საზღვაო დანიშნულების ბრინჯაოს საფარების კავიტაციური ეროზიის პრაქტიკული ტესტირება

კავიტაციური ეროზიული ტესტირება ყველაზე სასარგებლოა, როდესაც ის კონტროლირებად ლაბორატორიულ ექსპოზიციას რეალურ ინჟინრულ პრობლემას უკავშირებს. პრაქტიკული მაგალითია საზღვაო კომპონენტებისთვის, როგორიცაა გემის საჭეები და პროპელერები, კავიტაციის მიმართ მდგრადი ბრინჯაოს საფარების შეფასება. ეს ნაწილები მუშაობენ ზონებში, სადაც ადგილობრივი წნევის რხევები შეიძლება წარმოქმნან ორთქლის ბუშტუკები, რომლებიც ზედაპირთან ახლოს იშლება, რითაც იქმნება განმეორებადი მაღალი ინტენსივობის დარტყმითი დატვირთვები. დროთა განმავლობაში, ეს იწვევს ღრმულების წარმოქმნას, დაღლილობით დაზიანებას, საფარის რღვევას და მასალის დაკარგვას.

ბრინჯაოს საფარების კავიტაციური ეროზიული ტესტი

Hauer et al.-ის კვლევაში, ცივი შესხურებით, თბილი შესხურებით, HVOF შესხურებით და რკალური შესხურებით მიღებული ბრინჯაოს საფარები შედარებული იქნა ჩამოსხმულ ნიკელ-ალუმინის ბრინჯაოსა და გემთმშენებლობის ფოლადთან. ცენტრალური კითხვა მარტივი იყო: რომელი საფარის დატანის პროცესი შეუძლია წარმოქმნას ბრინჯაოს ზედაპირი, რომელიც საკმარისად დიდხანს გაუძლებს კავიტაციულ ექსპოზიციას საზღვაო ექსპლუატაციისთვის? ამის პასუხად, მკვლევრებმა გამოიყენეს ASTM G32-16-ზე დაფუძნებული კავიტაციური ეროზიული ტესტი რხევითი აპარატურით, მათ შორის სატესტო სისტემის როლში Hielscher UIP1000hdT ულტრაბგერითი რხევითი სისტემის გამოყენებით.

ტესტის პირობების ზუსტი კონტროლი და ავტომატური მონაცემთა ჩაწერა

სონიკატორი UIP1000hdT კარგად არის შესაფერისი ამ ტიპის ტესტისთვის, რადგან ის აწვდის მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერას კავიტაციური ეროზიული ტესტირებისთვის გამოყენებად დიაპაზონში. 1000-ვატიანი სონიკატორის გამოყენებით კავიტაციური ეროზიული ტესტის დაყენება მუშაობს 20 kHz-ზე და საშუალებას იძლევა ზუსტი პროცესის მონიტორინგის, ამპლიტუდის კონტროლის, ტემპერატურის გაზომვის და ტესტის მონაცემთა ავტომატური პროტოკოლირების. ეს ფუნქციები მნიშვნელოვანია, რადგან კავიტაციის ინტენსივობა ძლიერადაა დამოკიდებული ამპლიტუდაზე, სითხის ტემპერატურაზე, სითხის წნევაზე, სონოტროდის გეომეტრიასა და სონოტროდსა და ნიმუშს შორის მანძილზე.

(a) კავიტაციური ეროზიული ტესტი ASTM G32-16-ის შესაბამისად სონიკატორ UIP1000hd-ით (არაპირდაპირი მეთოდი). ყველა ტესტის პარამეტრი ნომინალური მნიშვნელობებია; ტოლერანტობები ჩამოთვლილია სტანდარტში.
(b) სქემატური ფაზები ეროზია-დრო მრუდში და დამახასიათებელი პარამეტრები ტესტის პროცედურაში.
გრაფიკა და კვლევა: ©Hauer et al., 2021.

