ISSN 2310-5283 e-ISSN 3041-1432 УДК 67; 68; 33
uk

https://doi.org/10.62763/cb/1.2026.09

Том 19, № 1, 2026

9-16

  • Читати статтю

    • Фактори, що впливають на формування плазмо-електролітних оксидних покриттів, синтезованих на титанових та цирконієвих сплавах

    Наталія Імбірович* Юрій Фещук

    n.imbirovych@lntu.edu.ua

    Отримано 03.02.2026, Доопрацьовано 01.05.2026, Прийнято 28.05.2026 Опубліковано 29.05.2026

    Анотація

    Дослідження, представлене в цій статті, є актуальним через необхідність підвищення керованості та прогнозування процесів формування оксидно-керамічних покриттів на титанових і цирконієвих сплавах, що застосовуються в агресивних умовах експлуатації та високонавантажених конструкціях. Метою роботи було дослідження електрофізичних закономірностей формування покриттів під час плазмово-електролітичного оксидування титанових і цирконієвих сплавів та визначення впливу складу електроліту і густини струму на синтезну напругу. У роботі використано гальваностатичні анодно- та анодно-катодно режими, часову реєстрацію напруги і струму, порівняльний аналіз складу електролітів у грамах на літр та оцінювання вольт-амперних залежностей під час синтезу покриттів. Встановлено, що формування покриттів на цирконієвому сплаві відбувалося у два етапи та було нестабільним за низьких концентрацій електроліту, тоді як підвищення вмісту гідроксиду калію і рідкого скла забезпечувало стабілізацію процесу та рівномірність покриття. Показано, що титановий сплав забезпечував більш рівномірний перебіг синтезу та нижчі рівні напруги порівняно з цирконієвим завдяки вищій провідності та стабільнішому росту оксидного шару. Виявлено, що зменшення густини струму знижувало анодну та катодну складові напруги, а добавки до електроліту, такі як оксид хрому, гліцерин і пероксид водню, впливали на стабільність і величину синтезної напруги. Визначено оптимальні умови формування покриттів за збалансованих співвідношень густини струму та середніх концентрацій електроліту, що забезпечувало стабільний режим розрядів і покращення якості покриття. Отримані результати можуть бути використані інженерами-матеріалознавцями для оптимізації режимів плазмово-електролітичного оксидування з метою отримання корозійностійких та механічно стабільних захисних покриттів

    Ключові слова:

    електрофізичні параметри; напруга синтезу; густина струму; електроліт; катод; анод

    ЦИТУВАТИ
    Imbirovych, N., & Feshchuk, Yu. (2026). Factors influencing the formation plasma electrolytic oxidation coatings synthesised on a titanium and zirconium alloys. Commodity Bulletin, 19(1), 9-16. https://doi.org/10.62763/cb/1.2026.09
    2 Перегляди

