Thử nghiệm xói mòn do xâm thực

Xói mòn do xâm thực xảy ra trên các bề mặt vật liệu tiếp xúc với hiện tượng xâm thực siêu âm mạnh. Thử nghiệm xói mòn do xâm thực là phương pháp nhanh để đo khả năng chống xói mòn của vật liệu hoặc lớp phủ trước ứng suất mạnh và các yếu tố gây xói mòn khác. Phương pháp này cung cấp phép đo định lượng dễ thực hiện để kiểm soát chất lượng, đồng thời hữu ích trong quá trình nghiên cứu vật liệu hoặc xây dựng công thức lớp phủ.

Tại sao nên sử dụng thử nghiệm xói mòn do xâm thực?

Xói mòn hoặc ăn mòn diễn ra liên tục có thể đòi hỏi phải thay thế các bộ phận hoặc làm mới lớp phủ bề mặt định kỳ. Xói mòn bề mặt vật liệu do các tác động cơ học hoặc hóa học là một quá trình chậm, dẫn đến sự phá hủy dần dần các bề mặt vật liệu. Vì vậy, việc đánh giá khả năng chống xói mòn của vật liệu hoặc tác động gây xói mòn của chất lỏng và huyền phù có thể rất tốn thời gian.
Thử nghiệm xói mòn do xâm thực siêu âm cho bề mặt vật liệu chịu các chu kỳ ứng suất mạnh, lặp lại và được kiểm soát. Điều này gây xói mòn đáng kể bề mặt vật liệu trong thời gian ngắn. Bạn có thể nhanh chóng đo khả năng chống xói mòn để kiểm soát chất lượng định kỳ trong sản xuất, đánh giá vật liệu đầu vào hoặc trong quá trình nghiên cứu và phát triển.
Các ứng dụng tiêu chuẩn bao gồm thử nghiệm luyện kim, thử nghiệm công thức lớp phủ, thử nghiệm thi công lớp phủ hoặc đánh giá các chất ức chế xói mòn trong chất lỏng.

Tại sao xâm thực gây xói mòn bề mặt?

Các thiết bị siêu âm như UP400St (400 oát, 24kHz) hoặc UIP1000hdT (1000 oát, 20kHz) truyền dao động siêu âm vào chất lỏng như nước. Chuyển động qua lại nhanh của dao động trong chất lỏng tạo ra và làm sụp đổ các bọt xâm thực. Khi các bọt sụp đổ, ứng suất cơ học cục bộ cao xuất hiện trong chất lỏng và trên các bề mặt vật liệu tiếp xúc với hiện tượng này. Các tia chất lỏng có tốc độ lên đến 1000km/h và áp suất cục bộ lên đến 1000atm gây ra hiện tượng mỏi nhanh chóng trên bề mặt vật liệu. Điều này có thể loại bỏ các lớp oxit hoặc lớp thụ động hóa, lớp phủ hoặc cặn bám. Nó có thể gây rỗ các vật liệu rắn như thép, titan, nhôm, nhựa hoặc thủy tinh. Do đó, thử nghiệm xói mòn do xâm thực là một phương pháp thử nghiệm phá hủy.

Thử nghiệm xói mòn do xâm thực hoạt động như thế nào?

Xói mòn do xâm thực trên bề mặt vật liệu gây mất dần vật liệu. Bạn có thể dễ dàng đo lượng vật liệu bị mất bằng cách cân vật liệu trên cân chính xác trước và sau khi cho vật liệu tiếp xúc với xâm thực gây xói mòn trong điều kiện xác định. Mức thay đổi khối lượng điển hình trong một thử nghiệm xói mòn do xâm thực nằm trong khoảng từ 1 đến 30mg. Để chuẩn hóa hơn nữa, bạn có thể tính thể tích bị mất bằng cách chia khối lượng bị mất cho khối lượng riêng của vật liệu. Độ sâu xuyên thấu trung bình (MDP) được tính bằng cách chia thể tích bị mất cho diện tích bề mặt mẫu thử. Ngoài ra, bạn có thể đo độ sâu vết rỗ hoặc thể tích bị dịch chuyển. Bạn có thể sử dụng phân tích bằng kính hiển vi để thu thập thêm thông tin định tính về hình thái xói mòn.
Khi sử dụng thiết bị siêu âm Hielscher để thử nghiệm xói mòn do xâm thực, bạn có thể cài đặt trước khoảng nhiệt độ và khoảng áp suất mong muốn khi vận hành. Bạn có thể điều chỉnh biên độ siêu âm. Tất cả các thông số đều được giám sát, hiển thị và ghi nhật ký vào thẻ SD. Bạn không cần cài đặt bất kỳ phần mềm độc quyền nào. Nếu muốn, bạn có thể điều khiển và giám sát quá trình siêu âm từ trình duyệt web thông thường của mình khi kết nối thiết bị siêu âm với máy tính qua cáp Ethernet (đi kèm).