ულტრაბგერითი კავიტაციური ეროზიული ტესტი ბრინჯაოს ფარდობებისთვის

ზღვაში გამოყენებადი ბრინჯაოს საფარის მაგალითისთვის, ტესტი ჩატარდა არაპირდაპირ ASTM G32 სქემით. ამ კონფიგურაციაში, ნიმუში არ არის მიმაგრებული რხევით რქაზე. ამის ნაცვლად, ულტრაბგერითი სონოტროდი წარმოქმნის კავიტაციას გამოხდილ წყალში, და დაფარული ნიმუში ფიქსირდება სონოტროდის ქვეშ განსაზღვრულ ღრეჩოში. Hauer et al. გამოიყენეს 0,5 mm მანძილი ნიმუშსა და სონოტროდს შორის, 20 kHz სიხშირე და 50 µm პიკიდან-პიკამდე ამპლიტუდა. სატესტო სითხე იყო გამოხდილი წყალი, რომელიც ინახებოდა დაახლოებით ოთახის ტემპერატურაზე, დაახლოებით 25 °C.

ნიმუშის მომზადება კრიტიკული ნაბიჯია. კავიტაციულ ექსპოზიციამდე, დაფარული ზედაპირები ეტაპობრივად იყო დახეხილი და გაპრიალებული 4 µm-ზე ნაკლები წვრილი ალმასის სახეხი მასალამდე. ეს ამცირებს არამდგრადად მიმაგრებული ნაწილაკების ან ზედაპირული არარეგულარობების გავლენას, რომლებიც წინააღმდეგ შემთხვევაში შეიძლება მყისიერად მოსცილდეს და ეროზიის მრუდი დაამახინჯოს. მიზანი არ არის საფარის კარგად გამოჩენა, არამედ განმეორებადი საწყისი პირობის შექმნა ისე, რომ გაზომილი მასის დაკარგვა ასახავდეს კავიტაციურ მდგრადობას და არა ცუდ ზედაპირულ მომზადებას.

ულტრაბგერითი კავიტაციური ეროზიული ტესტირების პროცედურა და მისი შედეგები

პრაქტიკული სატესტო პროცედურა მარტივია. ჯერ ყოველი ნიმუში იწმინდება, შრება და იწონება მაღალი სიზუსტის საწონზე. შემდეგ ის მონტაჟდება სატესტო უჯრაში სონიკატორის UIP1000hdT სონოტროდის BS4d22 ქვეშ, სადაც 0,5 mm ღრეჩო ზედმიწევნით და განმეორებადად იდება. სონიკატორი მუშაობს განსაზღვრული ამპლიტუდითა და სიხშირით, ხოლო სითხის ტემპერატურა კონტროლდება, რათა დათბობამ არ შეცვალოს კავიტაციის ინტენსივობა. განსაზღვრული ექსპოზიციის ინტერვალის შემდეგ, ნიმუში ამოიღება, იწმინდება, შრება და კვლავ იწონება. ეს პროცედურა მეორდება მზარდი, მასალაზე დამოკიდებული ექსპოზიციის ინტერვალებით, სანამ სრული ეროზიის მრუდი არ მიიღება.
პირდაპირი გაზომვა არის მასის კლება. ინჟინრული შედარებისთვის, ეს მასის კლება გადაიყვანება მოცულობით კლებში მასალის სიმკვრივის გამოყენებით. მოცულობითი კლება შემდეგ იყოფა ექსპონირებულ ზედაპირის ფართობზე, რათა განისაზღვროს საშუალო ეროზიის სიღრმე. ეროზიის სიღრმის მრუდიდან, მკვლევარს შეუძლია გამოთვალოს დამახასიათებელი ეროზიის პარამეტრები, როგორიცაა მაქსიმალური ეროზიის სიჩქარე, საბოლოო ეროზიის სიჩქარე და ეროზიის საშუალო სიღრმე. Hielscher ასევე აღნიშნავს, რომ ეროზია შეიძლება დაფიქსირდეს როგორც მასა, მოცულობა ან შეღწევის სიღრმე დროის ერთეულზე ან მიწოდებული ულტრაბგერითი ენერგიის ერთეულზე, შერჩეული პროტოკოლის მიხედვით.

