Ispitivanje kavitacijske erozije

Kavitacijska erozija nastaje na površinama materijala koje su izložene intenzivnoj ultrazvučnoj kavitaciji. Ispitivanje kavitacijske erozije brza je metoda za mjerenje otpornosti materijala ili premaza na intenzivno naprezanje i druge faktore erozije. Pruža jednostavno kvantitativno mjerenje za kontrolu kvalitete i korisno je tokom istraživanja materijala ili formulacije premaza.

Zašto koristiti ispitivanje kavitacijske erozije?

Stalna erozija ili korozija može zahtijevati redovnu zamjenu dijelova ili obnavljanje površinskih premaza. Erozija površine materijala zbog mehaničkih ili hemijskih utjecaja spor je proces koji dovodi do postepenog razaranja površina materijala. Stoga procjena otpornosti materijala na eroziju ili erozivnog djelovanja tečnosti i suspenzija može biti vrlo dugotrajan proces.
Ultrazvučno ispitivanje kavitacijske erozije izlaže površinu materijala kontrolisanim, intenzivnim, ponavljajućim ciklusima naprezanja. To dovodi do znatne erozije površine materijala u kratkom vremenu. Otpornost na eroziju možete brzo izmjeriti za redovnu kontrolu kvalitete u proizvodnji, za procjenu ulaznih materijala ili tokom istraživanja i razvoja.
Standardne primjene uključuju metalurška ispitivanja, ispitivanje formulacije premaza, ispitivanje nanošenja premaza ili procjenu inhibitora erozije u tečnostima.

Zašto kavitacija uzrokuje eroziju površine?

Ultrazvučni uređaji, kao što su UP400St (400 watta, 24kHz) ili UIP1000hdT (1000 watta, 20kHz), prenose ultrazvučne vibracije u tečnosti, kao što je voda. Brzo naizmjenično kretanje vibracije u tečnosti stvara kavitacijske mjehuriće i uzrokuje njihov kolaps. Kada mjehurići kolabiraju, u tečnosti i na izloženim površinama materijala javlja se visoko lokalizirano mehaničko naprezanje. Mlazevi tečnosti brzine do 1000km/h i lokalni pritisci do 1000atm dovode do brzog zamora površine materijala. To može ukloniti oksidne ili pasivizacijske slojeve, premaze ili naslage. Može izazvati pojavu rupičastih oštećenja na čvrstim materijalima, kao što su čelik, titanij, aluminij, plastika ili staklo. Stoga je ispitivanje kavitacijske erozije destruktivna metoda ispitivanja.

Kako funkcionira ispitivanje kavitacijske erozije?

Kavitacijska erozija površina materijala uzrokuje postepeni gubitak materijala. Gubitak materijala možete lako izmjeriti vaganjem materijala na preciznoj vagi prije i poslije definirane izloženosti kavitacijskoj eroziji. Tipična promjena mase pri ispitivanju kavitacijske erozije iznosi između 1 i 30mg. Za dodatnu standardizaciju možete izračunati gubitak volumena dijeljenjem gubitka mase s gustoćom materijala. Srednja dubina penetracije (MDP) izračunava se dijeljenjem gubitka volumena s površinom uzorka. Alternativno, možete izmjeriti dubinu rupičastih oštećenja ili istisnuti volumen. Mikroskopsku analizu možete koristiti za dobivanje dodatnih kvalitativnih informacija o obrascu erozije.
Kada za ispitivanje kavitacijske erozije koristite Hielscher ultrazvučni uređaj, možete unaprijed podesiti raspon temperature i raspon pritiska u kojem želite raditi. Možete podešavati amplitudu ultrazvučne obrade. Svi parametri se nadziru, prikazuju i bilježe na SD karticu. Nije vam potrebna nikakva instalacija vlasničkog softvera. Ako želite, ultrazvučnim procesom možete upravljati i pratiti ga iz svog uobičajenog web-preglednika, ako ultrazvučni uređaj povežete s računarom ethernet kablom (priložen).

Šta je standardna metoda ASTM G32 za kavitacijsku eroziju pomoću vibracijskog aparata?

Standard ASTM G32-16 opisuje standardiziranu metodu za kavitacijsku eroziju. Definira jednostavan, kontrolisan i ponovljiv test za kvantificiranje i poređenje otpornosti različitih materijala na kavitacijsku eroziju. Specifikacije ATSM G32-16 korisne su za poređenje vaših rezultata s rezultatima iz drugih publikacija. Ako želite uvesti ispitivanje kavitacijske erozije u kontrolu kvalitete, preporučujemo da protokol za ispitivanje kavitacijske erozije prilagodite svojim specifičnim zahtjevima. Rado ćemo vam pomoći pri izradi prilagođenog protokola za ispitivanje kavitacijske erozije. Za više informacija o ispitivanju kavitacijske erozije u skladu s ASTM-G32 kliknite ovdje!

