Δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση

Η διαβρωτική φθορά από σπηλαίωση εμφανίζεται σε επιφάνειες υλικών που εκτίθενται σε έντονη σπηλαίωση υπερήχων. Οι δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση αποτελούν μια γρήγορη μέθοδο μέτρησης της αντοχής των υλικών ή των επιστρώσεων στη διαβρωτική φθορά υπό έντονη καταπόνηση και υπό την επίδραση άλλων παραγόντων διαβρωτικής φθοράς. Παρέχουν μια εύκολη ποσοτική μέτρηση για τον ποιοτικό έλεγχο και είναι χρήσιμες κατά την έρευνα υλικών ή την ανάπτυξη συνθέσεων επιστρώσεων.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση;

Η συνεχιζόμενη διαβρωτική φθορά ή διάβρωση μπορεί να απαιτεί τακτική αντικατάσταση εξαρτημάτων ή ανανέωση των επιφανειακών επιστρώσεων. Η διαβρωτική φθορά της επιφάνειας των υλικών λόγω μηχανικών ή χημικών επιδράσεων είναι μια αργή διεργασία που οδηγεί στη σταδιακή καταστροφή των επιφανειών των υλικών. Επομένως, η αξιολόγηση της αντοχής ενός υλικού στη διαβρωτική φθορά ή της επίδρασης υγρών και πολφών στη διαβρωτική φθορά μπορεί να είναι μια πολύ χρονοβόρα διαδικασία.
Οι δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση υπερήχων εκθέτουν την επιφάνεια του υλικού σε ελεγχόμενους, έντονους, επαναλαμβανόμενους κύκλους καταπόνησης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντική διαβρωτική φθορά της επιφάνειας του υλικού σε σύντομο χρονικό διάστημα. Μπορείτε να μετρήσετε γρήγορα την αντοχή στη διαβρωτική φθορά για τακτικό ποιοτικό έλεγχο στην παραγωγή, για αξιολόγηση εισερχόμενων υλικών ή κατά την έρευνα και ανάπτυξη.
Οι συνήθεις εφαρμογές περιλαμβάνουν μεταλλουργικές δοκιμές, δοκιμές συνθέσεων επιστρώσεων, δοκιμές εφαρμογής επιστρώσεων ή την αξιολόγηση αναστολέων διαβρωτικής φθοράς σε υγρά.

Γιατί η σπηλαίωση προκαλεί διαβρωτική φθορά των επιφανειών;

Οι συσκευές υπερήχων, όπως η UP400St (400 watts, 24kHz) ή η UIP1000hdT (1000 watts, 20kHz), μεταδίδουν υπερηχητικές δονήσεις σε υγρά, όπως το νερό. Η ταχεία παλινδρομική κίνηση της δόνησης μέσα στο υγρό δημιουργεί φυσαλίδες σπηλαίωσης και προκαλεί την κατάρρευσή τους. Όταν οι φυσαλίδες καταρρέουν, αναπτύσσεται υψηλή τοπική μηχανική καταπόνηση μέσα στο υγρό και στις εκτεθειμένες επιφάνειες των υλικών. Πίδακες υγρού με ταχύτητες έως και 1000km/h και τοπικές πιέσεις έως και 1000atm οδηγούν σε ταχεία κόπωση της επιφάνειας του υλικού. Αυτό μπορεί να αφαιρέσει στρώματα οξειδίων ή παθητικοποίησης, επιστρώσεις ή επικαθίσεις. Μπορεί να προκαλέσει σχηματισμό κοιλοτήτων σε στερεά υλικά, όπως ο χάλυβας, το τιτάνιο, το αλουμίνιο, το πλαστικό ή το γυαλί. Συνεπώς, οι δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση αποτελούν μέθοδο καταστροφικών δοκιμών.

