Testiranje kavitacijske erozije

Kavitacijska erozija se pojavi na površinah materialov, ki so izpostavljene intenzivni ultrazvočni kavitaciji. Testiranje kavitacijske erozije je hitra metoda za merjenje odpornosti materialov ali premazov proti eroziji na intenzivne obremenitve in druge erozijske dejavnike. Omogoča enostavno kvantitativno merjenje za nadzor kakovosti in uporabno pri raziskavah materialov ali formulaciji premazov.

Zakaj uporabljati testiranje kavitacijske erozije?

Stalna erozija ali korozija lahko zahteva redno zamenjavo delov ali obnovo površinskih premazov. Erozija površine materiala zaradi mehanskih ali kemičnih vplivov je počasen proces, ki ima za posledico postopno uničenje materialnih površin. Zato je lahko ocena odpornosti materiala proti eroziji ali erozijskega učinka tekočin in gnojevk zelo dolgotrajen proces.
Ultrazvočno kavitacijsko erozijsko testiranje izpostavlja površino materiala nadzorovanim, intenzivnim, ponavljajočim se stresnim ciklom. To ima za posledico znatno erozijo površine materiala v kratkem času. Odpornost proti eroziji lahko hitro izmerite za redno kontrolo kakovosti v proizvodnji, za ocenjevanje vhodnih materialov ali med raziskavami in razvojem.
Standardne aplikacije vključujejo metalurško testiranje, preskušanje formulacije premazov, testiranje nanašanja premazov ali ocenjevanje zaviralcev erozije v tekočinah.

Zakaj kavitacija povzroča površinsko erozijo?

Ultrazvočne naprave, kot so UP400St (400 vatov, 24kHz) ali UIP1000hdT (1000 vatov, 20kHz), združujejo ultrazvočne vibracije v tekočine, kot je voda. Hitro recipročno gibanje vibracij v tekočini proizvaja in ruši kavitacijske mehurčke. Ko se mehurčki zrušijo, se v tekočini in na izpostavljenih materialnih površinah pojavijo visoke lokalizirane mehanske obremenitve. Tekoči curki do 1000 km? h in lokalni tlaki do 1000 atm vodijo do hitre utrujenosti na površini materiala. To lahko odstrani oksidne ali pasibacijske plasti, premaze ali obraščanje. Lahko povzroči jamice trdnih materialov, kot so jeklo, titan, aluminij, plastika ali steklo. Zato je testiranje kavitacijske erozije metoda destruktivnega testiranja.

Kako deluje testiranje kavitacijske erozije?

Kavitacijska erozija materialnih površin povzroča postopno izgubo materiala. Izgubo materiala lahko enostavno izmerite tako, da material stehtate na natančni tehtnici pred in po določeni izpostavljenosti kavitacijski eroziji. Tipična sprememba teže za test kavitacijske erozije je med 1 in 30 mg. Za nadaljnjo standardizacijo lahko količino količino izračunate tako, da izgubo teže delite z gostoto materiala. Povprečna globina prodiranja (MDP) se izračuna tako, da se izguba prostornine deli s površino preskusnega primerka. Druga možnost je, da izmerite globino jamic ali premaknjen prostornino. Z mikroskopsko analizo lahko pridobite dodatne kvalitativne informacije o vzorcu erozije.
Ko uporabljate Hielscher ultrazvočno napravo za testiranje kavitacijske erozije, lahko vnaprej nastavite temperaturno območje in območje tlaka, na katerem želite delati. Prilagodite lahko amplitudo ultrazvočne obdelave. Vsi parametri se spremljajo, prikazujejo in protokolirajo na kartico SD. Ne potrebujete nobene lastniške namestitve programske opreme. Če želite, lahko ultrazvočni proces nadzorujete in spremljate iz običajnega spletnega brskalnika, če ultrazvočno napravo priključite na računalnik prek ethernetnega kabla (priložen).

Kakšna je standardna metoda ASTM G32 za kavitacijsko erozijo z uporabo vibracijske naprave?

