Dengizda ishlatiladigan bronza qoplamalarni kavitatsion eroziyaga amaliy sinash

Kavitatsion eroziya sinovi nazorat qilinadigan laboratoriya taʼsirini haqiqiy muhandislik muammosi bilan bogʻlaganda eng foydali boʻladi. Kema rullari va parraklari kabi dengizda ishlatiladigan qismlar uchun kavitatsiyaga chidamli bronza qoplamalarni baholash bunga amaliy misoldir. Bu qismlar mahalliy bosim tebranishlari bugʻ pufakchalarini hosil qilishi mumkin boʻlgan hududlarda ishlaydi. Ushbu pufakchalar sirt yaqinida qulab, takroriy yuqori jadallikdagi zarba yuklarini yuzaga keltiradi. Vaqt oʻtishi bilan bu chuqurchalar paydo boʻlishiga, toliqish shikastlanishiga, qoplamaning buzilishiga va material yoʻqotilishiga olib keladi.

Bronza qoplamalarning kavitatsion eroziya sinovi

Hauer va boshqalarning tadqiqotida sovuq purkash, iliq purkash, HVOF purkash va elektr yoyi bilan purkash orqali hosil qilingan bronza qoplamalar quyma nikel-alyuminiy bronzasi va kemasozlik poʻlati bilan taqqoslangan. Asosiy savol oddiy edi: qaysi qoplash jarayoni dengizda foydalanish uchun kavitatsiya taʼsiriga yetarlicha uzoq bardosh beradigan bronza sirtini hosil qila oladi? Bunga javob berish uchun tadqiqotchilar tebranuvchi apparat yordamida ASTM G32-16 asosidagi kavitatsion eroziya sinovidan foydalanganlar; sinov tizimi sifatida Hielscher UIP1000hdT ultratovushli tebranish tizimi ham qoʻllangan.

Sinov sharoitlarini aniq nazorat qilish va maʼlumotlarni avtomatik qayd etish

UIP1000hdT ultratovush qurilmasi bu turdagi sinovga juda mos keladi, chunki u kavitatsion eroziya sinovlarida qoʻllanadigan diapazonda yuqori jadallikdagi, past chastotali ultratovushni beradi. 1000 vattli ultratovush qurilmasidan foydalanadigan kavitatsion eroziya sinovi qurilmasi 20 kHz chastotada ishlaydi va jarayonni aniq kuzatish, amplitudani boshqarish, haroratni oʻlchash hamda sinov maʼlumotlarini avtomatik bayonnomaga kiritish imkonini beradi. Bu funksiyalar muhim, chunki kavitatsiya jadalligi amplituda, suyuqlik harorati, suyuqlik bosimi, sonotrod geometriyasi va sonotrod bilan namuna orasidagi masofaga kuchli darajada bogʻliq.

(a) UIP1000hd ultratovush qurilmasi bilan ASTM G32-16 boʻyicha kavitatsion eroziya sinovi (bilvosita usul). Barcha sinov parametrlari nominal qiymatlardir; ruxsat etilgan ogʻishlar standartda keltirilgan.
(b) Eroziya–vaqt egri chizigʻidagi sxematik bosqichlar va sinov tartibidagi xarakterli parametrlar.
Grafik materiallar va tadqiqot: ©Hauer va boshqalar, 2021.

Bronza qoplamalarning ultratovushli kavitatsion eroziya sinovi

Dengizda ishlatiladigan bronza qoplama misolida sinov ASTM G32 ning bilvosita sxemasi boʻyicha oʻtkazilgan. Bu konfiguratsiyada namuna tebranuvchi ultratovush shoxiga biriktirilmaydi. Buning oʻrniga ultratovushli sonotrod distillangan suvda kavitatsiya hosil qiladi, qoplangan namuna esa sonotrod ostiga belgilangan oraliqda mahkamlanadi. Hauer va boshqalar namuna bilan sonotrod orasida 0,5 mm masofa, 20 kHz chastota va choʻqqidan choʻqqigacha 50 µm amplitudadan foydalanganlar. Sinov suyuqligi taxminan xona haroratida, qariyb 25 °C da saqlangan distillangan suv boʻlgan.

Namunani tayyorlash juda muhim bosqichdir. Kavitatsiya taʼsiridan oldin qoplangan sirtlar bosqichma-bosqich silliqlangan va 4 µm dan kichik mayda olmos abrazivigacha oʻtib jilolangan. Bu aks holda darhol ajralib chiqishi va eroziya egri chizigʻini buzib koʻrsatishi mumkin boʻlgan sust birikkan zarrachalar yoki sirt notekisliklarining taʼsirini kamaytiradi. Maqsad qoplamani chiroyli koʻrsatish emas, balki oʻlchangan massa yoʻqotilishi sirtning yomon tayyorlanganligini emas, kavitatsiyaga chidamlilikni aks ettirishi uchun takror hosil qilish mumkin boʻlgan boshlangʻich sharoitni yaratishdir.

