DIN EN ISO 4022:2018
Проницаемые спеченные металлические материалы. Определение проницаемости для жидкости (ISO 4022:2018); Немецкая версия EN ISO 4022:2018.
- Стандартный №
- DIN EN ISO 4022:2018
- Дата публикации
- 2018
- Разместил
- German Institute for Standardization
- состояние
- быть заменен
- DIN EN ISO 4022:2018-07
- Последняя версия
- DIN EN ISO 4022:2018-12
- заменять
- DIN EN ISO 4022:2006
- сфера применения
-
Обзор и техническое развитие стандарта EN ISO 4022:2018
EN ISO 4022:2018 «Проницаемые спеченные металлические материалы. Определение проницаемости для жидкостей» — ключевой стандарт, опубликованный Международной организацией по стандартизации (ISO) для испытаний на проницаемость пористых металлических материалов. Опубликованный в октябре 2018 года, он заменяет собой издание EN ISO 4022:2006 2006 года. Этот стандарт определяет метод определения проницаемости для жидкостей проницаемых спеченных металлических материалов с непрерывными взаимосвязанными порами и применяется для контроля качества и разработки продукции в порошковой металлургии. По сравнению с изданием 2006 года, в издание 2018 года были внесены следующие основные технические изменения: скорректирован порядок разделов 3 и 4, а раздел 3 разделён на 3.1 и 3.2; изменены разделы 3.1.3, 3.1.4, 3.1.5, 3.1.13 и 3.1.14; удалены термины «длина» и «динамическая вязкость»; изменены разделы 6.1.1, 6.1.2, рисунки 1 и 2 и их подписи; удалено первое уравнение в разделе 7.1.2 и пересмотрено уравнение (2); пересмотрено уравнение (12) в разделе 8.3. Эти изменения делают стандарт более научным и строгим, а также повышают точность и сопоставимость результатов испытаний.
Анализ основных терминов и определений
Основные термины, связанные с испытанием проницаемости, четко определены в стандарте:
Термин Определение Единица Физическое значение Проницаемость для жидкости Способность пористого металла пропускать среду под действием градиента давления - Характеризует собственное свойство материала пропускать жидкость Площадь испытания (A) Площадь пористого металла, перпендикулярная направлению поток среды м² Эффективная площадь поперечного сечения для прохождения жидкости Толщина (e) Размер образца в направлении потока среды м Толщина материала, через который проходит жидкость Коэффициент проницаемости (v) Объемный расход среды с единичной вязкостью через единицу площади пористого металла под единичным градиентом давления м² Проницаемость Дарси, отражающая характеристики вязкого потока Коэффициент инерционной проницаемости (i) Объемный расход среды с единичной плотностью через единицу площади пористого металла под единичным градиентом давления м Отражает инерционные характеристики потока Четкие определения этих терминов обеспечивают единую языковую основу для испытания проницаемости, гарантируя сопоставимость результатов испытаний между различными лабораториями. В частности, единица коэффициента проницаемости, мкм² (также известная как Дарси), стала универсальной единицей для оценки проницаемости пористых материалов.
Анализ принципа испытания и методологии
EN ISO 4022:2018 устанавливает принцип испытания, основанный на законе Дарси и уравнении Форхгеймера. При прохождении жидкости через пористый материал взаимосвязь между падением давления и скоростью потока можно описать следующим уравнением:
Δp/e = (μ/Q) × (1/v) × (Q/A) + (ρ/Q²) × (1/i) × (Q/A)²
Где Δp — падение давления, e — толщина образца, μ — вязкость среды, Q — объемный расход, ρ — плотность среды, v — коэффициент проницаемости, а i — коэффициент инерционной проницаемости.
Метод испытаний в основном включает следующие этапы: пропускание испытательной среды с известной вязкостью и плотностью через образец; измерение падения давления и объемного расхода; и расчет коэффициента проницаемости и коэффициента инерционной проницаемости на основе результатов измерений. Стандарт рекомендует проводить не менее пяти измерений при разных скоростях потока, при этом максимальная скорость потока должна быть как минимум в 10 раз больше минимальной, чтобы обеспечить точность данных.
Сравнение типов испытательного оборудования
Тип оборудования Применимый образец Конструктивные особенности Преимущества и недостатки Плоское испытательное устройство Плоская пластина из пористого металла Использует две пары эластичных уплотнительных колец, внутреннее кольцо определяет область испытания, а внешнее кольцо предотвращает боковую утечку Может выполнять неразрушающий контроль, предъявляет высокие требования к герметизации и подходит для образцов большой площади Полое цилиндрическое испытательное устройство Трубчатый пористый металл Образец зажимается в осевом направлении между двумя плоскостями, а среда проникает наружу через стенку трубки Простая конструкция, подходит для трубчатых изделий, но следует учитывать торцевые эффекты При выборе испытательного оборудования следует учитывать размер, форму и физические свойства образца. Эластичность уплотнения должна быть достаточной для компенсации неровностей поверхности пористого металла и обеспечения герметичности испытания. В стандарте особо подчеркивается важность учета влияния осевого падения давления на полые цилиндрические образцы с большим соотношением сторон.
