Определение продолжительности инкубационного периода полимеров при кавитационном изнашивании методом профилометрии

Цель работы — исследование возможности применения метода профилометрии для определения продолжительности инкубационного периода полимерных материалов при их испытании на кавитационный износ. На кавитационное изнашивание испытывали шесть полимерных материалов: оргстекло, фторопласт, полиэтилен низкого давления, капролон, полимер Thordon SXL и эпоксидный компаунд. Эксперименты проводили в пресной воде температурой 20 ± 3 °C на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе при частоте и амплитуде колебаний торца концентратора, равными соответственно 22 кГц и 28 мкм. Расстояние между торцом концентратора и торцевой поверхностью цилиндрических образцов устанавливали равным 0,5 мм. Периодически в процессе испытаний образцы взвешивали, оценивали шероховатость их изнашиваемой поверхности и строили зависимости потерь массы и среднего арифметического отклонения профиля от продолжительности испытаний. Кавитационное изнашивание полимеров так же, как и металлов, характеризуется наличием инкубационного периода, в течение которого отделение частиц износа практически отсутствует. Показано, что определение продолжительности инкубационного периода многих полимеров по зависимости потерь массы от времени испытаний отличается большой трудоемкостью, а из-за водопоглощения — большими погрешностями. Для сокращения времени и повышения точности определения продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания полимерных материалов предложено использовать метод профилометрии. Для этого в процессе испытаний на кавитационное изнашивание периодически измеряют среднее арифметическое отклонения профиля изнашиваемой поверхности. Продолжительность инкубационного периода находят по абсциссе точки, в которой нарушается монотонность и (или) гладкость графика — зависимости среднего арифметического отклонения профиля изнашиваемой поверхности от продолжительности кавитационного воздействия.

1. Прис К. М. Кавитационная эрозия. Эрозия / Пер. с англ.; под ред. К. М. Прис. — М.: Мир, 1982. С. 269 – 330.

2. Ibanez I., Zegiri B., Hodnett M., Frota M. N. Cavitation erosion measurements on engineering materials / Engineering Science and Technology, an International Journal. 2020. Vol. 23. P. 1486 – 1498. DOI: 10.1016/j.jestch.2020.06.001

3. Габайдулин Г. Ю., Гречнева М. В. Возможности восстановления лопастей гидротурбин, поврежденных кавитацией / Вестник ИрГТУ. 2012. № 12(71). С. 40 – 43.

4. Пылаев Н. И., Эдель Ю. У. Кавитация в гидротурбинах. — Л.: Машиностроение, 1974. С. 199 – 201.

5. Георгиевская Е. П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней. — Л.: Судостроение, 1978. — 206 с.

6. Горбаченко Е. О., Цветков Ю. Н. Использование результатов измерения шероховатости поверхности для прогнозирования долговечности материалов гребных винтов при кавитационном изнашивании / Труды Крыловского государственного научного центра. 2019. Т. 4. № 390. С. 53 – 66. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-53-66

7. Кацман Ф. М. Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна. — М.: Транспорт, 1987. — 223 с.

8. Пустошный А. В., Сверчков А. В., Шевцов А. В. Влияние шероховатости поверхности гребного винта на его пропульсивные характеристики / Труды Крыловского государственного научного центра. 2019. Т. 4. № 390. С. 11 – 26. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390 – 11 – 26

9. ASTM G32-10. Standard test method for cavitation erosion using vibratory apparatus. — ASTM International, 2010. — 19 p.

10. Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О. Исследование кавитационного изнашивания сталей методом измерения профиля поверхности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 11. С. 62 – 65.

11. Калиничев Э. Л., Саковцева М. Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие. — Л.: Химия, 1983. — 288 с.

12. Hattori S., Itoh T. Cavitation erosion resistance of plastics / Wear. 2011. Vol. 271. P. 1103 – 1108. DOI: 10.1016/j.wear.2011.05.012

13. Табенкин А. Н., Тарасов С. Б., Степанов С. Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. — 136 с.

14. Смирнов-Аляев Г. А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. — Л.: Машгиз, 1961. — 463 с.

15. Deng W., Zhao X., Hao E., et al. Influence of epoxy resin on the microstructure and cavitation erosion of as-sprayed 8YSZ coating / Ceramics International. 2019. Vol. 45. Issue 5. P. 5693 – 5702. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.12.034

16. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. — М.: Наука, 1974. — 560 с.