Cavitatie-erosie treedt op op op materiaaloppervlakken die worden blootgesteld aan intensieve ultrasone cavitatie. Cavitatie-erosie testen is een snelle methode om de erosiebestendigheid van materialen of coatings tegen intense spanning en andere erosiefactoren te meten. Het biedt een eenvoudige kwantitatieve meting voor kwaliteitscontrole en is nuttig bij materiaalonderzoek of bij de formulering van coatings.

Waarom Cavitatie Erosietesten gebruiken?

Voortdurende erosie of corrosie kan een regelmatige vervanging van onderdelen of de vernieuwing van oppervlaktecoatings vereisen. Materiële oppervlakte-erosie door mechanische of chemische invloeden is een langzaam proces dat resulteert in de geleidelijke vernietiging van materiaaloppervlakken. Daarom kan de evaluatie van de materiaal-erosiebestendigheid of het erosie-effect van vloeistoffen en slurry's een zeer tijdrovend proces zijn.
Ultrasone caviterosie-erosietesten stellen het materiaaloppervlak bloot aan gecontroleerde, intense, zich herhalende spanningscycli. Dit resulteert in een aanzienlijke erosie van het materiaaloppervlak in korte tijd. U kunt snel de erosiebestendigheid meten voor regelmatige kwaliteitscontrole in de productie, voor de evaluatie van binnenkomende materialen of tijdens onderzoek en ontwikkeling.
Standaardtoepassingen zijn onder meer metallurgische testen, het testen van coatingformuleringen, het testen van coatingtoepassingen of de evaluatie van erosie-inhibitoren in vloeistoffen.

Waarom veroorzaakt cavitatie oppervlakte-erosie?

Ultrasone apparaten, zoals de UP400St (400 Watt, 24kHz) of de UIP1000hdT (1000 Watt, 20kHz) koppelen ultrasone trillingen in vloeistoffen, zoals water. De snelle wederzijdse beweging van de trilling in de vloeistof produceert en stort de cavitatiebellen in. Wanneer de luchtbellen instorten, treedt er een hoge gelokaliseerde mechanische spanning op in de vloeistof en op blootgestelde materiaaloppervlakken. Vloeistofstralen tot 1000 km/u en lokale drukken tot 1000atm leiden tot snelle vermoeidheid op het materiaaloppervlak. Dit kan oxide- of passivatielagen, coatings of vervuiling verwijderen. Het kan putjes van vaste materialen veroorzaken, zoals staal, titanium, aluminium, plastic of glas. Daarom is het testen van caviterosie een destructieve testmethode.

Hoe werkt het testen van cavitatie erosie bij cavitatie?

Cavitatie-erosie van materiaaloppervlakken veroorzaakt geleidelijk materiaalverlies. U kunt het materiaalverlies gemakkelijk meten door het materiaal op een precisieweegschaal te wegen voor en na een gedefinieerde blootstelling aan cavitatie-erosie. Een typische gewichtsverandering voor een cavitatie-erosietest is tussen 1 en 30mg. Voor verdere standaardisatie kunt u het volumeverlies berekenen door het gewichtsverlies te delen door de materiaaldichtheid. De gemiddelde indringdiepte (MDP) wordt berekend door het volumeverlies te delen door het oppervlak van het monster. Als alternatief kunt u ook de putdiepte of het verplaatste volume meten. Met behulp van microscopische analyse kunt u extra kwalitatieve informatie over het erosiepatroon verkrijgen.
Wanneer u een ultrasoon apparaat van Hielscher gebruikt voor de cavalerosietest, kunt u het temperatuur- en drukbereik dat u wilt werken instellen. U kunt de geluidsamplitude aanpassen. Alle parameters worden bewaakt, weergegeven en geprotocolleerd op een SD-kaart. U hebt geen eigen software-installatie nodig. Als u wilt, kunt u het ultrasone proces vanuit uw gewone webbrowser bedienen en bewaken, als u het ultrasone apparaat via de meegeleverde ethernetkabel op uw computer aansluit.

Wat is de ASTM G32 standaard methode voor cavitatie erosie met behulp van een vibrerend apparaat?

