Kavitationserosionstest

Kavitationserosion forekommer på materialeoverflader, der udsættes for intens ultralydskavitation. Kavitationserosionstest er en hurtig metode til at måle materialers eller belægningers erosionsbestandighed over for intens stress og andre erosionsfaktorer. Det giver en nem kvantitativ måling til kvalitetskontrol og en nyttig under materialeforskning eller belægningsformulering.

Hvorfor bruge kavitationserosionstest?

Vedvarende erosion eller korrosion kan kræve regelmæssig udskiftning af dele eller fornyelse af overfladebelægninger. Erosion af materialeoverflader på grund af mekaniske eller kemiske påvirkninger er en langsom proces, der resulterer i gradvis ødelæggelse af materialeoverflader. Derfor kan evalueringen af materialets erosionsmodstand eller af erosionseffekten af væsker og gylle være en meget tidskrævende proces.
Ultralyd kavitationserosionstest udsætter materialeoverfladen for kontrollerede, intense, gentagne spændingscyklusser. Dette resulterer i en betydelig erosion af materialeoverfladen på kort tid. Du kan hurtigt måle erosionsmodstanden til regelmæssig kvalitetskontrol i produktionen, til evaluering af indgående materialer eller under forskning og udvikling.
Standardanvendelser omfatter metallurgisk testning, test af belægningsformulering, test af belægningspåføring eller evaluering af erosionshæmmere i væsker.

Hvorfor forårsager kavitation overfladeerosion?

Ultralydsenheder, såsom UP400St (400 watt, 24kHz) eller UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) kobler ultralydsvibrationer til væsker, såsom vand. Den hurtige gensidige bevægelse af vibrationen i væsken producerer og kollapser kavitationsbobler. Når boblerne kollapser, opstår der høj lokaliseret mekanisk belastning i væsken og på udsatte materialeoverflader. Væskestråler på op til 1000 km/t og lokale tryk på op til 1000 atm fører til hurtig træthed på materialeoverfladen. Dette kan fjerne oxid- eller passiveringslag, belægninger eller tilsmudsning. Det kan forårsage grubetæring af faste materialer, såsom stål, titanium, aluminium, plast eller glas. Derfor er kavitationserosionstest en destruktiv testmetode.

Hvordan fungerer kavitationserosionstest?

Kavitationserosion af materialeoverflader forårsager gradvist materialetab. Du kan nemt måle materialetabet ved at veje materialet på en præcisionsvægt før og efter en defineret kavitationserosionseksponering. En typisk vægtændring for en kavitationserosionstest er mellem 1 og 30 mg. For yderligere standardisering kan du beregne volumentabet ved at dividere vægttabet med materialetætheden. Den gennemsnitlige indtrængningsdybde (MDP) beregnes ved at dividere volumentabet med prøvens overfladeareal. Alternativt kan du måle grubedybden eller den forskudte volumen. Du kan bruge mikroskopisk analyse til at få yderligere kvalitativ information om erosionsmønsteret.
Når du bruger en Hielscher ultralydsenhed til kavitationserosionstest, kan du forudindstille det temperaturområde og trykområde, du vil arbejde ved. Du kan justere sonikeringsamplituden. Alle parametre overvåges, vises og protokolleres til et SD-kort. Du behøver ikke nogen proprietær softwareinstallation. Hvis du vil, kan du styre og overvåge ultralydsprocessen fra din almindelige webbrowser, hvis du tilslutter ultralydsenheden til din computer via Ethernet-kablet (medfølger).

Hvad er ASTM G32-standardmetoden til kavitationserosion ved hjælp af et vibrationsapparat?

ASTM G32-16-standarden beskriver en standardiseret metode til kavitationserosion. Den definerer en enkel, kontrollerbar og reproducerbar test til at kvantificere og sammenligne kavitationserosionsmodstanden for forskellige materialer. ATSM G32-16-specifikationerne er nyttige til sammenligning af dine resultater med andre publikationer. Hvis du gerne vil implementere kavitationserosionstest i kvalitetskontrol, anbefaler vi at tilpasse kavitationserosionstestprotokollen til dine specifikke krav. Vi hjælper dig gerne med udformningen af en skræddersyet kavitationserosionstestprotokol. For mere information om kavitationserosionstest i overensstemmelse med ASTM-G32, klik venligst her!