Πώς λειτουργούν οι δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση;

Η διαβρωτική φθορά των επιφανειών των υλικών από σπηλαίωση προκαλεί σταδιακή απώλεια υλικού. Μπορείτε να μετρήσετε εύκολα την απώλεια υλικού ζυγίζοντας το υλικό σε ζυγό ακριβείας πριν και μετά από μια καθορισμένη έκθεση σε διαβρωτική φθορά από σπηλαίωση. Μια τυπική μεταβολή βάρους σε μια δοκιμή διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση κυμαίνεται μεταξύ 1 και 30mg. Για περαιτέρω τυποποίηση, μπορείτε να υπολογίσετε την απώλεια όγκου διαιρώντας την απώλεια βάρους με την πυκνότητα του υλικού. Το μέσο βάθος διείσδυσης (MDP) υπολογίζεται διαιρώντας την απώλεια όγκου με το εμβαδόν της επιφάνειας του δοκιμίου. Εναλλακτικά, μπορείτε να μετρήσετε το βάθος των κοιλοτήτων ή τον εκτοπισμένο όγκο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μικροσκοπική ανάλυση για να λάβετε πρόσθετες ποιοτικές πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία της διαβρωτικής φθοράς.
Όταν χρησιμοποιείτε μια συσκευή υπερήχων Hielscher για δοκιμές διαβρωτικής φθοράς από σπηλαίωση, μπορείτε να προκαθορίσετε το εύρος θερμοκρασίας και το εύρος πίεσης στα οποία θέλετε να εργαστείτε. Μπορείτε να ρυθμίσετε το πλάτος ταλάντωσης της κατεργασίας με υπερήχους. Όλες οι παράμετροι παρακολουθούνται, εμφανίζονται και καταγράφονται σε κάρτα SD. Δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε ιδιόκτητο λογισμικό. Εάν θέλετε, μπορείτε να ελέγχετε και να παρακολουθείτε τη διεργασία υπερήχων από το πρόγραμμα περιήγησης ιστού που χρησιμοποιείτε συνήθως, εφόσον συνδέσετε τη συσκευή υπερήχων στον υπολογιστή σας μέσω του καλωδίου ethernet (περιλαμβάνεται).

Ποια είναι η πρότυπη μέθοδος ASTM G32 για τη διαβρωτική φθορά από σπηλαίωση με χρήση συσκευής δόνησης;

Το πρότυπο ASTM G32-16 περιγράφει μια τυποποιημένη μέθοδο για τη διάβρωση λόγω σπηλαίωσης. Ορίζει μια απλή, ελεγχόμενη και αναπαραγώγιμη δοκιμή για την ποσοτικοποίηση και τη σύγκριση της αντοχής διαφορετικών υλικών στη διάβρωση λόγω σπηλαίωσης. Οι προδιαγραφές ATSM G32-16 είναι χρήσιμες για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων σας με εκείνα άλλων δημοσιεύσεων. Εάν θέλετε να εντάξετε τις δοκιμές διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης στον ποιοτικό έλεγχο, συνιστούμε να προσαρμόσετε το πρωτόκολλο δοκιμής διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης στις συγκεκριμένες απαιτήσεις σας. Θα χαρούμε να σας βοηθήσουμε να σχεδιάσετε ένα εξατομικευμένο πρωτόκολλο δοκιμής διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις δοκιμές διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης σύμφωνα με το ASTM-G32, κάντε κλικ εδώ!

Γιατί να χρησιμοποιήσω όριο ενέργειας αντί για χρονικό όριο;

