キャビテーション浸食は、強烈な超音波キャビテーションにさらされている材料表面で発生します。キャビテーション浸食試験は、強烈なストレスやその他の浸食因子に対する材料やコーティングの耐食性を測定する高速な方法です。それは質管理のための容易な定量的測定を提供し、材料の調査かコーティングの製剤の間に有用である。

キャビテーション浸食テストを使用する理由

進行中の浸食または腐食は、部品の定期的な交換または表面コーティングの更新を必要とする場合があります。機械的または化学的影響による材料表面の浸食は、材料表面の徐々な破壊をもたらす遅いプロセスです。従って、材料浸食耐性の評価や液体およびスラリーの浸食効果の評価は、非常に時間のかかるプロセスでありうる。
超音波キャビテーション浸食試験は、材料表面を制御された、強烈な、繰り返し応力サイクルにさらします。これにより、短時間で材料表面が著しい浸食を引き起こします。生産時の定期的な品質管理、着信材料の評価、研究開発中の耐食性を素早く測定できます。
標準的なアプリケーションには、冶金試験、コーティング製剤試験、コーティングアプリケーション試験、または液体中の浸食阻害剤の評価が含まれます。

キャビテーションはなぜ表面浸食を引き起こすのですか?

UP400St(400ワット、24kHz)やUIP1000hdT(1000ワット、20kHz)などの超音波デバイスは、水などの液体に超音波振動を組み込みます。液体中の振動の速い相互運動は、キャビテーション気泡を生成し、崩壊します。気泡が崩壊すると、液体および露出材料表面に高い局所的な機械的応力が発生します。1000km/hまでの液体ジェットおよび1000atmまでの局所圧力は材料表面の急速な疲労につながる。これは、酸化物やパッシベーション層、コーティングや汚れを除去することができます。それは鋼鉄、チタン、アルミニウム、プラスチックまたはガラスのような固体材料の穴あけを引き起こす可能性があります。したがって、キャビテーション浸食試験は破壊的な試験方法です。

キャビテーション浸食テストの仕組み

材料表面のキャビテーション浸食は、徐々に材料損失を引き起こします。定義されたキャビテーション浸食暴露の前後に精密スケールで材料を計量することにより、材料の損失を簡単に測定できます。キャビテーション浸食試験の典型的な体重変化は1〜30mgです。さらに標準化するには、重量損失を材料密度で除算して体積損失を計算できます。平均浸透深度(MDP)は、体積損失を試料表面積で割ることによって算出される。または、ピット深さまたは変位ボリュームを測定することもできます。顕微鏡解析を使用して、浸食パターンに関する追加の定性的情報を得ることができます。
キャビテーション浸食テストにヒールシャー超音波装置を使用する場合は、作業する温度範囲と圧力範囲を事前に設定できます。超音波処理振幅を調整できます。すべてのパラメータは、監視、表示、SDカードにプロトコル化されます。プロプライエタリなソフトウェアのインストールは必要ありません。あなたが好きなら、あなたはイーサネットケーブル(含まれている)を介してコンピュータに超音波デバイスを接続する場合は、通常のウェブブラウザから超音波プロセスを制御し、監視することができます。

振動装置を用いてキャビテーション浸食のためのASTM G32標準法は何ですか?

ASTM G32-16標準はキャビテーションの浸食のための標準化された方法を記述する。それは異なった材料のキャビテーションの抵抗を定量し、比較する簡単で、制御可能で再生可能なテストを定義する。ATSM G32-16 仕様は、結果と他の出版物の仕様を比較するのに役立ちます。品質管理でキャビテーション浸食試験を実装する場合は、キャビテーション浸食試験プロトコルを特定の要件に適合させることをお勧めします。私たちは、カスタマイズされたキャビテーション浸食テストプロトコルの設計をお手伝いします。 ASTM-G32に準拠したキャビテーション浸食試験の詳細はこちらをご覧ください!

時間制限の代わりにエネルギー制限を使用する必要がある理由

多くの出版物および浸食試験プロトコルは、キャビテーション暴露時間を指定します。ヒールシャー超音波デバイスでは、超音波処理時間をプリセットすることができ、この時間が経過した後、システムが停止します。その後、結果として生じるキャビテーション浸食率をmm/hrまたはmm3/hrで計算できます。制限時間は、液体レベル、振幅、圧力、温度、液体組成、ソトロードと材料表面の間のギャップなどのパラメータを変更しない場合にのみ許容されます。これらのパラメータのいずれかが変更された場合、超音波処理の力とキャビテーションの強度も変更されます。液体に送達される実際の正味電力は、テストの期間中に変動してはならないことが重要です。
ヒールシャー超音波デバイスでは、エネルギー制限を設定することができます。この場合、超音波デバイスは、指定された超音波エネルギーを提供した後、停止します。ヒールシャーデバイスは、実際の正味電力、振幅、圧力、液体温度などのパラメータを表示および記録します。電力の変動やパラメータの意図的な変化は、エネルギー制限を使用する場合に補正されます。その後、mm/kWhr、mm3/kWhr、または mg/kWhr で得られるキャビテーション浸食率を指定できます。
キャビテーション浸食間隔間の検体の重み付けを行う場合は、累積エネルギーに対する限界体重減少(各エネルギー間隔の減量率)を示す曲線を生成できます。
より正確な結果のために、装置は自動化された口径測定(30秒)を行うことができる。これは周囲圧力の空気のすべての振幅の設定のための力を測定する。Hielscherデバイスは、リアルタイムで非常に正確な正味電力値を与えるために、このキャリブレーションデータを使用しています。

