캐비테이션 침식 시험

캐비테이션 침식은 강력한 초음파 캐비테이션에 노출된 재료 표면에서 발생합니다. 캐비테이션 침식 시험은 강한 응력과 기타 침식 요인에 대한 재료 또는 코팅의 내침식성을 신속하게 측정하는 방법입니다. 품질 관리를 위한 간편한 정량 측정 수단을 제공하며, 재료 연구나 코팅 배합 개발 시에도 유용합니다.

캐비테이션 침식 시험을 사용하는 이유는 무엇인가요?

침식이나 부식이 계속되면 부품을 정기적으로 교체하거나 표면 코팅을 갱신해야 할 수 있습니다. 기계적 또는 화학적 영향으로 인한 재료 표면의 침식은 재료 표면을 점진적으로 파괴하는 느린 과정입니다. 따라서 재료의 내침식성이나 액체 및 슬러리의 침식 작용을 평가하는 데 매우 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.
초음파 캐비테이션 침식 시험은 재료 표면을 제어된 강력한 반복 응력 사이클에 노출시킵니다. 이로 인해 짧은 시간 안에 재료 표면에 상당한 침식이 발생합니다. 생산 과정의 정기적인 품질 관리, 입고 재료 평가 또는 연구 개발 과정에서 내침식성을 신속하게 측정할 수 있습니다.
일반적인 용도로는 금속학적 시험, 코팅 배합 시험, 코팅 도포 시험 또는 액체 내 침식 억제제 평가가 있습니다.

캐비테이션이 표면 침식을 일으키는 이유는 무엇인가요?

UP400St (400 와트, 24kHz) 또는 UIP1000hdT (1000 와트, 20kHz)와 같은 초음파 장치는 물과 같은 액체에 초음파 진동을 전달합니다. 액체 내 진동의 빠른 왕복 운동은 캐비테이션 기포를 생성하고 붕괴시킵니다. 기포가 붕괴하면 액체 내부와 노출된 재료 표면에 국부적으로 높은 기계적 응력이 발생합니다. 최대 1000km/h의 액체 제트와 최대 1000atm의 국부 압력은 재료 표면에 급격한 피로를 유발합니다. 이로 인해 산화막이나 부동태층, 코팅 또는 부착 오염물이 제거될 수 있습니다. 강철, 티타늄, 알루미늄, 플라스틱 또는 유리와 같은 고체 재료에 국부적인 패임이 발생할 수 있습니다. 따라서 캐비테이션 침식 시험은 파괴 시험 방법입니다.

캐비테이션 침식 시험은 어떻게 진행되나요?

재료 표면의 캐비테이션 침식은 점진적인 재료 손실을 일으킵니다. 정해진 조건의 캐비테이션 침식 노출 전후에 정밀 저울로 재료의 무게를 측정하면 재료 손실을 쉽게 측정할 수 있습니다. 캐비테이션 침식 시험에서 일반적인 무게 변화는 1~30mg입니다. 추가적인 표준화를 위해 무게 손실을 재료 밀도로 나누어 체적 손실을 계산할 수 있습니다. 평균 침투 깊이(MDP)는 체적 손실을 시험편의 표면적으로 나누어 계산합니다. 또는 국부적인 패임의 깊이나 변위 체적을 측정할 수 있습니다. 현미경 분석을 통해 침식 양상에 대한 추가적인 정성 정보를 얻을 수 있습니다.
캐비테이션 침식 시험에 Hielscher 초음파 장치를 사용하면 원하는 작동 온도 범위와 압력 범위를 미리 설정할 수 있습니다. 초음파 처리 진폭을 조정할 수 있습니다. 모든 매개변수는 모니터링되고 표시되며 SD 카드에 기록됩니다. 전용 소프트웨어를 설치할 필요가 없습니다. 원하는 경우 이더넷 케이블(포함)로 초음파 장치를 컴퓨터에 연결하면 평소 사용하는 웹 브라우저에서 초음파 공정을 제어하고 모니터링할 수 있습니다.

진동 장치를 사용하는 캐비테이션 침식의 ASTM G32 표준 시험 방법은 무엇인가요?

ASTM G32-16 표준은 캐비테이션 침식에 대한 표준화된 방법을 설명합니다. 이 표준은 서로 다른 재료의 캐비테이션 침식 저항성을 정량화하고 비교하기 위한 간단하고 제어 가능하며 재현성 있는 시험을 규정합니다. ATSM G32-16 규격은 시험 결과를 다른 간행물의 결과와 비교하는 데 유용합니다. 품질 관리에 캐비테이션 침식 시험을 도입하려면 구체적인 요구 사항에 맞게 캐비테이션 침식 시험 절차를 조정할 것을 권장합니다. 맞춤형 캐비테이션 침식 시험 절차의 설계를 기꺼이 도와드리겠습니다. ASTM-G32에 따른 캐비테이션 침식 시험에 대한 자세한 정보를 보려면 여기를 클릭하세요!

