Kavitasyon Erozyonu Testi

Kavitasyon erozyonu, yoğun ultrasonik kavitasyona maruz kalan malzeme yüzeylerinde meydana gelir. Kavitasyon erozyonu testi, malzemelerin veya kaplamaların yoğun gerilmeye ve diğer erozyon etkenlerine karşı erozyon direncini ölçmek için hızlı bir yöntemdir. Kalite kontrolü için kolay bir nicel ölçüm sağlar ve malzeme araştırması veya kaplama formülasyonu sırasında yararlıdır.

Kavitasyon Erozyonu Testi Neden Kullanılmalı?

Devam eden erozyon veya korozyon, parçaların düzenli olarak değiştirilmesini veya yüzey kaplamalarının yenilenmesini gerektirebilir. Mekanik veya kimyasal etkiler nedeniyle oluşan malzeme yüzeyi erozyonu, malzeme yüzeylerinin kademeli olarak tahrip olmasıyla sonuçlanan yavaş bir süreçtir. Bu nedenle, malzemenin erozyon direncinin veya sıvıların ve bulamaçların erozyon etkisinin değerlendirilmesi çok zaman alan bir süreç olabilir.
Ultrasonik kavitasyon erozyonu testi, malzeme yüzeyini kontrollü, yoğun ve tekrarlayan gerilme döngülerine maruz bırakır. Bu, kısa sürede malzeme yüzeyinde önemli ölçüde erozyona yol açar. Üretimde düzenli kalite kontrolü, gelen malzemelerin değerlendirilmesi veya araştırma ve geliştirme sırasında erozyon direncini hızlı bir şekilde ölçebilirsiniz.
Standart uygulamalar arasında metalurjik testler, kaplama formülasyonu testleri, kaplama uygulama testleri veya sıvılardaki erozyon inhibitörlerinin değerlendirilmesi yer alır.

Kavitasyon Neden Yüzey Erozyonuna Yol Açar?

UP400St (400 watt, 24kHz) veya UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) gibi ultrasonik cihazlar, su gibi sıvılara ultrasonik titreşim aktarır. Sıvıdaki titreşimin hızlı ileri geri hareketi, kavitasyon kabarcıklarını oluşturur ve çökertir. Kabarcıklar çöktüğünde, sıvıda ve maruz kalan malzeme yüzeylerinde yüksek yerel mekanik gerilme oluşur. 1000km/h’ye kadar hızlara ulaşan sıvı jetleri ve 1000atm’ye kadar ulaşan yerel basınçlar, malzeme yüzeyinde hızlı yorulmaya yol açar. Bu, oksit veya pasivasyon tabakalarını, kaplamaları veya kir birikintilerini uzaklaştırabilir. Çelik, titanyum, alüminyum, plastik veya cam gibi katı malzemelerde çukurcuk oluşumuna neden olabilir. Dolayısıyla, kavitasyon erozyonu testi tahribatlı bir test yöntemidir.

Kavitasyon Erozyonu Testi Nasıl Çalışır?

Malzeme yüzeylerindeki kavitasyon erozyonu, kademeli malzeme kaybına neden olur. Malzemeyi tanımlanmış bir kavitasyon erozyonu maruziyetinden önce ve sonra hassas bir terazide tartarak malzeme kaybını kolayca ölçebilirsiniz. Bir kavitasyon erozyonu testinde tipik ağırlık değişimi 1 ile 30mg arasındadır. Daha fazla standardizasyon için, ağırlık kaybını malzeme yoğunluğuna bölerek hacim kaybını hesaplayabilirsiniz. Ortalama nüfuz derinliği (MDP), hacim kaybının numunenin yüzey alanına bölünmesiyle hesaplanır. Alternatif olarak, çukurcuk derinliğini veya yer değiştiren hacmi ölçebilirsiniz. Erozyon örüntüsü hakkında ek nitel bilgi edinmek için mikroskobik analiz kullanabilirsiniz.
Kavitasyon erozyonu testi için bir Hielscher ultrasonik cihazı kullandığınızda, çalışmak istediğiniz sıcaklık aralığını ve basınç aralığını önceden ayarlayabilirsiniz. Sonikasyon genliğini ayarlayabilirsiniz. Tüm parametreler izlenir, görüntülenir ve bir SD karta kaydedilir. Herhangi bir özel yazılım kurulumuna ihtiyacınız yoktur. İsterseniz, ultrasonik cihazı ethernet kablosu (dahildir) aracılığıyla bilgisayarınıza bağlayarak ultrasonik işlemi normal web tarayıcınızdan kontrol edebilir ve izleyebilirsiniz.

Titreşimli Bir Düzenek Kullanılarak Gerçekleştirilen Kavitasyon Erozyonu İçin ASTM G32 Standart Yöntemi Nedir?

