应用介绍

雨滴/雨水所带来的侵蚀

风和雨是常见的自然现象，但在摩擦学的研究里，他们却是影响清洁能源和运输系统机器性能的重要因素。例如利用风力发电生产清洁能源的风力涡轮机叶片，在降雨过程中，液滴以100m/s或更高的速度反复撞击叶片前缘，会由于液固相互作用而导致前缘侵蚀。对于巡航速度超过250米/秒的民用飞机和战斗机的外部来说，风险更大，因为液滴的冲击能量更高，与风力涡轮机叶片相比造成更严重的侵蚀（冲击能量与速度功率2成比例）。

                             代表来自风力涡轮机叶片的风声噪声的视频（波兰布科夫斯科的风力发电厂）

液滴在刚性表面上的撞击会产生数千兆帕斯卡的水锤压力，随后液滴通过侧向射流降压，该射流可以以2到6倍的撞击速度行进。水锤压力和横向喷射可能会施加超过固体表面耐力极限的应力，从而导致破坏机制，如点蚀，剥落，分层，疲劳裂纹和粗糙度增加。由于阻力的增加和升力的降低，这些故障机制会影响风力涡轮机的能量产生。此外，叶片的使用寿命会受到影响，因为安装前的2到3年内就可以看到前缘的腐蚀。在飞机和喷气式战斗机中必须处理类似的故障机制，以减少维护和维修成本。例如，一架民用飞机的重新涂漆可能花费高达300,000美元，并使用50加仑的油漆。

                     Ducom水滴侵蚀测试仪中的“液滴发生器”产生的液滴会以200 m / s的速度反复冲击刚性样品。 

风力涡轮机叶片和飞行器使用环氧树脂和弹性体涂层，以保护其表面免受雨淋。这些涂层的性能应超过抗侵蚀性，因为它们必须是抗紫外线和防尘的，不应影响风力涡轮机叶片的设计应力和应变极限，并且不应增加飞机重量。在这方面，全球风能和交通运输领域的材料研究主要集中在利用Ducom雨滴腐蚀试验机（WDE）开发和测试多层涂层。在实验室里，Ducom WDE可以模拟用于风力涡轮机、飞机和战斗机的材料的液-固侵蚀和失效机制。Ducom公司精心设计、开发和制造了复杂的“液滴发生器”，这是水滴侵蚀测试仪的核心。该雾滴发生器可精确控制雾滴大小在2～5mm之间，雾滴撞击速度在25～250m/s之间，雾滴撞击频率在5～50hz之间。

                             由于直径2 mm的液滴的反复撞击而造成的弹性体涂层的冲蚀磨损。 

注意：我们目前正在将液滴发生器升级到马赫数1和马赫数2，以模拟战斗机涂层的磨损机理。如果您对Mach 1或2型液滴发生器感兴趣，请联系我们。

“ Ducom水滴侵蚀测试仪已在法国和荷兰的多家研究机构中使用，可模拟各种水滴和磨损机理以及400小时的不间断测试”

史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）说：“比以往任何时候都更接近您的客户。实际上，如此接近，以至于他们告诉他们他们需要什么，然后他们自己意识到。” 在Ducom水滴侵蚀测试仪的设计和制造的不同阶段都遵循这一理念。让我用几个例子解释一下。

实例A. 研究表明，液滴撞击后残留的水膜会形成“垫层”，可以抵抗水锤压力。这可能会影响液-固冲击磨损机制。为了研究这个假设，我们设计了一个压力控制的“空气叶片”系统，该系统控制水膜的缓冲效果（见图1）。

图1. Ducom水滴侵蚀测试仪（WDE）配备了压力控制的气刀和基质调节器（A）。矩阵调制器用于在同一表面（B）上生成侵蚀磨损矩阵。 

示例B.如图1所示，经过多年暴露于降雨的侵蚀过程可分为五个阶段-孵化，加速，最大侵蚀，减速和稳态侵蚀。在实验室中，可以使用Ducom WDE中的“矩阵调制器”在几个小时内检查这五个腐蚀阶段。矩阵调制器是一个YZ平台，它使用户可以精确地将液滴的撞击定位在表面上，从而将腐蚀磨损组织成行和列。 

图2. Ducom水滴侵蚀测试仪，其试样在90 o（A）和60 o（B）处与从液滴发生器喷出的液滴成比例。表面形貌图像显示在90 o时样品上没有磨损迹象，因为在60 o时同一样品上存在严重的塑性变形。

例C。防腐蚀涂层由防腐蚀底漆、聚氨酯面漆和透明涂层组成，保护飞机免受紫外线、腐蚀和划伤。由于飞机机动灵活，雨滴或液滴的撞击角可在15°至90°之间变化。Ducom-LDE具有很强的灵活性，可以模拟15~90°范围内的液滴撞击角。如图2所示，冲击角对磨损有影响，当攻角为60°时，硅基透明涂层发生了严重的塑性变形，而攻角为90°时则发生了严重的塑性变形。

示例D.由于客户满意度已成为财务成功的关键战场，因此产品开发团队将重点放在基准测试其涂料与竞争对手的对比上。可重复性和可重复性对于产品间隙分析及其基准标记至关重要。Ducom WDE用于重复产生磨损机理，并证明涂层之间的关键区别。如图3所示，与基于硅的透明涂层或基于PU的透明涂层相比，基于溶胶-凝胶的透明涂层没有磨损。

图3.航空级涂料在Ducom WDE中进行了测试，液滴速度为200 m / s，冲击角为90 o。将带有PU胶带的透明涂层分层（A），将基于有机硅的透明涂层破裂（B），并且通过溶胶-凝胶的透明涂层通过了测试，没有任何可见的磨损（C）。 

Ducom雨滴腐蚀试验机可以开发和验证抗腐蚀涂料，从而保护风力涡轮机和飞行器免受风雨的侵袭。             

注意：Ducom还设计，开发，制造和部署了空气冲蚀侵蚀测试仪，用于气固-固相互作用。Ducom喷气侵蚀测试仪在美国，瑞士，瑞典，挪威，意大利，印度，土耳其，澳大利亚，西班牙，马来西亚和俄罗斯的材料科学家和摩擦学家中得到广泛使用。