Pengujian Erosi Kavitasi

Erosi kavitasi terjadi pada permukaan material yang terpapar kavitasi ultrasonik intens. Pengujian erosi kavitasi merupakan metode cepat untuk mengukur ketahanan material atau lapisan terhadap erosi akibat tegangan intens dan faktor erosi lainnya. Pengujian ini menyediakan pengukuran kuantitatif yang mudah untuk pengendalian mutu dan berguna selama penelitian material atau formulasi lapisan.

Mengapa Menggunakan Pengujian Erosi Kavitasi?

Erosi atau korosi yang terus berlangsung dapat mengharuskan penggantian komponen atau pembaruan lapisan permukaan secara berkala. Erosi permukaan material akibat pengaruh mekanis atau kimiawi merupakan proses lambat yang mengakibatkan kerusakan permukaan material secara bertahap. Oleh karena itu, evaluasi ketahanan material terhadap erosi atau efek erosi cairan dan suspensi padatan dapat menjadi proses yang sangat memakan waktu.
Pengujian erosi kavitasi ultrasonik memaparkan permukaan material pada siklus tegangan yang terkendali, intens, dan berulang. Hal ini menghasilkan erosi yang signifikan pada permukaan material dalam waktu singkat. Anda dapat mengukur ketahanan terhadap erosi dengan cepat untuk pengendalian mutu rutin dalam produksi, evaluasi material yang masuk, atau selama penelitian dan pengembangan.
Aplikasi standar meliputi pengujian metalurgi, pengujian formulasi lapisan, pengujian aplikasi lapisan, atau evaluasi inhibitor erosi dalam cairan.

Mengapa Kavitasi Menyebabkan Erosi Permukaan?

Perangkat ultrasonik, seperti UP400St (400 watt, 24kHz) atau UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz), mengkopel getaran ultrasonik ke dalam cairan, seperti air. Gerakan bolak-balik getaran yang cepat dalam cairan membentuk dan meruntuhkan gelembung kavitasi. Ketika gelembung runtuh, timbul tegangan mekanis lokal yang tinggi di dalam cairan dan pada permukaan material yang terpapar. Semburan cairan hingga 1000km/h dan tekanan lokal hingga 1000atm menyebabkan kelelahan yang cepat pada permukaan material. Hal ini dapat menghilangkan lapisan oksida atau pasivasi, lapisan pelapis, atau endapan pengotor. Hal ini dapat menyebabkan pembentukan lubang-lubang pada material padat, seperti baja, titanium, aluminium, plastik, atau kaca. Dengan demikian, pengujian erosi kavitasi merupakan metode pengujian destruktif.

Bagaimana Cara Kerja Pengujian Erosi Kavitasi?

Erosi kavitasi pada permukaan material menyebabkan kehilangan material secara bertahap. Anda dapat mengukur kehilangan material dengan mudah dengan menimbang material menggunakan timbangan presisi sebelum dan sesudah paparan erosi kavitasi yang ditentukan. Perubahan berat yang lazim pada uji erosi kavitasi berkisar antara 1 dan 30mg. Untuk standardisasi lebih lanjut, Anda dapat menghitung kehilangan volume dengan membagi kehilangan berat dengan densitas material. Kedalaman penetrasi rata-rata (MDP) dihitung dengan membagi kehilangan volume dengan luas permukaan spesimen. Sebagai alternatif, Anda dapat mengukur kedalaman lubang atau volume yang dipindahkan. Anda dapat menggunakan analisis mikroskopis untuk memperoleh informasi kualitatif tambahan mengenai pola erosi.
Saat menggunakan perangkat ultrasonik Hielscher untuk pengujian erosi kavitasi, Anda dapat menetapkan terlebih dahulu rentang suhu dan rentang tekanan pengoperasian yang diinginkan. Anda dapat menyesuaikan amplitudo sonikasi. Semua parameter dipantau, ditampilkan, dan dicatat ke kartu SD. Anda tidak perlu menginstal perangkat lunak proprietari apa pun. Jika diinginkan, Anda dapat mengendalikan dan memantau proses ultrasonik dari peramban web yang biasa Anda gunakan dengan menghubungkan perangkat ultrasonik ke komputer melalui kabel ethernet (disertakan).

Apa Metode Standar ASTM G32 untuk Erosi Kavitasi Menggunakan Alat Getar?

