Kas įveiks korozijos smaką

Chemijos institute buvo sukonstruoti ir pagaminti specialūs prietaisai (drėgnomačiai) susikondensavusiam pavyzdėlių paviršiuje drėgmės kiekiui nustatyti. Ekspozicijos tyrimų stotyse nuo metalinių plokštelių ir iš nutekėjusių kritulių vandens pavyzdėlių, surinktų per ekspozicijos laiką, po 3, 6 ir 9 mėnesių buvo išskiriami mikroorganizmai. Visų šio tyrimo subtilumų nenagrinėsime, nors tai gana įdomu. Ką parodė tyrimai?

Mikroorganizmai ant metalinių plokštelių paviršiaus pateko iš atmosferos su dulkėmis, žiedadulkėmis, cheminiais teršalais – tai ir yra terpė, kurioje ekstremaliomis sąlygomis išgyvena bakterijos ir mikromicetai. Elektroninės mikroskopijos metodais nustatyta, kad mikroorganizmai telkiasi tose vietose, kur yra metalo įplyšimų, įtrūkimų – tai lengviausiai korozijos pažeidžiamos vietos. Mat tose pažeistose vietose labiausiai kaupiasi drėgmė, susidaro kai kuriems mikroorganizmams pakankama mitybos terpė. Nustatyti didžiausi metalo ardytojai, įvertintas jų poveikis korozijos produktams ir struktūrai – kristalinių ar amorfinių junginių susidarymui. Atskirų rūšių mikromicetų prisitaikymo galia skirtinga. Stipriai prie metalinių paviršių geba „prikibti“ kai kurių Penicillium, Aspergillus, Cladosporium ir kitų mikroorganizmų rūšys. Mažiausiai reiklios vandens trūkumui ir kitoms ekstremalioms aplinkos sąlygoms pasirodė besantys sporinių bakterijų mikromicetai. Metalų paviršių vilgumą lemia jų fizikinės savybės bei aplinkos sąlygos, kuriose tie procesai vyksta. Metalo paviršiuje ilgiau išsilaiko ir įsitvirtina tie mikromicetai, kurie įstengia gyvuoti didesnių sulfatinės sieros, nitratinio ir amoniakinio azoto, chloridų koncentracijų sąlygomis.

Korozijos veikiamo metalo paviršiuje, priklausomai nuo atmosferos sąlygų, keičiasi mikroorganizmų kiekis. Galima daryti išvadas, kaip mikroorganizmų populiacija formuojasi laike, kokiu greičiu, kaip inkubacijos laikotarpį keičia intensyvus augimas, kaip procesą veikia atmosferos slėgis ir drėgmė.

Tarp mikroorganizmų esama ir gydytojų

Šiuos tyrimus kartu su Chemijos instituto mokslininkais atliko Botanikos instituto profesorius Albinas Lugauskas. Iš gamtinės aplinkos buvo išskirta apie 170 mikroorganizmų rūšių, bet ypač įdomu, kad tarp šių metalo gadintojų pavyko aptikti ir „gydytojų“. Pasirodo, kai kurie iš tų mikroorganizmų pasižymi koroziją stabdančiu (inhibiciniu) poveikiu. Lietuvos mokslininkai parodė, kad aliuminio junginiuose pažeidimų vietose kaupiasi mikroorganizmai ir juos „užgydo“. Tirpaluose tas reiškinys buvo žinomas ir anksčiau, bet lietuviai šį efektą patvirtino atmosferoje.

Šis pastebėjimas skatina tirti ir plėtoti visai naują biotechnologinės apsaugos nuo korozijos kryptį. Jeigu tie mikroorganizmai gali „aptikti“ silpniausias metalų ar jų lydinių vietas ir lėtinti koroziją, tai jie gali būti viena iš metalų apsaugos priemonių. Kitaip negu cheminės apsaugos priemonės, šie mikroorganizmai yra aplinkai „draugiški“. Šiandien sunku pasakyti, kaip toliau plėtosis ši tyrimų kryptis ir ką pavyks pasiekti, bet kol kas šių tyrimų perspektyvumas nepaneigtas. Tai elektrochemijos mokslo naujovė, ir, ko gero, labai perspektyvi sandūra su biologija. Tradicinė elektrochemija keičiasi, įgyja naujų bruožų. Pasak prof. E. Juzeliūno, pasaulyje tokių tyrimų ir studijų atlikta ne tiek daug, tad Lietuvos chemikai ir biologai įsitvirtina neblogose perspektyvios tyrinėjimų krypties pozicijose.

