DOI: 10.24412/2782-5027-2026-2-37-58

Kotelnikov P. N., Kurakov S. V., Makarova A. S., Samoilov V. B. Restoration of metal monuments using the cold gas-dynamic spraying method: application criteria and results assessment

Kotelnikov Pavel N.  — artist-restorer of the highest category of metal works; The State Research Institute for Restoration, head of the department of scientific restoration of metal works
E-mail: 113metal@gmail.com

Kurakov Sergey V.  — Researcher engineer; Bauman Moscow State Technical University, Engineer I cat. of Museum
E-mail: kurakov@bmstu.ru

Makarova Anastasia S. — PhD. cult., restorer of the I cat.; the State Research Institute for Restoration, Academic Secretary
E-mail: aanpilogova@mail.ru

Samoilov Vladimir B. — Bauman Moscow State Technical University, associate professor of the Department of Materials Processing Technologies
E-mail: wladsam@mail.ru

This article addresses the determination of the applicability limits and efficacy of modern spraying technologies for the restoration of metal artworks exposed outdoors. The study presents a comprehensive analysis of the Cold Gas-Dynamic Spraying (CGDS) method, encompassing its development history, technological features, potential, and modern applications. The practical research is focused on the outdoor sculpture located in Moscow and Saint Petersburg that was restored using this cold spraying method. A detailed laboratory study was conducted on coating samples taken from the federally significant cultural heritage objects — the allegorical zinc-alloy sculptures “Water” and “Earth” (by V. I. Mukhina, N. G. Zelenskaya, A. M. Sergeev). A set of analyses, including on-site visual inspection, metallography, and electron microscopy, was performed to assess the current state of the studied coatings, their adhesion, microstructure, and to identify the primary degradation mechanisms. As a result, the key advantages and disadvantages of the CGDS method in restoration practice have been systematized, and practical recommendations for its application in preserving monumental metal sculpture have been developed. The findings are of significant applied value for selecting optimal technologies, designing restoration processes, and addressing damage to metal cultural heritage objects in aggressive outdoor environments. The article presents work carried out within the framework of a scientific topic (registration number NIOKTR 124031100828-6), implemented at the expense of the federal budget in 2025.

Coating durability, cold gas-dynamic spraying, decorative-protective coating, Fusing, metal restoration, monumental sculpture, outdoor exposure.