Phương pháp tiêu chuẩn ASTM G32 về xói mòn do xâm thực sử dụng thiết bị rung là gì?

Tiêu chuẩn ASTM G32-16 mô tả một phương pháp tiêu chuẩn hóa để thử nghiệm xói mòn do xâm thực. Tiêu chuẩn này xác định một phép thử đơn giản, có thể kiểm soát và tái lập để định lượng và so sánh khả năng chống xói mòn do xâm thực của các vật liệu khác nhau. Các quy định kỹ thuật ATSM G32-16 hữu ích cho việc so sánh kết quả của bạn với kết quả trong các công bố khác. Nếu bạn muốn triển khai thử nghiệm xói mòn do xâm thực trong kiểm soát chất lượng, chúng tôi khuyến nghị điều chỉnh quy trình thử nghiệm xói mòn do xâm thực cho phù hợp với các yêu cầu cụ thể của bạn. Chúng tôi sẵn lòng hỗ trợ bạn thiết kế một quy trình thử nghiệm xói mòn do xâm thực tùy chỉnh. Để biết thêm thông tin về thử nghiệm xói mòn do xâm thực theo ASTM-G32, vui lòng nhấp vào đây!

Tại sao nên sử dụng giới hạn năng lượng thay cho giới hạn thời gian?

Nhiều công bố và quy trình thử nghiệm xói mòn quy định thời gian tiếp xúc với xâm thực. Với các thiết bị siêu âm Hielscher, bạn có thể đặt trước thời gian xử lý siêu âm và hệ thống sẽ dừng sau khi hết thời gian này. Sau đó, bạn có thể tính tốc độ xói mòn do xâm thực thu được theo mm/hr hoặc mm3/hr. Giới hạn thời gian chỉ có thể chấp nhận được nếu bạn không thay đổi bất kỳ thông số nào, chẳng hạn như mức chất lỏng, biên độ, áp suất, nhiệt độ, thành phần chất lỏng hoặc khe hở giữa đầu dò siêu âm và bề mặt vật liệu. Nếu bất kỳ thông số nào trong số này thay đổi, công suất xử lý siêu âm và cường độ xâm thực cũng sẽ thay đổi. Điều quan trọng là công suất thuần thực tế truyền vào chất lỏng không được dao động trong suốt thời gian thử nghiệm.
Với các thiết bị siêu âm Hielscher, bạn có thể đặt giới hạn năng lượng. Trong trường hợp này, thiết bị siêu âm sẽ dừng sau khi đã truyền đủ năng lượng siêu âm được chỉ định. Thiết bị Hielscher sẽ hiển thị và ghi lại các thông số như công suất thuần thực tế, biên độ, áp suất và nhiệt độ chất lỏng. Các dao động công suất hoặc những thay đổi có chủ đích về thông số sẽ được bù trừ khi sử dụng giới hạn năng lượng. Sau đó, bạn có thể xác định tốc độ xói mòn do xâm thực thu được theo mm/kWhr, mm3/kWhr hoặc mg/kWhr.
Nếu cân mẫu thử giữa các khoảng thử nghiệm xói mòn do xâm thực, bạn có thể tạo đường cong biểu diễn lượng hao hụt khối lượng gia tăng (tốc độ hao hụt khối lượng trong mỗi khoảng năng lượng) theo năng lượng tích lũy.
Để có kết quả chính xác hơn, thiết bị có thể thực hiện hiệu chuẩn tự động (30 giây). Quá trình này đo công suất ở tất cả các mức cài đặt biên độ trong không khí ở áp suất môi trường. Thiết bị Hielscher sử dụng dữ liệu hiệu chuẩn này để cung cấp các giá trị công suất thuần rất chính xác theo thời gian thực.

