All posts by Captain Corrosion

Kuidas määrata metallide ja materjalide elemendilist koostist?

Metallide ja teiste materjalide koostisest sõltuvad otseselt nende omadused ja sellest tulenevalt rakendus erineval otstarbel. Elemendilise koostise määramiseks on aga mitmeid meetodeid, millest tulebki järgnevalt juttu.

telliuuring

WD-XRF ehk lainedispersiivne röntgenfluorestsents-spektroskoopia on meetod, kus katseobjekti kiiritatakse röntgenkiirgusega, mis ergastab proovi pinnakihis (mõned kuni kümned mikromeetrid) aatomeid. Nende aatomite relakseerumisel vabaneb karakteristlik röntgenkiirgus, mille detekteerimisel saadaksegi informatsiooni materjalis esinevate elementide ja nende sisalduse kohta. Laboratoorseteks uuringuteks kasutatav seade on suur ja kallis ning mõõtmine koos proovi ettevalmistusega võib aega võtta mitmeid tunde. See-eest on tegu ühe parima meetodiga elemendilise koostise määramiseks kuna see on täpne ja tundlik. Antud meetod ei võimalda siiski määrata väga kergeid elemente (nt vesinik) ja teatud elementidele vastavate piikide kattumisel saadakse mõnikord vale tulemus, mis vajab täiendavaid mõõtmisi teise meetodiga. Proovi ettevalmistusel on oluline, et katseobjekt oleks tasase pinnaga ja puhas.

ED-XRF ehk energiadispersiivne röntgenfluorestsents-spektroskoopia korral toimub samuti katseobjekti aatomite ergastamine röntgenkiirgusega ja tekkinud karakteristliku röntgenkiirguse mõõtmine. Seade on aga oluliselt lihtsama ja odavama ehitusega kui WD-XRF ja võib olla kas lauale pandav või lausa käeshoitav. Just käeshoitavaid püstoli kujuga ED-XRF analüsaatoreid kasutatakse tihti metallidega tegelevates ettevõtetes ja ka geoloogide poolt välitöödes kuna seade on kerge ja mõõtmine võtab aega vaid hetke. Tulemused ei ole muidugi eriti täpsed kuid alati seda polegi vaja ning täpsema analüüsi saab alati laborist tellida. Selline lihtsam püstoli kujuline ED-XRF seade on enamasti saadaval 20 000 – 40 000 euroga kuid selle müüja tuleb väga hoolikalt valida.

Kui teema pakub rohkem huvi, siis vaadake meie teadusvideot röntgenfluorestsents-spektroskoopiast, kus lisaks teooriale teeme ka ühe demonstratiivse mõõtmise;

 

SEM-EDX ehk energiadispersiivne röntgenmikroanalüüs skaneerivas elektronmikroskoobis. Selle meetodi puhul kiiritatakse katseobjekti fokuseeritud elektronkiirega, mis ergastab mõne mikromeetri sügavust pinnakihti. Aatomite relakseerumisel vabaneb karakteristlik röntgenkiirgus, mille detekteerimisel saab teada materjalis leiduvate elementide ja nende sisalduse kohta. SEM-EDX ei ole kaugeltki nii täpne ja tundlik kui WD-XRF ning ajakulu ühe objekti uurimiseks on võrreldav. SEM-EDX eelis WD-XRF ees on tema suur lokaalsus – kui WD-XRF korral kogutakse keskmistatud signaal mõne cm2 suuruselt alalt, siis SEM-EDX korral on signaali kogumiseks juba mitmeid võimalusi. Signaali saab koguda a) lokaalselt, vaid mõne ruutmikromeetri suuruselt alalt, huvipakkuvalt detaililt või b) keskmistatult nt 200 x 200 ruutmikromeeriselt alalt (ala suurust saab valida). Kolmas võimalus on elementide kaardistamine mikroskoopilisel skaalal huvipakkuval alal, kus lahutusvõime on ca 1 mikromeeter. Just viimane annab tihti täiendavat infot metallide või muude materjalide mikrostruktuuri kohta. See on oluline siis kui materjali keskmine elemendiline koostis on õige kuid valmistamisprotsessiga on midagi väga valesti läinud, mille tulemusena on materjalis tekkinud selline mikrostruktuur, mis halvendab tema mehaanilisi omadusi ja/või vastupidavust korrosioonile. Selliste uuringute raames on mõnikord vaja teha kvaliteetne ristlõige materjalist kas mehaaniliselt või fokuseeritud ioonkiirega ning uurida materjali sisemust, kaardistades seal elemente ja otsides seal mikromõrasid.