Standard ASTM G32-16 opisuje standardizirano metodo za kavitacijsko erozijo. Opredeljuje preprost, nadzorovan in ponovljiv preskus za količinsko opredelitev in primerjavo odpornosti različnih materialov proti kavitacijski eroziji. Specifikacije ATSM G32-16 so uporabne za primerjavo vaših rezultatov z rezultati drugih publikacij. Če želite pri nadzoru kakovosti izvajati testiranje kavitacijske erozije, priporočamo, da protokol za preskušanje kavitacijske erozije prilagodite svojim specifičnim zahtevam. Z veseljem vam bomo pomagali pri oblikovanju prilagojenega protokola za testiranje kavitacijske erozije. Za več informacij o testiranju kavitacijske erozije v skladu z ASTM-G32 kliknite tukaj!

Zakaj naj namesto časovne omejitve uporabim energijsko omejitev?

Številne publikacije in protokoli za testiranje erozije določajo čas izpostavljenosti kavitaciji. V Hielscher ultrazvočnih napravah lahko vnaprej nastavite čas ultrazvočne obdelave in sistem se bo po preteku tega časa ustavil. Nato lahko izračunate dobljeno stopnjo kavitacijske erozije v mm/h ali mm3/h. Časovna omejitev je sprejemljiva le, če ne spremenite nobenih parametrov, kot so raven tekočine, amplituda, tlak, temperatura, sestava tekočine ali vrzel med sonotrodo in površino materiala. Če se kateri od teh parametrov spremeni, se bo spremenila tudi moč ultrazvočnega razbijanja in intenzivnost kavitacije. Pomembno je, da dejanska neto moč, ki se dovaja v tekočino, med trajanjem preskusa ne sme nihati.
V Hielscher ultrazvočnih napravah lahko nastavite omejitev energije. V tem primeru se bo ultrazvočna naprava ustavila, potem ko bo dostavila določeno ultrazvočno energijo. Naprava Hielscher bo prikazala in zabeležila parametre, kot so dejanska neto moč, amplituda, tlak in temperatura tekočine. Nihanja moči ali namerne spremembe parametrov bodo kompenzirane z uporabo energijske omejitve. Nato lahko določite dobljeno stopnjo kavitacijske erozije v mm/kWh, mm3/kWh ali mg/kWh.
Če stehtate vzorec med intervali kavitacijske erozije, lahko ustvarite krivuljo, ki prikazuje mejno izgubo teže (stopnja izgube teže v vsakem energijskem intervalu) nad kumulativno energijo.
Za natančnejše rezultate lahko naprava izvede avtomatizirano kalibracijo (30 sekund). To meri moč za vse nastavitve amplitude v zraku pri tlaku okolice. Naprava Hielscher uporablja te kalibracijske podatke za zelo natančne vrednosti neto moči v realnem času.

Tlak tekočine med ultrazvočnim razbijanjem

Številni standardni protokoli za preskušanje kavitacijske erozije uporabljajo ultrazvočno kavitacijo pri tlaku okolja. Tlak tekočine je drugi najpomembnejši dejavnik za intenzivnost ultrazvočnega razbijanja. 10-odstotno povečanje tlaka v okolju bo povečalo intenzivnost ultrazvočnega razbijanja za približno 10%. Intenzivnejša kavitacija skrajša čas, potreben za doseganje določene stopnje kavitacijske erozije. Pogosto lahko test z enim vzorcem traja od 15 do 120 minut. Če imate veliko vzorcev za testiranje, lahko delo pri višjih tlakih znatno skrajša čas za vsak test. Testi pri 5 barg (73psig) zahtevajo približno 80% manj časa za vsak test.
Hielscher dobavlja tlačno tesne testne celice z digitalnim senzorjem tlaka za testiranje kavitacijske erozije. Z uporabo tesne celice lahko nadzorujete in vzdržujete tlak med vsakim preskusom. Ultrazvočni generator nenehno spremlja senzor tlaka in protokolira dejanski tlak v datoteko CSV, združljivo z Excelom, na kartici SD (vključeno). Hielscher dobavlja regulatorje tlaka za nastavitev in vzdrževanje delovnega tlaka.
Kot standard so Hielscherjeve tlačno tesne testne celice za testiranje kavitacijske erozije ocenjene za do tp 5barg (73psig). Višji tlaki do 300barg (4350psig) so na voljo na zahtevo.

Ultrazvočna frekvenca

Na splošno testiranje kavitacijske erozije uporablja nizkofrekvenčne ultrazvoke visoke intenzivnosti v območju 18-30kHz. V tem območju ima sprememba frekvence zelo omejen učinek na intenzivnost kavitacije. Vse naprave Hielscher delujejo s konstantno frekvenco.

