Meribronzi katete praktiline kavitatsioonieroziooni katsetamine

Kavitatsioonieroziooni katsetamine on kõige kasulikum siis, kui see seob kontrollitud laboratoorse katsetamise tegeliku inseneriprobleemiga. Praktiline näide on kavitatsioonikindlate pronkskatete hindamine merenduskomponentide puhul, nagu laevade roolid ja propellerid. Need osad töötavad piirkondades, kus kohalikud rõhukõikumised võivad tekitada aurumulle, mis purunevad pinna lähedal, tekitades korduvaid suure intensiivsusega löökkoormusi. Aja jooksul põhjustab see punktkorrosiooni, väsimuskahjustusi, katte rikkeid ja materjali kadu.

Pronkskatete kavitatsioonieroziooni katse

Hauer jt uuringus võrreldi külm-, soe-, HVOF- ja kaarpihustamise teel toodetud pronkskatteid valatud nikkel-alumiiniumpronksi ja laevaehitustaseme terasega. Keskne küsimus oli lihtne: milline katmisprotsess suudab luua pronkspinna, mis peab kavitatsiooni mõjule vastu piisavalt kaua, et sobida kasutamiseks merenduses? Selle vastamiseks kasutasid teadlased ASTM G32-16 standardil põhinevat kavitatsiooni-erosioonikatseid, kasutades katsesüsteemina vibratsiooniseadet, sealhulgas Hielscher UIP1000hdT ultraheli-vibratsioonisüsteemi.

Katse tingimuste täpne reguleerimine ja andmete automaatne salvestamine

Ultraheliseade UIP1000hdT sobib selliseks katsetamiseks hästi, kuna see tekitab kõrge intensiivsusega madalsageduslikku ultraheli just selles vahemikus, mida kasutatakse kavitatsioonieroziooni katsetamiseks. 1000-vattise sonikaatoriga kavitatsiooni-erosiooni katse seadistus töötab sagedusel 20 kHz ning võimaldab protsessi täpset jälgimist, amplituudi reguleerimist, temperatuuri mõõtmist ja katseandmete automaatset protokollimist. Need funktsioonid on olulised, kuna kavitatsiooni intensiivsus sõltub tugevalt amplituudist, vedeliku temperatuurist, vedeliku rõhust, sonotroodi geomeetriast ning sonotroodi ja proovi vahelisest kaugusest.

(a) Kavitatsioonieroziooni katse vastavalt standardile ASTM G32-16, kasutades ultraheli seadet UIP1000hd (kaudne meetod). Kõik katseparameetrid on nimiväärtused; lubatud hälbed on loetletud standardis.
(b) Erosiooni-aja kõvera skeemilised faasid ja katsemenetluse iseloomulikud parameetrid.
Graafika ja uuring: ©Hauer jt., 2021.

Pronkskatete ultrahelilise kavitatsiooni erosioonikatsetus

Meribronsi katte näite puhul viidi katse läbi kaudse ASTM G32 paigutuse järgi. Selles konfiguratsioonis ei ole proov kinnitatud vibreeriva sarve külge. Selle asemel tekitab ultraheli-sonotrood destilleeritud vees kavitatsiooni ning kaetud proov on kinnitatud sonotroodi alla kindlaksmääratud vahekaugusele. Hauer jt kasutasid proovi ja sonotroodi vahel 0,5 mm vahekaugust, sagedust 20 kHz ja tipp-tipp amplituudi 50 µm. Katsevedelikuks oli destilleeritud vesi, mida hoiti ligikaudu toatemperatuuril, umbes 25 °C.

Proovi ettevalmistamine on otsustava tähtsusega etapp. Enne kavitatsioonile allutamist lihviti ja poleeriti kaetud pindu järk-järgult, kuni saavutati alla 4 µm jämedusega peene teemantlihviga töödeldud pind. See vähendab nõrgalt kinnitunud osakeste või pinna ebatasasuste mõju, mis muidu võiksid kohe lahti tulla ja moonutada erosioonikõverat. Eesmärk ei ole katte välimuse parandamine, vaid reprodutseeritavate algtingimuste loomine, et mõõdetud massikadu peegeldaks pigem kavitatsioonikindlust kui puudulikku pinna ettevalmistust.

