunkin E.O., Ivanov P.A., Komarova E.G., Chebodaeva V.V., Porokhova E.D., Gereng E.A., Khlusov I.A. Calcium phosphate coating obtained by microarc oxidation affects expression hTERT, molecular presentation and cytokine secretion in Jurkat tumor T cells. Materials (Basel). 2020, September 27;13(19):4307. doi: 10.3390/ma13194307. PMID: 32992463; PMCID: PMC7579201. (In English).Dou J, You Q, Gu G, Chen C, Zhang X. Effect of phosphate additives on the microstructure, bioactivity, and degradability of microarc oxidation coatings on Mg-Zn-Ca-Mn alloy. Biointerphases. 2016 Sep 20;11(3):031006. doi: 10.1116/1.4959127. PMID: 27440396.Dou J., Yu Q, Gu G, Chen S, Zhang H. The effect of phosphate additives on the microstructure, biological activity and the ability to destroy microarc oxidative coatings on Mg-Zn-Ca-Mn alloy. Biointerphases. 2016, September 20;11(3):031006. doi: 10.1116/1.4959127. PMID: 27440396. (In English).Komarova E.G., Sharkeev Y.P., Sedelnikova M.B., Prymak O., Epple M., Litvinova L.S., Shupletsova V.V., Malashchenko V.V., Yurova K.A., Dzyuman A.N., Kulagina I.V., Mushtovatova L.S., Bochkareva O.P., Karpova M.R., Khlusov I.A. Zn-or Cu-containing CaP-Based Coatings Formed by Micro-Arc Oxidation on Titanium and Ti-40Nb Alloy: Part II-Wettability and Biological Performance. Materials (Basel). 2020 Sep 30;13(19):4366. doi: 10.3390/ma13194366. PMID:33008055; PMCID: PMC7579516.Komarova E.G., Sharkeev Y.P., Sedelnikova M.B., Primak O., Apple M., Litvinova L.S., Shupletsova V.V., Malashchenko V.V., Yurova K.A., Dzyuman A.N., Kulagina I.V., Mushtovatova L.S., Bochkareva O.P., Karpova M.R., Khlusov I.A. Coatings based on caps containing Zn or Cu formed by micro-treatment - Arc oxidation of titanium and Ti-40Nb alloy: Part II - Wettability and biological properties. Materials (Basel). 2020, September 30;13(19):4366. doi:10.3390/ma13194366. PMID: 33008055; PMCID: PMC7579516. (In English).Jeong J., Kim J.H., Shim J.H. et al. Bioactive calcium phosphate materials and applications in bone regeneration. «Biomater Res» 23, 4 (2019). URL: https://doi.org/10.1186/s40824-018-0149-3.Jung J., Kim J. H., Shim J.H. and others. Bioactive calcium-phosphate materials and their use in bone tissue regeneration. Biomaterial No. 23, 4 (2019). URL: https://doi.org/10.1186/s40824-018-0149-3. (In English).Dou J, You Q, Gu G, Chen C, Zhang X. Effect of phosphate additives on the microstructure, bioactivity, and degradability of microarc oxidation coatings on Mg-Zn-Ca-Mn alloy. Biointerphases. 2016 Sep 20;11(3):031006. doi: 10.1116/1.4959127. PMID: 27440396.Dou J., Yu Q, Gu G., Chen S, Zhang H. The effect of phosphate additives on the microstructure, biological activity and the ability to destroy microarc oxidative coatings on Mg-Zn-Ca-Mn alloy. Biointerphases. 2016, September 20;11(3):031006. doi: 10.1116/1.4959127. PMID: 27440396. (In English).

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