Кавитационное изнашивание полимеров

Проведены испытания на кавитационное изнашивание шести полимеров, принадлежащих к разным классам: политетрафторэтилена, полиэтилена низкого давления; полиметилметакрилата, полиамида блочного (капролона), полиуретана и эпоксидного компаунда К-153. Опыты проводили на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе в мягкой пресной воде при температуре 20 ± 3 ℃. Частота и амплитуда колебаний торца концентратора вибратора равнялись соответственно 22 кГц и 28 мкм. Образцы имели цилиндрическую форму, торцевые поверхности которых, подлежащие испытанию, шлифовали и полировали по одинаковой технологии для всех полимеров. Перед испытаниями измеряли плотность, скорость звука в полимерах и твёрдость по Шору (тип D). В процессе испытаний измеряли потери массы образцов и шероховатость поверхности, и строили зависимость потерь массы и среднего арифметического отклонения профиля поверхности от продолжительности кавитационного воздействия. Изнашивание всех полимеров проходило с инкубационным периодом. На зависимостях продолжительности инкубационного периода и скорости изнашивания от твёрдости по Шору наблюдался вязко-хрупкий переход, при этом в области вязкого разрушения влияние твёрдости полимеров на их кавитационную износостойкость противоположно таковому в области хрупкого разрушения. Установлено, что как в области вязкого, так и хрупкого разрушения кавитационная износостойкость полимера снижается с увеличением акустического сопротивления. Сделан вывод, что для обеспечения наибольшей кавитационной износостойкости необходимо выбирать полимеры с таким значением твёрдости, которое бы обеспечивало вязко-хрупкое разрушение полимера при твёрдости по Шору в диапазоне 65—70.

1. Kumar Pardeep and Saini R.P. Study of Cavitation in Hydro Turbines – A Review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2010 (14), 374—383

2. Ahmad A. Refurbishing Damaged Surfaces of Nickel-Aluminum Bronze Propellers: A Robotic Approach Using Gas Metal Arc Welding and Friction Stir Processing // Proc. of 8th International Conf. on Advanced Materials Engineering and Technology (ICAMET 2020) AIP Conf. Proc. — 2021 (2347), no. 1, 020156–1–020156–10. DOI: 10.1063/5.0053484

3. Zhou Yu-Kang, Jiu-Gen He, and Hammitt F.G. Cavitation Erosion of Diesel Engine Wet Cylinder Liners // Wear. — 1982 (76), no. 3, 321—328

4. Hattori S. and Itoh T. Cavitation Erosion Resistance of Plastics // Wear. — 2011 (271), 1103—1108

5. Цветков Ю.Н., Горбаченко Е.О. Испытание сталей на кавитационное изнашивание с применением метода измерения профиля поверхности // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2017 (83), № 7, 54—57

6. ASTM G32-16 Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus. — ASTM International. — 2016

7. Цветков Ю.Н., Фиактистов Я.О. Определение продолжительности инкубационного периода полимеров при кавитационном изнашивании методом профилометрии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2023 (89), № 5, 64—70. DOI: https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-5-64-70

8. Цветков Ю.Н., Фиактистов Я.О., Кудрявцева Е.Р. Сравнительный анализ кавитационного изнашивания титанового сплава в морской и пресной воде // Трение и износ. — 2022 (43), № 1, 31—40. DOI: 10.3103/S1068366622010123

9. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твёрдых тел. — М.: Наука. — 1974

10. Lu X., Chen Ch., Dong K., Li Z., and Chen J. An Equivalent Method of Jet Impact Loading from Collapsing Near-Wall Acoustic Bubbles: A Preliminary Study // Ultrasonics Sonochemistry. — 2021 (79), 105760. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2021.105760

11. Bowden F.P. and Tabor D. The Friction and Lubrication od Solids. Part II. — London: Oxford Univ. Press. — 1964

12. Garcia G.L., Lopez-Rios V., Espinosa A., et al. Cavitation Resistance of Epoxy-Based Multilayer Coatings: Surface Damage and Crack Growth Kinetics During the Incubation Stage // Wear. — 2014 (316), 124—132. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2014.04.007

13. Аскаров М.А. Кавитационное изнашивание металлов и полимеров. — Тбилиси: Изд-во Сачота Сакартвело. — 1973