Hvorfor skal jeg bruge en energigrænse i stedet for en tidsbegrænsning?

Mange publikationer og erosionstestprotokoller specificerer en kavitationseksponeringstid. I Hielscher ultralydsenheder kan du forudindstille en sonikeringstid, og systemet stopper, når denne tid er gået. Du kan derefter beregne den resulterende kavitationserosionshastighed i mm/t eller mm3/time. En tidsbegrænsning er kun acceptabel, hvis du ikke ændrer nogen parametre, såsom væskeniveau, amplitude, tryk, temperatur, væskesammensætning eller mellemrum mellem sonotrode og materialeoverflade. Hvis nogen af disse parametre ændres, vil sonikeringskraften og kavitationens intensitet også ændres. Det er vigtigt, at den faktiske nettoeffekt, der leveres til væsken, ikke må svinge i løbet af prøvningen.
I Hielscher ultralydsenheder kan du indstille en energigrænse. I dette tilfælde stopper ultralydsenheden, efter at den har leveret den specificerede ultralydsenergi. Hielscher-enheden vil vise og registrere parametre, såsom faktisk nettoeffekt, amplitude, tryk og væsketemperatur. Udsving i effekt eller bevidste ændringer i parametre vil blive kompenseret ved brug af en energigrænse. Du kan derefter angive den resulterende kavitationserosionshastighed i mm/kWhr, mm3/kWhr eller mg/kWhr.
Hvis du vejer prøven mellem kavitationserosionsintervaller, kan du generere en kurve, der viser det marginale vægttab (vægttabshastighed i hvert energiinterval) over den kumulative energi.
For mere præcise resultater kan enheden udføre en automatiseret kalibrering (30 sekunder). Dette måler effekten for alle amplitudeindstillinger i luft ved omgivende tryk. Hielscher-enheden bruger disse kalibreringsdata til at give meget præcise nettoeffektværdier i realtid.

Væsketryk under sonikering

Mange standardprotokoller til kavitationserosionstest bruger ultralydskavitation ved omgivende tryk. Væsketryk er den næstvigtigste faktor for sonikeringsintensiteten. En stigning på 10% i det omgivende tryk vil øge sonikeringsintensiteten med ca. 10%. Mere intens kavitation reducerer den tid, der er nødvendig for at opnå en vis grad af kavitationserosion. Ofte kan en enkelt prøvetest tage et sted fra 15 til 120 minutter. Hvis du har mange prøver at teste, kan arbejde ved højere tryk reducere tiden for hver test betydeligt. Test ved 5 barg (73psig) kræver ca. 80% mindre tid for hver test.
Hielscher leverer tryktætte testceller med en digital tryksensor til kavitationserosionstest. Ved hjælp af en tryktæt celle kan du kontrollere og vedligeholde trykket under hver test. Ultralydsgeneratoren overvåger konstant tryksensoren og protokollerer det faktiske tryk til en Excel-kompatibel CSV-fil på et SD-kort (medfølger). Hielscher leverer trykregulatorer til indstilling og opretholdelse af driftstrykket.
Som standard er Hielscher tryktætte testceller til kavitationserosionstest klassificeret til op til tp 5barg (73psig). Højere tryk på op til 300 barg (4350 psig) er tilgængelige på forespørgsel.

Ultralyd frekvens

Generelt bruger kavitationserosionstest lavfrekvente ultralyd med høj intensitet i området 18-30kHz. I dette område har variationen af frekvensen meget begrænset effekt på kavitationsintensiteten. Alle Hielscher-enheder arbejder med en konstant frekvens.