Ultrahelikavitatiooni erosioonikatsete läbiviimise kord ja selle tulemused

Praktiline katsemenetlus on lihtne. Esmalt puhastatakse, kuivatatakse ja kaalutakse iga proov täppiskaalul. Seejärel paigaldatakse proov katseraami ultraheli seadme UIP1000hdT sonotroodi BS4d22 alla, kusjuures 0,5 mm vahekaugus on hoolikalt ja korratavalt seadistatud. Ultraheli seadet kasutatakse määratud amplituudil ja sagedusel, samal ajal reguleeritakse vedeliku temperatuuri, et vältida kavitatsiooni intensiivsuse muutumist kuumenemise tõttu. Pärast kindlaksmääratud mõjutusintervalli eemaldatakse proov, puhastatakse, kuivatatakse ja kaalutakse uuesti. Seda protseduuri korratakse materjalist sõltuvate, järjest pikenevate mõjutusintervallidega, kuni saadakse täielik erosioonikõver.
Esmane mõõtmistulemus on massikadu. Tehnilise võrdluse eesmärgil teisendatakse see massikadu materjali tiheduse abil mahukaduks. Seejärel jagatakse mahukadu paljastunud pindalaga, et määrata keskmine erosioonisügavus. Erosioonisügavuse kõverast saab teadlane arvutada iseloomulikke erosiooniparameetreid, nagu maksimaalne erosioonikiirus, lõplik erosioonikiirus ja keskmine erosioonisügavus. Hielscher märgib ka, et erosiooni võib esitada massina, mahuna või penetratsioonisügavusena ajaühiku kohta või manustatud ultrahelienergia kohta, sõltuvalt valitud protokollist.

Keskmised erosioonisügavused sõltuvalt korrigeeritud kattekvaliteedi parameetritest n. Pulbri lõõmutamine ja sellest tulenev pulbri tugevuse vähenemine võimaldab saavutada kõrget kattekvaliteeti. Lisapiltidel on näha pindkahjustused, mis tekkisid pärast 100-minutilist kavitatsioonikatsetust.
Graafikud ja uuring: ©Hauer jt., 2021.

Haueri uuringust saadud üks oluline õppetund on see, et varased erosioonikiirused võivad olla eksitavad. Termiliselt ja kineetiliselt pihustatud katetel esines sageli suur esialgne materjalikadu, millele järgnes madalam ja stabiilsem erosioonikiirus. Sel põhjusel kasutasid Hauer jt lõplikku erosioonikiirust kui pikaajalise katte toimivuse representatiivsemat näitajat. Oma 120-minutilises võrdluses hinnati lõplikku erosioonikiirust peamiselt katse teisel poolel, st alates 60. minutist, et paremini kajastada stabiliseerunud käitumist.

Katse tulemused näitavad, miks on kontrollitud vibratsioonikavitatsiooni seade väärtuslik. Valatud nikkel-alumiiniumpronks saavutas lõpliku erosioonikiiruse umbes 0,40 µm/h. Optimeeritud soojapihustatud pronks saavutas 0,57 µm/h, mis on lähedane valatud võrdlusmaterjalile. Laevaehitust terasele kantud optimeeritud kaarpihustatud katte lõplik erosioonikiirus oli umbes 1,02 µm/h, samas kui optimeeritud HVOF-katte oma oli umbes 1,74 µm/h. Isegi kui need kattekihid ei vastanud täielikult valatud propelleri pronksile, ületasid nad laevaehitust terast märkimisväärselt; uuringus märgitakse, et kaarpihustatud ja HVOF-pihustatud kattekihid saavutasid vastavalt umbes 26 korda ja 16 korda parema kavitatsioonikindluse kui VL-A-teras.

Kasutage kavitatsiooni-erosioonikatsete läbiviimiseks vibratsiooniseadmena sonikaatorit

Praktiline järeldus on, et kavitatsioonieroziooni katsetamine, kus vibraatorina kasutatakse UIP1000hdT sonikaatorit, võimaldab enamat kui lihtsalt materjalide järjestamist. See näitab, kuidas katmisprotsess, mikrostruktuur, oksiidisisaldus, poorsus, piirpinnade sidumine ja järelkäsitlus mõjutavad tegelikku erosioonikäitumist. Hauer jt jõudsid järeldusele, et HVOF- ja kaarpihustamine pakuvad head hinna-kvaliteedi suhet terasest roolipindade parandamiseks, samas kui külm- ja soojapihustamist eelistatakse juhul, kui on vaja kavitatsioonikindlust, mis on lähedane nikkel-alumiinium-pronksi omale.

Laborite ja katete arendajate jaoks on korratavate tulemuste saavutamise võtmeks katsetamisparaametrite range kontroll: sonotroodi amplituud, sagedus, sonotroodi ja proovi vaheline kaugus, vedeliku temperatuur, vedeliku keemiline koostis, proovi ettevalmistamine, kaalumisintervallid ja erosioonikiiruse arvutamine. Kui need tingimused on määratletud, pakub Hielscher UIP1000hdT praktilist ja korratavat viisi ultrahelikavitatiooni tulemuste teisendamiseks kvantitatiivseteks katte omaduste andmeteks.

Kavitatsiooni erosiooni testimise töölehe näidis

 
Juhised kavitatsiooni-erosioonikatsete läbiviimiseks leiate siit!

ASTM G32 kavitatsioonieroziooni katse seadistus

Ultraheliseadmed UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT ja UIP2000hdT sobivad ASTM G32 standardi kohaste katsete läbiviimiseks. Pakume kõiki neid seadmeid koos täpse amplituudi mõõtmise protokoll sonotroodi otsas mõõdetava mehaanilise amplituudi puhul. Soovitame kasutada mõnda neist seadmetest koos sonotroodiga BS4d22 (läbimõõt 22 mm) ja alusega ST2.

ASTM G32 -16 15.9mm Sonotrode vahetatava otsaga

Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.

Kirjandus / Viited