PDFJATS

Источники

  1. III Profil`naya vy`stavka «PROrestavraciyu. Importozameshhenie v restavracionny`x materialax i texnologiyax» // Krugly`j stol ««Primenenie sovremenny`x texnologicheskix processov v nauchnoj restavracii» 30 noyabrya 2024 g. — URL: https://yandex.ru/video/preview/8309309475587807700 (data obrashheniya: 24.12.2025).
  2. IV Profil`naya vy`stavka «PROrestavraciyu. Importozameshhenie v restavracionny`x materialax i texnologiyax» // Nauchno-metodicheskij seminar «Sovremenny`e vozmozhnosti texnologij (naplavleniya) v restavracii proizvedenij iz metalla» 05 dekabrya 2025 g. — URL: https://prorestavraciyu.rf/25/day2#!/tab/1514283531-2 (data obrashheniya: 24.12.2025).
  3. Alximov A. P. i dr. Osobennosti deformirovaniya mikrochasticz pri udare o tverduyu pregradu / A. P. Alximov, A. I. Gulidov, V. F. Kosarev, N. I. Nesterovich // Prikladnaya mexanika i texnicheskaya fizika. 2000. T. 41. №1 (239). S. 204–209.
  4. Alximov A. P. i dr. Xolodnoe gazodinamicheskoe napy`lenie: Teoriya i praktika / A. P. Alximov, S. V. Klinkov, V. F. Kosarev, V. M. Fomin / pod red. V. M. Fomina. M.: Fizmatlit, 2010. — 536 s.
  5. Alximov A. P., Kosarev V. F., Papy`rin A. N. Metod «xolodnogo» gazodinamicheskogo napy`leniya // Doklady` Akademii nauk SSSR. 1990. T. 315. S. 1062–1065.
  6. Alximov A. P., Kosarev V. F., Papy`rin A. N. i dr. Novy`e materialy` i texnologii. Teoriya i praktika uprochneniya materialov v e`kstremal`ny`x processax. Novosibirsk: Nauka. Sib. izdat. firma, 1992. — 200 s.
  7. Alximov A. P., Kosarev V. F., Ploxov A. V. Nauchny`e osnovy` texnologii xolodnogo gazodinamicheskogo napy`leniya (XGN) i svojstva napy`lenny`x materialov. Novosibirsk: NGTU, 2006. — 279 s.
  8. Bazanchuk G. A., Kurakov S. V., Kotel`nikov P. N. Primenenie additivny`x texnologij v restavracii predmetov politexnicheskogo tipa s periodicheskim zubchaty`m profilem // Xudozhestvennoe nasledie. Issledovaniya. Restavraciya. Xranenie. Art Heritage. Research. Storage. Conservation. 2024. №1. S. 7–28.
  9. Zajcev A. N., Aleksandrova Yu. P., Yagopol`skij A. G. Obzor metodov ocenki prochnosti scepleniya gazotermicheskix pokry`tij // Izv. vy`sshix ucheb. zavedenij. Mashinostroenie. 2021. №5 (734). S. 48–59.
  10. Korobov Yu. S., Panov V. I., Razikov N. M. Osnovny`e metody` i materialy` gazotermicheskogo napy`leniya. Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta, 2016. — 80 s. (Analiz svojstv gazotermicheskix pokry`tij: Ucheb. posobie: v 2 ch. Ch. 1).
  11. Kosarev V. F. Fizicheskie osnovy` xolodnogo gazodinamicheskogo napy`leniya: special`nost` 01.02.05 «Mexanika zhidkosti, gaza i plazmy`»: dis. … d. f.-m. n. Novosibirsk: [B. i.], 2003. — 292 s.
  12. Kosarev V. F. i dr. Svojstva medny`x i alyuminievy`x pokry`tij, poluchenny`x detonacionny`m i xolodny`m napy`leniem / V. F. Kosarev, A. A. Sova, S. B. Zlobin, V. Yu. Ul`yaniczkij // Uprochnyayushhie texnologii i pokry`tiya. 2011. №6 (78). S. 20–26.
  13. Kosarev V. F., Klinkov S. V. Kinetika formirovaniya XGN pokry`tij // XXIII seminar po strujny`m, otry`vny`m i nestacionarny`m techeniyam: sb. trudov (s mezhdunarodny`m uchastiem). Tomsk, 26–28 iyunya 2012 g.: Sb. trudov / pod red. G. V. Kuzneczova i dr. Tomsk: ITPU 2012. S. 210–213.
  14. Kotel`nikov P. N. i dr. Issledovanie prichin razrusheniya lity`x latunny`x osvetitel`ny`x priborov, datiruemy`x konczom XIX – nachalom XX veka / P. N. Kotel`nikov, A. V. Mixajlova, M. V. Naczkij, I. G. Ravich // Xudozhestvennoe nasledie. Issledovaniya. Restavraciya. Xranenie. Art Heritage. Research. Storage. Conservation. 2025. №3 (15). S. 32–47.
  15. Kotel`nikov P. N., Kurakov S. V., Bogdanov A. V. Nauchnaya restavraciya predmetov iz metalla s rel`efny`m izobrazheniem: sovremenny`e metody` vospolneniya utrat // Nevskaya fotonika-2025. Vserossijskaya nauch. konf. s mezhdunarod. uchastiem. Sb. nauch. trudov (13–18 oktyabrya 2025 g.) SPb.: Un-t ITMO, 2025. S. 34.
