Параметры формирования покрытий, полученных методом детонационного напыления сферического титана на бетон

Рассмотрена возможность получения фотокаталитических покрытий методом детонационного напыления на бетонной подложке. Проведено исследование по подбору оптимальных параметров детонационного напыления титанового сферического порошка на поверхность тяжелого бетона. Выполнен анализ результатов экспериментальных исследований серии из 25 образцов бетона с покрытиями, полученными при различных параметрах напыления, с использованием рентгенофазового анализа и оценки фотокаталитической активности по степени деградации метиленового синего в растворе. Установлено наличие в покрытиях четырех фаз: титана, анатаза, рутила и монооксида титана. Установлено, что при расстояниях напыления менее 100 мм и скорости менее 1000 мм/мин процесс становится нестабильным, вызывая разрушение поверхностного слоя бетона вследствие дегидратации кристаллогидратов. Повышение расстояния напыления более 130 мм и скорости более 1600 мм/мин способствует уменьшению содержания анатаза и рутила за счет снижения термического воздействия процесса детонации. Выявлена корреляция между повышением содержания этих фаз и усилением фотокаталитической активности, что согласуется с данными о влиянии фазового состава на фотокаталитические свойства материалов. Установлен рациональный режим напыления – расстояние до подложки 120 мм, скорость напыления 1500 мм/мин.

Д.С. ПОДГОРНЫЙ, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Д.О. БОНДАРЕНКО, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.В. СТРОКОВА, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.В. СИРОТА, канд. физ.-мат. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Д.С. ПРОХОРЕНКОВ, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)

