Tartu ülikooli hargettevõtte Captain Corrosioni juhataja ja TÜ kiletehnoloogia labori insener Maido Merisalu on koostöös teiste ülikooli materjaliteadlastega töötanud välja kõrgtehnoloogilised kaitsekatted, mis võivad pikendada eri metallisulamite eluiga kuni mitu tuhat aastat.

Tartu ülikooli materjaliteadlased on uudsete kaitsekatete väljatöötamise kallal tegutsenud juba alates 2000. aastast. 2009. aastal liitus kiletehnoloogia laboriga Merisalu, kes tõi endaga kaasa elektrokeemiaalased teadmised. «Panime kokku aatomkihtsadestuse ja elektrokeemia. Neid kahte täiesti erinevat valdkonda kombineerides tuligi välja uus vastupidav kaitsekate,» rääkis Merisalu. Nüüd on kaitsekatte valmistamise metoodika patenteeritud ning peale Merisalu on selle autorid ka professor Väino Sammelselg ja insener Lauri Aarik.

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 patendeeritud katte korral ulatub see mõne mikromeetrini. Peale selle on kiletehnoloogia laboris väljatöötatud 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.» 

Merisalu sõnul saab aatomkihtsadestusel põhinevaid kaitsekatteid kasutada ka näiteks ehetel, see aitaks nende tuhmumise vastu. «Hõbeehted kipuvad umbes aastaga hõbesulfiidi tekkimise tõttu tuhmiks minema, aga kui ehte pinnale kanda nano-kaitsekate, püsib ehe säravana päris kaua.» 

Merisalu tegeleb oma doktoritöö käigus eelkõige kaitsekatetega, mis on mõeldud alumiiniumsulamitele. «Neid sulameid kasutatakse näiteks autode, nutitelefonide korpustes, lennukite, droonide, aga ka kosmose tehnika detailide valmistamises,» loetles ta. Merisalu sõnul toimub korrosioon igal pool, ka kosmoses, mistõttu tuleb alumiiniumsulameid selle nähtuse eest kaitsta.

Inseneri arvates on Tartu ülikoolis väljatöötatud 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.» 

Esimene katse kosmoses

Korrosioon on kosmosetööstuses väga aktuaalne teema. Merisalu sõnul maksavad satelliidid vahemikus sada miljonit kuni nelisada miljonit eurot. «Ilmasatelliidiks maskeerunud luuresatelliit peab kosmoses heal juhul vastu umbes 10–20 aastat. Kui me suudame satelliidi eluiga isegi 10% pikendada, siis see tähendab tohutut kokkuhoidu.» Tavaliselt veab satelliiti alt mingi kindel detail ning kui kaitsekate võimaldab selle eluiga pikendada, kestab ka satelliit kauem.

TÜ kiletehnoloogia labor, Captain Corrosion OÜ ja tudengisatelliidi ESTCube-2 töörühm teevad praegu koostööd, et proovida 2018. aastal kosmoses järele, kui hästi kaitsekate töötab. «Kinnitame tudengisatelliidi ESTCube-2 külge kaks peenikest traati, mille abil mõõdetakse traatide elektritakistuse muutust. Ühele paneme nanotehnoloogilise kaitsekatte, teisele mitte.» 

Kuna 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. Mida kauem need detailid kosmoses on, seda paksemaks oksiidkiht muutub.» 

Traati jääb seega vähemaks ning elektritakistus suureneb. Merisalu sõnul on see mõõdetav väärtus ning kaitse aitab näidata, kui palju kauem peab  kaitsekattega detail kosmoses vastu. «Kosmoses on muidugi teisigi mõjusid, seega ei saa päris hästi ette ennustada, kuidas katse õnnestub. Peale selle on tegemist esimese seesuguse katsega,» ütles Merisalu. 

Nõustamine ja uurimine

Merisalu ettevõtte põhitegevus on seotud korrosioonialase nõustamise ja neid toetavate materjalide uuringute korraldamisega. Kuna korrosioonist tingitud kahjud ulatuvad miljarditesse eurodesse aastas ja see puudutab paljusid erinevaid tööstusharusid, siis on seesugused nõustamised ja katsed igati omal kohal. 

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,» selgitas 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.» Meditsiiniliste implantaatide korral on materjali kvaliteet eriti oluline, kuna üks implantaat võib Eestis maksta kuni 2000 eurot.

Peale ettevõtete korrosioonialaste probleemide lahendamise tegeleb Captain Corrosion ka õpiotstarbeliste teadusvideote valmistamisega. «Hakkasin videoid tegema eelkõige seepärast, et annan Tartu ülikoolis ainekursust «Füüsikalised uurimismeetodid keemias», ehk õpetan keemikutele füüsikat ja kuidas uurida kaasaegsete seadmete abil erinevaid materjale.» 

Kui Merisalu andis esimesel aastal loenguid, nägi ta, et kuigi professorite slaidid on informatiivsed, siis ei pruugi inimene, kes ei ole enne nende teemadega kokku puutunud, kuigi hästi sellest teemast siiski aru saada. «Selleks ongi tarvis visuaalset materjali. Esimese video tegime skaneerivast elektronmikroskoopiast ja näitasime, kuidas see töötab. Video levis Youtube’is kulutulena,» kirjeldas Merisalu.

Ingliskeelse video menukus näitas insenerile, et inimestel on seesuguseid materjale tarvis. «Ja mitte ainult minu ainekursusel osalevatel tudengitel, vaid ka kõikidel teistel laiemalt.» Praegu on seda videot vaadanud 30 000–40 000 inimest. Viimastel aastatel on Merisalu õppevideoid juurde teinud ning nüüd on tema kanalil üle poole miljoni vaataja.

Veel põnevaid videoid

«Siiani olen videoid hobikorras teinud, kuid nüüd liigub see ka selles suunas, et võiksime teha midagi koostöös sponsoritega. Midagi, mis oleks neile vajalik, aga vajalik ka üliõpilastele või mõnele teisele sihtrühmale. Üldine temaatika on ikka seotud teaduse ja tehnoloogiaga.» 

Lähitulevikus kavatseb Merisalu koostöös TÜ materjaliteaduse osakonna ja teiste partneritega teha valmis veel vähemalt 12 videost koosneva seeria, mis oleks skaneeriva elektronmikroskoopia teemal. «Uurime selle meetodiga põnevaid asju ja näitame, kui huvitav näeb välja nanomaailm.»

Sealsamas õpetatakse videotega, kuidas erinevaid katseobjekte ette valmistada ja erinevaid uuringuid teha, et lahendada sealhulgas ka Eesti ettevõtete probleeme.