Ispitivanje kavitacijske erozije

Kavitacijska erozija javlja se na površinama materijala koje su izložene intenzivnoj ultrazvučnoj kavitaciji. Ispitivanje kavitacijske erozije brza je metoda za mjerenje otpornosti materijala ili premaza na eroziju na intenzivan stres i druge čimbenike erozije. Omogućuje jednostavno kvantitativno mjerenje za kontrolu kvalitete i korisno tijekom istraživanja materijala ili formulacije premaza.

Zašto koristiti ispitivanje kavitacijske erozije?

Tekuća erozija ili korozija može zahtijevati redovitu zamjenu dijelova ili obnavljanje površinskih premaza. Erozija površine materijala uslijed mehaničkih ili kemijskih utjecaja spor je proces koji rezultira postupnim uništavanjem površina materijala. Stoga procjena otpornosti materijala na eroziju ili učinaka erozije tekućina i kaša može biti dugotrajan proces.
Ultrazvučno ispitivanje kavitacijske erozije izlaže površinu materijala kontroliranim, intenzivnim, ponavljajućim ciklusima naprezanja. To rezultira značajnom erozijom površine materijala u kratkom vremenu. Možete brzo izmjeriti otpornost na eroziju za redovitu kontrolu kvalitete u proizvodnji, za procjenu ulaznih materijala ili tijekom istraživanja i razvoja.
Standardne primjene uključuju metalurško ispitivanje, ispitivanje formulacije premaza, ispitivanje nanošenja premaza ili procjenu inhibitora erozije u tekućinama.

Zašto kavitacija uzrokuje površinsku eroziju?

Ultrazvučni uređaji, poput UP400St (400 watta, 24 kHz) ili UIP1000hdT (1000 watta, 20 kHz) povezuju ultrazvučne vibracije s tekućinama, poput vode. Brzo recipročno kretanje vibracija u tekućini stvara i skuplja kavitacijske mjehuriće. Kada se mjehurići kolabiraju, dolazi do visokog lokaliziranog mehaničkog naprezanja u tekućini i na izloženim površinama materijala. Mlazovi tekućine do 1000 km/h i lokalni pritisci do 1000 atm dovode do brzog zamora površine materijala. Ovo može ukloniti oksidne ili pasivne slojeve, premaze ili onečišćenja. Može uzrokovati udubljenje čvrstih materijala, kao što su čelik, titan, aluminij, plastika ili staklo. Stoga je ispitivanje kavitacijske erozije destruktivna metoda ispitivanja.

Kako funkcionira ispitivanje kavitacijske erozije?

Kavitacijska erozija površina materijala uzrokuje postupan gubitak materijala. Gubitak materijala možete jednostavno izmjeriti vaganjem materijala na preciznoj vagi prije i nakon definirane izloženosti kavitacijskoj eroziji. Tipična promjena težine za ispitivanje kavitacijske erozije je između 1 i 30 mg. Za daljnju standardizaciju možete izračunati gubitak volumena dijeljenjem gubitka težine s gustoćom materijala. Srednja dubina prodiranja (MDP) izračunava se dijeljenjem gubitka volumena s površinom uzorka. Alternativno, možete izmjeriti dubinu udubljenja ili istisnuti volumen. Možete koristiti mikroskopsku analizu kako biste dobili dodatne kvalitativne informacije o obrascu erozije.
Kada koristite Hielscher ultrazvučni uređaj za ispitivanje kavitacijske erozije, možete unaprijed postaviti temperaturni raspon i raspon tlaka na kojima želite raditi. Možete podesiti amplitudu sonikacije. Svi parametri se prate, prikazuju i protokoliraju na SD karticu. Ne trebate instalaciju vlasničkog softvera. Ako želite, možete kontrolirati i nadzirati ultrazvučni proces iz svog uobičajenog web-preglednika, ako povežete ultrazvučni uređaj s računalom putem ethernet kabela (isporučen).