 

საშუალო ეროზიის სიღრმეები როგორც ფუნქცია შესწორებული საფარის ხარისხის პარამეტრების n. ფხვნილის ანელირება და შესაბამისად ფხვნილის სიმტკიცის შემცირება საშუალებას იძლევა მიღწეულ იქნეს მაღალი საფარის ხარისხები. ჩასმები აჩვენებს ზედაპირის დაზიანებას, რომელიც მიღებულია 100min კავიტაციის ტესტირების დროის შემდეგ.
გრაფიკები და კვლევა: ©Hauer et al., 2021.

 

ერთი მნიშვნელოვანი გაკვეთილი Hauer-ის კვლევიდან არის ის, რომ ადრეული ეროზიის სიჩქარეები შეიძლება იყოს მცდარი. თერმულად და კინეტიკურად დაფარული საფარები ხშირად აჩვენებდნენ მაღალ საწყის მასის კლებას, რომელსაც მოჰყვებოდა უფრო დაბალი, უფრო სტაბილური ეროზიის სიჩქარე. ამ მიზეზით, Hauer et al. იყენებდნენ საბოლოო ეროზიის სიჩქარეს, როგორც უფრო რეპრეზენტატიულ ინდიკატორს საფარის გრძელვადიანი წარმადობისთვის. მათ 120-წუთიან შედარებაში, საბოლოო ეროზიის სიჩქარე შეფასდა ძირითადად ტესტის მეორე ნახევრიდან, 60 წუთზე მეტი დროის შემდეგ, რათა უკეთ დაფიქსირებულიყო სტაბილიზებული ქცევა.

ტესტის შედეგები აჩვენებს, თუ რატომ არის მნიშვნელოვანი კონტროლირებადი ვიბრაციული კავიტაციის აპარატი. ჩამოსხმულმა ნიკელის ალუმინის ბრინჯაომ მიაღწია საბოლოო ეროზიის სიჩქარეს დაახლოებით 0,40 µm/h. ოპტიმიზებული თბილი შესხურებით დატანილი ბრინჯაო მიაღწია 0,57 µm/h, რაც ახლოსაა ჩამოსხმულ რეფერენსთან. ოპტიმიზებული რკალური შესხურებით გემთმშენებლობის ფოლადზე დატანილი საფარი მიაღწია დაახლოებით 1,02 µm/h, ხოლო ოპტიმიზებული HVOF საფარი მიაღწია დაახლოებით 1,74 µm/h. მაშინაც კი, როდესაც ეს საფარები სრულად არ ემთხვეოდა ჩამოსხმულ პროპელერის ბრინჯაოს, ისინი მნიშვნელოვნად აღემატებოდნენ გემთმშენებლობის ფოლადს; კვლევა იუწყება, რომ რკალური შესხურებით და HVOF შესხურებით დატანილმა საფარებმა მიაღწიეს დაახლოებით 26-ჯერ და 16-ჯერ უკეთეს კავიტაციურ წინააღმდეგობას, შესაბამისად, ვიდრე VL-A ფოლადი.

გამოიყენეთ სონიკატორი როგორც ვიბრაციული აპარატი თქვენი კავიტაციის ეროზიის ტესტებისთვის

პრაქტიკული დასკვნა არის ის, რომ კავიტაციის ეროზიის ტესტირება UIP1000hdT სონიკატორით, როგორც ვიბრაციული აპარატით, შეუძლია მეტი, ვიდრე მასალების რანჟირება. ის ავლენს, თუ როგორ მოქმედებს საფარის პროცესი, მიკროსტრუქტურა, ოქსიდის შემცველობა, ფოროვნება, ინტერფეისის შეკავშირება და შემდგომი დამუშავება რეალურ ეროზიულ ქცევაზე. Hauer et al. დაასკვნეს, რომ HVOF და რკალური შესხურება შეიძლება უზრუნველყოფდეს ძლიერ წარმადობა-ფასის კომპრომისს ფოლადის საჭის ზედაპირების გასაუმჯობესებლად, ხოლო ცივი და თბილი შესხურება სასურველია, როდესაც საჭიროა კავიტაციური წინააღმდეგობა, რომელიც ახლოსაა მასიურ ნიკელის ალუმინის ბრინჯაოსთან.