Áp suất chất lỏng trong quá trình xử lý siêu âm

Nhiều quy trình thử nghiệm xói mòn do xâm thực tiêu chuẩn sử dụng xâm thực siêu âm ở áp suất môi trường. Áp suất chất lỏng là yếu tố quan trọng thứ hai đối với cường độ xử lý siêu âm. Khi áp suất môi trường tăng 10%, cường độ xử lý siêu âm sẽ tăng khoảng 10%. Xâm thực mạnh hơn giúp giảm thời gian cần thiết để đạt được một mức độ xói mòn do xâm thực nhất định. Thông thường, một phép thử trên một mẫu có thể mất từ 15 đến 120 phút. Nếu bạn có nhiều mẫu cần thử nghiệm, việc vận hành ở áp suất cao hơn có thể rút ngắn đáng kể thời gian cho mỗi phép thử. Các phép thử ở 5 barg (73psig) cần ít thời gian hơn khoảng 80% cho mỗi phép thử.
Hielscher cung cấp các buồng thử kín chịu áp có cảm biến áp suất kỹ thuật số để thử nghiệm xói mòn do xâm thực. Khi sử dụng buồng kín chịu áp, bạn có thể kiểm soát và duy trì áp suất trong mỗi phép thử. Bộ phát siêu âm liên tục giám sát cảm biến áp suất và ghi lại áp suất thực tế vào tệp CSV tương thích với Excel trên thẻ SD (đi kèm). Hielscher cung cấp các bộ điều áp để thiết lập và duy trì áp suất vận hành.
Theo cấu hình tiêu chuẩn, các buồng thử kín chịu áp của Hielscher dùng để thử nghiệm xói mòn do xâm thực được định mức cho áp suất lên đến 5barg (73psig). Có thể cung cấp các cấu hình áp suất cao hơn, lên đến 300barg (4350psig), theo yêu cầu.

Tần số siêu âm

Nhìn chung, thử nghiệm xói mòn do xâm thực sử dụng siêu âm tần số thấp, cường độ cao trong dải 18–30kHz. Trong dải này, sự thay đổi tần số có ảnh hưởng rất hạn chế đến cường độ xâm thực. Tất cả các thiết bị Hielscher đều hoạt động ở tần số không đổi.

Khoảng cách từ đầu sonotrode

Vật liệu cần thử nghiệm có thể được gắn vào đầu sonotrode hoặc đặt bên dưới đầu sonotrode. Bạn có thể chế tạo một mẫu vật liệu có ren và gắn mẫu vào đầu mút của đầu sonotrode siêu âm. Trong trường hợp này, mẫu dao động với biên độ siêu âm được chỉ định và tạo ra xâm thực trên bề mặt của chính nó. Phương án này đòi hỏi gia công chính xác và không phải vật liệu nào cũng phù hợp.
Một cách khác là cố định một chi tiết hoặc mẫu ở vị trí gần ngay bên dưới đầu sonotrode bằng titan. Trong trường hợp này, đầu sonotrode bằng titan tạo ra xâm thực và bề mặt vật liệu chịu tác động của xâm thực. Đây là phương án thuận tiện hơn vì bạn có thể đặt các mẫu có kích thước hoặc hình dạng khác nhau vào buồng thử. Nếu sử dụng đầu sonotrode lớn hơn, chẳng hạn như đầu sonotrode có đường kính 50mm hoặc 80mm, bạn có thể cho nhiều chi tiết chịu tác động của xói mòn do xâm thực cùng lúc. Điều này rất hữu ích khi bạn phải thử nghiệm nhiều chi tiết mỗi ngày, ví dụ như để kiểm soát chất lượng.
Trong cả hai trường hợp, khoảng cách giữa đầu sonotrode siêu âm và bề mặt vật liệu ở gần nó là rất quan trọng. Nhìn chung, xói mòn do xâm thực diễn ra nhanh hơn khi sử dụng khoảng cách nhỏ hơn. Khoảng cách điển hình nằm trong khoảng từ 0,2 đến 15mm. Để có kết quả mang tính kết luận, bạn nên sử dụng cùng một khoảng cách cho tất cả các phép thử.