超音波処理中の液体圧力

キャビテーション浸食試験のための多くの標準的なプロトコルは、周囲圧力で超音波キャビテーションを使用します。液体圧は、超音波処理強度の第二の最も重要な要因です。周囲圧力の10%の増加は、約10%の超音波処理強度を増加させます。より強いキャビテーションは、ある程度のキャビテーション浸食を達成するために必要な時間を短縮します。多くの場合、単一の標本試験は15から120分のどこかでかかります。検定する検体が多い場合は、より高い圧力で作業すると、各試験の時間を大幅に短縮できます。5バーグ(73psig)でのテストは、各テストのために約80%少ない時間を必要とします。
ヒールシャーは、キャビテーション浸食試験用のデジタル圧力センサを備えた圧力密試験セルを供給します。圧力密セルを使用すると、各テスト中に圧力を制御し、維持することができます。超音波ジェネレータは、圧力センサを常に監視し、SDカード(付属)上のExcel互換CSVファイルへの実際の圧力をプロトコルします。ヒールシャーは、動作圧力を設定し、維持するために圧力レギュレータを供給します。
キャビテーション浸食試験のための標準的なヒールシャー圧力タイト試験細胞として、tp 5barg(73psig)のために評価される。要求あり次第300barg(4350psig)までの高い圧力は利用できる。

超音波周波数

一般に、キャビテーション浸食試験では、18~30kHzの範囲で低周波高強度超音波を使用します。この範囲では、周波数の変動は、キャビテーション強度に対する非常に限られた影響を有する。すべてのヒールシャーデバイスは一定の周波数で動作します。

ソオトロードからの距離

テストされる材料はソトロードまたはソトロードの下に取付けることができる。あなたは、スレッド材料の標本を作成し、超音波ソトロードの端にそれをマウントすることができます。この場合、試料は指定された超音波振幅で振動し、その表面にキャビテーションを生成します。これは精密加工を必要とし、すべての材料がこのオプションに適しているわけではありません。
あるいは、チタンソトロードの下で近くに部品または標本を固定することができます。この場合、チタンソトロードはキャビテーションを生成し、材料表面はキャビテーションにさらされます。これは、テストセルに様々なサイズや形状の標本を配置することができるので、より便利なオプションです。直径50mmや80mmのソトローデなど、より大きなソトロードを使用すると、複数の部品をキャビテーション浸食に同時にさらすことができます。これは、品質管理など、1 日あたりの多くの部品をテストする必要がある場合に非常に便利です。
いずれの場合も、超音波ソトローデとそれに隣接する材料表面との間の距離は非常に重要である。一般に、キャビテーションの浸食は、より小さな距離を使用する場合に速くなります。一般的な距離は0.2~15mmです。決定的な結果を出すには、すべてのテストに同じ距離を使用する必要があります。

液体温度

より暖かい液体は、より低い超音波キャビテーション強度をもたらす。機械的振動エネルギーを液体に入力すると、液体が加熱されます。各キャビテーション浸食試験中に一定の温度を維持するためには、液体を冷却する必要があります。ヒールシャーは、ジャケット付き容器とジャケットの圧力タイトなセルを供給します。また、ビーカーに冷却コイルを使用するか、氷浴にビーカーを入れることができます。ジャケットを通るか、冷却コイルを通るクーラントは液体から熱を取り除きます。
UP400StまたはUIP1000hdTのようなヒールシャー超音波装置はPT100温度調査(含まれている)と来る。超音波発電機は、実際の液体温度を連続的に監視し、SDカード(付属)上のExcel互換CSVファイルに温度をプロトコルします。冷却能力が不十分な場合など、液体温度が設定点からずれすぎた場合に、キャビテーション浸食試験を一時停止するように発電機を設定できます。液体が再び指定された温度に達すると、発電機は自動的に超音波処理を再開することができます。

キャビテーション液体

一般的なキャビテーション浸食試験では、蒸留水などの水を使用します。異なる液体は異なったキャビテーション特性を示す。水が材料に腐食性がある場合は、腐食因子を除去または低減するために、低粘度シリコーンオイルや有機溶剤などの代替液体をテストすることができます。あるいは、研磨粒子を添加してpHまたはより研磨剤を変更することによって、液体をより腐食性にすることができる。キャビテーション浸食試験を使用して、泥を掘削するなどの液体の浸食性と腐食性を評価したり、腐食や浸食防止剤の有効性を評価したりできます。

加工

部品または試料を製造する場合、CNC加工、研削、研磨は、材料表面に近い粒構造に損傷を与えます。これにより、耐食性が低下します。

パッシベーション/酸化物層

非常に多くの場合、浸食と腐食が同時に起こります。蒸留、脱塩水、脱イオン水などの水は、多くの材料に腐食性があります。超音波キャビテーションは腐食を促進します。陽極酸化アルミニウムのパッシベーション層は、浸食および腐食に対する材料表面の抵抗を増加させる。

キャビテーション浸食試験にはどのような制限がありますか?

一部のエラストマーは、キャビテーションの浸食をまったく示すために非常に強いキャビテーション暴露を必要とするかもしれません。この場合、加圧細胞を持たない超音波処理は、測定可能な効果を示さない場合がある。