De ASTM G32-16 standaard beschrijft een gestandaardiseerde methode voor caviterosie. Het definieert een eenvoudige, controleerbare en reproduceerbare test om de cavalerosiebestendigheid van verschillende materialen te kwantificeren en te vergelijken. De ATSM G32-16 specificaties zijn handig om uw resultaten te vergelijken met die van andere publicaties. Als u cavitatie-erosietests in de kwaliteitscontrole wilt implementeren, raden wij u aan om het protocol voor cavitatie-erosietests aan te passen aan uw specifieke vereisten. Wij helpen u graag bij het ontwerpen van een op maat gemaakt testprotocol voor caviterosie-erosie. Voor meer informatie over het testen van cavitatie-erosie volgens ASTM-G32, klik hier!

Waarom zou ik een energielimiet gebruiken in plaats van een tijdslimiet?

Veel publicaties en erosietestprotocollen specificeren een cavitatieblootstellingstijd. In Hielscher ultrasone apparaten kunt u een geluidstijd instellen en het systeem stopt na afloop van deze tijd. U kunt dan de resulterende caviterosie berekenen in mm/uur of mm3/uur. Een tijdslimiet is alleen aanvaardbaar als u geen parameters, zoals vloeistofniveau, amplitude, druk, temperatuur, vloeistofsamenstelling of spleet tussen sonotrode en materiaaloppervlak, verandert. Als een van deze parameters verandert, verandert ook de kracht van de geluidssignalen en de intensiteit van de cavitatie. Het is belangrijk dat het werkelijke nettovermogen dat aan de vloeistof wordt geleverd niet mag schommelen tijdens de duur van de test.
In Hielscher ultrasone apparaten kunt u een energielimiet instellen. In dit geval zal het ultrasoon apparaat stoppen, nadat het de gespecificeerde ultrasone energie heeft geleverd. Het Hielscher-apparaat zal parameters weergeven en registreren, zoals het werkelijke nettovermogen, amplitude, druk en temperatuur van de vloeistof. Vermogensschommelingen of opzettelijke veranderingen in de parameters worden gecompenseerd bij het gebruik van een energielimiet. U kunt dan de resulterende caviterosiesnelheid in mm/kWhr, mm3/kWhr of mg/kWhr opgeven.
Als u het monster tussen de cavalerosie-intervallen weegt, kunt u een curve genereren die het marginale gewichtsverlies (gewichtsverlies in elk energie-interval) over de cumulatieve energie laat zien.
Voor preciezere resultaten kan het apparaat een automatische kalibratie (30 seconden) uitvoeren. Dit meet het vermogen voor alle amplitude-instellingen in lucht bij omgevingsdruk. Het Hielscher-apparaat gebruikt deze kalibratiegegevens om zeer nauwkeurige nettovermogenswaarden in real-time te geven.

Vloeibare druk tijdens de sonering

Veel standaardprotocollen voor het testen van cavalerosie gebruiken ultrasone cavitatie bij omgevingsdruk. Vloeistofdruk is de tweede belangrijkste factor voor de geluidsintensiteit. Een verhoging van de omgevingsdruk met 10% verhoogt de geluidsdrukintensiteit met ongeveer 10%. Intensievere cavitatie vermindert de tijd die nodig is om een bepaalde mate van cavalerosie te bereiken. Vaak duurt het testen van een enkel exemplaar 15 tot 120 minuten. Als u veel monsters moet testen, kan het werken bij hogere druk de tijd voor elke test aanzienlijk verkorten. Testen bij 5 barg (73 pk) vereisen ongeveer 80% minder tijd voor elke test.
Hielscher levert drukdichte testcellen met een digitale druksensor voor cavitatie-erosietests. Met behulp van een drukdichte cel kunt u de druk tijdens elke test controleren en handhaven. De ultrasone generator bewaakt de druksensor constant en protocolleert de werkelijke druk naar een Excel-compatibel CSV-bestand op een SD-kaart (meegeleverd). Hielscher levert drukregelaars voor het instellen en onderhouden van de werkdruk.
Standaard zijn Hielscher drukvaste testcellen voor cavitatie-erosietests geschikt voor maximaal 5 barg (73 pk). Hogere drukken tot 300 barg (4350 pk) zijn op aanvraag leverbaar.

ultrasone frequentie

In het algemeen wordt bij cavitatie-erosietests gebruik gemaakt van laagfrequente ultrasone hoogfrequente ultrasone golven in het 18-30kHz-bereik. In dit bereik heeft de variatie van de frequentie een zeer beperkt effect op de cavitatie-intensiteit. Alle Hielscher-apparaten werken met een constante frequentie.