Standar ASTM G32-16 menjelaskan metode terstandar untuk erosi kavitasi. Standar ini menetapkan pengujian yang sederhana, dapat dikendalikan, dan dapat direproduksi untuk mengukur serta membandingkan ketahanan berbagai material terhadap erosi kavitasi. Spesifikasi ATSM G32-16 berguna untuk membandingkan hasil Anda dengan hasil publikasi lain. Jika Anda ingin menerapkan pengujian erosi kavitasi dalam pengendalian mutu, kami menyarankan agar protokol uji erosi kavitasi disesuaikan dengan kebutuhan spesifik Anda. Kami akan dengan senang hati membantu Anda merancang protokol uji erosi kavitasi yang disesuaikan. Untuk informasi lebih lanjut mengenai pengujian erosi kavitasi sesuai ASTM-G32, silakan klik di sini!

Mengapa Saya Harus Menggunakan Batas Energi sebagai Pengganti Batas Waktu?

Banyak publikasi dan protokol uji erosi menetapkan waktu paparan kavitasi. Pada perangkat ultrasonik Hielscher, Anda dapat menetapkan waktu sonikasi terlebih dahulu dan sistem akan berhenti setelah waktu tersebut berlalu. Anda kemudian dapat menghitung laju erosi kavitasi yang dihasilkan dalam mm/hr atau mm3/hr. Batas waktu dapat diterima hanya jika Anda tidak mengubah parameter apa pun, seperti ketinggian cairan, amplitudo, tekanan, suhu, komposisi cairan, atau celah antara sonotrode dan permukaan material. Jika salah satu parameter ini berubah, daya sonikasi dan intensitas kavitasi juga akan berubah. Daya bersih aktual yang disalurkan ke cairan harus tetap stabil selama pengujian berlangsung.
Pada perangkat ultrasonik Hielscher, Anda dapat menetapkan batas energi. Dalam hal ini, perangkat ultrasonik akan berhenti setelah menyalurkan energi ultrasonik yang ditentukan. Perangkat Hielscher akan menampilkan dan mencatat parameter, seperti daya bersih aktual, amplitudo, tekanan, dan suhu cairan. Fluktuasi daya atau perubahan parameter yang disengaja akan dikompensasi ketika menggunakan batas energi. Anda kemudian dapat menyatakan laju erosi kavitasi yang dihasilkan dalam mm/kWhr, mm3/kWhr, atau mg/kWhr.
Jika Anda menimbang spesimen di antara interval erosi kavitasi, Anda dapat menghasilkan kurva yang menunjukkan kehilangan berat marginal (laju kehilangan berat dalam setiap interval energi) terhadap energi kumulatif.
Untuk hasil yang lebih presisi, perangkat dapat melakukan kalibrasi otomatis (30 detik). Proses ini mengukur daya untuk semua pengaturan amplitudo di udara pada tekanan lingkungan. Perangkat Hielscher menggunakan data kalibrasi ini untuk memberikan nilai daya bersih yang sangat presisi secara waktu nyata.

Tekanan Cairan Selama Sonikasi

Banyak protokol standar untuk pengujian erosi kavitasi menggunakan kavitasi ultrasonik pada tekanan lingkungan. Tekanan cairan merupakan faktor terpenting kedua bagi intensitas sonikasi. Peningkatan tekanan lingkungan sebesar 10% akan meningkatkan intensitas sonikasi sekitar 10%. Kavitasi yang lebih intens mengurangi waktu yang diperlukan untuk mencapai tingkat erosi kavitasi tertentu. Pengujian satu spesimen sering kali dapat memakan waktu antara 15 dan 120 menit. Jika Anda memiliki banyak spesimen untuk diuji, pengoperasian pada tekanan yang lebih tinggi dapat memangkas waktu setiap pengujian secara signifikan. Pengujian pada 5 barg (73psig) memerlukan waktu sekitar 80% lebih singkat untuk setiap pengujian.
Hielscher menyediakan sel uji kedap tekanan dengan sensor tekanan digital untuk pengujian erosi kavitasi. Dengan menggunakan sel kedap tekanan, Anda dapat mengendalikan dan mempertahankan tekanan selama setiap pengujian. Generator ultrasonik terus memantau sensor tekanan dan mencatat tekanan aktual ke berkas CSV yang kompatibel dengan Excel pada kartu SD (disertakan). Hielscher menyediakan regulator tekanan untuk mengatur dan mempertahankan tekanan operasi.
Sebagai standar, sel uji kedap tekanan Hielscher untuk pengujian erosi kavitasi memiliki batas tekanan nominal hingga 5barg (73psig). Tekanan yang lebih tinggi hingga 300barg (4350psig) tersedia berdasarkan permintaan.

Frekuensi Ultrasonik

Secara umum, pengujian erosi kavitasi menggunakan ultrasonik berfrekuensi rendah dan berintensitas tinggi dalam rentang 18–30kHz. Dalam rentang ini, variasi frekuensi memiliki pengaruh yang sangat terbatas terhadap intensitas kavitasi. Semua perangkat Hielscher bekerja pada frekuensi konstan.

