Kavitationserosion

Erosion durch Kavitation in Ultraschallbädern #

Kavitation
An der Schwingwanne eines Ultraschallbades angebrachte Ultraschall-Schwingsysteme wandeln elektrische Hoch-Frequenzenergie in mechanische Schwingungen um und bringen die Badflüssigkeit mit einer vorgegebenen Frequenz (im Bereich von 20 bis 50 kHz) zum Schwingen. Dabei entstehen in der Flüssigkeit Unterdruckzonen, in denen sich kleinste Vakuumbläschen bilden, die wieder implodieren. Dieser Vorgang wird Kavitation genannt.

Erosion durch Kavitation
Grundsätzlich greift Kavitation alle Werkstoffe an. An der Grenzfläche – Festkörper/Flüssigkeit – greifen die Kavitationsbläschen an den Schwachstellen des Festkörpers (beispielsweise Korngrenzen des kristallinen Metallgefüges) die Oberfläche an. Dies wird als Kavitationserosion bezeichnet und ist je nach Werkstoff unterschiedlich stark.

Mit Ultraschall beaufschlagte Teile unterliegen während der kurzen Beschallungszeit dem Kavita­tionseinfluss. Dieser erzielt hierbei den erwünschten positiven Effekt ohne angreifende Wirkung auf die Oberfläche des Beschallungsgutes. Die Oberfläche der Schwingwanne (besonders die schallabstrahlende Fläche) ist dagegen über einen langen Zeitraum der Kavitation ausgesetzt. Bereits nach einigen Betriebsstunden kann Kavitationserosion sichtbar werden.

Um dem schnellen Verschleiß der Schwingwanne vorzubeugen, verwendet BANDELIN für die Herstellung seiner Ultraschall-Schwingwannen Edelstahl. Dieser besitzt nachweislich die günstigsten Eigenschaften gegenüber dem Kavitationsangriff. Edelstahl ist ein Stahl, legiert mit mind. 12 % Chrom und anderen metallischen Zusätzen wie Nickel, Molybdän u. a. Die Chromlegierung schützt vor frühzeitigem Kavitationsangriff, die Lebensdauer der schallabstrahlenden Flächen wird deutlich erhöht.

Weitere Einflussfaktoren der Kavitationserosion an den Oberflächen der Schwingwanne sind:

• Eigenschaften der verwendeten Flüssigkeit

– Aggressive Badflüssigkeit (z. B. Salzlösungen, bestimmte Säuren und Laugen in unterschiedlichen Konzentrationen)

– Vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) ohne Zusätze

– Konzentration des Präparates (vom Hersteller vorgeschriebene Dosierung beachten!)

– Temperatur und Gasgehalt der Flüssigkeit

– Verschmutzungen durch eingetragene Metallspäne, Sandkörner, Schleifmittel oder Metallstäube oder durch chemische Substanzen wie Öle, Fette u. a.

– Aggressive Verunreinigungen wie Säuren, Salze und Chloridionen

– Chemikalien, die Chloridionen enthalten oder abspalten (einige Desinfektionsmittel, Haushaltsreiniger und Geschirrspülmittel)

• Beschallungsmethode 
Für die Anwendung entsprechendes Zubehör verwenden, direkten Kontakt mit dem Wannenboden vermeiden.

Literatur:
/1/ Prof. Dr. R. Pohlmann u. a.: Über Ultraschall-Kavitationsvorgänge an Festkörperflächen. 
Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen Nr. 1444, (1965).
/2/ Ultraschall-Reinigung. Galvanotechnik, Saulgau 69 (1978)10, S. 921.

Alle Angaben stützen sich auf den heutigen Stand unserer Kenntnisse, sie stellen jedoch keine Zusicherungen von Produkteigenschaften dar und begründen kein vertragliches Rechtsverhältnis.