SEM-EDS ja WD-XRF praktilise rakenduse kohta saab vaadata meie teadusvideot meteoriidi uuringutest;

 

Millist meetodit siis ikkagi lõpuks valida? See lepitakse enamasti kokku uuringutele eelneva konsultatsiooni raames, kus selgitatakse välja milleks analüüsi reaalselt vaja on. Tihti on vaja selgitada välja metallisulami marki – näiteks kas tegu on sulamiga AISI 304 või AISI 316. Sellisel juhul piisab laboratoorsest WD-XRF uuringust. Mõnikord on aga tegu sulamiga, millest soovitakse valmistada kriitilisi detaile (nt autodele või lennukitele). Siis on otstarbekas viia läbi komplekt-uuring, mille raames viiakse läbi nii elementanalüüs WD-XRF meetodil, täiendav mikrostruktuuri uuring SEM-EDS meetodil, määratakse kõvadus (nt Rockwelliga) ja testitakse sulami vastupidavust korrosioonile sõltuvalt rakenduskeskkonnast.

Project: Hand-held Corrosion Monitoring Device

A large portion of the annual cost of corrosion can be attributed to the corrosion of pipes and ventilation systems. However, the corroding surface is mostly inaccessible in these conditions and therefore the detection and monitoring of corrosion for evaluating the need for possible maintenance is problematic.

Our solution to the problem is a hand-held corrosion monitoring device, that is capable of detecting the corrosion that takes place inside pipes while the measurements are done outside. We currently have a working prototype but we want to investigate also alternative approaches in order to come to the market with a user friendly product.

The development of the prototypes is funded by Captain Corrosion OÜ and Prototron.

 

Project: Mysterious World in Slow Motion

In a world, where amazing things happen so fast, that they remain invisible for an unaided eye, exists a technology that can stretch out time. It is a high speed camera, that records thousands of frames within a second, making it able to expose what actually happens in extremely brief moments. Strap yourself in and join us in this epic adventure to explore our marvelous world in slow motion!

During this project, we organize several workshops and open door experiments, where participants can film fast phenomena from daily life with our new high speed camera. The reference code for registration to slow-motion workshops and outdoor experiments is “ETAG2018”.  The best footage filmed in the events is afterwards published as part of science videos on our YouTube channel:

 

 

This project is partially funded by the Estonian Research Council and the Estonian Ministry of Education and Research, which allowed us to purchase the high speed camera.

Korrosioonitestid ja konsultatsioonid

Pakume korrosioonitestide teenust, millega saate hinnata enda materjalide, pinnakatete, valmis toodete või nende komponentide vastupidavust reaalses kasutuskeskkonnas. Katseobjekte pildistatakse ja/või kaalutakse enne ja pärast teste või vajadusel testide vältel. Samuti võime määrata pinnakatete paksust ja selle muutust testide tulemusena. Testide tulemusena saate valida parimad materjalid ja nende kombinatsioonid et tagada tootele võimalikult pikk eluiga ning samuti näidata klientidele et teie tooted on spetsialistide poolt testitud.

Hinnapakkumise saamiseks esita päring lehe lõpus oleva kontaktvormi kaudu.

 

Keemilised testid

Katseobjekt sukeldatakse ettenähtud ajaks lahusesse, milles ta aja jooksul hävib (korrodeerub). Lahus valitakse vastavalt testitavatele katseobjektidele ja pinnakatetele eesmärgiga simuleerida võimalikult hästi reaalset kasutuskeskkonda. Kergemini korrodeeruvate sulamite puhul kasutatakse näiteks soolalahust, mille abil saab hinnata testitavate objektide käitumist mereäärses piirkonnas. Väga vastupidavate sulamite (nt roostevabade ja happekindlate teraste) omavaheliseks võrdluseks kasutatakse happelisi või leeliselisi lahuseid ning raudkloriidi. Testide pikkus sõltub katseobjektidest ja kasutatavatest lahustest ning on enamasti kuni 1000 h. Keemilised testid on kõige lihtsamad ja odavamad testid, millega tavaliselt korrosiooniuuringuid alustatakse.

 

Niiskuse testid kliimakambris

Katseobjekt viiakse kambrisse, kus saab tekitada sobiva niiskuse (nt 5-95%) ja temperatuuriga (nt 20-60 C) keskkond. Testi kasutatakse sageli selleks, et saada teada kui suure niiskusega keskkonnas elektroonilist seadet kasutada saab. Ehk siis keskkonnas, kus on niiske õhk aga seade ise otseselt veega kokku ei puutu (sh ka olukorrad kus seade on korpusega kaitstud) ja samuti ei kondenseeru vesi pindadele. Seade tuleb testi ajaks välja lülitada ja vooluvõrgust eemaldada. Samuti tuleb eemaldada ka akud ja patareid. Testid kestavad enamasti 100-1000 h.

 

Soolaudu testid

Katseobjektid viiakse ettenähtud temperatuuriga (nt 35 C või 60 C) kambrisse, kus tekitatakse soolaudu, mis tagab selle et katseobjektid on pidevalt õhukese soolaveekihiga kaetud. Test viiakse läbi vastavalt ISO 9227 standardile ja tulemused on selle põhjal hästi võrreldavad ka mujal läbiviidud testidega. Võrreldes keemilise testiga, on soolaudu test oluliselt kallim kuid korrosioon kiirem kuna kasutatakse kõrgemaid temperatuure. Soolaudu testid kestavad enamasti 1-1000h. Hind sõltub sellest kas testitakse üksikuid objekte, või broneeritakse testide jaoks kogu kamber, kuhu lähevad vaid ühe kliendi objektid sisse. Hind sõltub seejuures ka objekti suurusest – nt 15 x 15 cm2 plaatide puhul on hind kõige odavam. Kui testitakse aga suuremaid seadmeid, mis võtavad kambris rohkem ruumi, siis sõltub hind sellest mitme plaadi koht seadme poolt hõivatakse.

