Shaping the Structure and Properties of TiO2-ZnO Oxide Coatings Produced by Plasma Electrolytic Oxidation on Titanium Substrate

Abstract

У статті наведено результати попередніх досліджень можливості синтезу змішаних покриттів ZnO-TiO2 методом плазмового електрохімічного оксидування (ПЕО). Метою роботи був синтез змішаних покриттів TiO2-ZnO на титановій підкладці з електроліту, що містить наночастинки (НЧ) ZnO, та оцінка параметрів ПЕО на структуру, хімічний склад і властивості отриманих оксидних покриттів. Процес ПЕО здійснювався за різних вольт-амперних режимів з використанням різних сигналів: постійного струму, постійного імпульсу та змінного струму. У даній роботі визначено оптимальні умови процесу ПЕО для отримання добре зчіпних оксидних покриттів з максимально можливим вмістом ZnO. Досліджено структуру та морфологію отриманих оксидних покриттів, комплексно досліджено їх хімічний та фазовий склад (EDX, XRD, XPS та GD-OES). Крім того, оцінювали їх основні оптичні властивості. Показано, що в імпульсному процесі PEO DC можна отримати оксидні покриття, що характеризуються високим ступенем впорядкованості структури, високим вмістом ZnO в оксидному покритті (3,6 ат.%, XPS) і перспективним застосуванням для фотокаталітичних цілей. (3,12 еВ).

The paper presents the results of preliminary research on the possibility of synthesizing ZnO-TiO2 mixed coatings by plasma electrochemical oxidation (PEO). The aim of the work was to synthesize TiO2-ZnO mixed coatings on a titanium substrate from an electrolyte containing ZnO nanoparticles (NPs) and to assess the parameters of PEO on the structure, chemical composition, and properties of the obtained oxide coatings. The PEO process was carried out under various current–voltage conditions using different signals: DC, DC pulse, and AC. In this work, optimal conditions for the PEO process were determined to obtain well-adhering oxide coatings with the highest possible content of ZnO. The structure and morphology of the resulting oxide coatings were investigated, and their chemical and phase composition was comprehensively examined (EDX, XRD, XPS, and GD-OES). In addition, their basic optical properties were assessed. It has been shown that in the PEO DC pulse process, it is possible to obtain oxide coatings characterized by a high degree of structure order, high ZnO content in the oxide coating (3.6 at.%, XPS), and prospective applications for photocatalytic purposes (3.12 eV).