密不可分所带来的侵蚀
发布时间 : 2021/04/15 阅读次数 : 124 推荐产品 :

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。




LDE腐蚀_3M样本_II

                             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)。

 



矩阵调制器

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。 



60度时的液滴侵蚀

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。



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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。 



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