Nhiệt độ chất lỏng

Chất lỏng ấm hơn dẫn đến cường độ xâm thực siêu âm thấp hơn. Việc đưa năng lượng dao động cơ học vào chất lỏng sẽ làm chất lỏng nóng lên. Để duy trì nhiệt độ không đổi trong mỗi phép thử xói mòn do xâm thực, chất lỏng cần được làm mát. Hielscher cung cấp các bình chứa có áo trao đổi nhiệt và các buồng kín chịu áp có áo trao đổi nhiệt. Ngoài ra, bạn có thể sử dụng ống xoắn làm mát trong cốc có mỏ hoặc đặt cốc có mỏ vào bể nước đá. Chất làm mát chảy qua áo trao đổi nhiệt hoặc qua ống xoắn làm mát sẽ lấy nhiệt ra khỏi chất lỏng.
Các thiết bị siêu âm Hielscher, chẳng hạn như UP400St hoặc UIP1000hdT, được trang bị đầu dò nhiệt độ PT100 (đi kèm). Bộ phát siêu âm liên tục giám sát nhiệt độ thực tế của chất lỏng và ghi lại nhiệt độ vào tệp CSV tương thích với Excel trên thẻ SD (đi kèm). Bạn có thể thiết lập bộ phát để tạm dừng thử nghiệm xói mòn do xâm thực nếu nhiệt độ chất lỏng lệch quá nhiều so với giá trị đặt, ví dụ như do công suất làm mát không đủ. Bộ phát có thể tự động tiếp tục xử lý siêu âm khi chất lỏng đạt lại nhiệt độ được chỉ định.

Chất lỏng xảy ra xâm thực

Nhìn chung, thử nghiệm xói mòn do xâm thực sử dụng nước, chẳng hạn như nước cất. Các chất lỏng khác nhau có đặc tính xâm thực khác nhau. Nếu nước gây ăn mòn vật liệu của bạn, bạn có thể muốn thử các chất lỏng thay thế, chẳng hạn như dầu silicone có độ nhớt thấp hoặc dung môi hữu cơ, để loại bỏ hoặc giảm yếu tố gây ăn mòn. Ngoài ra, bạn có thể làm cho chất lỏng có tính ăn mòn cao hơn, ví dụ bằng cách thay đổi độ pH, hoặc có tính mài mòn cao hơn bằng cách thêm các hạt mài. Bạn có thể sử dụng thử nghiệm xói mòn do xâm thực để đánh giá khả năng gây xói mòn và ăn mòn của các chất lỏng, chẳng hạn như dung dịch khoan, hoặc để đánh giá hiệu quả của các chất ức chế ăn mòn hoặc xói mòn.

Gia công cơ khí

Khi bạn chế tạo một chi tiết hoặc mẫu thử, việc gia công CNC, mài hoặc đánh bóng gây hư hại cho cấu trúc hạt gần bề mặt vật liệu. Điều này làm giảm khả năng chống xói mòn.

Các lớp thụ động hóa/oxit

Xói mòn và ăn mòn rất thường xảy ra đồng thời. Nước, chẳng hạn như nước cất, nước khử khoáng hoặc nước khử ion, có thể gây ăn mòn nhiều loại vật liệu. Xâm thực siêu âm thúc đẩy quá trình ăn mòn. Các lớp thụ động hóa, ví dụ trên nhôm được anot hóa, sẽ làm tăng khả năng chống xói mòn và ăn mòn của bề mặt vật liệu.

Thử nghiệm xói mòn do xâm thực có những hạn chế nào?

Một số chất đàn hồi có thể cần được tiếp xúc với xâm thực có cường độ rất cao thì mới xuất hiện bất kỳ sự xói mòn do xâm thực nào. Trong trường hợp này, xử lý siêu âm mà không có buồng chịu áp có thể không cho thấy bất kỳ tác động nào có thể đo được.