Πολλές δημοσιεύσεις και πρωτόκολλα δοκιμών διάβρωσης καθορίζουν έναν χρόνο έκθεσης σε σπηλαίωση. Στις συσκευές υπερήχων της Hielscher, μπορείτε να προκαθορίσετε έναν χρόνο κατεργασίας με υπερήχους και το σύστημα θα σταματήσει μόλις παρέλθει αυτός ο χρόνος. Στη συνέχεια, μπορείτε να υπολογίσετε τον προκύπτοντα ρυθμό διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης σε mm/hr ή mm3/hr. Ένα χρονικό όριο είναι αποδεκτό μόνο εφόσον δεν αλλάζετε καμία παράμετρο, όπως τη στάθμη του υγρού, το πλάτος ταλάντωσης, την πίεση, τη θερμοκρασία, τη σύσταση του υγρού ή το διάκενο μεταξύ του ηχοτροδίου και της επιφάνειας του υλικού. Εάν αλλάξει οποιαδήποτε από αυτές τις παραμέτρους, θα αλλάξουν επίσης η ισχύς της κατεργασίας με υπερήχους και η ένταση της σπηλαίωσης. Είναι σημαντικό η πραγματική καθαρή ισχύς που μεταδίδεται στο υγρό να μην παρουσιάζει διακυμάνσεις καθ’ όλη τη διάρκεια της δοκιμής.
Στις συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορείτε να ορίσετε ένα όριο ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, η συσκευή υπερήχων θα σταματήσει αφού μεταδώσει την καθορισμένη ενέργεια υπερήχων. Η συσκευή της Hielscher θα εμφανίζει και θα καταγράφει παραμέτρους, όπως την πραγματική καθαρή ισχύ, το πλάτος ταλάντωσης, την πίεση και τη θερμοκρασία του υγρού. Όταν χρησιμοποιείται όριο ενέργειας, αντισταθμίζονται οι διακυμάνσεις της ισχύος ή οι σκόπιμες αλλαγές των παραμέτρων. Στη συνέχεια, μπορείτε να προσδιορίσετε τον προκύπτοντα ρυθμό διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης σε mm/kWhr, mm3/kWhr ή mg/kWhr.
Εάν ζυγίζετε το δοκίμιο μεταξύ των διαστημάτων διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης, μπορείτε να δημιουργήσετε μια καμπύλη που δείχνει την οριακή απώλεια βάρους (ρυθμός απώλειας βάρους σε κάθε ενεργειακό διάστημα) ως συνάρτηση της σωρευτικής ενέργειας.
Για ακριβέστερα αποτελέσματα, η συσκευή μπορεί να εκτελέσει αυτοματοποιημένη βαθμονόμηση (30 δευτερόλεπτα). Κατά τη βαθμονόμηση αυτή μετράται η ισχύς για όλες τις ρυθμίσεις πλάτους ταλάντωσης στον αέρα, υπό πίεση περιβάλλοντος. Η συσκευή της Hielscher χρησιμοποιεί αυτά τα δεδομένα βαθμονόμησης για να παρέχει πολύ ακριβείς τιμές καθαρής ισχύος σε πραγματικό χρόνο.

Πίεση υγρού κατά την κατεργασία με υπερήχους

Πολλά τυποποιημένα πρωτόκολλα δοκιμών διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης χρησιμοποιούν σπηλαίωση υπερήχων σε πίεση περιβάλλοντος. Η πίεση του υγρού είναι ο δεύτερος σημαντικότερος παράγοντας για την ένταση της κατεργασίας με υπερήχους. Μια αύξηση της πίεσης περιβάλλοντος κατά 10% θα αυξήσει την ένταση της κατεργασίας με υπερήχους κατά περίπου 10%. Η εντονότερη σπηλαίωση μειώνει τον χρόνο που απαιτείται για την επίτευξη ενός συγκεκριμένου βαθμού διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης. Συχνά, η δοκιμή ενός μεμονωμένου δοκιμίου μπορεί να διαρκέσει από 15 έως 120 λεπτά. Εάν έχετε πολλά δοκίμια προς δοκιμή, η εργασία σε υψηλότερες πιέσεις μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο κάθε δοκιμής. Οι δοκιμές στα 5 barg (73psig) απαιτούν περίπου 80% λιγότερο χρόνο για κάθε δοκιμή.
Η Hielscher παρέχει στεγανές κυψελίδες δοκιμών υπό πίεση με ψηφιακό αισθητήρα πίεσης για δοκιμές διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης. Χρησιμοποιώντας μια στεγανή κυψελίδα υπό πίεση, μπορείτε να ελέγχετε και να διατηρείτε την πίεση κατά τη διάρκεια κάθε δοκιμής. Η γεννήτρια υπερήχων παρακολουθεί συνεχώς τον αισθητήρα πίεσης και καταγράφει την πραγματική πίεση σε αρχείο CSV συμβατό με το Excel σε μια κάρτα SD (περιλαμβάνεται). Η Hielscher παρέχει ρυθμιστές πίεσης για τη ρύθμιση και τη διατήρηση της πίεσης λειτουργίας.
Οι τυπικές στεγανές κυψελίδες δοκιμών υπό πίεση της Hielscher για δοκιμές διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης έχουν ονομαστική αντοχή σε πίεση έως 5barg (73psig). Υψηλότερες πιέσεις έως 300barg (4350psig) είναι διαθέσιμες κατόπιν αιτήματος.