시간 제한 대신 에너지 제한을 사용해야 하는 이유는 무엇인가요?

많은 간행물과 침식 시험 절차에서는 캐비테이션 노출 시간을 지정합니다. Hielscher 초음파 장치에서는 초음파 처리 시간을 미리 설정할 수 있으며, 이 시간이 지나면 시스템이 정지합니다. 그런 다음 그에 따른 캐비테이션 침식 속도를 mm/hr 또는 mm3/hr 단위로 계산할 수 있습니다. 시간 제한은 액면 높이, 진폭, 압력, 온도, 액체 조성 또는 소노트로드와 재료 표면 사이의 간격과 같은 매개변수를 전혀 변경하지 않는 경우에만 허용됩니다. 이러한 매개변수 중 하나라도 바뀌면 초음파 처리 출력과 캐비테이션 강도도 바뀝니다. 시험이 진행되는 동안 액체에 전달되는 실제 순출력이 변동하지 않아야 한다는 점이 중요합니다.
Hielscher 초음파 장치에서는 에너지 제한을 설정할 수 있습니다. 이 경우 초음파 장치는 지정된 초음파 에너지를 전달한 후 정지합니다. Hielscher 장치는 실제 순출력, 진폭, 압력 및 액체 온도와 같은 매개변수를 표시하고 기록합니다. 에너지 제한을 사용하면 출력 변동이나 의도적인 매개변수 변경이 보정됩니다. 그런 다음 그에 따른 캐비테이션 침식 속도를 mm/kWhr, mm3/kWhr 또는 mg/kWhr 단위로 나타낼 수 있습니다.
캐비테이션 침식 구간 사이에 시험편의 중량을 측정하면 누적 에너지에 따른 한계 중량 감소량(각 에너지 구간의 중량 감소율)을 나타내는 곡선을 생성할 수 있습니다.
더 정밀한 결과를 얻기 위해 장치에서 자동 교정(30초)을 수행할 수 있습니다. 이 교정은 대기압의 공기 중에서 모든 진폭 설정에 대한 출력을 측정합니다. Hielscher 장치는 이 교정 데이터를 사용하여 매우 정밀한 순출력 값을 실시간으로 제공합니다.

초음파 처리 중 액체 압력

캐비테이션 침식 시험을 위한 많은 표준 프로토콜은 주변 압력에서 초음파 캐비테이션을 사용합니다. 액체 압력은 초음파 처리 강도에 영향을 미치는 두 번째로 중요한 요인입니다. 주변 압력이 10% 증가하면 초음파 처리 강도가 약 10% 증가합니다. 캐비테이션이 강할수록 일정 수준의 캐비테이션 침식에 도달하는 데 필요한 시간이 줄어듭니다. 단일 시험편의 시험에는 흔히 15–120분이 소요될 수 있습니다. 시험할 시험편이 많다면 더 높은 압력에서 작업하여 각 시험에 필요한 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 5 barg (73psig)에서 시험하면 각 시험에 필요한 시간이 약 80% 줄어듭니다.
Hielscher는 캐비테이션 침식 시험을 위해 디지털 압력 센서가 장착된 내압 시험 셀을 공급합니다. 내압 셀을 사용하면 각 시험 중에 압력을 제어하고 유지할 수 있습니다. 초음파 발생기는 압력 센서를 지속적으로 모니터링하고 실제 압력을 SD 카드(포함)에 Excel과 호환되는 CSV 파일로 기록합니다. Hielscher는 작동 압력을 설정하고 유지하기 위한 압력 조절기를 공급합니다.
캐비테이션 침식 시험용 Hielscher 내압 시험 셀의 표준 정격 압력은 최대 5barg (73psig)입니다. 요청 시 최대 300barg (4350psig)의 더 높은 압력에 대응하는 제품도 제공됩니다.

초음파 주파수

일반적으로 캐비테이션 침식 시험에는 18–30kHz 범위의 저주파 고강도 초음파를 사용합니다. 이 범위에서 주파수 변화가 캐비테이션 강도에 미치는 영향은 매우 제한적입니다. 모든 Hielscher 장치는 일정한 주파수로 작동합니다.