Jarak dari Sonotrode

Material yang akan diuji dapat dipasang pada sonotrode atau di bawah sonotrode. Anda dapat membuat spesimen material berulir dan memasangnya pada ujung sonotrode ultrasonik. Dalam hal ini, spesimen bergetar pada amplitudo ultrasonik yang ditentukan dan menghasilkan kavitasi pada permukaannya. Hal ini memerlukan pemesinan presisi dan tidak semua material cocok untuk opsi ini.
Sebagai alternatif, Anda dapat memasang komponen atau spesimen secara tetap pada jarak dekat di bawah sonotrode titanium. Dalam hal ini, sonotrode titanium menghasilkan kavitasi dan permukaan material terpapar kavitasi tersebut. Opsi ini lebih praktis karena Anda dapat menempatkan spesimen dengan berbagai ukuran atau bentuk di dalam sel uji. Jika Anda menggunakan sonotrode yang lebih besar, seperti sonotrode berdiameter 50mm atau 80mm, Anda dapat memaparkan beberapa komponen pada erosi kavitasi secara bersamaan. Hal ini sangat berguna ketika Anda harus menguji banyak komponen per hari, misalnya untuk pengendalian mutu.
Dalam kedua kasus tersebut, jarak antara sonotrode ultrasonik dan permukaan material di dekatnya sangat penting. Secara umum, erosi kavitasi berlangsung lebih cepat jika jaraknya lebih kecil. Jarak yang lazim berkisar dari 0,2 hingga 15mm. Untuk memperoleh hasil yang konklusif, Anda harus menggunakan jarak yang sama untuk semua pengujian.

Suhu Cairan

Cairan yang lebih hangat menghasilkan intensitas kavitasi ultrasonik yang lebih rendah. Masukan energi getaran mekanis ke dalam cairan akan menyebabkan cairan memanas. Untuk mempertahankan suhu konstan selama setiap uji erosi kavitasi, cairan perlu didinginkan. Hielscher menyediakan wadah berjaket dan sel kedap tekanan berjaket. Sebagai alternatif, Anda dapat menggunakan koil pendingin dalam gelas beker atau menempatkan gelas beker dalam bak es. Fluida pendingin yang mengalir melalui jaket atau koil pendingin membuang panas dari cairan.
Perangkat ultrasonik Hielscher, seperti UP400St atau UIP1000hdT, dilengkapi dengan probe suhu PT100 (disertakan). Generator ultrasonik memantau suhu aktual cairan secara terus-menerus dan mencatat suhu ke berkas CSV yang kompatibel dengan Excel pada kartu SD (disertakan). Anda dapat mengatur generator untuk menjeda pengujian erosi kavitasi jika suhu cairan menyimpang terlalu jauh dari nilai yang Anda tetapkan, misalnya karena kapasitas pendinginan yang tidak memadai. Generator dapat melanjutkan sonikasi secara otomatis ketika cairan kembali mencapai suhu yang ditentukan.

Cairan yang Mengalami Kavitasi

Secara umum, pengujian erosi kavitasi menggunakan air, seperti air suling. Cairan yang berbeda menunjukkan karakteristik kavitasi yang berbeda. Jika air bersifat korosif terhadap material Anda, Anda dapat menguji cairan alternatif, seperti minyak silikon berviskositas rendah atau pelarut organik, untuk menghilangkan atau mengurangi faktor korosif. Sebagai alternatif, Anda dapat membuat cairan lebih korosif, misalnya dengan mengubah pH, atau lebih abrasif dengan menambahkan partikel abrasif. Anda dapat menggunakan pengujian erosi kavitasi untuk mengevaluasi sifat erosif dan korosif cairan, seperti lumpur pengeboran, atau untuk mengevaluasi efektivitas inhibitor korosi atau erosi.

Pemesinan

Saat Anda membuat komponen atau spesimen, pemesinan CNC, penggerindaan, atau pemolesan menyebabkan kerusakan pada struktur butir di dekat permukaan material. Hal ini mengurangi ketahanan terhadap erosi.

Lapisan Pasivasi/Oksida

Erosi dan korosi sangat sering terjadi secara bersamaan. Air, seperti air suling, air demineralisasi, atau air deionisasi, dapat bersifat korosif terhadap banyak material. Kavitasi ultrasonik mendorong korosi. Lapisan pasivasi, misalnya pada aluminium yang dianodisasi, akan meningkatkan ketahanan permukaan material terhadap erosi dan korosi.

Apa Keterbatasan Pengujian Erosi Kavitasi?

Beberapa elastomer mungkin memerlukan paparan kavitasi yang sangat intens agar erosi kavitasi dapat terlihat sama sekali. Dalam hal ini, sonikasi tanpa sel bertekanan mungkin tidak menunjukkan efek apa pun yang dapat diukur.