Odhalí počínající rez na suchu i pod hladinou. Čeští vědci upravují laboratorní spektrometr pro průmysl

Mohly by zjistit první známky rzi pod lakem aut anebo pod hladinou ponoru u lodí. Takzvané Mössbauerovy spektrometry dnes dokážou zjistit přesné chemické složení hornin nebo léků s obsahem železa, ale třeba taky odhalit falzifikáty starých obrazů. V industriální výrobě ovšem své uplatnění zatím nemají. Vědci z Univerzity Palackého proto dostali tříletý grant, aby tuto vědeckou laboratorní techniku připravili také pro průmysl.

„Vzorek obsahuje železo, má velmi tmavou barvu. Typicky vzorky, které obsahují čisté železo, bývají černé,“ ukazuje Jakub Navařík, vědec Univerzity Palackého a zakladatel společnosti Iron Analytics, kapsli s tmavým práškem, kterou se chystá vložit do Mössebauerova spektrometru.

„Víme, že vzorek v sobě má železo, ale to je hodně široký pojem. Protože železo může vytvářet hned několik různých krystalických struktur a samozřejmě ve vzorku mohou být kromě železa obsaženy i oxidy železa – to je to, co bychom nazvali rzí,“ vysvětluje, proč je potřeba znát přesné složení.

Audio rozhovor na webu Českého rozhlasu)

Nahlédnout pod povrch

Spektrometr tvoří dva masivní válce, mezi nimiž je mezera, kde je umístěný automatický výměník na vzorky. Jeden válec vyšle gama záření, které projde vzorkem, a druhý válec zaznamená, jak na záření reagoval. Tak určí jeho složení, od minerálů po slitiny.

Český rozhlas: Současné spektrometry tvoří dva válce, mezi nimi je výměník na vzorky, kterými prochází gama záření

Takovýto přístroj například dokázal, že na Marsu byla dříve tekutá voda. Mössbauerovy spektrometry by podle vědců mohly mít uplatnění i v průmyslu.

„Tahle metoda nám umožní nahlédnout dovnitř, do toho materiálu, jestli třeba pod nějakým nátěrem začíná koroze a podobně, aniž bychom museli ten nátěr jakkoliv poškodit nebo odstranit,“ vysvětluje Jakub Navařík.

Jak dostat traverzu do spektrometru

To ale zatím není možné, protože současné laboratorní spektrometry umí analyzovat jen malé vzorky. Materiál je proto nutné před analýzou vyříznout a rozdrtit na prach.

Český rozhlas: Současné spektrometry jsou schopny analyzovat pouze malé, většinou navíc rozdrcené vzorky

„Vzorky by mohly být ale například i obrovské, mnohatunové ocelové odlitky přímo ve výrobní hale a tomu musí odpovídat i to zařízení, které na to není v současné době uzpůsobené,“ říká zakladatel Iron Analytics.

Na vývoj takového přístroje dostala Univerzita Palackého v Olomouci a její spin-offová společnost Iron Analytics od Technologické agentury České republiky grant šesti a půl milionu korun.

Stejné funkce, jiné zařízení

Díváme se na vizualizaci nového spektrometru a na první pohled je vidět rozdíl – jde o jeden celek a chybí mezera na vzorek. „Tento spektrometr není určený na měření v režimu průchodu záření gama, ale v režimu odrazu. Protože průmyslové vzorky jsou příliš tlusté,“ říká Jakub Navařík.

„Vpředu je takové okénko, kterým záření vychází ven i se pak odráží zpátky do detektorů, které to vyhodnocují,“ popisuje mechanismus fungování nového typu spektrometru. Ten bude velký jako půllitrová plechovka a měl by vážit zlomek současných přístrojů, aby byl mobilní a snadno přenosný.

„Přiloží se na nějaký konkrétní bod, ale není problém ten přístroj vzít, pomocí nějakého robotického ramene s ním pohybovat a takhle s ním provést analýzu celého povrchu,“ doplňuje Jakub Navařík, v čem spočívá hlavní technologická inovace.

Rez odhalí i pod vodou

Takovýto nástroj bude možné používat nejen při výrobě, ale může třeba odhalovat korozi u již používaných výrobků. A to třeba i pod vodou.

„Konkrétně u lodí pod čarou ponoru, aniž by bylo nutné je vytáhnout do suchého doku, tedy provést měření přímo pod vodní hladinou,“ doplňuje Pavel Banáš, ředitel Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií CARTIN Univerzity Palackého.

Při podobných měřeních ale ani nebude nutné analyzovat celý povrch. „Bude stačit informace z několika vytipovaných míst. Zejména pokud to bude zaměřené na body, kde existují svary. To jsou místa, kde nejčastěji dochází k první oxidaci a následně k nárůstu koroze,“ říká Pavel Banáš.

První prototypy vědci chtějí testovat přímo v průmyslové výrobě od poloviny roku 2025.