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

Norma ASTM G32-16 opisuje standardiziranu metodu za kavitacijsku eroziju. Definira jednostavan, kontroliran i ponovljiv test za kvantificiranje i usporedbu otpornosti različitih materijala na kavitacijsku eroziju. Specifikacije ATSM G32-16 korisne su za usporedbu vaših rezultata s onima iz drugih publikacija. Ako želite implementirati ispitivanje kavitacijske erozije u kontrolu kvalitete, preporučujemo da prilagodite protokol ispitivanja kavitacijske erozije svojim specifičnim zahtjevima. Bit će nam drago pomoći vam s dizajnom prilagođenog protokola ispitivanja kavitacijske erozije. Za više informacija o ispitivanju kavitacijske erozije u skladu s ASTM-G32 kliknite ovdje!

Zašto bih trebao koristiti ograničenje energije umjesto vremenskog ograničenja?

Mnoge publikacije i protokoli ispitivanja erozije navode vrijeme izlaganja kavitaciji. U Hielscher ultrazvučnim uređajima možete unaprijed postaviti vrijeme sonikacije i sustav će se zaustaviti nakon što to vrijeme prođe. Zatim možete izračunati rezultirajuću stopu kavitacijske erozije u mm/h ili mm3/h. Vremensko ograničenje je prihvatljivo samo ako ne mijenjate nikakve parametre, poput razine tekućine, amplitude, tlaka, temperature, sastava tekućine ili razmaka između sonotrode i površine materijala. Ako se bilo koji od ovih parametara promijeni, promijenit će se i snaga sonikacije i intenzitet kavitacije. Važno je da stvarna neto snaga predana tekućini ne smije varirati tijekom trajanja testa.
U Hielscher ultrazvučnim uređajima možete postaviti ograničenje energije. U tom slučaju, ultrazvučni uređaj će se zaustaviti nakon što isporuči zadanu ultrazvučnu energiju. Hielscher uređaj će prikazati i zabilježiti parametre, kao što su stvarna neto snaga, amplituda, tlak i temperatura tekućine. Fluktuacije u snazi ili namjerne promjene parametara bit će kompenzirane korištenjem ograničenja energije. Zatim možete navesti rezultirajuću stopu kavitacijske erozije u mm/kWhr, mm3/kWhr ili mg/kWhr.
Ako vagate uzorak između intervala kavitacijske erozije, možete generirati krivulju koja prikazuje granični gubitak težine (stopa gubitka težine u svakom energetskom intervalu) preko kumulativne energije.
Za preciznije rezultate uređaj može izvršiti automatsku kalibraciju (30 sekundi). Ovo mjeri snagu za sve postavke amplitude u zraku pri tlaku okoline. Hielscher uređaj koristi ove kalibracijske podatke kako bi dao vrlo precizne vrijednosti neto snage u stvarnom vremenu.

Tlak tekućine tijekom sonikacije

Mnogi standardni protokoli za ispitivanje kavitacijske erozije koriste ultrazvučnu kavitaciju pri tlaku okoline. Tlak tekućine drugi je najvažniji čimbenik za intenzitet sonikacije. Povećanje tlaka okoline od 10% povećat će intenzitet sonikacije za oko 10%. Intenzivnija kavitacija smanjuje vrijeme potrebno za postizanje određenog stupnja kavitacijske erozije. Često ispitivanje jednog uzorka može trajati od 15 do 120 minuta. Ako imate mnogo uzoraka za testiranje, rad na višim tlakovima može znatno skratiti vrijeme za svako ispitivanje. Testovi na 5 bara (73 psig) zahtijevaju cca. 80% manje vremena za svaki test.
Hielscher isporučuje tlačno nepropusne ispitne ćelije s digitalnim senzorom tlaka za ispitivanje kavitacijske erozije. Pomoću tlačno nepropusne ćelije možete kontrolirati i održavati tlak tijekom svakog ispitivanja. Ultrazvučni generator neprestano prati senzor tlaka i protokolira stvarni tlak u CSV datoteku kompatibilnu s Excelom na SD kartici (uključena). Hielscher isporučuje regulatore tlaka za postavljanje i održavanje radnog tlaka.
Kao standardne Hielscherove tlačno nepropusne ispitne ćelije za ispitivanje kavitacijske erozije ocijenjene su za tp do 5 barg (73 psig). Viši tlakovi do 300 barg (4350 psig) dostupni su na zahtjev.