1. Бондаренко Д.О., Подгорный Д.С., Строкова В.В. Термические и газодинамические методы нанесения функциональных покрытий. Перспективы детонационного напыления // Строительные материалы. 2024. № 5. С. 48–69. EDN: ­IOSHCO. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-824-5-48-69
1. Bondarenko D.O., Podgornyi D.S., Strokova V.V. Thermal and gas-dynamic methods of applying functional coatings. Prospects of detonation spraying. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2024. No. 5, pp. 48–69. (In Russian). EDN: ­IOSHCO. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-824-5-48-69
2. Sarcinella A., Frigione M. Sustainable and bio-based coatings as actual or potential treatments to protect and preserve concrete. Coatings. 2023. Vol. 13. Iss. 1. 44. EDN: ­IXCMMN. https://doi.org/10.3390/coatings13010044
3. Zhao H., Wang Q., Shang R., Li S. Development, challenges, and applications of concrete coating technology: Exploring paths to enhance durability and standardization. Coatings. 2025. Vol. 15. Iss. 4. 409. https://doi.org/10.3390/coatings15040409
4. Thissen P., Bogner A., Dehn F. Surface treatments on concrete: an overview on organic, inorganic and nano-based coatings and an outlook about surface modification by rare-earth oxides. RSC Sustainability. 2024. Vol. 2. Iss. 8, pp. 2092–2124. EDN: ­JESCAI. https://doi.org/10.1039/d3su00482a
5. Fotovvati B., Namdari N., Dehghanghadikolaei A. On coating techniques for surface protection: A Review. Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2019. Vol. 3. Iss. 1. 28. https://doi.org/10.3390/jmmp3010028
6. Aljibori H.S., Alamiery A., Kadhum A.A.H. Advances in corrosion protection coatings: A comprehensive review. International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2023. Vol. 12. Iss. 4, pp. 1476–1520. EDN: ­DTRQJQ. https://doi.org/10.17675/2305-6894-2023-12-4-6
7. Sørensen P.A., Kiil S., Dam-Johansen K., Weinell C.E. Anticorrosive coatings: A review. Journal of Coatings Technology and Research. 2009. Vol. 6. Iss. 2, pp. 135–176. EDN: ­MKTYRR. https://doi.org/10.1007/s11998-008-9144-2
8. Бондаренко Н.И., Бессмертный В.С., Борисов И.Н., Тимошенко Т.И., Буршина Н.А. Бетоны с защитно-декоративными покрытиями на основе алюминатных цементов, оплавленные плазменной струей // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 2. С. 181–185. EDN: ­VHIKDZ
8. Bondarenko N.I., Bessmertny V.S., Borisov I.N., Timoshenko T.I., Burshina N.A. Concretes with protective and decorative coatings based on aluminate cements, melted by a plasma jet. Vestnik of BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. No. 2, pp. 181–185. (In Russian). EDN: ­VHIKDZ
9. Бондаренко Д.О., Бессмертный В.С., Строкова В.В., Бондаренко Н.И. Процессы образования ликваций, термодиффузии и испарения в облицовочном композиционном материале при плазмохимическом модифицировании // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2018. № 7. С. 65–70. EDN: ­UWALBO. https://doi.org/10.12737/article_5b4f02bd57c851.94144673
9. Bondarenko D.O., Bessmertny V.S., Strokova V.V., Bondarenko N.I. Processes of formation of liquacia, thermodiffusion and evaporation in facing composite material in plasmochemical modification. Vestnik of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018. No. 7, pp. 65–70. (In Russian). EDN: ­UWALBO. https://doi.org/10.12737/article_5b4f02bd57c851.94144673
10. Smurov I., Ulianitsky V. Computer controlled detonation spraying: a spraying process upgraded to advanced applications. Surface Effects and Contact Mechanics X. 2011. Vol. 10, pp. 265–276. EDN: ­RHDRGJ. https://doi.org/10.2495/SECM110231
11. Sirota V.V., Zaitsev S.V., Limarenko M.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S. Effect of powder morphology on the structure and properties of Al₂O₃ based coatings obtained by detonation spraying. Construction Materials and Products. 2024. Vol. 7 (5). 7. EDN: ­CJDCLA. https://doi.org/10.58224/2618-7183-2024-7-5-7
12. Ulianitsky V.Yu., Shtertser A.A., Batraev I.S., Rybin D.K. Fabrication of layered ceramic-metal composites by detonation spraying. Ceramics International. 2020. Vol. 46. Iss. 17, pp. 27903–27908. EDN: ­PAVTPA. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.225
13. Liu T., Qiu Y., Liu Y., Liu Z., Deng Z., Guo Z., Wang F., Liu Y., Yu C., Wang S., Wang X. Fabrication and characterization of multilayer YSZ thermal barrier coating by detonation spraying and atmospheric plasma spraying. Ceramics International. 2025. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.04.246
14. Moghaddam A.O., Mikhailov D., Shaburova N., Polyakova M., Pashkeev K., Solizoda I.A., Iarushina D., Samodurova M., Trofimov E. Detonation spraying of boron-doped off-stoichiometric (Fe₂₀Co_23.9Ni₂₀Cr₁₅)(Al₂₀Ti_1.1) chemically complex intermetallic alloys. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2025. Vol. 710. 136291. EDN: ­VKLNSE. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2025.136291
15. Batraev I.S., Ulianitsky V.Yu., Rybin D.K., Dudina D.V., Shtertser A.A., Ukhina A.V. Deposition of binderless B4C coatings by detonation spraying. Materials Letters. 2025. Vol. 387. 138264. EDN: ­QNLXEJ.
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2025.138264
16. Sirota V.V., Savotchenko S.E., Strokova V.V., Bondarenko D.O., Podgorny D.S. Influence of the technological conditions of detonation coatings application on their phase composition. Nanotechnologies in Construction. 2024. Vol. 16. Iss. 5, pp. 404–414. EDN: ­LOONGJ. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2024-16-5-404-414
17. Sirota V.V., Savotchenko S.E., Strokova V.V., Vashchilin V.S., Podgornyi D.S., Limarenko M.V., Kovaleva M.G. Effect of irradiation intensity on the rate of photocatalysis of TiO₂ coatings obtained by detonation spraying. International Journal of Applied Ceramic Technology. 2024. Vol. 21. Iss. 5, pp. 3335–3345. EDN: ­WOOKMW. https://doi.org/10.1111/ijac.14782
18. Подгорный Д.С., Бондаренко Д.О., Строкова В.В., Скиба А.А. Свойства порошков титана, предназначенных для детонационного напыления на бетон // Региональная архитектура и строительство. 2023. № 4 (57). С. 41–48. EDN: ­GUCMUJ
18. Podgorny D.S., Bondarenko D.O., Strokova V.V., Skiba A.A. Properties of titanium powders intended for detonation spraying on concrete. Regional’naya Arkhitektura i Stroitel’stvo. 2023. No. 4 (57), pp. 41–48. (In Russian). EDN: GUCMUJ
19. Balapure A., Ganesan R. Anatase versus Triphasic TiO₂: Near-identical synthesis and comparative structure-sensitive photocatalytic degradation of methylene blue and 4-chlorophenol. Journal of Colloid and Interface Science. 2021. Vol. 581, pp. 205–217. EDN: ­RSBKGK. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.07.096
20. Eddy D.R., Permana M.D., Sakti L.K., Sheha G.A.N., Solihudin, Hidayat S., Takei T., Kumada N., Rahayu I. Heterophase polymorph of TiO₂ (anatase, rutile, brookite, TiO₂ (B)) for efficient photocatalyst: fabrication and activity. Nanomaterials. 2023. Vol. 13. Iss. 4. 704. EDN: ­JEXLTZ. https://doi.org/10.3390/nano13040704
21. Eddy D.R., Sheha G.A.N., Permana M.D., Saito N., Takei T., Kumada N., Irkham, Rahayu I., Abe I., Sekine Y., Oyumi T., Izumi Y. Study on triphase of polymorphs TiO₂ (anatase/rutile/brookite) for boosting photocatalytic activity of metformin degradation. Chemosphere. 2024. Vol. 351. 141206. EDN: ­KWAAAK https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.141206