Συχνότητα υπερήχων

Γενικά, οι δοκιμές διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης χρησιμοποιούν υπερήχους χαμηλής συχνότητας και υψηλής έντασης στο εύρος 18–30kHz. Σε αυτό το εύρος, η μεταβολή της συχνότητας έχει πολύ περιορισμένη επίδραση στην ένταση της σπηλαίωσης. Όλες οι συσκευές Hielscher λειτουργούν σε σταθερή συχνότητα.

Απόσταση από το ηχοτρόδιο

Το υλικό προς δοκιμή μπορεί να στερεωθεί στο ηχοτρόδιο ή κάτω από αυτό. Μπορείτε να κατασκευάσετε ένα δοκίμιο του υλικού με σπείρωμα και να το στερεώσετε στο άκρο του ηχοτροδίου υπερήχων. Σε αυτή την περίπτωση, το δοκίμιο ταλαντώνεται με το καθορισμένο πλάτος υπερήχων και παράγει σπηλαίωση στην επιφάνειά του. Αυτό απαιτεί μηχανουργική κατεργασία ακριβείας και δεν είναι όλα τα υλικά κατάλληλα για αυτή την επιλογή.
Εναλλακτικά, μπορείτε να στερεώσετε ένα εξάρτημα ή δοκίμιο σε μικρή απόσταση κάτω από ένα ηχοτρόδιο τιτανίου. Σε αυτή την περίπτωση, το ηχοτρόδιο τιτανίου παράγει τη σπηλαίωση και η επιφάνεια του υλικού εκτίθεται σε αυτήν. Αυτή είναι η πιο πρακτική επιλογή, καθώς μπορείτε να τοποθετήσετε δοκίμια διαφόρων μεγεθών ή σχημάτων στην κυψελίδα δοκιμών. Εάν χρησιμοποιήσετε ένα μεγαλύτερο ηχοτρόδιο, όπως ένα ηχοτρόδιο διαμέτρου 50mm ή 80mm, μπορείτε να εκθέσετε πολλά εξαρτήματα ταυτόχρονα σε διάβρωση λόγω σπηλαίωσης. Αυτό είναι πολύ χρήσιμο όταν πρέπει να δοκιμάσετε πολλά εξαρτήματα την ημέρα, π.χ. για έλεγχο ποιότητας.
Και στις δύο περιπτώσεις, η απόσταση μεταξύ του ηχοτροδίου υπερήχων και της επιφάνειας του υλικού δίπλα του είναι πολύ σημαντική. Γενικά, η διάβρωση λόγω σπηλαίωσης είναι ταχύτερη όταν χρησιμοποιείται μικρότερη απόσταση. Οι τυπικές αποστάσεις κυμαίνονται από 0,2 έως 15mm. Για καταληκτικά αποτελέσματα, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε την ίδια απόσταση για όλες τις δοκιμές.

