Praktesch Tester vun der Kavitatiounserosioun u Bronzbeschichtunge fir maritim Uwendungen

Tester vun der Kavitatiounserosioun sinn am nëtzlechsten, wa se eng kontrolléiert Belaaschtung am Laboratoire mat engem reellen technesche Problem verbannen. E praktescht Beispill ass d’Bewäertung vu kavitatiounsbestännege Bronzbeschichtunge fir maritim Baudeeler wéi Schëffsrudder a Propelleren. Dës Deeler schaffen a Beräicher, wou lokal Drockschwankungen Dampblose kënne bilden, déi no un der Uewerfläch zesummefalen an dobäi widderholl héichintensiv Stoussbelaaschtunge verursaachen. Mat der Zäit féiert dat zu der Bildung vu klenge Lächer, Ermüdungsschied, dem Versoe vun der Beschichtung a Materialverloscht.

Test vun der Kavitatiounserosioun u Bronzbeschichtungen

An der Etüd vum Hauer et al. goufe Bronzbeschichtungen, déi duerch Kaltsprëtzen, Waarmsprëtzen, HVOF-Sprëtzen a Liichtbousprëtzen hiergestallt goufen, mat gegossener Néckel-Aluminium-Bronz a Schëffbaustol verglach. Déi zentral Fro war einfach: Wéi ee Beschichtungsverfare kann eng Bronzuewerfläch produzéieren, déi enger Kavitatiounsbelaaschtung laang genuch fir den Asaz am maritime Beräich standhält? Fir dës Fro ze beäntweren, hunn d’Fuerscher en Test vun der Kavitatiounserosioun op Basis vun ASTM G32-16 mat engem Schwéngungsapparat duerchgefouert, dorënner en Hielscher UIP1000hdT Ultraschall-Schwéngungssystem als Testsystem.

Prezise Kontroll vun den Testbedéngungen an automatiséiert Datenopzeechnung

De Sonikator UIP1000hdT ass fir dës Zort Test gutt gëeegent, well en héichintensiven, niddregfrequenten Ultraschall an deem Beräich liwwert, dee fir Tester vun der Kavitatiounserosioun benotzt gëtt. Den Testopbau fir Kavitatiounserosioun mam Sonikator vun 1000 Watt schafft bei 20 kHz an erméiglecht eng prezis Prozessiwwerwaachung, Amplitudekontroll, Temperaturmiessung an automatesch Protokolléierung vun den Testdaten. Dës Funktioune si wichteg, well d’Kavitatiounsintensitéit staark vun der Amplitud, der Flëssegkeetstemperatur, dem Flëssegkeetsdrock, der Sonotrodegeometrie an dem Ofstand tëscht der Sonotrod an dem Proufkierper ofhänkt.

(a) Test vun der Kavitatiounserosioun no ASTM G32-16 mam Sonikator UIP1000hd (indirekt Method). All Testparameter sinn Nennwäerter; d’Toleranze sinn an der Norm opgelëscht.
(b) Schematesch Phasen an der Erosiouns-Zäit-Kéier a charakteristesch Parameter am Testverlaf.
Grafiken an Etüd: ©Hauer et al., 2021.

Ultraschalltest vun der Kavitatiounserosioun u Bronzbeschichtungen

Am Beispill vun der Bronzbeschichtung fir maritim Uwendunge gouf den Test am indirekten Opbau no ASTM G32 duerchgefouert. An dëser Konfiguratioun ass de Proufkierper net um vibréierende Schallhorn befestegt. Amplaz erzeugt d’Ultraschallsonotrod Kavitatioun an destilléiertem Waasser, an de beschichtete Proufkierper ass ënner der Sonotrod mat engem definéierten Ofstand fixéiert. Hauer et al. hunn en Ofstand vun 0,5 mm tëscht der Prouf an der Sonotrod, eng Frequenz vun 20 kHz an eng Spëtzt-zu-Spëtzt-Amplitud vu 50 µm benotzt. D’Testflëssegkeet war destilléiert Waasser, dat ongeféier op Raumtemperatur, bei ronn 25 °C, gehale gouf.

