Kõik on näinud inimkonna salapärase vaenlase töö tulemust – materjalide iseeneslikku hävimist.

Selleks protsessiks nimetatakse korrosiooni, mis ei ohusta ainult metalle, vaid ka kõiki teise materjale. Ainuüksi metallide roostetamine läheb inimkonnale maksma ligi 2 miljardit eurot aastas. Viimaste aastate jooksul on Tartu Ülikooli füüsika instituudis aktiivselt uuritud nähtamatuid, ent samas üliefektiivseid pinnakatteid, mida võib kasutada paljude erinevate materjalide kaitseks.

Meil puudub siiani universaalne kaitsemeetod kõikidele materjalidele. Suurimad edusammud kaitsemeetodite arendamisel on tehtud just viimaste aastakümnete jooksul tänu tehnoloogia kiirele arengule.

Materjalide korrosioon algab sageli kohtadest, mille mõõtmed nanomeetrites ehk umbes 1000 korda väiksem kui juuksekarva läbimõõt. Seega on need inimsilmale ja ka tavalisele mikroskoobile nähtamatud. Protsesside visualiseerimisel tuleb kasutusele võtta palju võimsamad vahendid, milleks võib olla skaneeriv elektronmikroskoop või aatomjõu mikroskoop.

Skaneeriva elektronmikroskoobi puhul on kiiresti liikuvad elektronid koondatud kokku kitsaks kiireks, millega liigutakse reahaaval üle uuritava pinna ja saadakse arvutisse sellest terav kujutis. Aatomjõu mikroskoobi korral kasutatakse skaneerimiseks nõela, mis on nii terav, et tema tipus on vaid üks aatom. Just selliste meetodite abil on võimalik tungida nanomaailma ja uurida miks materjalid meie ümber hävivad.

Uuringud on viinud hämmastavate tulemusteni – nimelt on loodus üllatavalt leidlik materjalide hävitamisel! Kuna iga materjal võib korrodeeruda erineval viisil, siis on korrosioonivorme kordades rohkem kui erinevaid materjale maailmas. Uusi materjale tuleb seejuures aga pidevalt juurde.

Kui sarnaseid korrosioonivorme kokku võtta, siis jääb ikkagi alles ligi 20 erinevat. Üheks ohtlikumaks vormiks on punktkorrosioon, mille korral tekivad materjali pinnale mikroskoopilised augud. Need augud jäävad pealt praktiliselt nähtamatuks kuid arenevad materjali sees edasi. See viib ootamatu materjali purunemiseni ja võib ohustada ka elusid. Näiteks esineb punktkorrosioon alumiiniumsulamitel, millest valmistatakse reisilennukeid ja autode osi.

Üheks huvitavamaks vormiks on aga usskorrosioon, mille käigus tekivad ussilaadsed moodustised. Need mikroskoopilised „ussid“ võivad levida materjali pinnal või hoopiski kaitsva pinnakatte all, kangutades seda aluspinna küljest lahti. Igapäevases elus näeme rauasulamite korral üldist korrosiooni, mille tulemusena tekib pruun rooste.

Õnneks on see vorm juba algfaasis silmaga äratuntav ja seega võib pinda puhastada ning kaitsta pinnakattega. Ehitusel on sageli probleemiks galvaaniline korrosioon, mis esineb erinevate metallide kokkupuutel – kindlasti tuleb vältida näiteks alumiiniumdetailide kinnitamist teraspoltide abil.

Korrosiooni ennetuseks on erinevaid meetodeid ja kõik algab õige materjali valikust, mis antud keskkonnas piisavalt kaua vastu peab. Sageli on aga vaja olemasolevate materjalide vastupidavust parandada. Selleks kasutatakse näiteks pinnakatteid, milleks võivad olla värvid, lakid, polümeerid, metallid ja üliõhukesed keraamilised kiled. Titaanoksiid on üks keemiliselt vastupidavamaid ühendeid maailmas ja sellest on võimalik valmistada õhukesi, alla 100 nanomeetri paksusi, nähtamatuid kaitsvaid pinnakatteid.

Selliseid pinnakatteid on võimalik kanda erinevate võtete abil paljudele materjalidele ja seega märgatavalt suurendada nende eluiga.  Üheks parimaks katmismeetodiks on aatomkihtsadestamine, kus titaanoksiid kasvatatakse alusmaterjalile kihthaaval. Seejuures saab katta väga keerukaid pindu (poorsed, karedad materjalid) ühtlase paksuse kilega. Seetõttu ei jää ühtegi mikroskoopilist defekti, milles võiks korrosioon kulgema hakata.

Lisaks suurematele metallpindadele saab antud meetodiga ka katta elektriskeeme, plastikesemeid, ehteid, aknaklaase ja palju muud. Hõbedast ehted ja söögivahendid tuhmuvad (korrodeeruvad) üsna kiiresti kuid kattes need õhukese titaanoksiidiga, säilitavad nad läike kümneteks aastateks. Kui aga titaanoksiid on kantud aknaklaasile, siis märgab vesi seda niivõrd hästi et järgmine vihm peseb kogu mustuse maha, tulemuseks isepesevad aknad.

Korrosioon on inimkonna üks suurimaid probleeme ja kuna materjale tuleb juurde, siis on vaja välja töötada ka uusi efektiivseid pinnakatteid. Selliste aktuaalsete probleemidega tegelevad Tartu Ülikooli füüsika instituudi teadlased.

Maido Merisalu on Tartu Ülikooli materjaliteaduse doktorant. Selle artikliga sai ta Tartu Ülikooli korraldatud doktorantide populaarteaduslike artiklite konkursil kolmanda koha. Võistlust aitasid korraldada haridus- ja teadusministeerium ja Eesti teadusagentuur.