Captain Corrosioni ambitsioonikas Tartust kosmosesse jõudmise plaan
Kui ühendada eri valdkondade materjaliteadlaste, näiteks kiletehnoloogia asjatundjate ja elektrokeemikute teadmised, on tulemuseks uus materjal, mis võib pikendada metallisulamite eluiga isegi tuhandeid aastaid. Tänu tudengisatelliit ESTCube-2 projektile saame rääkida ka uudse tehnoloogia katsetamisest kosmoses.
„Panime kokku aatomkihtsadestuse ja elektrokeemia. Neid kahte täiesti erinevat valdkonda kombineerides tuligi välja uus vastupidav kaitsekate,“ rääkib elektrokeemiku taustaga Maido Merisalu, Tartu ülikooli hargettevõtte Captain Corrosion juhataja. Inseneri arvates on Tartu ülikoolis välja töötatud kaitsekattel äärmiselt suur potentsiaal selleks, et erinevates tööstuses läbi lüüa. „Esialgsed tulemused, mille oleme saanud, näitavad, et tegu on väga vinge kaitsekattega, mis muudab tõenäoliselt auto- ja lennukitööstust, võib-olla ka kosmosetööstust.“
Kaitsekatte tehnoloogiline iseärasus seisneb selles, et see on väga õhuke. Kui pihustada tavalist värvi kaitstavale pinnale, tekib sinna umbes 30–100 mikromeetrine kate. Võib-olla tekib isegi millimeetrine kate ja sellega saab tagada üsna hea kaitse korrosiooni eest. Kui tegu on aga näiteks mõne täppisdetailiga, mis vajab veel ka kõvakatet, siis ei saa tavalisi värve kasutada.
Kui aatomkihtsadestatud materjalikihtide paksus jääb reeglina kümnete nanomeetrite piiresse, siis eestlaste patenteeritud katte korral ulatub see mõne mikromeetrini. Peale selle on kiletehnoloogia laboris välja töötatud kaitsekate väga pika elueaga ning kaitseb materjale korrosiooni eest. Merisalu sõnul on aatomkihtsadestuse meetodil võimalik luua mistahes koostise ja struktuuriga materjale, „ladudes“ neid aatomitest kokku.
Aatomkihtsadestatud katted on väga õhukesed ja täielikku kaitset korrosiooni eest veel ei taga. „Kui töötleme aga alusmaterjali eelnevalt elektrokeemiliselt, siis saame tekitada nanostruktuurse aluskihi, mis täidetakse seejärel aatomkihtsadestuse meetodil. Nii on võimalik saada natuke paksem, kuid endiselt väga õhuke kaitsekate, mis on peale korrosioonikindluse ka vastupidavam mehaanilistele kahjustustele.“
Kliente jagub
Mõne aja eest pöördus Maido Merisalu poole klient, kes tõi kaasa roostevabast terasest detaili, mis oli rooste läinud. Tegu oli USA suurfirma Disney kruiisilaeva reelinguga. Tegemist polnud materjalipettusega, materjal lihtsalt ei pidanud kibesoolasele ookeaniveele ja niiskele õhule vastu. Lisaks analüüsile sai klient Eestist kaasa soovituse, kuids roostega kruiisilaeval võidelda.
Merisalu ettevõtte põhitegevus on seotud korrosioonialase nõustamise ja neid toetavate materjalide uuringute korraldamisega. Üks esimesi Captain Corrosioni kliente oli Eesti ettevõtte Biometric OÜ, kes toodab hambaimplantaate. Neid on inimestel tarvis siis, kui mõni hammas on kaotatud ja tühimik hakkab hambumust mõjutama. See võib avaldada laastavat mõju kõikidele allesjäänud hammastele. „Seetõttu tuleb tühimik täita esimesel võimalusel mitmest osast koosneva kunsthambaga, kus alumine osa ehk kruvi on keeratud lõualuu sisse ning ülemine osa on valgest materjalist koosnev kroon,“ selgitab Merisalu.
Biometricul oli tarvis veenduda, et implantaatide kruvi ning liitedetailide valmistamiseks on kasutatud kvaliteetset meditsiinilist titaani, mis peab pikka aega vastu ilma, et see hakkaks roostetama või tekitaks teisi probleeme. „Materjalide koostise määramiseks on olemas mitmeid meetodeid, kuid antud juhul oli tegu raskema juhtumiga, kuna uuritavad objektid ei olnud lamedad metallplaadid, vaid hoopiski pisikesed keeruka kolmemõõtmelise kujuga detailid,“ ütles Merisalu. Tema sõnul ei olnud see takistus siiski ületamatu ja vastavad uuringud korraldati kõrglahutust omava skaneeriva elektronmikroskoobi abil. „Ettevõtte probleem sai lahendatud, uuringud näitasid, et implantaadid on valmistatud kõrge kvaliteediga meditsiinilisest titaanist.“
Esimene katse kosmoses
Kosmost ei maini Maido Merisalu mitte ilmaasjata. Korrosioon on kosmosetööstuses üliaktuaalne teema, sest tegemist on satelliitide suure vaenlasega.Tavaliselt veabki satelliiti korrodeerumise tõttu alt mingi kindel detail ning kui Captain Corrosioni kaitsekate võimaldab selle eluiga pikendada, kestab ka satelliit kauem. Ka satelliidi 10% pikem eluiga on suur võit.
TÜ kiletehnoloogia labor, Captain Corrosion OÜ ja tudengisatelliidi ESTCube-2 töörühm teevad praegu koostööd, et proovida 2018. aastal kosmoses järele, kui hästi kaitsekate töötab. ESTCube-2 külge kinnitatakse kaks peenikest traati ning mõõdetakse traatide elektritakistuse muutust. Ühele traadile pannakse nanotehnoloogiline kaitsekate, teisele mitte.
Et ESTCube ei asu Maast kuigi kaugel, toimub pidevalt satelliidi pinna oksüdeerimine ja erosioon suure kiirusega liikuvate osakeste (atomaarne- ja molekulaarne hapnik, kosmiline tolm jne) tõttu. See kõik tekitab metalli pinnale alumiiniumoksiidi kihi. Traadi elektritakistus suureneb ning see on mõõdetav suurus.
Nii et pöidlad pihku, et traadikatse õnnestuks ning et Eesti teadlaste materjal kataks tulevikus kõiki satelliite.
Allikas: Universitas Tartuensis, Tartu Ülikooli veebileht.