D’Virbereedung vum Proufkierper ass e kritesche Schrëtt. Virun der Kavitatiounsbelaaschtung goufen déi beschichten Uewerfläche schrëttweis geschlaff a poléiert, bis e feint Diamantschläifmëttel mat enger Kärgréisst ënner 4 µm agesat gouf. Dat reduzéiert den Afloss vu locker unhänke Partikelen oder Onreegelméissegkeeten op der Uewerfläch, déi sech soss direkt kéinte léisen an d’Erosiounskéier verfälschen. D’Zil ass net, d’Beschichtung gutt ausgesinn ze loossen, mee e reproduzéierbaren Ausgangszoustand ze schafen, sou datt de gemoossene Masseverloscht d’Kavitatiounsbeständegkeet erëmspigelt an net eng schlecht Virbereedung vun der Uewerfläch.

De Verlaf vun Ultraschalltester vun der Kavitatiounserosioun an hir Resultater

De prakteschen Testoflaf ass einfach. Als Éischt gëtt all Prouf gebotzt, gedréchent an op enger Prezisiounswo gewien. Duerno gëtt se an der Testzell ënner der Sonotrod BS4d22 vum Ultraschallapparat UIP1000hdT montéiert, woubäi den Ofstand vun 0,5 mm suergfälteg a reproduzéierbar agestallt gëtt. Den Ultraschallapparat gëtt mat der festgeluechter Amplitud a Frequenz bedriwwen, wärend d’Temperatur vun der Flëssegkeet kontrolléiert gëtt, fir ze verhënneren, datt d’Erwiermung d’Kavitatiounsintensitéit verännert. No engem festgeluechte Belaaschtungsintervall gëtt d’Prouf erausgeholl, gebotzt, gedréchent an nach eng Kéier gewien. Dës Sequenz gëtt iwwer ëmmer méi laang, vum Material ofhängeg Belaaschtungsintervaller widderholl, bis eng komplett Erosiounskurv erhale gëtt.
Déi direkt gemoosse Gréisst ass de Masseverloscht. Fir en technesche Verglach gëtt dëse Masseverloscht mat Hëllef vun der Materialdicht a Volumeverloscht ëmgewandelt. De Volumeverloscht gëtt duerno duerch d’Fläch vun der ausgesater Uewerfläch gedeelt, fir déi mëttel Erosiounsdeift ze bestëmmen. Aus der Erosiounsdeiftek urv kann de Fuerscher charakteristesch Erosiounsparameter berechnen, wéi déi maximal Erosiounsrate, d’Erosiounsrate an der Schlussphas an déi mëttel Erosiounsdeift. Hielscher weist och drop hin, datt d’Erosioun, ofhängeg vum gewielte Protokoll, als Mass, Volumen oder Andréngdeift pro Zäit oder pro zougefouerter Ultraschallenergie uginn ka ginn.

Mëttel Erosiounsdeiften als Funktioun vun den agestallte Beschichtungsqualitéitsparameteren n. D’Gléie vum Pudder an déi doduerch reduzéiert Pudderfestegkeet erméiglechen et, héich Beschichtungsqualitéiten z’erreechen. Déi agebett Biller weisen d’Uewerflächeschied no enger Kavitatiounstestdauer vun 100min.
Grafiken a Studie: ©Hauer et al., 2021.

Eng wichteg Erkenntnis aus der Studie vum Hauer ass, datt Erosiounsratten am Ufank irféierend kënne sinn. Thermesch a kinetesch gesprëtzte Beschichtungen hunn dacks en héijen ufängleche Materialverloscht gewisen, gefollegt vun enger méi niddreger, méi stabiler Erosiounsrate. Aus dësem Grond hunn Hauer et al. d’Erosiounsrate an der Schlussphas als méi representativen Indikator fir d’laangfristeg Leeschtung vun der Beschichtung benotzt. An hirem Verglach iwwer 120 Minutte gouf d’Erosiounsrate an der Schlussphas haaptsächlech aus der zweeter Hallschent vum Test, no 60 Minutten, ermëttelt, fir dat stabiliséiert Verhale besser ze erfaassen.

