Практично тестирање ерозије кавитацијом морских бронзаних премаза

Тестирање ерозије узроковане кавитацијом је најкорисније када повезује контролисану лабораторијску експозицију са стварним инжењерским проблемом. Практичан пример је евалуација бронзаних премаза отпорних на кавитацију за поморске компоненте као што су kormila и пропелерски делови. Ови делови раде у зонама где локалне флуктације притиска могу генерисати парне мехуриће који колабирају близу површине, стварајући понављајућа оптерећења велике интензитета. Временом, ово узрокује појаву рупичастости, оштећење од замора, неуспех премаза и губитак материјала.

Тест ерозије узроковане кавитацијом бронзаних премаза

U studiji Hauer i saradnika, bronzani premazi dobijeni hladnim prskanjem, toplim prskanjem, HVOF prskanjem i prskanjem lukom upoređivani su sa livenim nikl-aluminijum bronzom i brodskim čelikom. Centralno pitanje je bilo jednostavno: koji proces nanošenja premaza može proizvesti bronzanu površinu koja izdrži izloženost kavitatiji dovoljno dugo za pomorsku upotrebu? Da bi odgovorili na ovo, istraživači su koristili test erozije zbog kavitatije zasnovan na ASTM G32-16 sa vibracionim aparatom, uključujući Hielscher UIP1000hdT ultrazvučni vibracioni sistem kao test sistem.

Precizna kontrola testnih uslova i automatsko beleženje podataka

Соницатор UIP1000hdT је погодан за ову врсту теста јер испоручује ултразвук високог интензитета, ниске фреквенције у опсегу који се користи за тестирање кавитацијске ерозије. Подешавање теста кавитације ерозије помоћу 1000-ватт соникатора ради на 20 кХз и омогућава прецизно праћење процеса, контролу амплитуде, мерење температуре и аутоматско протоколирање података о испитивању. Ове функције су важни јер интензитет кавитације у великој мери зависи од амплитуде, температуре течности, притиска течности, сонотроде геометрије, и растојање између сонотроде и узорка.

(a) Тест ерозије кавитације према ASTM G32-16 са соникатором UIP1000hd (индиректна метода). Сви параметри теста су номиналне вредности; толеранције су наведене у стандарду.
(b) Шематске фазе на криву ерозија-време и карактеристични параметри у процедури теста.
Графика и студија: ©Hauer et al., 2021.

Ултразвучни тест ерозије кавитације бронзаних премаза

За пример морске бронзане превлаке, тест је изведен у индиректном АСТМ Г32 распореду. У овој конфигурацији, узорак није причвршћен за вибрирајући рог. Уместо тога, ултразвучна сонотрода ствара кавитацију у дестилованој води, а обложени узорак је фиксиран испод сонотроде на дефинисаном размаку. Хауер ет ал. користио је размак од 0,5 мм између узорка и сонотроде, фреквенцију од 20 кХз и амплитуду од врха до врха од 50 µм. Тестна течност је била дестилована вода, држана на приближно собној температури, око 25 °Ц.

Припрема узорака је критичан корак. Пре излагања кавитације, обложене површине су постепено тлене и полиране до финог дијамантског абразива испод 4 μм. Ово смањује утицај лабаво везаних честица или површинских неправилности које би се иначе могле одмах одвојити и искривити криву ерозије. Циљ није да се премаз изгледа добро, али да се створи поновљив почетни услов, тако да измерена губитак масе одражава отпор кавитације, а не лошу припрему површине.

Поступак ултразвучне кавитације Ерозија Тестинг и његови резултати

Поступак практичног тестирања је једноставан. Прво се сваки узорак очисти, осуши и измери на прецизној ваги. Затим се монтира у ћелију за тестирање испод сонотроде БС4д22 соникатора УИП1000хдТ са размаком од 0,5 мм постављеним пажљиво и понављано. Соникатор ради на дефинисаној амплитуди и фреквенцији, док се температура течности контролише како би се спречило загревање да промени интензитет кавитације. Након дефинисаног интервала излагања, узорак се уклања, чисти, осуши и поново вага. Ова секвенца се понавља у растућим интервалима експозиције зависним од материјала док се не добије потпуна крива ерозије.
Сирово мерење је губитак масе. За инжењерско поређење, овај губитак масе се претвара у губитак запремине користећи густину материјала. Губитак запремине се затим дели са изложеном површином да би се одредила средња дубина ерозије. Из криве дубине ерозије, истраживач може израчунати карактеристичне параметре ерозије као што су максимална брзина ерозије, терминална стопа ерозије и средња дубина ерозије. Хиелсцхер такође примећује да се ерозија може извести као маса, запремина или дубина продирања по времену или по испорученој ултразвучној енергији, у зависности од изабраног протокола.