    Використані джерела

    1. Aliofkhazraei, M., et al. (2021). Review of plasma electrolytic oxidation of titanium substrates: Mechanism, properties, applications and limitations. Applied Surface Science Advances, 5, article number 100121. doi: 10.1016/j.apsadv.2021.100121.
    2. Attarzadeh, N., & Ramana, C.V. (2021). Plasma Electrolytic Oxidation ceramic coatings on zirconium (zr) and zr-alloys: Part-II: Properties and applications. Coatings, 11, article number 620. doi: 10.3390/coatings11060620.
    3. Aubakirova, V., Farrakhov, R., Astanin, V., Sharipov, A., Gorbatkov, M., & Parfenov, E. (2022). Plasma electrolytic oxidation of Zr-1%Nb Alloy: Effect of sodium silicate and boric acid addition to calcium acetate-based electrolyte. Materials, 15(6), article number 2003. doi: 10.3390/ma15062003.
    4. Bai, H., Zhong, L., Kang, L., Liu, J., Zhuang, W., Lv, Z., & Xu, Y. (2021). A review on wear-resistant coating with high hardness and high toughness on the surface of titanium alloy. Journal of Alloys and Compounds, 882, article number 160645. doi: 10.1016/j.jallcom.2021.160645.
    5. Canepa, P., Firpo, G., Mattera, L., Canepa, M., & Cavalleri, O. (2020). Calcium and phosphorous enrichment of porous niobium and titanium oxides for biomaterial applications. Surface and Coatings Technology, 389, article number 125634. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125634.
    6. Chopra, D., Jayasree, A., Guo, T., Gulati, K., & Ivanovski, S. (2022). Advancing dental implants: Bioactive and therapeutic modifications of zirconia. Bioactive Materials, 13, 161-178. doi: 10.1016/j.bioactmat.2021.10.010.
    7. Fattah-alhosseini, A., & Molaei, M. (2023). A review of functionalizing plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings on titanium substrates with laser surface treatments. Applied Surface Science Advances, 18, article number 100506. doi: 10.1016/j.apsadv.2023.100506.
    8. Fattah-alhosseini, A., Chaharmahali, R., Keshavarz, M.K., & Babaei, K. (2021). Surface characterization of bioceramic coatings on Zr and its alloys using plasma electrolytic oxidation (PEO): A review. Surfaces and Interfaces, 25, article number 101283. doi: 10.1016/j.surfin.2021.101283.
    9. Han, X., Ma, J., Tian, A., Wang, Y., Li, Y., Dong, B., Tong, X., & Ma, X. (2023). Surface modification techniques of titanium and titanium alloys for biomedical orthopaedics applications: A review. Colloids Surf B Biointerfaces, 227, article number 113339. doi: 10.1016/j.colsurfb.2023.113339.
    10. Hurle, K., Oliveira, J.M., Reis, R.L., Pina, S., & Goetz-Neunhoeffer, F. (2021). Ion-doped brushite cements for bone regeneration. Acta Biomaterialia, 123, 51-71, doi: 10.1016/j.actbio.2021.01.004.
    11. Imbirovych, N., Boyarska, I., Povstyanoy, O., Kurdzydlowski, K., Homon, S., & Kulakovskyi, L. (2023) Modification of oxide coatings synthesised on zirconium alloy by the method of plasma electrolytic oxidation. AIP Conference Proceedings, 2949(1), article number 020011. doi: 10.1063/5.0165655.
    12. Kombayev, K., Khoshnaw, F., Kozhakhmetov, Y., Tleuzhanova, G., Azamatov, B., & Tabiyeva, Y. (2025). Microplasma sprayed tantalum coatings on Ti Grade 5 extra-low interstitials: Investigation of thickness and porosity control. Coatings, 15, article number 464. doi: 10.3390/coatings15040464.
    13. Kombayev, K., Khoshnaw, F., Uazyrkhanova, G., & Moldabayeva, G. (2024). Experimental and mathematical modelling investigation of Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) for surface hardening of 20ch steel. Materials, 17(24), article number 6043. doi: 10.3390/ma17246043.
    14. Krishna, E.S., Suresh, G., Ratna Sunil, B., & Dumpala, R. (2021). Bioactive titanium composites for bone implant applications. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1185, article number 012032. doi: 10.1088/1757-899X/1185/1/012032.
    15. Li, X., Tang, J., Ju, J., Gan, J., Zhang, J., Yan, M., Yu, P., Ke, H., Wang, W., & Yang, T. (2025). Superior corrosion resistance and good biocompatibility of Ti–24Nb–4Zr–8Sn alloy fabricated by a cost-effective, net-shape powder metallurgy method. Materials Futures, 0354401. doi: 10.1088/2752-5724/adf080.
    16. Li, Z., Cai, Z., Cui, X.J., Liu, R., Yang, Z., & Zhu, M. (2021). Influence of nanoparticle additions on structure and fretting corrosion behavior of micro-arc oxidation coatings on zirconium alloy. Surface and Coatings Technology, 410, article number 126949. doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.126949.
    17. Molaei, M., Attarzadeh, N., & Fattah-Alhosseini, A. (2021). Tailoring the biological response of zirconium implants using zirconia bioceramic coatings: A systematic review. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 66, article number 126756. doi: 10.1016/j.jtemb.2021.126756.
    18. Molaei, M., Fattah-alhosseini, A., Nouri, M., & Kaseem, M. (2024). Assessing the wear properties of plasma electrolytic oxidation TiO2 coatings incorporated ZrO2 nanoparticles on Cp-Ti in simulated body fluid. Applied Surface Science Advances, 19, article number 100563. doi: 10.1016/j.apsadv.2023.100563.
    19. Ou, Y.X., Wang, H.Q., Ouyang, X., Zhao, Y.Y., Zhou, Q., Luo, C.W., Hua, Q.S., Ouyang, X.P., & Zhang, S. (2023). Recent advances and strategies for high-performance coatings. Progress in Materials Science, 136, article number 101125. doi: 10.1016/j.pmatsci.2023.101125.
    20. Sarakinos, K., Alami, J., & Konstantinidis, S. (2010). High power pulsed magnetron sputtering: A review on scientific and engineering state of the art. Surface and Coatings Technology, 204(11), 1661-1684. doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.11.013.