Российские ученые разработали способ защиты от коррозии магниевых сплавов — перспективных и востребованных в промышленности материалов. Для этого на их поверхность нанесли композиционное полимерсодержащее покрытие. Такая процедура увеличила стойкость сплавов к коррозии и износу до 27 раз.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys.

Магниевые сплавы широко используются в различных областях промышленности, в том числе для создания деталей автомобилей и самолетов. Такие материалы очень легкие и достаточно прочные, но в то же время имеют существенные недостатки: они быстро поддаются коррозии и износу. Из-за этого срок службы техники уменьшается, и часто требуется дорогостоящий ремонт или замена деталей. Чтобы защитить материалы, ученые разрабатывают покрытия, которые не дают окружающей агрессивной среде повреждать детали и конструкции из магниевых сплавов, а также предотвращают их коррозию.

Обычно подобные покрытия наносятся под воздействием высоких температур. Такое воздействие зачастую приводит к появлению в обрабатываемом материале дефектов: пор и микротрещин. Поэтому при долговременном воздействии агрессивной среды эти покрытия не могут полностью защитить детали машин от коррозии.

Ученые из Отдела электрохимических систем и процессов модификации поверхности Института химии ДВО РАН (Владивосток) разработали новый метод нанесения защитных композиционных полимерсодержащих покрытий на магниевые сплавы, который позволяет создать поверхностные структуры, практически не имеющие дефектов.

В качестве одного из материалов ученые взяли ультрадисперсный политетрафторэтилен, способ получения которого тоже разработали в Институте химии ДВО РАН. Этот полимерный материал используется в быту в качестве антипригарного покрытия для посуды. Он морозо- и жароустойчив, эластичен и хорошо отталкивает воду. Кроме того, по химической стойкости данный полимер превосходит все известные синтетические материалы: он не разрушается при воздействии щелочей и кислот.

Ученые нанесли композиционное покрытие на образцы из магниевых сплавов совершенно новым способом: с использованием метода плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) и последующего напыления полимера. Сначала на поверхность сплава нанесли керамикоподобное ПЭО-покрытие, в поры и на поверхность которого затем равномерно распылили ультрадисперсный порошок политетрафторэтилена. Далее образец высушили в печи при температуре 300°С.

Схема напыления фторполимерсодержащего покрытия. Источник: Mashtalyar et al. / Journal of Magnesium and Alloys, 2021

Покрытия, полученные таким способом, имели в три раза меньше дефектов по сравнению с материалами, полученными методом ПЭО, поскольку полимер в этом случае проникает в поры и трещины, закрывая их. Благодаря композиционному покрытию образцы магния более устойчивы к коррозии по сравнению с необработанными материалами. Дополнительно усилить защитные свойства слоя удалось с помощью его многократного нанесения.

Структура образцов (а) с базовым ПЭО-покрытием, (b) с однослойным композиционным покрытием, (с) с двуслойным композиционным покрытием, (d) с трехслойным композиционным покрытием. Источник: Mashtalyar et al. / Journal of Magnesium and Alloys, 2021

Чтобы проверить износостойкость покрытий, образцы испытали продолжительным трением. Оказалось, что сплавы с композиционным покрытием утрачивали целостность (изнашивались) в 27 раз медленнее, чем материалы с покрытием, нанесенным базовым ПЭО-методом.

«Преимущества нашего подхода — простота технологии, возможность автоматизации и дешевизна. Он позволит решить проблему коррозии и износа, а следовательно, позволит уйти от необходимости частых и дорогостоящих замен деталей из магниевых сплавов», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Константинэ Надараиа, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения Института химии ДВО РАН.