キャビテーション侵食試験

キャビテーション侵食は、強い超音波キャビテーションにさらされる材料表面で発生します。キャビテーション侵食試験は、強い応力やその他の侵食要因に対する材料またはコーティングの耐侵食性を迅速に測定する方法です。品質管理のための簡単な定量的測定を提供し、材料研究やコーティング配合に役立ちます。

なぜキャビテーション侵食試験を使用するのですか?

侵食や腐食が進行すると、部品の定期的な交換や表面コーティングの更新が必要になる場合があります。機械的または化学的影響による材料表面の侵食は、ゆっくりとしたプロセスであり、その結果、材料表面が徐々に破壊されます。したがって、材料の耐侵食性や液体やスラリーの侵食効果の評価は、非常に時間のかかるプロセスになる可能性があります。
超音波キャビテーション侵食試験は、材料表面を制御された激しい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大幅に侵食されます。耐エロージョン性を迅速に測定して、生産現場、入荷材料の評価、または研究開発中の定期的な品質管理を行うことができます。
標準的なアプリケーションには、冶金試験、コーティング配合試験、コーティング塗布試験、または液体中の侵食防止剤の評価が含まれます。

キャビテーションはなぜ表面侵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、超音波振動を水などの液体に結合します。液体中の振動の速い往復運動は、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、液体中および露出した材料表面に高い局所的な機械的応力が発生します。最大1000km/hの液体ジェットと最大1000atmの局所圧力により、材料表面に急速な疲労が発生します。これにより、酸化物または不動態化層、コーティング、または汚れを除去できます。鋼、チタン、アルミニウム、プラスチック、ガラスなどの固体材料の孔食を引き起こす可能性があります。したがって、キャビテーション侵食試験は破壊的な試験方法です。

キャビテーション侵食試験はどのように機能しますか?

材料表面のキャビテーション侵食は、徐々に材料の損失を引き起こします。定義されたキャビテーション侵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、材料損失を簡単に測定できます。キャビテーション侵食試験の一般的な重量変化は1〜30mgです。さらに標準化するために、重量損失を材料密度で割ることにより、体積損失を計算できます。平均貫入深さ(MDP)は、体積損失を試験片の表面積で割ることによって計算されます。あるいは、孔食深さや変位した体積を測定することもできます。顕微鏡分析を使用して、侵食パターンに関する追加の定性的情報を取得できます。
キャビテーション侵食試験にヒールシャー超音波装置を使用する場合、作業したい温度範囲と圧力範囲をプリセットできます。超音波処理の振幅を調整できます。すべてのパラメータは監視され、表示され、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をインストールする必要はありません。必要に応じて、イーサネットケーブル(付属)を介して超音波デバイスをコンピューターに接続すると、通常のWebブラウザーから超音波プロセスを制御および監視できます。

振動装置を使用したキャビテーション侵食のASTMG32標準方法は何ですか?

ASTM G32-16規格は、キャビテーション侵食の標準化された方法を説明しています。これは、さまざまな材料のキャビテーション侵食抵抗を定量化および比較するための、シンプルで制御可能で再現性のあるテストを定義します。ATSM G32-16の仕様は、他の出版物の結果と結果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侵食試験を実施したい場合は、キャビテーション侵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。カスタマイズされたキャビテーション侵食試験プロトコルの設計をお手伝いさせていただきます。 ASTM-G32に準拠したキャビテーション侵食試験の詳細については、ここをクリックしてください。

なぜ時間制限ではなくエネルギー制限を使用する必要があるのですか?

多くの出版物や侵食試験プロトコルでは、キャビテーションの曝露時間が指定されています。ヒールシャー超音波装置では、超音波処理時間をプリセットすることができ、この時間が経過するとシステムは停止します。その後、結果として得られるキャビテーション侵食速度を mm/hr または mm3/hr で計算できます。時間制限は、液体レベル、振幅、圧力、温度、液体組成、ソノトロードと材料表面の間のギャップなどのパラメーター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化すると、超音波処理の力とキャビテーションの強度も変化します。重要なのは、テスト中に液体に供給される実際の正味電力が変動してはならないということです。
ヒールシャー超音波装置では、エネルギー制限を設定することができます。この場合、超音波装置は、指定された超音波エネルギーを送達した後、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し、記録します。電力の変動やパラメータの意図的な変更は、エネルギー制限を使用するときに補正されます。その後、結果として生じるキャビテーション侵食速度をmm/kWhr、mm3/kWhr、またはmg/kWhrで指定できます。
キャビテーション侵食間隔間で試験片を秤量すると、累積エネルギーに対する限界重量減少(各エネルギー間隔での重量損失率)を示す曲線を生成できます。
より正確な結果を得るために、デバイスは自動キャリブレーション(30秒)を実行できます。これは、周囲圧力での空気中のすべての振幅設定の電力を測定します。ヒールシャーデバイスは、このキャリブレーションデータを使用して、リアルタイムで非常に正確な正味電力値を提供します。

