Для защиты металлоконструкций в прибрежных и шельфовых зонах ученые НИТУ МИСИС предложили использовать многокомпонентное покрытие Fe-Cr-Ni-Co-Cu (железо-хром-никель-кобальт-медь), которое не только активно противостоит коррозии, но и обладает антибактериальными свойствами. Объекты морской и прибрежной инфраструктуры, упрочнённые данным покрытием, прослужат гораздо дольше, сэкономив крупные средства на ремонте и замене оборудования. Результаты экспериментов опубликованы в научном журнале Surface and Coatings Technology.
В морской промышленности используют большое количество механизмов, подверженных трибокоррозии. Трибокоррозия — это процесс разрушения поверхности материала в агрессивной внешней среде при синергетическом воздействии механических нагрузок (трения) и химических реакций. Больше всего ему подвержены насосы, лебедки, винты и др.
«Натурные эксперименты проводились на Черном море. Образцы закрепили на гальке с помощью специальных проволок, приваренных к ним, примерно в 2 м от берега, чтобы обеспечить интенсивную аэрацию. Через 21 день их извлекли, промыли дистиллированной водой для удаления всех солей и следов, коррозионного воздействия на поверхности не обнаружили. Покрытия из FeCrNiCo(Cu) показали также лучшие результаты в трибокоррозионных экспериментах благодаря более быстрому восстановлению пассивной пленки», — отметил Константин Купцов, автор исследования, старший научный сотрудник Научно-учебного центра Самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (НУЦ СВС) НИТУ МИСИС.
Солёная морская вода — это очень агрессивная среда для металлических изделий, способная в короткие сроки нанести большой ущерб объектам прибрежной инфраструктуры и судостроительной отрасли. В такой воде поверхности подвержены микробиологической коррозии из-за обрастания водорослями. Стартом этого процесса всегда является рост первичной бактериальной пленки. Чтобы подавить развитие микроорганизмов ученые НИТУ МИСИС ввели в состав высокоэнтропийного покрытия атомы меди, обладающие бактерицидными свойствами. Для нанесения плотного и однородного покрытия Fe-Cr-Ni-Co-Cu на сталь ученые использовали метод электроискрового напыления в вакууме для защиты от окисления и снижения шероховатости покрытия. Состав был выбран таким образом, чтобы ввести максимальное количество меди для обеспечения антибактериальных свойств и в то же время избежать значительного ухудшения коррозионных свойств, предотвратив выпадение фаз на основе меди.
«При начальной концентрации 108 КОЕ/мл покрытие через 24 часа убило все клетки почвенных бактерий B. cereus F, а также продемонстрировало умеренную антибактериальную активность в отношении штамма B. cereus Arc30», — добавил ученый.
В тандеме «покрытие-стальная подложка» медь также имеет определенное преимущество, так как она улучшает пленку под воздействием трения. Высокоэнтропийное покрытие Fe-Cr-Ni-Co-Cu не уступает стали по потенциалу, исключает образование дефектов на металле, улучшает трибокоррозионные и значительно повышает антибактериальные свойства.
«Технология нанесения состава защищена патентом. Электроискровые покрытия, разработанные в нашей лаборатории, востребованы в промышленности и активно внедряются на отечественных предприятиях. Например, данная технология успешно реализована на Оскольском электрометаллургическом комбинате (ОЭМК им. А.А. Угарова) для упрочнения прокатных валков, подверженных одновременному воздействию износа, коррозии и повышенных температур», — отметил Александр Шевейко, научный сотрудник НУЦ СВС Университета МИСИС.
Обладая всеми преимуществами высокоэнтропийных сплавов, многоэлементные покрытия на их основе являются многообещающими кандидатами для различных инженерных применений не только в морской промышленности, но и в аэрокосмической, автомобильной, биомедицинской отраслях в качестве износостойких конструкционных материалов.