Ultrazvučna frekvencija

Općenito, ispitivanje kavitacijske erozije koristi ultrazvuk niske frekvencije visokog intenziteta u rasponu od 18-30 kHz. U ovom rasponu varijacija frekvencije ima vrlo ograničen učinak 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 napraviti uzorak materijala s navojem i montirati ga na kraj ultrazvučne sonotrode. U tom slučaju uzorak vibrira na određenoj ultrazvučnoj amplitudi i stvara kavitaciju na svojoj površini. To zahtijeva preciznu strojnu obradu i nisu svi materijali prikladni za ovu opciju.
Alternativno, možete fiksirati dio ili uzorak u neposrednoj blizini ispod titanske sonotrode. U ovom slučaju, titanska sonotroda proizvodi kavitaciju, a površina materijala je izložena kavitaciji. Ovo je prikladnija opcija jer možete staviti uzorke različitih veličina ili oblika u ispitnu ćeliju. Ako koristite veću sonotrodu, kao što je sonotroda promjera 50 mm ili 80 mm, možete izložiti više dijelova kavitacijskoj eroziji u isto vrijeme. Ovo je vrlo korisno kada morate testirati mnogo dijelova dnevno, npr. za kontrolu kvalitete.
U oba slučaja, udaljenost između ultrazvučne sonotrode i površine materijala pored nje je vrlo važna. Općenito, kavitacijska erozija je brža kada se koristi manja udaljenost. Uobičajene udaljenosti kreću se od 0,2 do 15 mm. Za konačne rezultate, trebali biste koristiti istu udaljenost za sve testove.

Temperatura tekućine

Toplija tekućina rezultira manjim intenzitetom ultrazvučne kavitacije. Unos energije mehaničkih vibracija u tekućinu uzrokovat će zagrijavanje tekućine. Kako bi se održala konstantna temperatura tijekom svakog ispitivanja kavitacijske erozije, tekućina se mora ohladiti. Hielscher isporučuje spremnike s omotačem i nepropusne ćelije s omotačem. Alternativno, možete koristiti zavojnicu za hlađenje u čaši ili možete staviti čašu u ledenu kupelj. Rashladno sredstvo koje prolazi kroz plašt ili kroz rashladnu zavojnicu uklanja toplinu iz tekućine.
Hielscher ultrazvučni uređaji, kao što su UP400St ili UIP1000hdT dolaze s temperaturnom sondom PT100 (uključena). Ultrazvučni generator kontinuirano prati stvarnu temperaturu tekućine i protokolira temperaturu u CSV datoteku kompatibilnu s Excelom na SD kartici (uključena). Možete postaviti generator da pauzira ispitivanje kavitacijske erozije ako temperatura tekućine previše odstupa od vaše zadane vrijednosti, npr. zbog nedovoljnog kapaciteta hlađenja. Generator može automatski nastaviti s ultrazvukom kada tekućina ponovno dosegne zadanu temperaturu.

Kavitirajuća tekućina

Općenito, ispitivanje kavitacijske erozije koristi vodu, poput destilirane vode. Različite tekućine pokazuju različite karakteristike kavitacije. Ako je voda korozivna za vaš materijal, možda ćete htjeti testirati alternativne tekućine, kao što su silikonska ulja niske viskoznosti ili organska otapala kako biste eliminirali ili smanjili faktor korozije. Alternativno, tekućinu možete učiniti korozivnijom, npr. promjenom pH ili abrazivnijom dodavanjem abrazivnih čestica. Ispitivanje kavitacijske erozije možete koristiti za procjenu erozivnosti i korozivnosti tekućina, kao što su isplake za bušenje ili za procjenu učinkovitosti inhibitora korozije ili erozije.

Strojna obrada

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

Pasiviranje/oksidni slojevi

Često se erozija i korozija događaju istovremeno. Voda, kao što je destilirana, demineralizirana ili deionizirana voda može biti korozivna za mnoge materijale. Ultrazvučna kavitacija potiče koroziju. Pasivacijski slojevi, npr. kod anodiziranog aluminija, povećat će otpornost površine materijala na eroziju i koroziju.

Koja ograničenja ima ispitivanje kavitacijske erozije?

Neki elastomeri mogu zahtijevati vrlo intenzivno izlaganje kavitaciji kako bi uopće pokazali bilo kakvu kavitacijsku eroziju. U tom slučaju sonikacija bez ćelije pod tlakom možda neće pokazati nikakav mjerljiv učinak.