Институт химии ДВО Российской академии наук, Владивосток, Россия

В. С. Егоркин, старший научный сотрудник, зав. лабораторией электрохимических процессов, эл. почта: egorkin@ich.dvo.ru
И. Е. Вялый, научный сотрудник лаборатории нестационарных поверхностных процессов, эл. почта: igorvyal@gmail.com
С. Л. Синебрюхов, зав. лабораторией нестационарных поверхностных процессов, эл. почта: sls@ich.dvo.ru
С. В. Гнеденков, директор, заведующий отделом электрохимических систем и процессов модификации поверхности, эл. почта: svg21@hotmail.com

и механических свойств композиционных покрытий (КП), полученных на образцах алюминиевого сплава АМг3. В качестве основы для нанесения полимерного слоя предложено оксидное покрытие, сформированное на поверхности образца методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) в электролите, содержащем 20 г/л тартрата калия и 0,6 г/л фторида натрия. Предложены способы регулируемого изменения рельефа поверхности КП, позволяющие достичь значений контактного угла капли тестовой жидкости, характеризующих сформированные КП как супергидрофобные. Первым способом являлось нанесение воздушным распылением суспензии, содержащей раствор 6 % поливинилиденфторида (ПВДФ) в N-метил-2-пирролидоне и микрочастицы ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ). Второй способ реализовывали распылением той же полимерной смеси с последующим воздушным напылением сухого порошка ПТФЭ с размером частиц ~50 нм в виде агломератов от 250 нм до ~2 мкм, что способствует формированию многомодального рельефа поверхности слоя ПВДФ:УПТФЭ и, как следствие, уменьшению площади контакта коррозионной среды с поверхностью образца вследствие реализации гетерогенного режима смачивания. Методом потенциодинамической поляризации в растворе 3,5 % NaCl установлено, что для образца с композиционным покрытием, сформированным с использованием порошка ПТФЭ, плотность тока коррозии более чем на пять порядков ниже (I_к = 8,3·10^–14 А/см²) величины этого параметра для ПЭО-обработанного сплава (I_к = 2,1·10^–8 А/см²). При контакте в течение 24 ч капли коррозионного раствора с поверхностью КП на образце алюминиевого сплава зафиксированы стабильные значения контактного угла (167,3±1,0)^o и угла скатывания (4,0±0,8)^o. В результате трибологического испытания такого покрытия установлено значительное снижение коэффициента трения (μ = 0,02) и уменьшение на 2 порядка скорости износа (2,1·10^–5 мм³/(Н·м)) по сравнению с ПЭО-слоем (μ = 0,43; 1,1·10^–3 мм³/(Н·м)).

Статья подготовлена с использованием результатов работ, выполненных при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-23-00372 «Защитное композиционное покрытие на алюминиевых сплавах, эксплуатируемых в морских условиях»).