Θερμοκρασία υγρού

Το θερμότερο υγρό οδηγεί σε χαμηλότερη ένταση σπηλαίωσης υπερήχων. Η εισαγωγή ενέργειας μηχανικών ταλαντώσεων στο υγρό θα προκαλέσει τη θέρμανσή του. Για να διατηρείται σταθερή θερμοκρασία κατά τη διάρκεια κάθε δοκιμής διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης, το υγρό πρέπει να ψύχεται. Η Hielscher παρέχει δοχεία με μανδύα και στεγανές κυψελίδες υπό πίεση με μανδύα. Εναλλακτικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια σερπαντίνα ψύξης σε ένα ποτήρι ζέσεως ή να τοποθετήσετε το ποτήρι ζέσεως σε λουτρό πάγου. Ένα ψυκτικό μέσο που κυκλοφορεί μέσα από τον μανδύα ή τη σερπαντίνα ψύξης απομακρύνει τη θερμότητα από το υγρό.
Οι συσκευές υπερήχων Hielscher, όπως η UP400St ή η UIP1000hdT, διαθέτουν αισθητήρα θερμοκρασίας PT100 (περιλαμβάνεται). Η γεννήτρια υπερήχων παρακολουθεί συνεχώς την πραγματική θερμοκρασία του υγρού και καταγράφει τη θερμοκρασία σε αρχείο CSV συμβατό με το Excel σε μια κάρτα SD (περιλαμβάνεται). Μπορείτε να ρυθμίσετε τη γεννήτρια ώστε να διακόπτει προσωρινά τη δοκιμή διάβρωσης λόγω σπηλαίωσης εάν η θερμοκρασία του υγρού αποκλίνει υπερβολικά από την τιμή που έχετε ορίσει, π.χ. λόγω ανεπαρκούς ψυκτικής ικανότητας. Η γεννήτρια μπορεί να συνεχίσει αυτόματα την κατεργασία με υπερήχους όταν το υγρό φτάσει ξανά στην καθορισμένη θερμοκρασία.

Υγρό στο οποίο προκαλείται σπηλαίωση

Γενικά, στις δοκιμές διαβρωτικής φθοράς λόγω σπηλαίωσης χρησιμοποιείται νερό, όπως αποσταγμένο νερό. Τα διαφορετικά υγρά παρουσιάζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά σπηλαίωσης. Εάν το νερό προκαλεί διάβρωση στο υλικό σας, μπορείτε να δοκιμάσετε εναλλακτικά υγρά, όπως έλαια σιλικόνης χαμηλού ιξώδους ή οργανικούς διαλύτες, για να εξαλείψετε ή να μειώσετε τον παράγοντα διάβρωσης. Εναλλακτικά, μπορείτε να κάνετε το υγρό πιο διαβρωτικό, π.χ. μεταβάλλοντας το pH, ή πιο αποξεστικό, προσθέτοντας αποξεστικά σωματίδια. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις δοκιμές διαβρωτικής φθοράς λόγω σπηλαίωσης για να αξιολογήσετε την ικανότητα υγρών, όπως οι πολφοί γεώτρησης, να προκαλούν διαβρωτική φθορά και διάβρωση ή για να αξιολογήσετε την αποτελεσματικότητα αναστολέων διάβρωσης ή διαβρωτικής φθοράς.

Μηχανική κατεργασία

Κατά την κατασκευή ενός εξαρτήματος ή δοκιμίου, η κατεργασία CNC, η λείανση ή η στίλβωση προκαλούν βλάβες στη δομή των κόκκων κοντά στην επιφάνεια του υλικού. Αυτό μειώνει την αντοχή στη διαβρωτική φθορά.

Στρώματα παθητικοποίησης/οξειδίων

Πολύ συχνά, η διαβρωτική φθορά και η διάβρωση συμβαίνουν ταυτόχρονα. Το νερό, όπως το αποσταγμένο, το απιονισμένο ή το αφαλατωμένο νερό, μπορεί να προκαλεί διάβρωση σε πολλά υλικά. Η σπηλαίωση με υπερήχους ευνοεί τη διάβρωση. Τα στρώματα παθητικοποίησης, π.χ. στο ανοδιωμένο αλουμίνιο, αυξάνουν την αντοχή της επιφάνειας ενός υλικού στη διαβρωτική φθορά και τη διάβρωση.

Ποιους περιορισμούς έχουν οι δοκιμές διαβρωτικής φθοράς λόγω σπηλαίωσης;

Ορισμένα ελαστομερή ενδέχεται να απαιτούν έκθεση σε πολύ έντονη σπηλαίωση για να εμφανίσουν έστω και κάποια διαβρωτική φθορά λόγω σπηλαίωσης. Σε αυτή την περίπτωση, η κατεργασία με υπερήχους χωρίς κυψελίδα υπό πίεση ενδέχεται να μην εμφανίσει κανένα μετρήσιμο αποτέλεσμα.