Nauji korozijos tyrimų metodai

Prieš gerą dešimtmetį Institute pradėta taikyti kvarco kristalų mikrogravimetrijos (nanogravimetrijos) metodas. Šiuo tyrimų metodu galima nustatyti dėl korozijos vykstančius metalo masės pokyčius nanogramų lygyje. Tai – jautriausios „svarstyklės“, kurias turi chemikai.

Dar vienas modernus tyrimų metodas (matavimai buvo atlikti su JAV ir Vokietijos mokslininkais) – korozijos mikrosrovių magnetinių laukų registracija. Kaip žinoma, korozijos procesas yra susijęs su elektros krūvininkų pernešimu – elektronų arba jonų srautais. Tam tikromis sąlygomis galima registruoti šių srautų sukeltus magnetinių komponenčių pokyčius, t. y. fiksuoti koroziją per atstumą.

Elektrocheminė impedanso spektroskopija – elektrochemikams gerai žinomas, jau tradiciniu tapęs matavimų būdas. Jis gana vaizdžiai parodo atskirus korozijos pažeisto metalo sluoksnius: mikroorganizmai formuoja vieną sluoksnį, atmosferos cheminis poveikis – kitą. Metodas leidžia tuos sluoksnius išskirti ir įvertinti, o kitais metodais tai ne taip paprasta padaryti.

Iš tradicinių Chemijos institute naudojamų metodų būtina paminėti rentgeno fotoelektronų spektroskopiją ir rentgeno spindulių difrakcinę analizę. Chemijos instituto darbuotojai (pavyzdžiui, habil. dr. Remigijus Juškėnas) dažnai pasitelkiami kaip ekspertai tyrimams šiose srityse.

Dar vienas naujas naudojamas metodas – paviršiaus topografijos nustatymas skenuojančiu tuneliniu mikroskopu. Šis metodas aliuminio ir magnio lydinių paviršiuje leido pamatyti nusėdusio vario „salas“ – paviršiaus aktyvintojas, korozijos proceso greitintojas.

Be korozijos tyrimų metodų Institute vykdomi darbai kuriant naujas, padidinto korozinio atsparumo medžiagas. Taip magnetroninio dulkinimo metodu (dr. Povilas Miečinskas) buvo suformuotas Fe-Cr-Ni-Ta lydinys, kurio atsparumas korozijai rūgščioje terpėje tūkstančius kartų didesnis negu nerūdijančio plieno. (Japonai paskelbė sugebėję padidinti atsparumą korozijai milijoną kartų.) Tai perspektyvi visiškai naujų medžiagų, atsparių korozijai, kūrimo kryptis.

Tai vis nauji ir pasaulyje keliantys didelį susidomėjimą korozijos tyrimų metodai, kuriuos naudoja ir Chemijos instituto tyrėjai. Bet pats laikas prabilti apie Korozijos bandymų laboratorijos atliekamus tyrimus, dėl kurių juk ir susirinkta į Institutą.

Svarbiausios akredituotos laboratorijos tyrimo priemonės – korozijos kamera Q-FOG (Q-Panel Lab Products, JAV) ir mūsų jau pristatytos miesto, kaimo ir jūrinio tipo atmosferinės korozijos stotys, kuriose ir buvo tyrinėjama mikromicetų įtaka metalų korozijai. Korozijos kameroje pagreitintomis sąlygomis vykdomas korozijos pokyčių testavimas pagal standartines procedūras. Trumpai tariant, korozijos kameroje testuojamas metalo paviršius, nustatomas atsparumas korozijai. Chemijos instituto partneriai, užsakantys metalų korozijos tyrimus – daugybė visiems gerai žinomų Lietuvos ir užsienio įmonių.

Nacionalinės akreditacijos tarnybos direktorė Irena Mikelionienė labai gerai įvertino Korozijos bandymų laboratorijos galimybes ir darbuotojų kompetencijas. Laboratorija atitinka bandymų laboratorijos tarptautinio standarto ISO/TEC 17025:2005 reikalavimus, gali kompetentingai vykdyti metalų korozijos tyrimus, o jos rezultatai nuo šiol pripažįstami tarptautiniu mastu, nes Nacionalinės akreditacijos biuras 2001 m. tapo Europos akreditacijos organizacijos Daugiašalių pripažinimo susitarimų signataru bandymų ir kalibravimo laboratorijų bei produktų sertifikavimo įstaigų akreditavimo srityse; 2005 m. – kokybės ir aplinkos apsaugos vadybos sistemų ir darbuotojų sertifikavimo įstaigų bei kontrolės įstaigų akreditavimo srityse, yra prisijungęs prie 7 daugiašalių pripažinimo susitarimų, vienas iš jų – bandymų akreditavimo laboratorijų susitarimas.

Chemijos instituto Korozijos bandymų laboratorija yra 67-oji akredituota bandymų laboratorija Lietuvoje.

Gediminas Zemlickas