Afstand fra Sonotrode

Materialet, der skal testes, kan monteres på sonotroden eller under sonotroden. Du kan lave en gevindmaterialeprøve og montere den til enden af ultralydssonotroden. I dette tilfælde vibrerer prøven ved den specificerede ultralydsamplitude og producerer kavitation på overfladen. Dette kræver præcisionsbearbejdning, og ikke alle materialer er egnede til denne mulighed.
Alternativt kan du fiksere en del eller prøve i umiddelbar nærhed under en titanium-sonotrode. I dette tilfælde producerer titan-sonotroden kavitationen, og materialeoverfladen udsættes for kavitationen. Dette er den mere bekvemme mulighed, da du kan placere prøver i forskellige størrelser eller former i testcellen. Hvis du bruger en større sonotrode, såsom en 50 mm eller 80 mm diameter sonotrode, kan du udsætte flere dele for kavitationserosion på samme tid. Dette er meget nyttigt, når du skal teste mange dele om dagen, f.eks. til kvalitetskontrol.
I begge tilfælde er afstanden mellem ultralydssonotroden og materialeoverfladen ved siden af meget vigtig. Generelt er kavitationserosionen hurtigere, når du bruger en mindre afstand. Typiske afstande varierer fra 0,2 til 15 mm. For at opnå afgørende resultater skal du bruge den samme afstand til alle tests.

Væsketemperatur

Varmere væske resulterer i en lavere ultralydskavitationsintensitet. Tilførslen af mekanisk vibrationsenergi til væsken vil få væsken til at varme op. For at opretholde en konstant temperatur under hver kavitationserosionstest skal væsken afkøles. Hielscher leverer kappede beholdere og kappede tryktætte celler. Alternativt kan du bruge en kølespiral i et bægerglas, eller du kan lægge bægerglasset i et isbad. Et kølemiddel, der løber gennem kappen eller gennem kølespiralen, fjerner varme fra væsken.
Hielscher ultralydsenheder, såsom UP400St eller UIP1000hdT, leveres med en PT100 temperatursonde (inkluderet). Ultralydsgeneratoren overvåger den faktiske væsketemperatur kontinuerligt og protokollerer temperaturen til en Excel-kompatibel CSV-fil på et SD-kort (medfølger). Du kan indstille generatoren til at sætte kavitationserosionstesten på pause, hvis væsketemperaturen afviger for meget fra dit sætpunkt, f.eks. på grund af utilstrækkelig kølekapacitet. Generatoren kan genoptage sonikeringen automatisk, når væsken nåede den specificerede temperatur igen.

Kaviterende væske

Generelt bruger kavitationserosionstest vand, såsom destilleret vand. Forskellige væsker viser forskellige kavitationsegenskaber. Hvis vand er ætsende for dit materiale, kan du teste alternative væsker, såsom silikoneolier med lav viskositet eller organiske opløsningsmidler for at eliminere eller reducere den ætsende faktor. Alternativt kan du gøre væsken mere ætsende, f.eks. ved at ændre pH eller mere slibende ved at tilsætte slibende partikler. Du kan bruge kavitationserosionstest til at evaluere væskers erosivitet og ætsning, såsom boremudder eller til at evaluere effektiviteten af korrosions- eller erosionshæmmere.

Bearbejdning

Når du fremstiller en del eller en prøve, forårsager CNC-bearbejdning, slibning eller polering skader på kornstrukturen tæt på materialeoverfladen. Dette reducerer erosionsmodstanden.

Passiverings-/oxidlag

Meget ofte sker erosion og korrosion på samme tid. Vand, såsom destilleret, demineraliseret eller deioniseret vand, kan være ætsende for mange materialer. Ultralydkavitation fremmer korrosion. Passiveringslag, f.eks. ved anodiseret aluminium, vil øge en materialeoverflades modstandsdygtighed over for erosion og korrosion.

Hvilke begrænsninger har kavitationserosionstest?

Nogle elastomerer kan kræve meget intens kavitationseksponering for overhovedet at vise kavitationserosion. I dette tilfælde viser sonikering uden en tryksat celle muligvis ikke nogen målbar effekt.