ASTM G32-16 standardı, kavitasyon erozyonu için standartlaştırılmış bir yöntem tanımlar. Farklı malzemelerin kavitasyon erozyonu direncini nicel olarak belirlemek ve karşılaştırmak için basit, kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir bir test tanımlar. ATSM G32-16 spesifikasyonları, sonuçlarınızı diğer yayınların sonuçlarıyla karşılaştırmak için yararlıdır. Kalite kontrolünde kavitasyon erozyonu testini uygulamak istiyorsanız, kavitasyon erozyonu test protokolünü özel gereksinimlerinize uyarlamanızı özellikle öneririz. Size özel bir kavitasyon erozyonu test protokolünün tasarımında yardımcı olmaktan memnuniyet duyarız. ASTM-G32’ye uygun kavitasyon erozyonu testi hakkında daha fazla bilgi için lütfen buraya tıklayın!

Neden Süre Sınırı Yerine Enerji Sınırı Kullanmalıyım?

Birçok yayın ve erozyon test protokolü, bir kavitasyon maruziyet süresi belirtir. Hielscher ultrasonik cihazlarında, bir sonikasyon süresini önceden ayarlayabilirsiniz ve bu süre dolduğunda sistem durur. Ardından, elde edilen kavitasyon erozyonu hızını mm/hr veya mm3/hr cinsinden hesaplayabilirsiniz. Süre sınırı, yalnızca sıvı seviyesi, genlik, basınç, sıcaklık, sıvı bileşimi veya sonotrot ile malzeme yüzeyi arasındaki boşluk gibi hiçbir parametreyi değiştirmediğinizde kabul edilebilir. Bu parametrelerden herhangi biri değişirse, sonikasyon gücü ve kavitasyon yoğunluğu da değişir. Sıvıya aktarılan gerçek net gücün test süresi boyunca dalgalanmaması önemlidir.
Hielscher ultrasonik cihazlarında bir enerji sınırı ayarlayabilirsiniz. Bu durumda, ultrasonik cihaz belirtilen ultrasonik enerjiyi aktardıktan sonra durur. Hielscher cihazı, gerçek net güç, genlik, basınç ve sıvı sıcaklığı gibi parametreleri görüntüler ve kaydeder. Enerji sınırı kullanıldığında güçteki dalgalanmalar veya parametrelerdeki kasıtlı değişiklikler telafi edilir. Ardından, elde edilen kavitasyon erozyonu hızını mm/kWhr, mm3/kWhr veya mg/kWhr cinsinden belirtebilirsiniz.
Numuneyi kavitasyon erozyonu aralıkları arasında tartarsanız, kümülatif enerjiye karşı marjinal ağırlık kaybını (her enerji aralığındaki ağırlık kaybı hızını) gösteren bir eğri oluşturabilirsiniz.
Daha hassas sonuçlar için cihaz otomatik kalibrasyon (30 saniye) gerçekleştirebilir. Bu işlem, ortam basıncında havada tüm genlik ayarları için gücü ölçer. Hielscher cihazı, gerçek zamanlı olarak çok hassas net güç değerleri vermek için bu kalibrasyon verilerini kullanır.

Sonikasyon Sırasında Sıvı Basıncı

Kavitasyon erozyonu testine yönelik birçok standart protokol, ortam basıncında ultrasonik kavitasyon kullanır. Sıvı basıncı, sonikasyon yoğunluğu için ikinci en önemli etkendir. Ortam basıncındaki %10’luk bir artış, sonikasyon yoğunluğunu yaklaşık %10 artırır. Daha yoğun kavitasyon, belirli bir kavitasyon erozyonu derecesine ulaşmak için gereken süreyi azaltır. Tek bir numunenin testi çoğu zaman 15 ile 120 dakika arasında sürebilir. Test edilecek çok sayıda numuneniz varsa, daha yüksek basınçlarda çalışmak her testin süresini önemli ölçüde kısaltabilir. 5 barg (73psig) basınçta yapılan testler, her test için yaklaşık %80 daha az süre gerektirir.
Hielscher, kavitasyon erozyonu testi için dijital basınç sensörlü, basınca dayanıklı test hücreleri sunar. Basınca dayanıklı bir hücre kullanarak her test sırasında basıncı kontrol edebilir ve sabit tutabilirsiniz. Ultrasonik jeneratör, basınç sensörünü sürekli izler ve gerçek basıncı bir SD karttaki (dahildir) Excel uyumlu CSV dosyasına kaydeder. Hielscher, çalışma basıncını ayarlamak ve sabit tutmak için basınç regülatörleri sunar.
Kavitasyon erozyonu testi için Hielscher basınca dayanıklı test hücreleri, standart olarak 5barg (73psig) değerine kadar olan basınçlar için tasarlanmıştır. Talep üzerine 300barg (4350psig) değerine kadar daha yüksek basınçlar mevcuttur.

Ultrasonik Frekans

Genel olarak, kavitasyon erozyonu testinde 18–30kHz aralığında düşük frekanslı, yüksek yoğunluklu ultrason kullanılır. Bu aralıkta frekansın değişmesinin kavitasyon yoğunluğu üzerindeki etkisi çok sınırlıdır. Tüm Hielscher cihazları sabit bir frekansta çalışır.