Ultratovushli kavitatsion eroziya sinovini oʻtkazish tartibi va uning natijalari

Amaliy sinov tartibi sodda. Avval har bir namuna tozalanadi, quritiladi va aniq tarozida tortiladi. Soʻng u UIP1000hdT ultratovush qurilmasining BS4d22 sonotrodi ostidagi sinov hujayrasiga oʻrnatiladi; bunda 0,5 mm oraliq ehtiyotkorlik bilan va har safar bir xil tarzda sozlanadi. Ultratovush qurilmasi belgilangan amplituda va chastotada ishlatiladi, qizish kavitatsiya jadalligini oʻzgartirmasligi uchun esa suyuqlik harorati nazorat qilinadi. Belgilangan taʼsir oraligʻidan keyin namuna chiqarib olinadi, tozalanadi, quritiladi va yana tortiladi. Bu ketma-ketlik toʻliq eroziya egri chizigʻi olinmaguncha materialga bogʻliq, tobora uzayib boradigan taʼsir oraliqlarida takrorlanadi.
Dastlab oʻlchanadigan kattalik massa yoʻqotilishidir. Muhandislik taqqoslovi uchun bu massa yoʻqotilishi material zichligidan foydalanib hajm yoʻqotilishiga aylantiriladi. Soʻng oʻrtacha eroziya chuqurligini aniqlash uchun hajm yoʻqotilishi taʼsirga uchragan sirt maydoniga boʻlinadi. Eroziya chuqurligi egri chizigʻidan tadqiqotchi maksimal eroziya tezligi, yakuniy eroziya tezligi va oʻrtacha eroziya chuqurligi kabi xarakterli eroziya parametrlarini hisoblay oladi. Hielscher, shuningdek, tanlangan protokolga qarab eroziya vaqt birligiga yoki berilgan ultratovush energiyasi birligiga toʻgʻri keladigan massa, hajm yoki kirib borish chuqurligi sifatida ifodalanishi mumkinligini qayd etadi.

Sozlangan qoplama sifati parametrlari n ga bogʻliq oʻrtacha eroziya chuqurliklari. Kukunni yumshatish uchun termik ishlov berish va shu tufayli kukun mustahkamligini kamaytirish yuqori qoplama sifatiga erishish imkonini beradi. Kichik ichki tasvirlarda 100min davom etgan kavitatsiya sinovidan keyin yuzaga kelgan sirt shikastlanishlari koʻrsatilgan.
Grafiklar va tadqiqot: ©Hauer va boshqalar, 2021.

Hauer tadqiqotidan olinadigan muhim saboqlardan biri shuki, dastlabki eroziya tezliklari chalgʻitishi mumkin. Termik va kinetik purkash orqali hosil qilingan qoplamalarda koʻpincha dastlab yuqori material yoʻqotilishi kuzatilgan, soʻng eroziya tezligi pasayib, barqarorroq boʻlgan. Shu sababli Hauer va boshqalar yakuniy eroziya tezligini qoplamaning uzoq muddatli ishlash xususiyatlarini yaxshiroq ifodalovchi koʻrsatkich sifatida qoʻllaganlar. Ularning 120 daqiqalik taqqoslovida barqarorlashgan holatni yaxshiroq aks ettirish uchun yakuniy eroziya tezligi asosan sinovning ikkinchi yarmidan, 60 daqiqadan keyingi davrdan baholangan.

Sinov natijalari nazorat qilinadigan tebranuvchi kavitatsiya apparati nega qimmatli ekanini koʻrsatadi. Quyma nikel-alyuminiy bronzasida yakuniy eroziya tezligi taxminan 0,40 µm/h boʻlgan. Optimallashtirilgan iliq purkalgan bronzada bu koʻrsatkich 0,57 µm/h ga yetgan va quyma etalonnikiga yaqin boʻlgan. Kemasozlik poʻlatiga elektr yoyi bilan purkalgan optimallashtirilgan qoplamada taxminan 1,02 µm/h, optimallashtirilgan HVOF qoplamasida esa taxminan 1,74 µm/h ga erishilgan. Bu qoplamalar quyma parrak bronzasiga toʻliq teng kelmagan hollarda ham kemasozlik poʻlatidan keskin ustun boʻlgan; tadqiqotda elektr yoyi bilan va HVOF orqali purkalgan qoplamalarning kavitatsiyaga chidamliligi VL-A poʻlatiga nisbatan mos ravishda taxminan 26 va 16 baravar yaxshiroq boʻlgani qayd etilgan.