超音波処理中の液体圧力

キャビテーション侵食試験の多くの標準プロトコルでは、周囲圧力での超音波キャビテーションを使用します。液圧は、超音波処理強度にとって2番目に重要な要素です。周囲圧力を10%増加させると、超音波処理強度が約10%増加します。キャビテーションが激しいほど、ある程度のキャビテーション侵食を達成するために必要な時間が短縮されます。多くの場合、単一の検体試験には15分から120分かかります。試験する試験片が多数ある場合は、より高い圧力で作業することで、各試験の時間を大幅に短縮できます。5 barg(73psig)での試験では、各試験に必要な時間が約80 %短縮されます。
ヒールシャーは、キャビテーション侵食試験用のデジタル圧力センサを備えた耐圧試験セルを供給しています。耐圧セルを使用すると、各試験中に圧力を制御および維持できます。超音波発生器は、圧力センサーを常に監視し、実際の圧力をSDカード(付属)のExcel互換CSVファイルにプロトコル化します。ヒールシャーは、動作圧力を設定し維持するための圧力調整器を供給しています。
キャビテーション侵食試験用の標準的なヒールシャー耐圧試験セルとして、最大tp 5barg(73psig)の定格があります。ご要望に応じて、最大300barg(4350psig)の高圧もご用意しております。

超音波周波数

一般に、キャビテーション侵食試験では、18〜30kHzの範囲の低周波高強度超音波を使用します。この範囲では、周波数の変動がキャビテーション強度に与える影響は非常に限られています。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。

ソノトロードからの距離

試験する材料は、ソノトロードに取り付けることも、ソノトロードの下に取り付けておくこともできます。ねじ山状の材料試料を作成し、超音波ソノトロードの端に取り付けることができます。この場合、試験片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。これには精密な機械加工が必要であり、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、部品や試料をチタン製のソノトロードの下に近接して固定することもできます。この場合、チタンソノトロードがキャビテーションを生成し、材料表面がキャビテーションにさらされます。これは、さまざまなサイズや形状の試験片を試験セルに配置できるため、より便利なオプションです。直径50mmや80mmのソノトロードなど、より大きなソノトロードを使用すると、複数の部品を同時にキャビテーションエロージョンにさらすことができます。これは、品質管理など、1日に多くの部品を試験しなければならない場合に非常に便利です。
どちらの場合も、超音波ソノトロードとその隣の材料表面との間の距離は非常に重要です。一般に、キャビテーション侵食は、距離が小さいほど速くなります。一般的な距離は0.2〜15mmの範囲です。最終的な結果を得るには、すべてのテストで同じ距離を使用する必要があります。

液体温度

液体が暖かいほど、超音波キャビテーション強度が低くなります。液体に機械的振動エネルギーが入力されると、液体が加熱されます。各キャビテーション侵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、ジャケット付きコンテナとジャケット付き耐圧セルを提供しています。あるいは、ビーカーに冷却コイルを使用するか、ビーカーを氷浴に入れることもできます。ジャケットまたは冷却コイルを流れるクーラントは、液体から熱を取り除きます。
そのようなヒールシャー超音波装置は、 UP400St または UIP1000hdT PT100温度プローブ(付属)が付属しています。超音波発生器は、実際の液体温度を連続的に監視し、その温度をSDカード(付属)上のExcel互換CSVファイルにプロトコル化します。冷却能力が不十分な場合など、液体の温度が設定値から大きく逸脱した場合に、キャビテーション侵食試験を一時停止するように発電機を設定できます。発電機は、液体が再び指定された温度に達したときに自動的に超音波処理を再開することができます。

キャビテーションリキッド

一般的にキャビテーション侵食試験では、蒸留水などの水を使用します。液体が異なれば、キャビテーション特性も異なります。水が材料に対して腐食性がある場合は、腐食性要因を排除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をお勧めします。あるいは、pHを変更するなどして液体の腐食性を高めたり、研磨粒子を追加して研磨剤を増やすこともできます。キャビテーション侵食試験を使用して、掘削泥水などの液体の侵食性と腐食性を評価したり、腐食防止剤や侵食防止剤の有効性を評価したりできます。

切削

部品や試料を製造する場合、CNC機械加工、研削、または研磨は、材料表面近くの粒子構造に損傷を与えます。これにより、侵食抵抗が減少します。

パッシベーション/酸化物層

侵食と腐食が同時に起こることが非常に多いです。蒸留水、脱塩水、脱イオン水などの水は、多くの材料を腐食する可能性があります。超音波キャビテーションは腐食を促進します。例えば、陽極酸化アルミニウムの不動態化層は、侵食や腐食に対する材料表面の抵抗を増加させます。

キャビテーション侵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、キャビテーション侵食をまったく示すために、非常に激しいキャビテーション曝露を必要とする場合があります。この場合、加圧セルなしの超音波処理は測定可能な効果を示さない可能性があります。