1. Maroofi A., Navab Safa N., Ghomi H. Atmospheric air plasma jet for improvement of paint adhesion to aluminium surface in industrial applications // Int. J. Adhes. Adhes. 2020. Vol. 98. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2020.102554
2. Гайдукова А. М., Назарова Д. Ю., Конькова Т. В., Стоянова А. Д. Определение влияния параметров электрохимического полирования сплавов алюминия на шероховатость и отражательную способность поверхности // Цветные металлы. 2024. № 8. P. 40–47.
3. Егоркин В. С., Вялый И. Е., Изотов Н. В., Минаев А. Н. и др. Коррозионная стойкость в морских условиях алюминиевого сплава АМг3, обработанного короткоимпульсным плазменным электролитическим оксидированием // Морские интелектуальные технологии. 2021. № 4. P. 117–121. DOI: 10.37220/MIT.2021.54.4.041
4. Кузнецов А. О., Оглодков М. С., Климкина А. А. Влияние химического состава на структуру и свойства сплава системы Al – Mg – Si // Труды ВИАМ. 2018. № 7. P. 3–9.
5. Achyuth K., Patel M., Sangral S., Jayaprakash M. Fretting wear degradation behavior of Al – Si – Ni based cast Aluminum alloy under different environment // Mater. Today Proc. 2019. Vol. 15. P. 103–108. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.05.031
6. Yang X., Chen L., Jin X., Du J., Xue W. Influence of temperature on tribological properties of microarc oxidation coating on 7075 aluminium alloy at 25 ^oC–300 ^oC // Ceram. Int. 2019. Vol. 45. P. 12312–12318. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.03.146
7. Egorkin V. S., Medvedev I. M., Sinebryukhov S. L., Vyaliy I. E. et al. Atmospheric and Marine Corrosion of PEO and Composite Coatings Obtained on Al – Cu – Mg Aluminum Alloy // Materials (Basel). 2020. Vol. 13. DOI: 10.3390/ma13122739
8. Sundararajan M., Devarajan M., Jaafar M. Investigation of surface and mechanical properties of anodic aluminium oxide (AAO) developed on Al substrate for an electronic package enclosure // Surf. Coatings Technol. 2020. Vol. 401. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126273
9. Díaz B., Figueroa R., Nóvoa X. R., Pérez C. et al. Effect of substrate microstructure on corrosion resistance of cast and forged anodised 6082 Al alloy // Surf. Coatings Technol. 2024. Vol. 481. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2024.130614
10. Yang H., Gao Y., Qin W., Li Y. Microstructure and corrosion behavior of electroless Ni – P on sprayed Al – Ce coating of 3003 aluminum alloy // Surf. Coatings Technol. 2015. Vol. 281. P. 176–183. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.10.001
11. Zhang T., Zhai H., Li W., Hong H., Li Y. XRD and EBSD evaluation on deposition behavior and microstructure characteristic of HVOF sprayed 304SS coating on aluminum substrate // Surf. Coatings Technol. 2025. Vol. 496. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2024.131614
12. Ковалева М. Г., Арсеенко М. Ю., Тюрин Ю. Н., Колисниченко О. В. Покрытия из порошка титана на алюминии // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 6. P. 15–20.
13. Woo Yang J., Park H., Hwan Chun H., Ceccio S. L. et al. Development and performance at high Reynolds number of a skin-friction reducing marine paint using polymer additives // Ocean Eng. 2014. Vol. 84. P. 183–193. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2014.04.009
14. Elhalawany N., Saleeb M. M., Zahran M. K. Novel anticorrosive emulsion-type paints containing organic/inorganic nanohybrid particles // Prog. Org. Coatings. 2014. Vol. 77. P. 548–556. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2013.11.019
15. Proença C. S., Pereira A. M., Pigliaru L., Rohr T. et al. Alternative chemical conversion pre-treatment for aeronautical aluminium alloy: characterisation and anticorrosion performance // CEAS Sp. J. 2023. Vol. 15. P. 265–280. DOI: 10.1007/s12567-022-00459-8
16. Kosenko A., Kolomeichenko A. V., Kuznetsov Y. A., Titov N. V. et al. Investigation of coating thickness obtained by plasma electrolytic oxidation on aluminium alloys in electrolytes of type «КOH-H3BO3» // J. Phys. Conf. Ser. 2018. Vol. 1058. DOI: 10.1088/1742-6596/1058/1/012065
17. Egorkin V. S., Gnedenkov S. V., Sinebryukhov S. L., Vyaliy I. E. et al. Increasing thickness and protective properties of PEOcoatings on aluminum alloy // Surf. Coatings Technol. 2018. Vol. 334. P. 29–42. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.11.025
18. Liu Y.-F., Liskiewicz T., Yerokhin A., Korenyi-Both A. et al. Fretting wear behavior of duplex PEO/chameleon coating on Al alloy // Surf. Coatings Technol. 2018. Vol. 352. P. 238–246. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.07.100
19. Rodriguez L., Paris J.-Y., Denape J., Delbé K. Micro-arcs oxidation layer formation on aluminium and coatings tribological properties—A review // Coatings. 2023. Vol. 13. DOI: 10.3390/coatings13020373
20. Shim H.-E., Lee B.-M., Lim D.-H., Nam Y.-R. et al. A comparative study of gamma-ray irradiation-induced oxidation: polyet hylene, poly (vinylidene fluoride), and polytetrafluoroethylene // Polymers (Basel). 2022. Vol. 14. DOI: 10.3390/polym14214570
21. Mashtalyar D. V., Nadaraia K. V., Imshenetskiy I. M., Belov E. A. et al. Composite coatings of AMg3 alloy formed by a combination of plasma electrolytic oxidation and fluoropolymer spraying // Molecules. 2023. Vol. 28. DOI: 10.3390/molecules28020465
22. Egorkin V. S., Vyaliy I. E., Gnedenkov A. S., Kharchenko U. V. et al. Corrosion properties of the composite coatings formed on PEO pretreated AlMg3 aluminum alloy by dip-coating in polyvinylidene fluoride-polytetrafluoroethylene suspension // Polymers (Basel). 2024. Vol. 16. DOI: 10.3390/polym16202945
23. Lu C., Feng X., Yang J., Jia J. et al. Influence of surface microstructure on tribological properties of PEO-PTFE coating formed on aluminum alloy // Surf. Coatings Technol. 2019. Vol. 364. P. 127–134. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.02.064
24. Meng Y., Gao Y., Li J. et al. Preparation and characterization of cross-linked waterborne acrylic /PTFE composite coating with good hydrophobicity and anticorrosion properties // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2022. Vol. 653. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129872
25. Egorkin V. S., Mashtalyar D. V., Gnedenkov A. S., Filonina V. S. et al. Icephobic performance of combined fluorine-containing composite layers on Al – Mg – Mn – Si alloy surface // Polymers (Basel). 2021. Vol. 13. DOI: 10.3390/polym13213827
26. Цветников А. К. Термоградиентный метод синтеза нано- и микродисперсных фторуглеродных материалов. Свойства и применение // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2009. № 2. С. 18–22.
27. Radwan A. B., Mohamed A. M. A., Abdullah A. M., Al-Maadeed M. A. Corrosion protection of electrospun PVDF–ZnO superhydrophobic coating // Surf. Coatings Technol. 2016. Vol. 289. P. 136–143. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.12.087
28. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 1.09.2019.
29. Drop Shape Analyzer DSA100B. — URL: https://www.krussscientific.com/en/products-services/products/dsa100b (дата обращения: 10.12.2024).
30. Wang P., Li C., Zhang D. Recent advances in chemical durability and mechanical stability of superhydrophobic materials: Multistrategy design and strengthening // J. Mater. Sci. Technol. 2022. Vol. 129. P. 40–69. DOI: 10.1016/j.jmst.2022.01.045
31. ГОСТ 11629–75. Пластмассы. Метод определения коэффициента трения. — Введ. 1.01.1977.
32. Murzin S. P., Balyakin V. B., Gachot C., Fomchenkov S. A. et al. Ultraviolet nanosecond laser treatment to reduce the friction coefficient of silicon carbide ceramics // Appl. Sci. 2021. Vol. 11. DOI: 10.3390/app112411906