Oddaljenost od Sonotrode

Material, ki ga je treba testirati, se lahko pritrdi na sonotrodo ali pod sonotrodo. Lahko naredite vzorec navojnega materiala in ga namestite na konec ultrazvočne sonotrode. V tem primeru vzorec vibrira pri določeni ultrazvočni amplitudi in na svoji površini proizvede kavitacijo. To zahteva natančno obdelavo in vsi materiali niso primerni za to možnost.
Druga možnost je, da del ali vzorec pritrdite v neposredni bližini pod titanovo sonotrodo. V tem primeru titanova sonotroda proizvede kavitacijo in površina materiala je izpostavljena kavitaciji. To je bolj priročna možnost, saj lahko v testno celico postavite vzorec različnih velikosti ali oblik. Če uporabljate večjo sonotrodo, kot je sonotroda s premerom 50 mm ali 80 mm, lahko kavitacijski eroziji hkrati izpostavite več delov. To je zelo uporabno, ko morate testirati več delov na dan, npr. za nadzor kakovosti.
V obeh primerih je zelo pomembna razdalja med ultrazvočno sonotrodo in površino materiala ob njej. Na splošno je kavitacijska erozija hitrejša pri uporabi manjše razdalje. Tipične razdalje se gibljejo od 0,2 do 15 mm. Za dokončne rezultate uporabite enako razdaljo za vse teste.

Temperatura tekočine

Toplejša tekočina povzroči nižjo intenzivnost ultrazvočne kavitacije. Vnos mehanske vibracijske energije v tekočino bo povzročil segrevanje tekočine. Da bi ohranili konstantno temperaturo med vsakim preskusom kavitacijske erozije, je treba tekočino ohladiti. Hielscher dobavlja posode z plaščem in neprepustne celice. Lahko pa uporabite hladilno tuljavo v čaši ali pa jo postavite v ledeno kopel. Hladilna tekočina, ki teče skozi plašč ali skozi hladilno tuljavo, odstrani toploto iz tekočine.
Hielscher ultrazvočne naprave, kot sta UP400St ali UIP1000hdT, so opremljene s temperaturno sondo PT100 (vključeno). Ultrazvočni generator neprekinjeno spremlja dejansko temperaturo tekočine in protokolira temperaturo v datoteko CSV, združljivo z Excelom, na kartici SD (vključena v prodajo). Generator lahko nastavite tako, da zaustavi preskušanje kavitacijske erozije, če temperatura tekočine preveč odstopa od nastavljene vrednosti, npr. zaradi nezadostne hladilne zmogljivosti. Generator lahko samodejno nadaljuje ultrazvočno obdelavo, ko tekočina ponovno doseže določeno temperaturo.

Kavitacijska tekočina

Na splošno se pri preskušanju kavitacijske erozije uporablja voda, kot je destilirana voda. Različne tekočine kažejo različne lastnosti kavitacije. Če je voda jedka za vaš material, boste morda želeli preizkusiti alternativne tekočine, kot so silikonska olja z nizko viskoznostjo ali organska topila, da odpravite ali zmanjšate korozivni faktor. Druga možnost je, da tekočina postane bolj jedka, npr. s spremembo pH ali bolj abrazivna z dodajanjem abrazivnih delcev. S testiranjem kavitacijske erozije lahko ocenite erozivnost in korozivnost tekočin, kot so vrtalna blata, ali za oceno učinkovitosti korozije ali zaviralcev erozije.

Obdelave

Pri izdelavi dela ali vzorca CNC obdelava, brušenje ali poliranje povzročijo poškodbe strukture zrn v bližini površine materiala. To zmanjšuje odpornost proti eroziji.

Pasivacija/oksidne plasti

Zelo pogosto se erozija in korozija zgodita hkrati. Voda, kot je destilirana, demineralizirana ali deionizirana voda, je lahko jedka za številne materiale. Ultrazvočna kavitacija spodbuja korozijo. Pasivacijske plasti, npr. pri eloksiranem aluminiju, bodo povečale odpornost površine materiala proti eroziji in koroziji.

Kakšne omejitve ima testiranje kavitacijske erozije?

Nekateri elastomeri lahko zahtevajo zelo intenzivno kavitacijsko izpostavljenost, da se sploh pokaže kakršna koli kavitacijska erozija. V tem primeru ultrazvočno razbijanje brez celice pod tlakom morda ne bo pokazalo nobenega merljivega učinka.