Средња дубина ерозије у функцији прилагођених параметара квалитета премаза н. Прах жарење и на тај начин смањена чврстоћа праха омогућава постизање високих квалитета премаза. Уметци показују површинско оштећење добијено након времена тестирања кавитације од 100min.
Графикони и студија: © Хауер ет ал., 2021.

Једна важна лекција из Хауерове студије је да ране стопе ерозије могу бити погрешне. Термички и кинетички распршени премази често су показивали велики почетни губитак материјала, праћен нижом, стабилнијом стопом ерозије. Из тог разлога, Хауер ет ал. користио је брзину терминалне ерозије као репрезентативнији показатељ дуготрајног учинка премаза. У њиховом 120-минутном поређењу, терминална стопа ерозије је процењена углавном из друге половине теста, преко 60 минута, како би се боље ухватило стабилизовано понашање.

Резултати испитивања показују зашто је контролисани вибрациони апарат за кавитацију драгоцен. Цаст никл алуминијумска бронза постигла је терминалну стопу ерозије од око 0,40 μм / х. Оптимизована топло прскана бронза достигла је 0,57 μм / х, близу референце за ливење. Оптимизовани премаз на бродоградњи челика достигао је око 1,02 μм / х, док је оптимизовани ХВОФ премаз достигао око 1,74 μм / х. Чак и када ови премази нису у потпуности одговарали бронзи лијеваног пропелера, драматично су надмашили челик за бродоградњу; студија извештава да су лучни прскани и ХВОФ-прскани премази постигли око 26 пута и 16 пута бољу отпорност на кавитацију, респективно, од ВЛ-А челика.

Користите Соницатор као вибрациони апарат за своје тестове кавитације ерозије

Практични закључак је да испитивање ерозије кавитације са соникатором УИП1000хдТ као вибрационим апаратом може учинити више од рангирања материјала. Открива како процес наношења премаза, микроструктура, садржај оксида, порозност, везивање на интерфејсу и накнадни третман утичу на стварно понашање ерозије. Хауер ет ал. закључио је да ХВОФ и арц прскање могу понудити снажан компромис између перформанси и трошкова за побољшање челичних површина кормила, док су хладно и топло прскање пожељније када је потребна отпорност на кавитацију близу масивног никл алуминијум бронзе.

За лабораторије и развијаче премаза, кључ за репродуктивне резултате је строго контролисање параметара теста: амплитуде сонотроде, фреквенције, раздаљине између сонотроде и узорка, температуре течности, хемијског састава течности, припреме узорка, интервала вагања и израчунавања стопе ерозије. Са дефинисаним овим условима, Hielscher UIP1000hdT пружа практичан и понављан начин да се ултразвучна кавітација претвори у квантитативне податке о перформансама премаза.

Пример радног листа за испитивање кавитационе ерозије

 
Упутства за тестове кавитационе ерозије можете пронаћи овде!

ASTM G32 Постављање теста кавитационе ерозије

Соникатори UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT и UIP2000hdT су погодни за ASTM G32 тестирање. Можемо обезбедити сваку од ових јединица са тачним протокол мерења амплитуде механичке амплитуде на врху сонотроде. Препоручујемо да користите било који од ових уређаја са сонотроде BS4d22 (пречник 22mm) и постоље ST2.

АСТМ Г32 -16 15,9 мм сонотрода са заменљивим врхом

Дизајн, производња и консалтинг – Квалитет Маде ин Германи

Хиелсцхер ултрасоникатори су познати по свом највишем квалитету и стандардима дизајна. Робусност и једноставан рад омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних апарата у индустријске објекте. Хиелсцхер ултрасоникатори се лако носе са тешким условима и захтевним окружењима.

Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставношћу за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.

Литература / Референце