Zašto bih trebao koristiti ograničenje energije umjesto ograničenja vremena?

Mnoge publikacije i protokoli za ispitivanje erozije navode vrijeme izloženosti kavitaciji. Na Hielscher ultrazvučnim uređajima možete unaprijed podesiti vrijeme ultrazvučne obrade i sistem će se zaustaviti nakon isteka tog vremena. Zatim možete izračunati dobivenu brzinu kavitacijske erozije u mm/hr ili mm3/hr. Ograničenje vremena prihvatljivo je samo ako ne mijenjate nikakve parametre, kao što su nivo tečnosti, amplituda, pritisak, temperatura, sastav tečnosti ili razmak između sonotrode i površine materijala. Ako se bilo koji od ovih parametara promijeni, promijenit će se i snaga ultrazvučne obrade i intenzitet kavitacije. Važno je da stvarna neto snaga predana tečnosti ne smije fluktuirati tokom trajanja ispitivanja.
Na Hielscher ultrazvučnim uređajima možete postaviti ograničenje energije. U tom slučaju ultrazvučni uređaj će se zaustaviti nakon što preda navedenu ultrazvučnu energiju. Hielscher uređaj će prikazivati i bilježiti parametre, kao što su stvarna neto snaga, amplituda, pritisak i temperatura tečnosti. Fluktuacije snage ili namjerne promjene parametara bit će kompenzirane pri korištenju ograničenja energije. Zatim možete navesti dobivenu brzinu kavitacijske erozije u mm/kWhr, mm3/kWhr ili mg/kWhr.
Ako uzorak vagate između intervala kavitacijske erozije, možete generirati krivulju koja prikazuje marginalni gubitak mase (brzinu gubitka mase u svakom energetskom intervalu) u odnosu na kumulativnu energiju.
Za preciznije rezultate uređaj može izvršiti automatiziranu kalibraciju (30 sekundi). Ona mjeri snagu za sve postavke amplitude u zraku pri ambijentalnom pritisku. Hielscher uređaj koristi ove kalibracijske podatke kako bi u realnom vremenu davao vrlo precizne vrijednosti neto snage.

Pritisak tečnosti tokom ultrazvučne obrade

Mnogi standardni protokoli za ispitivanje kavitacijske erozije koriste ultrazvučnu kavitaciju pri ambijentalnom pritisku. Pritisak tečnosti drugi je najvažniji faktor za intenzitet ultrazvučne obrade. Povećanje ambijentalnog pritiska od 10% povećat će intenzitet ultrazvučne obrade za oko 10%. Intenzivnija kavitacija skraćuje vrijeme potrebno za postizanje određenog stepena kavitacijske erozije. Ispitivanje pojedinačnog uzorka često može trajati od 15 do 120 minuta. Ako imate mnogo uzoraka za ispitivanje, rad pri višim pritiscima može znatno skratiti vrijeme za svako ispitivanje. Ispitivanja pri 5 barg (73psig) zahtijevaju otprilike 80% manje vremena za svako ispitivanje.
Hielscher isporučuje tlačno nepropusne ispitne ćelije s digitalnim senzorom pritiska za ispitivanje kavitacijske erozije. Koristeći tlačno nepropusnu ćeliju, možete kontrolisati i održavati pritisak tokom svakog ispitivanja. Ultrazvučni generator stalno nadzire senzor pritiska i bilježi stvarni pritisak u CSV datoteku kompatibilnu s Excelom na SD kartici (priložena). Hielscher isporučuje regulatore pritiska za podešavanje i održavanje radnog pritiska.
Kao standard, Hielscher tlačno nepropusne ispitne ćelije za ispitivanje kavitacijske erozije predviđene su za pritisak do 5barg (73psig). Viši pritisci do 300barg (4350psig) dostupni su na zahtjev.

Ultrazvučna frekvencija

Općenito, ispitivanje kavitacijske erozije koristi niskofrekventni ultrazvuk visokog intenziteta u rasponu 18-30kHz. U tom rasponu promjena frekvencije ima vrlo ograničen utjecaj na intenzitet kavitacije. Svi Hielscher uređaji rade na konstantnoj frekvenciji.