Afstand tot de Sonotrode

Het te testen materiaal kan op de sonotrode of onder de sonotrode worden gemonteerd. U kunt een schroefdraadmonster maken en dit aan het einde van de ultrasone sonotrode monteren. In dit geval trilt het monster bij de gespecificeerde ultrasone amplitude en produceert het cavitatie op het oppervlak. Dit vereist precisiebewerking en niet alle materialen zijn geschikt voor deze optie.
Als alternatief kunt u een onderdeel of preparaat in de nabijheid onder een titanium sonotrode fixeren. In dit geval produceert de titanium sonotrode de cavitatie en wordt het materiaaloppervlak aan de cavitatie blootgesteld. Dit is de handigere optie aangezien u monsters van verschillende afmetingen of vormen in de testcel kunt plaatsen. Als je een grotere sonotrode gebruikt, zoals een sonotrode met een diameter van 50mm of 80mm, kun je meerdere onderdelen tegelijkertijd blootstellen aan cavitatie-erosie. Dit is zeer nuttig wanneer u veel onderdelen per dag moet testen, bijvoorbeeld voor kwaliteitscontrole.
In beide gevallen is de afstand tussen de ultrasone sonotrode en het materiaaloppervlak ernaast zeer belangrijk. Over het algemeen is de cavitatie-erosie sneller bij gebruik van een kleinere afstand. Typische afstanden variëren van 0,2 tot 15mm. Voor overtuigende resultaten, moet u dezelfde afstand gebruiken voor alle tests.

vloeistoftemperatuur

Warmere vloeistof resulteert in een lagere ultrasone cavitatie-intensiteit. De toevoer van mechanische trillingsenergie naar de vloeistof zorgt ervoor dat de vloeistof opwarmt. Om tijdens elke cavalerosietest een constante temperatuur te handhaven, moet de vloeistof worden gekoeld. Hielscher levert containers en drukvaste cellen met een jasje. Als alternatief kunt u een koelspiraal in een bekerglas gebruiken of u kunt het bekerglas in een ijsbad plaatsen. Een koelmiddel dat door de mantel of door de koelspiraal loopt, onttrekt warmte aan de vloeistof.
Hielscher ultrasone apparaten, zoals de UP400St of de UIP1000hdT, worden geleverd met een PT100 temperatuursonde (meegeleverd). De ultrasone generator bewaakt continu de actuele vloeistoftemperatuur en protocolleert de temperatuur naar een Excel-compatibel CSV-bestand op een SD-kaart (meegeleverd). U kunt de generator zo instellen dat de cavitatie-erosietest wordt gepauzeerd als de temperatuur van de vloeistof te veel afwijkt van uw instelpunt, bijvoorbeeld als gevolg van onvoldoende koelvermogen. De generator kan de geluidsweergave automatisch hervatten wanneer de vloeistof weer de opgegeven temperatuur bereikt.

Caviterende vloeistof

In het algemeen wordt bij het testen van cavitatie-erosie gebruik gemaakt van water, zoals gedestilleerd water. Verschillende vloeistoffen vertonen verschillende cavitatie-eigenschappen. Als water corrosief is voor uw materiaal, kunt u alternatieve vloeistoffen testen, zoals siliconenolie met een lage viscositeit of organische oplosmiddelen om de corrosieve factor te elimineren of te verminderen. Als alternatief kunt u de vloeistof corrosiever maken, bijvoorbeeld door de pH-waarde te veranderen of door abrasieve deeltjes toe te voegen. U kunt cavitatie-erosietests gebruiken om de erosiviteit en corrosiviteit van vloeistoffen, zoals boorgruis, te evalueren of om de effectiviteit van corrosie- of erosie-inhibitoren te evalueren.

bewerking

Bij de productie van een onderdeel of preparaat veroorzaakt CNC-bewerking, slijpen of polijsten schade aan de korrelstructuur in de buurt van het materiaaloppervlak. Dit vermindert de erosiebestendigheid.

Passivatie/oxidelagen

Vaak gebeuren erosie en corrosie tegelijkertijd. Water, zoals gedestilleerd, gedeïoniseerd of gedeïoniseerd water, kan voor veel materialen corrosief zijn. Ultrasone cavitatie bevordert de corrosie. Passivatielagen, bijvoorbeeld bij geanodiseerd aluminium, verhogen de weerstand van een materiaaloppervlak tegen erosie en corrosie.

Welke beperkingen heeft het testen van cavitatie erosie bij cavitatie?

Sommige elastomeren hebben een zeer intensieve cavitatieblootstelling nodig om cavalerosie te vertonen. In dit geval is het mogelijk dat de sonische behandeling zonder een cel onder druk geen meetbaar effect heeft.