D’Testresultater weisen, firwat eng kontrolléiert Schwéngungsapparatur fir Kavitatioun wäertvoll ass. Gegosse Néckel-Aluminium-Bronz huet eng Erosiounsrate an der Schlussphas vun ongeféier 0,40 µm/h erreecht. Optiméiert waarmgesprëtzte Bronz huet 0,57 µm/h erreecht a louch domat no bei der gegossener Referenz. Eng optiméiert, duerch Bouesprëtzen hiergestallt Beschichtung op Schëffsbaustol huet ongeféier 1,02 µm/h erreecht, wärend eng optiméiert HVOF-Beschichtung ongeféier 1,74 µm/h erreecht huet. Och wann dës Beschichtungen net ganz un déi gegosse Propellerbronz erukoumen, ware se dem Schëffsbaustol däitlech iwwerleeën; d’ Studie bericht, datt duerch Bouesprëtzen an duerch HVOF-Sprëtzen hiergestallt Beschichtungen eng ongeféier 26-mol respektiv 16-mol besser Kavitatiounsbeständegkeet wéi VL-A-Stol erreecht hunn.

Benotzt en Ultraschallapparat als Schwéngungsapparatur fir Är Kavitatiounserosiounstester

Déi praktesch Schlussfolgerung ass, datt Kavitatiounserosiounstester mam Ultraschallapparat UIP1000hdT als Schwéngungsapparatur méi kënne leeschten, wéi just Materialien anzestufen. Si weisen, wéi de Beschichtungsprozess, d’Mikrostruktur, den Oxidgehalt, d’Porositéit, d’Haftung un der Grenzfläch an d’Nobehandlung dat tatsächlecht Erosiounsverhale beaflossen. Hauer et al. sinn zur Schlussfolgerung komm, datt HVOF-Sprëtzen a Bouesprëtzen e gudde Kompromëss tëscht Leeschtung a Käschte fir d’Verbesserung vu Stolgéiersuewerfläche bidde kënnen, wärend Kalt- a Waarmsprëtze bevorzugt ginn, wann eng Kavitatiounsbeständegkeet erfuerderlech ass, déi där vu massiver Néckel-Aluminium-Bronz nokënnt.

Fir Laboratoiren a Beschichtungsentwéckler läit de Schlëssel zu reproduzéierbare Resultater an der strikter Kontroll vun den Testparameteren: Sonotrodenamplitud, Frequenz, Ofstand tëscht Sonotrod a Prouf, Flëssegkeetstemperatur, cheemesch Zesummesetzung vun der Flëssegkeet, Proufvirbereedung, Weienintervaller a Berechnung vun der Erosiounsrate. Wann dës Bedéngunge festgeluecht sinn, bitt den Hielscher UIP1000hdT eng praktesch a reproduzéierbar Méiglechkeet, Ultraschallkavitatioun a quantitativ Donnéeën iwwer d’Leeschtung vu Beschichtungen ëmzesetzen.

Beispill vun engem Aarbechtsblat fir Kavitatiounserosiounstester

 
Hei fannt Dir Instruktioune fir Kavitatiounserosiounstester!

Testopbau fir Kavitatiounserosiounstester no ASTM G32

D’Ultraschallapparater UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT an UIP2000hdT si fir Tester no ASTM G32 gëeegent. Mir kënnen all eenzelt vun dësen Apparater mat engem prezisen Amplitudemiessprotokoll vun der mechanescher Amplitud un der Sonotrodespëtzt liwweren. Mir recommandéieren, ee vun dësen Apparater mat enger Sonotrod BS4d22 (22mm Duerchmiesser) an engem Stativ ST2 ze benotzen.

ASTM G32 -16 15,9mm Sonotrod mat austauschbarer Spëtzt

Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

D’Ultraschallapparater vun Hielscher si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen eng reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. D’Ultraschallapparater vun Hielscher komme liicht mat raue Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfeld eens.

Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifiéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn d’Ultraschallapparater vun Hielscher CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

Literatur / Referenzen

• 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.