Udaljenost od sonotrode

Materijal koji se ispituje može se montirati na sonotrodu ili ispod sonotrode. Možete izraditi uzorak materijala sa navojem i montirati ga na kraj ultrazvučne sonotrode. U tom slučaju uzorak vibrira pri navedenoj ultrazvučnoj amplitudi i proizvodi kavitaciju na svojoj površini. To zahtijeva preciznu mehaničku obradu i nisu svi materijali pogodni za ovu opciju.
Alternativno, dio ili uzorak možete učvrstiti u neposrednoj blizini ispod titanijske sonotrode. U tom slučaju titanijska sonotroda proizvodi kavitaciju, a površina materijala izložena je kavitaciji. To je praktičnija opcija jer u ispitnu ćeliju možete postaviti uzorke različitih veličina ili oblika. Ako koristite veću sonotrodu, kao što je sonotroda promjera 50mm ili 80mm, možete istovremeno izložiti više dijelova kavitacijskoj eroziji. To je vrlo korisno kada svakodnevno morate ispitivati mnogo dijelova, npr. za kontrolu kvalitete.
U oba slučaja udaljenost između ultrazvučne sonotrode i površine materijala pored nje vrlo je važna. Općenito je kavitacijska erozija brža kada se koristi manja udaljenost. Tipične udaljenosti kreću se od 0,2 do 15mm. Za pouzdane rezultate trebali biste koristiti istu udaljenost za sva ispitivanja.

Temperatura tečnosti

Toplija tečnost rezultira nižim intenzitetom ultrazvučne kavitacije. Unos energije mehaničkih vibracija u tečnost uzrokovat će zagrijavanje tečnosti. Da bi se tokom svakog ispitivanja kavitacijske erozije održala konstantna temperatura, tečnost je potrebno hladiti. Hielscher isporučuje posude s košuljicom i tlačno nepropusne ćelije s košuljicom. Alternativno, možete koristiti rashladnu zavojnicu u čaši ili čašu staviti u ledenu kupku. Rashladno sredstvo koje struji kroz košuljicu ili kroz rashladnu zavojnicu odvodi toplotu iz tečnosti.
Hielscher ultrazvučni uređaji, kao što su UP400St ili UIP1000hdT, isporučuju se s temperaturnom sondom PT100 (priložena). Ultrazvučni generator kontinuirano nadzire stvarnu temperaturu tečnosti i bilježi temperaturu u CSV datoteku kompatibilnu s Excelom na SD kartici (priložena). Generator možete podesiti da pauzira ispitivanje kavitacijske erozije ako temperatura tečnosti previše odstupi od zadane vrijednosti, npr. zbog nedovoljnog kapaciteta hlađenja. Generator može automatski nastaviti ultrazvučnu obradu kada tečnost ponovo dosegne navedenu temperaturu.

Tečnost u kojoj se odvija kavitacija

Općenito, ispitivanje kavitacijske erozije koristi vodu, kao što je destilirana voda. Različite tečnosti pokazuju različite karakteristike kavitacije. Ako je voda korozivna za vaš materijal, možda ćete htjeti ispitati alternativne tečnosti, kao što su silikonska ulja niske viskoznosti ili organski rastvarači, kako biste eliminirali ili smanjili korozivni faktor. Alternativno, tečnost možete učiniti korozivnijom, npr. promjenom pH vrijednosti, ili abrazivnijom dodavanjem abrazivnih čestica. Ispitivanje kavitacijske erozije možete koristiti za procjenu erozivnosti i korozivnosti tečnosti, kao što su isplake za bušenje, ili za procjenu djelotvornosti inhibitora korozije ili erozije.

Mehanička obrada

Kada izrađujete dio ili uzorak, CNC obrada, brušenje ili poliranje uzrokuju oštećenja strukture zrna u blizini površine materijala. To smanjuje otpornost na eroziju.

Pasivizacija/oksidni slojevi

Vrlo često se erozija i korozija događaju istovremeno. Voda, kao što je destilirana, demineralizirana ili dejonizirana voda, može biti korozivna za mnoge materijale. Ultrazvučna kavitacija potiče koroziju. Pasivizacijski slojevi, npr. na eloksiranom aluminiju, povećat će otpornost površine materijala na eroziju i koroziju.

Koja ograničenja ima ispitivanje kavitacijske erozije?

Neki elastomeri mogu zahtijevati vrlo intenzivnu izloženost kavitaciji da bi uopće pokazali kavitacijsku eroziju. U tom slučaju ultrazvučna obrada bez ćelije pod pritiskom možda neće pokazati nikakav mjerljiv učinak.