Испитивање кавитационе ерозије

Кавитациона ерозија настаје на површинама материјала које су изложене интензивној ултразвучној кавитацији. Испитивање кавитационе ерозије је брза метода за мерење отпорности материјала или премаза на ерозију услед интензивног напрезања и других ерозионих фактора. Омогућава једноставно квантитативно мерење за контролу квалитета и корисно је током истраживања материјала или формулисања премаза.

Зашто користити испитивање кавитационе ерозије?

Стална ерозија или корозија може захтевати редовну замену делова или обнављање површинских премаза. Ерозија површине материјала услед механичких или хемијских утицаја је спор процес који доводи до постепеног разарања површина материјала. Зато процена отпорности материјала на ерозију или ерозионог дејства течности и суспензија може бити веома дуготрајан процес.
Испитивање ултразвучне кавитационе ерозије излаже површину материјала контролисаним, интензивним, понављајућим циклусима напрезања. То доводи до значајне ерозије површине материјала за кратко време. Отпорност на ерозију можете брзо измерити за потребе редовне контроле квалитета у производњи, процене улазних материјала или током истраживања и развоја.
Стандардне примене обухватају металуршка испитивања, испитивање формулација премаза, испитивање наношења премаза или процену инхибитора ерозије у течностима.

Зашто кавитација изазива ерозију површине?

Ултразвучни уређаји, као што су UP400St (400 вати, 24kHz) или UIP1000hdT (1000 вати, 20kHz), преносе ултразвучне вибрације у течности, као што је вода. Брзо наизменично кретање услед вибрација у течности ствара кавитационе мехуриће и изазива њихов колапс. Када мехурићи колабирају, у течности и на изложеним површинама материјала настају велика локализована механичка напрезања. Млазеви течности брзине до 1000km/h и локални притисци до 1000atm доводе до брзог замора на површини материјала. То може уклонити оксидне или пасивационе слојеве, премазе или наслаге. Може изазвати јамичаста оштећења чврстих материјала, као што су челик, титанијум, алуминијум, пластика или стакло. Стога је испитивање кавитационе ерозије метода испитивања са разарањем.

Како функционише испитивање кавитационе ерозије?

Кавитациона ерозија површина материјала узрокује постепени губитак материјала. Губитак материјала можете лако измерити мерењем масе материјала на прецизној ваги пре и после дефинисаног излагања кавитационој ерозији. Типична промена масе при испитивању кавитационе ерозије износи између 1 и 30mg. За додатну стандардизацију можете израчунати губитак запремине тако што губитак масе поделите густином материјала. Средња дубина продирања (MDP) израчунава се дељењем губитка запремине површином узорка. Алтернативно, можете измерити дубину јамичастих оштећења или истиснуту запремину. Микроскопском анализом можете добити додатне квалитативне информације о обрасцу ерозије.
Када за испитивање кавитационе ерозије користите ултразвучни уређај Hielscher, можете унапред подесити температурни опсег и опсег притиска у којима желите да радите. Можете подесити амплитуду соникације. Сви параметри се прате, приказују и бележе на SD картицу. Није потребна инсталација власничког софтвера. Ако желите, можете управљати ултразвучним процесом и пратити га из свог уобичајеног веб-прегледача ако ултразвучни уређај повежете са рачунаром преко етернет кабла (укључен у испоруку).

Шта је стандардна метода ASTM G32 за кавитациону ерозију помоћу вибрационог апарата?

Стандард ASTM G32-16 описује стандардизовану методу за испитивање кавитационе ерозије. Он дефинише једноставно испитивање које се може контролисати и репродуковати ради квантификовања и поређења отпорности различитих материјала на кавитациону ерозију. Спецификације ATSM G32-16 корисне су за поређење ваших резултата са резултатима из других публикација. Ако желите да уведете испитивање кавитационе ерозије у контролу квалитета, препоручујемо да протокол испитивања кавитационе ерозије прилагодите својим специфичним захтевима. Радо ћемо вам помоћи у изради прилагођеног протокола испитивања кавитационе ерозије. За више информација о испитивању кавитационе ерозије у складу са ASTM-G32, кликните овде!

Зашто користити ограничење енергије уместо временског ограничења?

Многе публикације и протоколи испитивања ерозије задају време излагања кавитацији. На ултразвучним уређајима Hielscher можете унапред подесити време соникације и систем ће се зауставити када то време истекне. Затим можете израчунати добијену брзину кавитационе ерозије у mm/hr или mm3/hr. Временско ограничење је прихватљиво само ако не мењате ниједан параметар, као што су ниво течности, амплитуда, притисак, температура, састав течности или размак између сонотроде и површине материјала. Ако се било који од ових параметара промени, промениће се и снага соникације и интензитет кавитације. Важно је да стварна нето снага која се предаје течности не осцилира током трајања испитивања.
На ултразвучним уређајима Hielscher можете подесити ограничење енергије. У том случају, ултразвучни уређај ће се зауставити након што преда задату ултразвучну енергију. Уређај Hielscher ће приказивати и бележити параметре као што су стварна нето снага, амплитуда, притисак и температура течности. При коришћењу ограничења енергије компензују се осцилације снаге или намерне промене параметара. Затим можете изразити добијену брзину кавитационе ерозије у mm/kWhr, mm3/kWhr или mg/kWhr.
Ако мерите масу узорка између интервала кавитационе ерозије, можете направити криву која приказује прираштај губитка масе (брзину губитка масе у сваком енергетском интервалу) у зависности од кумулативне енергије.
За прецизније резултате, уређај може да изврши аутоматску калибрацију (30 секунди). Тиме се мери снага за сва подешавања амплитуде у ваздуху при амбијенталном притиску. Уређај Hielscher користи ове калибрационе податке да би давао веома прецизне вредности нето снаге у реалном времену.