  16. Krugly`j stol «Theatrum Machinarum: Cifrovy`e kommemorativny`e praktiki» 27 noyabrya 2025 // XXV mezhdunarodnaya nauchno-teoreticheskaya konferenciya «Professional`naya kul`tura specialista budushhego». 27–29 noyabrya 2025, Sankt-Peterburgskij politexnicheskij universitet Petra Velikogo. — URL: https://pcsf.spbstu.ru/ (data obrashheniya: 24.12.2025).
  17. Kurakov S. V. i dr. Sovremenny`e podxody` i vozmozhnosti v nauchnoj restavracii chekanno-rel`efnogo profilya proizvedenij iz metalla / S. V. Kurakov, A. V. Bogdanov, M. A. Mel`nikova, G. V. Tixomirov, P. N. Kotel`nikov // Dizajn. Materialy`. Texnologiya. 2025. №4 (80). S. 22–30. DOI: 10.46418/1990-8997_2025_4(80)_22_30.
  18. Lobanov M. L. i dr. Zashhitny`e pokry`tiya: Ucheb. posobie / M. L. Lobanov, N. I. Kardonina, N. G. Rossina, A. S. Yurovskix. Ekaterinburg: Izd-vo Ural`skogo un-ta, 2014. — 200 s.
  19. Mal`cev M. V. Metallografiya promy`shlenny`x czvetny`x metallov i splavov (S pril. Atlasa makro- i mikrostruktur). — 2-e izd., pererab. i dop. M.: Metallurgiya, 1970. — 368 s.
  20. Naczkij M. V., I. G. Ravich. Izuchenie prichin samoproizvol`nogo rastreskivaniya muzejny`x e`ksponatov, poluchenny`x obrabotkoj davleniem iz latunny`x listov // Kul`turologicheskij zhurnal. 2021. №4 (46). S. 1–10.
  21. Patent № 2353705 C2 Rossijskaya Federaciya, MPK C23C 24/04, B05B 7/06. Sposob gazodinamicheskogo napy`leniya poroshkovy`x materialov i ustrojstvo dlya ego realizacii: № 2006141982/02: zayavl. 27.11.2006: opubl. 27.04.2009 / A. P. Alximov, V. F. Kosarev, S. V. Klinkov [i dr.]
  22. zayavitel` Institut teoreticheskoj i prikladnoj mexaniki im. S. A. Xristianovicha SO RAN (ITPM SO RAN).
  23. Patent № 2396371 C2 Rossijskaya Federaciya, MPK C23C 24/04, B05B 7/10. Sposob gazodinamicheskogo napy`leniya poroshkovy`x materialov i ustrojstvo dlya ego realizacii (Varianty`): № 2008128115/02: zayavl. 09.07.2008: opubl. 10.08.2010 / A. P. Alximov, V. F. Kosarev, S. V. Klinkov [i dr.]
  24. zayavitel` Institut teoreticheskoj i prikladnoj mexaniki im. S. A. Xristianovicha SO RAN (ITPM SO RAN).
  25. Ravich I. G. O vozmozhnosti primeneniya otzhiga pri restavracii izdelij, poluchenny`x iz listovoj latuni i podvergshixsya rastreskivaniyu // Xudozhestvennoe nasledie. Issledovaniya. Restavraciya. Xranenie. Art Heritage. Research. Storage. Conservation. 2022. №3. S. 35–44.
  26. Ravich I. G. i dr. O vozmozhnosti otzhiga dlya snyatiya vnutrennix napryazhenij v izdeliyax s pozolotoj, izgotovlenny`x iz listovoj latuni s pomoshh`yu deformacii / I. G. Ravich, M. V. Naczkij, A. V. Mixajlova, A. O. Bekker // Xudozhestvennoe nasledie. Issledovaniya. Restavraciya. Xranenie. Art Heritage. Research. Storage. Conservation. 2023. №3. S.75–87.
  27. Sova A. A. Issledovanie processa naneseniya mnogokomponentny`x pokry`tij metodom xolodnogo gazodinamicheskogo napy`leniya: special`nost` 01.02.05 «Mexanika zhidkosti, gaza i plazmy`»: dis. … k. t. n. Novosibirsk, 2009. — 120 s.
  28. Fazlullin S. M. Problema izucheniya i soxraneniya predmetov muzejny`x kollekcij iz polimerny`x materialov. Chast` 1 // Xudozhestvennoe nasledie. Issledovaniya. Restavraciya. Xranenie. Art Heritage. Research. Storage. Conservation. 2025. №1 (13). S. 73–87.
  29. Shemaxanskaya M. S. Metally` i veshhi. Istoriya. Svojstva. Razrushenie. Restavraciya. M.: Indrik, 2015. — 286 s.
  30. Shikalov V. S., Klinkov S. V., Kosarev V. F. Xolodnoe gazodinamicheskoe napy`lenie alyuminievogo pokry`tiya na e`rozionno nestojkij material // Teplofizika i ae`romexanika. 2019. T. 26. №5. S. 779–787.
  31. De Force B., Eden T., Potter J. Cold spray Al-5% Mg coatings for the corrosion protection of magnesium alloys // Journal of Thermal Spray Technology. 2011. Vol. 20. No. 6. P. 1352–1358.
  32. Kurakov S., Kotelnikov P. Scientific Restoration of Polytechnic Heritage: The Case of the Franz Reuleaux Collection // Technology and Language. 2025. Vol. 6. No.3 (20). P. 64–79. — DOI 10.48417/technolang.2025.03.05.
  33. Wang H.-R. et al. Effect of process conditions on microstructure and corrosion resistance of cold-sprayed Ti coatings / H.-R. Wang, B.-R. Hou, J. Wang, Q. Wang, W.-Y. Li // Journal of Thermal Spray Technology. 2008. Vol. 17. No. 5–6. P. 736–741.