소노트로드로부터의 거리

시험할 재료는 소노트로드에 장착하거나 소노트로드 아래에 장착할 수 있습니다. 재료 시험편에 나사산을 가공하여 초음파 소노트로드 끝에 장착할 수 있습니다. 이 경우 시험편이 지정된 초음파 진폭으로 진동하며 표면에 캐비테이션을 발생시킵니다. 이 방법에는 정밀 가공이 필요하며, 모든 재료가 이 방법에 적합한 것은 아닙니다.
또는 티타늄 소노트로드 바로 아래에 부품이나 시험편을 가까이 고정할 수 있습니다. 이 경우 티타늄 소노트로드가 캐비테이션을 발생시키고 재료 표면이 캐비테이션에 노출됩니다. 시험 셀에 다양한 크기나 형상의 시험편을 넣을 수 있으므로 이 방법이 더 편리합니다. 직경이 50mm 또는 80mm인 소노트로드와 같이 더 큰 소노트로드를 사용하면 여러 부품을 동시에 캐비테이션 침식에 노출시킬 수 있습니다. 이는 품질 관리 등을 위해 하루에 많은 부품을 시험해야 할 때 매우 유용합니다.
두 경우 모두 초음파 소노트로드와 그에 인접한 재료 표면 사이의 거리가 매우 중요합니다. 일반적으로 거리가 짧을수록 캐비테이션 침식이 더 빠르게 진행됩니다. 일반적인 거리 범위는 0.2–15mm입니다. 명확한 결론을 얻으려면 모든 시험에서 동일한 거리를 사용해야 합니다.

액체 온도

액체의 온도가 높을수록 초음파 캐비테이션 강도는 낮아집니다. 액체에 기계적 진동 에너지를 가하면 액체의 온도가 올라갑니다. 각 캐비테이션 침식 시험 중에 일정한 온도를 유지하려면 액체를 냉각해야 합니다. Hielscher는 재킷이 있는 용기와 재킷이 있는 내압 셀을 공급합니다. 또는 비커 안에 냉각 코일을 사용하거나 비커를 얼음 수조에 넣을 수 있습니다. 재킷이나 냉각 코일을 통해 흐르는 냉각제가 액체에서 열을 제거합니다.
UP400St 또는 UIP1000hdT와 같은 Hielscher 초음파 장치에는 PT100 온도 프로브가 포함되어 있습니다. 초음파 발생기는 실제 액체 온도를 지속적으로 모니터링하고 온도를 SD 카드(포함)에 Excel과 호환되는 CSV 파일로 기록합니다. 냉각 용량 부족 등의 이유로 액체 온도가 설정값에서 지나치게 벗어나면 캐비테이션 침식 시험을 일시 중지하도록 발생기를 설정할 수 있습니다. 액체가 다시 지정된 온도에 도달하면 발생기는 초음파 처리를 자동으로 재개할 수 있습니다.

캐비테이션이 발생하는 액체

캐비테이션 침식 시험에는 일반적으로 증류수와 같은 물을 사용합니다. 액체마다 서로 다른 캐비테이션 특성을 나타냅니다. 물이 시험 재료를 부식시키는 경우, 부식 요인을 제거하거나 줄이기 위해 저점도 실리콘 오일이나 유기 용매와 같은 대체 액체를 시험해 볼 수 있습니다. 또는 pH를 변경하는 등의 방법으로 액체의 부식성을 높이거나, 연마 입자를 첨가하여 마모성을 높일 수 있습니다. 캐비테이션 침식 시험을 사용하여 시추 이수와 같은 액체의 침식성과 부식성을 평가하거나 부식 억제제 또는 침식 억제제의 효과를 평가할 수 있습니다.

기계 가공

부품이나 시험편을 제조할 때 CNC 가공, 연삭 또는 연마는 재료 표면 근처의 결정립 구조를 손상시킵니다. 이로 인해 내침식성이 감소합니다.

부동태 피막/산화물 층

침식과 부식은 매우 자주 동시에 발생합니다. 증류수, 탈염수 또는 탈이온수와 같은 물은 많은 재료에 부식을 일으킬 수 있습니다. 초음파 캐비테이션은 부식을 촉진합니다. 예를 들어 양극 산화 처리된 알루미늄의 부동태 피막은 재료 표면의 침식 및 부식에 대한 저항성을 높입니다.

캐비테이션 침식 시험에는 어떤 한계가 있습니까?

일부 탄성중합체는 캐비테이션 침식이 조금이라도 나타나려면 매우 강한 캐비테이션에 노출되어야 할 수 있습니다. 이 경우 가압 셀 없이 초음파 처리를 하면 측정 가능한 효과가 전혀 나타나지 않을 수 있습니다.