Притисак течности током соникације

Многи стандардни протоколи за испитивање кавитационе ерозије користе ултразвучну кавитацију при амбијенталном притиску. Притисак течности је други по важности фактор за интензитет ултразвучне обраде. Повећање амбијенталног притиска за 10% повећаће интензитет ултразвучне обраде за око 10%. Интензивнија кавитација скраћује време потребно за постизање одређеног степена кавитационе ерозије. Испитивање једног узорка често може трајати од 15 до 120 минута. Ако имате много узорака за испитивање, рад при вишим притисцима може знатно скратити време сваког испитивања. Испитивања при 5 barg (73psig) захтевају приближно 80% мање времена за свако испитивање.
Hielscher испоручује испитне ћелије непропусне под притиском са дигиталним сензором притиска за испитивање кавитационе ерозије. Коришћењем ћелије непропусне под притиском можете контролисати и одржавати притисак током сваког испитивања. Ултразвучни генератор непрекидно прати сензор притиска и бележи стварни притисак у CSV датотеку компатибилну са програмом Excel на SD картици (укључена у испоруку). Hielscher испоручује регулаторе притиска за подешавање и одржавање радног притиска.
У стандардној изведби, Hielscher испитне ћелије непропусне под притиском за испитивање кавитационе ерозије предвиђене су за притиске до 5barg (73psig). Виши притисци до 300barg (4350psig) доступни су на захтев.

Ултразвучна фреквенција

За испитивање кавитационе ерозије углавном се користи ултразвук ниске фреквенције и високог интензитета у опсегу 18–30kHz. У овом опсегу промена фреквенције има веома ограничен утицај на интензитет кавитације. Сви Hielscher уређаји раде на константној фреквенцији.

Растојање од сонотроде

Материјал који се испитује може се поставити на сонотроду или испод сонотроде. Можете израдити узорак материјала са навојем и причврстити га на крај ултразвучне сонотроде. У том случају узорак вибрира са задатом ултразвучном амплитудом и ствара кавитацију на својој површини. Ово захтева прецизну машинску обраду и нису сви материјали погодни за ову опцију.
Алтернативно, можете учврстити део или узорак непосредно испод титанијумске сонотроде. У том случају титанијумска сонотрода ствара кавитацију, а површина материјала је изложена кавитацији. Ова опција је практичнија јер у испитну ћелију можете поставити узорке различитих величина или облика. Ако користите већу сонотроду, на пример сонотроду пречника 50mm или 80mm, можете истовремено изложити више делова кавитационој ерозији. Ово је веома корисно када морате да испитате много делова дневно, нпр. ради контроле квалитета.
У оба случаја, растојање између ултразвучне сонотроде и површине материјала поред ње веома је важно. Уопштено, кавитациона ерозија је бржа када је растојање мање. Типична растојања крећу се од 0,2 до 15mm. За поуздане закључке треба да користите исто растојање у свим испитивањима.

Температура течности

Виша температура течности доводи до нижег интензитета ултразвучне кавитације. Уношење енергије механичких вибрација у течност изазваће њено загревање. Да би се одржала константна температура током сваког испитивања кавитационе ерозије, течност се мора хладити. Hielscher испоручује посуде са плаштом и ћелије са плаштом непропусне под притиском. Алтернативно, можете користити расхладну спиралу у лабораторијској чаши или поставити чашу у ледено купатило. Расхладни флуид који протиче кроз плашт или расхладну спиралу одводи топлоту из течности.
Hielscher ултразвучни уређаји, као што су UP400St или UIP1000hdT, испоручују се са температурном сондом PT100 (укључена у испоруку). Ултразвучни генератор непрекидно прати стварну температуру течности и бележи температуру у CSV датотеку компатибилну са програмом Excel на SD картици (укључена у испоруку). Можете подесити генератор да привремено заустави испитивање кавитационе ерозије ако температура течности превише одступи од задате вредности, нпр. због недовољног расхладног капацитета. Генератор може аутоматски наставити ултразвучну обраду када течност поново достигне задату температуру.

Течност у којој настаје кавитација

При испитивању кавитационе ерозије углавном се користи вода, на пример дестилована вода. Различите течности имају различите кавитационе карактеристике. Ако вода делује корозивно на ваш материјал, можете испитати алтернативне течности, као што су силиконска уља ниског вискозитета или органски растварачи, како бисте елиминисали или смањили корозивни утицај. Алтернативно, можете повећати корозивност течности, нпр. променом pH, или њену абразивност додавањем абразивних честица. Испитивање кавитационе ерозије можете користити за процену ерозивности и корозивности течности, као што су исплачне течности за бушење, или за процену ефикасности инхибитора корозије или ерозије.

Машинска обрада

При изради дела или узорка, CNC обрада, брушење или полирање оштећују структуру зрна у близини површине материјала. То смањује отпорност на ерозију.

Пасивациони/оксидни слојеви

Ерозија и корозија се веома често јављају истовремено. Вода, на пример дестилована, деминерализована или дејонизована вода, може деловати корозивно на многе материјале. Ултразвучна кавитација поспешује корозију. Пасивациони слојеви, нпр. на анодизованом алуминијуму, повећавају отпорност површине материјала на ерозију и корозију.

Која су ограничења испитивања кавитационе ерозије?

Неки еластомери могу захтевати излагање веома интензивној кавитацији да би се уопште испољила кавитациона ерозија. У том случају, ултразвучна обрада без ћелије под притиском можда неће показати никакав мерљив ефекат.