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

In the study by Hauer et al., bronze coatings produced by cold spraying, warm spraying, HVOF spraying, and arc spraying were compared against cast nickel aluminum bronze and shipbuilding steel. The central question was simple: which coating process can produce a bronze surface that survives cavitation exposure long enough for marine service? To answer it, the researchers used a cavitation erosion test based on ASTM G32-16 with a vibratory apparatus, including a Hielscher UIP1000hdT ultrasonic vibratory system as test system.

Precise Control of Test Conditions and Automated Data Recording

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

For the marine bronze coating example, the test was performed in the indirect ASTM G32 arrangement. In this configuration, the specimen is not attached to the vibrating horn. Instead, the ultrasonic sonotrode generates cavitation in distilled water, and the coated specimen is fixed beneath the sonotrode at a defined gap. Hauer et al. used a 0.5 mm distance between sample and sonotrode, a frequency of 20 kHz, and a peak-to-peak amplitude of 50 µm. The test liquid was distilled water, held at approximately room temperature, around 25 °C.

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

The practical test procedure is straightforward. First, each specimen is cleaned, dried, and weighed on a precision balance. It is then mounted in the test cell beneath the sonotrode BS4d22 of the sonicator UIP1000hdT with the 0.5 mm gap set carefully and repeatably. The sonicator is operated at the defined amplitude and frequency, while the liquid temperature is controlled to prevent heating from changing cavitation intensity. After a defined exposure interval, the specimen is removed, cleaned, dried, and weighed again. This sequence is repeated over increasing, material-dependent exposure intervals until a complete erosion curve is obtained.
The raw measurement is mass loss. For engineering comparison, this mass loss is converted into volume loss using the material density. The volume loss is then divided by the exposed surface area to determine mean erosion depth. From the erosion-depth curve, the researcher can calculate characteristic erosion parameters such as maximum erosion rate, terminal erosion rate, and mean depth of erosion. Hielscher also notes that erosion can be reported as mass, volume, or penetration depth per time or per delivered ultrasonic energy, depending on the chosen protocol.

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.

One important lesson from the Hauer study is that early erosion rates can be misleading. Thermally and kinetically sprayed coatings often showed high initial material loss, followed by a lower, more stable erosion rate. For this reason, Hauer et al. used terminal erosion rate as a more representative indicator of long-term coating performance. In their 120-minute comparison, the terminal erosion rate was evaluated mainly from the second half of the test, above 60 minutes, to better capture the stabilized behavior.

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

The practical conclusion is that cavitation erosion testing with the UIP1000hdT sonicator as vibratory apparatus can do more than rank materials. It reveals how coating process, microstructure, oxide content, porosity, interface bonding, and post-treatment affect real erosion behavior. Hauer et al. concluded that HVOF and arc spraying can offer a strong performance-cost compromise for improving steel rudder surfaces, while cold and warm spraying are preferred when cavitation resistance close to bulk nickel aluminum bronze is required.

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