ლაბორატორიებისა და საფარის დეველოპერებისთვის, განმეორებადი შედეგების გასაღები არის ტესტის პარამეტრების მკაცრი კონტროლი: სონოტროდის ამპლიტუდა, სიხშირე, სონოტროდისა და ნიმუშის მანძილი, სითხის ტემპერატურა, სითხის ქიმია, ნიმუშის მომზადება, აწონვის ინტერვალები და ეროზიის სიჩქარის გამოთვლა. ამ პირობების განსაზღვრის შემდეგ, Hielscher UIP1000hdT უზრუნველყოფს პრაქტიკულ და განმეორებად გზას ულტრაბგერითი კავიტაციის გადასაყვანად რაოდენობრივ საფარის წარმადობის მონაცემებად.

ნიმუშის სამუშაო ფურცელი კავიტაციის ეროზიის ტესტირებისთვის

 
თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ინსტრუქციები კავიტაციის ეროზიის ტესტებისთვის აქ!

ASTM G32 კავიტაციის ეროზიის ტესტის კონფიგურაცია

სონიკატორები UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT და UIP2000hdT შესაფერისია ASTM G32 ტესტირებისთვის. ჩვენ შეგვიძლია გავამზადოთ თითოეული ამ მოდელის ზუსტი ამპლიტუდის გაზომვის პროტოკოლი სონოტროდის წვერზე მექანიკური ამპლიტუდისთვის. გვირჩევთ ამ მოწყობილობების გამოყენებას სონოტროდ BS4d22-თან (22mm დიამეტრი) და სტენდ ST2-თან ერთად.

ASTM G32 -16 15,9mm სონოტროდი ჩანაცვლებადი წვერით

დიზაინი, წარმოება და კონსულტირება – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში

Hielscher ულტრაბგერითი აპარატები ცნობილია თავისი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. მდგრადობა და მარტივი ექსპლუატაცია საშუალებას გვაძლევს, ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატები მარტივად ინტეგრირდეს სამრეწველო ობიექტებში. მკაცრი პირობები და რთული გარემო Hielscher ულტრაბგერითი აპარატებისთვის მარტივად გადასაჭრელია.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერტიფიცირებული კომპანია, რომელიც განსაკუთრებულ მნიშვნელობას ანიჭებს მაღალეფექტურ ულტრაბგერით აპარატებს, რომლებიც აღჭურვილია თანამედროვე ტექნოლოგიებით და მომხმარებლისთვის მოსახერხებელია. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითი აპარატები შეესაბამება CE სტანდარტებს და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.

ლიტერატურა / რეფერენსები

• Hielscher Cavitation Erosion Test Protocol – ASTM G32
• Hauer, Michél; Gärtner, Frank; Krebs, Sebastian; Klassen, Thomas; Watanabe, Makoto; Kuroda, Seiji; Krömmer, Werner; Henkel, Knuth-Michael (2021): Process Selection for the Fabrication of Cavitation Erosion-Resistant Bronze Coatings by Thermal and Kinetic Spraying in Maritime Applications. Journal of Thermal Spray Technology 30, 2021.
• Bolewski, Łukasz; Szkodo, Marek; Kmieć, Mateusz (2017): Cavitation erosion degradation of Belzona® coatings. Advances in Materials Science. 17, 2017.
• Kmieć, Mateusz; Karpiński, Bartłomiej; Szkodo, Marek (2016): Cavitation Erosion of P110 Steel in Different Drilling Muds. Advances in Materials Science. 16, 2016.
• Müller, Saskia; Fischper, Maurice; Mottyll, Stephan; Skoda, Romuald; Hussong, Jeanette (2014): Analysis of the cavitating flow induced by an ultrasonic horn – Experimental investigation on the influence of actuation phase, amplitude and geometrical boundary conditions. EPJ Web of Conferences 67, 2014.