 

Elektrokeemilised testid

Kõige kiiremini saab infot materjalide ja pinnakatete vastupidavuse kohta korrodeerivas keskkonnas kui kasutada elektrokeemilisi teste. Ühe objekti testimine võtab seejuures aega kuni 2 tundi, mis võib olla võrreldav tuhandete tundide pikkuse keemilise testiga. Kuna tegu on kiirendatud korrosiooniga, siis võivad tulemused siiski erineda veidi pikaajalistest testidest. Seetõttu sobivad elektrokeemilsied testid olukordadeks, kus on vaja kiiresti leida parim pinnakate või materjal paljude kandidaatide seast. Seejärel viiakse parimate kandidaatidega läbi keemilised testid ja soolaudu testid.

 

Pinnakatete paksuse määramine ja materjalide uuringud

Materjalide ja pinnakatete korrosioonimehanismi paremaks kirjeldamiseks viiakse sageli läbi täiendavad uuringud. Näiteks mõõdetakse pinnakatete paksust enne ja pärast testi ning määratakse materjalide elemendilist koostist. Samuti on võimalik uurida materjalide mikrostruktuuri, et näha kuidas elemendid on mikroskoopilisel skaalal jaotunud ning kas tegu on kvaliteetse materjaliga või mitte (see omakorda mõjutab korrosioonimehanismi). Pinnakatete täpsema paksuse, mikrostruktuuri ja alusmetalliga nakkuvuse uurimiseks saab teha ka ristlõikeid, mida uuritakse seejärel skaneeriva elektronmikroskoopia ja röntgenmikroanalüüsi meetodil.

Infrared (IR) Spectroscopy

Infrared (IR) #spectroscopy is a powerful technique that allows to obtain information about the chemical structure of a variety of substances by utilizing infrared electromagnetic radiation. In this science video we will discuss the basics of this technique with the help of 3D animations and also perform a practical demonstration, where we study a Teflon substrate with ATR technique. The video was made by Captain Corrosion OÜ in collaboration with Uno Mäeorg (Associate Professor in Organic Chemistry, Institute of Chemistry, University of Tartu).

Educators can download some of the animations used in the video from our online library to enhance their courses.

Project EU51950

Description:

Assembly and programming of an electronic measurement device that allows to perform materials characterization in space on student satellite ESTCube-2. (EST: Mõõteseadme valmistamine ja programmeerimine materjaliuuringute jaoks kosmoses tudengisatelliidil ESTCube-2). This electronic device is one of the two major components in our developed corrosion testing module, which will be used to test a novel nanostructured coating and a smart radiation shielding material in LEO (Low Earth Orbit).

Funding

The preparation, programming and preliminary testing of the electronic measurement device is carried out by Hedgehog OÜ and funded by Captain Corrosion OÜ (30%) and Enterprise Estonia (70%).

Partners

ESTCube group assists us with the planning of this experiment and with the integration of our corrosion testing module to the student satellite ESTCube-2. Once the satellite is in space, we will also carry out the tests together.

Laboratory of Thin Film Technology (University of Tartu) is our main partner for assembling the test system as well as other prototypes, that will be used to test the patented nanostructured coating. With them we also carry out laboratory-based materials characterization measurements and tests.

How to Make a Science Video Workshop

In November we carried out a DIY science video workshop in Turku (Finland), where participants learned about the basics of making videos for promoting their business, research, work group or other things. Furthermore we also discussed how to properly set up the related media channels and videos and how to properly distribute the video to reach a larger audience and generate a constant stream of viewers. As a practical example we showed how Captain Corrosion OÜ and the Laboratory of Thin Film Technology (Institute of Physics, University of Tartu, Estonia) have collaborated to produce engaging science videos that have been watched hundreds of thousands times over the last few years.

Special thanks to the Turku Science Park, PoRes Communication and Tartu Science Park for making the event possible!

How to make a science video

 

Corrosion Testing of Materials and Coatings

Captain Corrosion recently tested the corrosion resistance of various metals and protective coatings for a client. We tested 8 different samples in 5 different environments in total and the goal was to get an overview which materials and coatings our client needs to use for specific applications. As can be seen from the table below, some coatings needed maintenance after 1000h corrosion test while others remained completely unharmed.

imtest_demo_eng

Science Video Series: Under The Scanning Electron Microscope

We are currently making a science video series about scanning electron microscopy studies. In these videos we discuss the sample preparation and show how things actually look like in the microscopic scale.

Videos can be seen in our YouTube channel.

The scanning electron microscopy images made in these studies are uploaded to our gallery.