Sonotrotta Olan Mesafe

Test edilecek malzeme sonotrota veya sonotrotun altına monte edilebilir. Diş açılmış bir malzeme numunesi hazırlayabilir ve bunu ultrasonik sonotrotun ucuna monte edebilirsiniz. Bu durumda numune, belirtilen ultrasonik genlikte titreşir ve yüzeyinde kavitasyon oluşturur. Bu, hassas talaşlı imalat gerektirir ve tüm malzemeler bu seçeneğe uygun değildir.
Alternatif olarak, bir parçayı veya numuneyi titanyum bir sonotrotun altına, ona çok yakın bir konumda sabitleyebilirsiniz. Bu durumda, titanyum sonotrot kavitasyonu oluşturur ve malzeme yüzeyi kavitasyona maruz kalır. Test hücresine çeşitli boyutlarda veya şekillerde numuneler yerleştirebildiğiniz için bu, daha elverişli seçenektir. 50mm veya 80mm çapında bir sonotrot gibi daha büyük bir sonotrot kullanırsanız, birden fazla parçayı aynı anda kavitasyon erozyonuna maruz bırakabilirsiniz. Bu, örneğin kalite kontrolü için günde çok sayıda parçayı test etmeniz gerektiğinde çok yararlıdır.
Her iki durumda da ultrasonik sonotrot ile yanındaki malzeme yüzeyi arasındaki mesafe çok önemlidir. Genel olarak, daha küçük bir mesafe kullanıldığında kavitasyon erozyonu daha hızlıdır. Tipik mesafeler 0,2 ile 15mm arasındadır. Kesin sonuçlar için tüm testlerde aynı mesafeyi kullanmalısınız.

Sıvı Sıcaklığı

Daha sıcak sıvı, daha düşük ultrasonik kavitasyon yoğunluğuna yol açar. Mekanik titreşim enerjisinin sıvıya aktarılması, sıvının ısınmasına neden olur. Her kavitasyon erozyonu testi sırasında sabit bir sıcaklığı korumak için sıvının soğutulması gerekir. Hielscher, ceketli kaplar ve ceketli, basınca dayanıklı hücreler sunar. Alternatif olarak, bir beher içinde soğutma serpantini kullanabilir veya beheri bir buz banyosuna koyabilirsiniz. Ceketten veya soğutma serpantininden geçen bir soğutucu akışkan, sıvıdan ısıyı uzaklaştırır.
UP400St veya UIP1000hdT gibi Hielscher ultrasonik cihazları, PT100 sıcaklık probuyla (dahildir) birlikte sunulur. Ultrasonik jeneratör, gerçek sıvı sıcaklığını sürekli izler ve sıcaklığı bir SD karttaki (dahildir) Excel uyumlu CSV dosyasına kaydeder. Sıvı sıcaklığı, örneğin yetersiz soğutma kapasitesi nedeniyle ayar noktanızdan çok fazla saparsa, jeneratörü kavitasyon erozyonu testini duraklatacak şekilde ayarlayabilirsiniz. Sıvı yeniden belirtilen sıcaklığa ulaştığında jeneratör sonikasyonu otomatik olarak sürdürebilir.

Kavitasyon Oluşan Sıvı

Genel olarak kavitasyon erozyonu testinde damıtılmış su gibi su türleri kullanılır. Farklı sıvılar, farklı kavitasyon özellikleri gösterir. Su, malzemeniz için korozifse, korozif etkeni ortadan kaldırmak veya azaltmak için düşük viskoziteli silikon yağları veya organik çözücüler gibi alternatif sıvıları test etmek isteyebilirsiniz. Alternatif olarak, örneğin pH değerini değiştirerek sıvıyı daha korozif veya aşındırıcı parçacıklar ekleyerek daha aşındırıcı hâle getirebilirsiniz. Sondaj çamurları gibi sıvıların erozyon ve korozyona neden olma özelliklerini veya korozyon ya da erozyon inhibitörlerinin etkinliğini değerlendirmek için kavitasyon erozyonu testini kullanabilirsiniz.

Talaşlı İmalat

Bir parça veya numune üretirken CNC ile talaşlı imalat, taşlama veya parlatma, malzeme yüzeyine yakın tane yapısına zarar verir. Bu, erozyon direncini azaltır.

Pasivasyon/Oksit Tabakaları

Erozyon ve korozyon çok sık aynı anda meydana gelir. Damıtılmış, demineralize veya deiyonize su gibi su türleri, birçok malzeme için korozif olabilir. Ultrasonik kavitasyon, korozyonu teşvik eder. Örneğin eloksallı alüminyum üzerindeki pasivasyon tabakaları, malzeme yüzeyinin erozyona ve korozyona karşı direncini artırır.

Kavitasyon Erozyonu Testinin Sınırlamaları Nelerdir?

Bazı elastomerlerin herhangi bir kavitasyon erozyonu göstermesi için çok yoğun kavitasyona maruz bırakılması gerekebilir. Bu durumda, basınçlı bir hücre olmadan yapılan sonikasyon, ölçülebilir herhangi bir etki göstermeyebilir.