Kavitatsion eroziya sinovlaringiz uchun ultratovush qurilmasidan tebranuvchi apparat sifatida foydalaning

Amaliy xulosa shuki, UIP1000hdT ultratovush qurilmasidan tebranuvchi apparat sifatida foydalanib oʻtkaziladigan kavitatsion eroziya sinovi materiallarni tartiblashdan koʻra koʻproq imkoniyat beradi. U qoplash jarayoni, mikrostruktura, oksid miqdori, gʻovaklik, tutashuv yuzasidagi birikish va keyingi ishlov haqiqiy eroziya xususiyatlariga qanday taʼsir qilishini ochib beradi. Hauer va boshqalar HVOF va elektr yoyi bilan purkash poʻlat rul sirtlarini yaxshilashda ishlash xususiyatlari bilan xarajat oʻrtasida yaxshi muvozanatni taʼminlashi mumkin, yaxlit nikel-alyuminiy bronzasinikiga yaqin kavitatsiyaga chidamlilik talab etilganda esa sovuq va iliq purkash afzal, degan xulosaga kelganlar.

Laboratoriyalar va qoplama ishlab chiquvchilar uchun takrorlanuvchan natijalarning kaliti sinov parametrlarini qatʼiy nazorat qilishdir: sonotrod amplitudasi, chastota, sonotroddan namunagacha masofa, suyuqlik harorati, suyuqlikning kimyoviy tarkibi, namunani tayyorlash, tortish oraliqlari va eroziya tezligini hisoblash. Ushbu sharoitlar belgilanganida Hielscher UIP1000hdT ultratovushli kavitatsiyani qoplamaning ishlash xususiyatlariga oid miqdoriy maʼlumotlarga aylantirishning amaliy va takrorlanuvchan usulini taʼminlaydi.

Kavitatsion eroziya sinovi uchun namunaviy ish varagʻi

 
Kavitatsion eroziya sinovlari boʻyicha koʻrsatmalarni shu yerda topishingiz mumkin!

ASTM G32 boʻyicha kavitatsion eroziya sinovi qurilmasi

UIP500hdT, UIP1000hdT, UIP15000hdT va UIP2000hdT ultratovush qurilmalari ASTM G32 sinovlariga mos keladi. Ushbu qurilmalarning har birini sonotrod uchidagi mexanik amplitudaga oid aniq amplitudani oʻlchash bayonnomasi bilan yetkazib berishimiz mumkin. Ushbu qurilmalardan istalgan birini BS4d22 sonotrodi (diametri 22mm) va ST2 shtativi bilan ishlatishni tavsiya qilamiz.

ASTM G32 -16 uchun almashtiriladigan uchlikli 15,9mm sonotrod

Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat – Germaniyada yaratilgan sifat

Hielscher ultratovush qurilmalari eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va oson boshqarish ultratovush qurilmalarimizni sanoat obyektlariga muammosiz integratsiya qilish imkonini beradi. Hielscher ultratovush qurilmalari ogʻir sharoitlar va yuqori talab qoʻyiladigan muhitlarda oson ishlaydi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiyalar va foydalanuvchiga qulaylikni oʻzida mujassam etgan yuqori unumli ultratovush qurilmalariga alohida eʼtibor beradi. Albatta, Hielscher ultratovush qurilmalari CE talablariga mos keladi va UL, CSA hamda RoHs talablariga javob beradi.

Adabiyotlar / Manbalar

• Hielscher Cavitation Erosion Test Protocol – ASTM G32
• Hauer, Michél; Gärtner, Frank; Krebs, Sebastian; Klassen, Thomas; Watanabe, Makoto; Kuroda, Seiji; Krömmer, Werner; Henkel, Knuth-Michael (2021): Process Selection for the Fabrication of Cavitation Erosion-Resistant Bronze Coatings by Thermal and Kinetic Spraying in Maritime Applications. Journal of Thermal Spray Technology 30, 2021.
• Bolewski, Łukasz; Szkodo, Marek; Kmieć, Mateusz (2017): Cavitation erosion degradation of Belzona® coatings. Advances in Materials Science. 17, 2017.
• Kmieć, Mateusz; Karpiński, Bartłomiej; Szkodo, Marek (2016): Cavitation Erosion of P110 Steel in Different Drilling Muds. Advances in Materials Science. 16, 2016.
• Müller, Saskia; Fischper, Maurice; Mottyll, Stephan; Skoda, Romuald; Hussong, Jeanette (2014): Analysis of the cavitating flow induced by an ultrasonic horn – Experimental investigation on the influence of actuation phase, amplitude and geometrical boundary conditions. EPJ Web of Conferences 67, 2014.