Требования к выбору и обработке испытательной среды
В стандарте подробно описаны требования к выбору и обработке испытательной среды:
Тип среды Преимущества Недостатки Применимые ситуации Газ Чистый и сухой, простой в обращении, недорогой Склонен к потерям инерции, требует использования поправочных уравнений Большинство испытательных ситуаций, особенно прецизионные измерения Жидкости Ближе к реальным условиям применения Трудно полностью удалить твердые частицы и растворенные газы, капиллярный эффект существует Конкретные требования к проницаемости жидкости требуют соглашения между соответствующими сторонами Если в качестве испытательной среды используется газ, он должен быть чистым и сухим. Если используется жидкость, это должна быть ньютоновская жидкость, не содержащая твердых частиц и растворенных газов. Перед испытанием удалите масло и смазку из пор образца, используя подходящий растворитель путем экстракции, и тщательно высушите образец. Для образцов, которые контактировали с жидкостями, поры должны быть полностью свободны от жидкости перед испытанием газом.
Обработка данных и расчет результатов
Обработка данных является ключевым этапом испытания проницаемости, и стандарт определяет подробные методы расчета:
Сначала скорректируйте показания расходомера с учетом температуры и давления, чтобы получить скорректированное значение расхода. Затем, на основе среднего давления и абсолютной температуры во время испытания, получите среднюю плотность и вязкость среды из опубликованных данных. Наконец, рассчитайте коэффициент проницаемости и коэффициент инерционной проницаемости, используя линейной регрессии.
Конкретные шаги расчета: Преобразуйте уравнение испытания в вид y = ax + b, где y = (Δp·A)/(μ·Q) и x = (ρ·Q)/(μ·A). Точки данных подбираются с помощью метода наименьших квадратов. Пересечение прямой с осью y дает величину, обратную коэффициенту проницаемости (1/v), а наклон дает величину, обратную коэффициенту инерционной проницаемости (1/i).
Стандарт требует, чтобы коэффициент проницаемости был выражен в мкм² (Дарси), а коэффициент инерционной проницаемости - в мкм. Результаты должны быть выражены с точностью до 5% относительного значения. Отчет об испытании должен включать номер стандарта, сведения об образце, тип использованного оборудования, испытательную среду, результаты и любые отклонения, которые могли повлиять на результаты.
Рекомендации по внедрению и технические требования
Калибровка и проверка оборудования
При внедрении EN ISO 4022:2018 необходимо обеспечить точность и надежность испытательного оборудования. Расходомеры должны быть откалиброваны с использованием стандартов, а системы измерения давления должны регулярно проверяться. Значения калибровки оборудования следует определять путем измерения падения давления при использовании оборудования без установленного образца. Значения калибровки в идеале не должны превышать 10% от падения давления.
Подготовка и обращение с образцами
Подготовка образцов требует особого внимания к состоянию и чистоте поверхности. Перед испытанием образец должен быть тщательно очищен от всех загрязнений. Для пористых металлических материалов неровности поверхности могут повлиять на эффект уплотнения, поэтому необходимо выбрать уплотнительный материал с соответствующей эластичностью. Толщина образца должна быть не менее чем в 10 раз больше диаметра частиц, из которых состоит пористый металл, чтобы уменьшить концевые эффекты.
Контроль условий испытания
Во время испытания необходимо строго контролировать условия окружающей среды, особенно стабильность температуры и давления. Изменения температуры среды напрямую влияют на вязкость и плотность, что, в свою очередь, влияет на результаты испытания. Рекомендуется проводить испытание в лаборатории с постоянной температурой и использовать оборудование для контроля температуры с достаточной точностью.
Анализ данных и оценка неопределенности
Для оценки неопределенности измерений во время анализа данных следует использовать статистические методы. Выполните не менее пяти измерений при различных скоростях потока, чтобы гарантировать, что диапазон распределения точек данных достаточно широк. Для аномальных точек данных следует проанализировать их причины и принять решение об их устранении. Окончательные результаты должны предоставлять оценку неопределенности измерений.
Примеры применения и отраслевая практика
Фильтры порошковой металлургии
В отрасли производства фильтров порошковой металлургии стандарт EN ISO 4022:2018 широко используется для контроля качества продукции. Например, компания использует этот стандарт для проверки проницаемости пористых фильтров из нержавеющей стали, чтобы гарантировать их эффективность в системах химической фильтрации. Путем тестирования фильтров с различными размерами пор была установлена корреляция между коэффициентом проницаемости и эффективностью фильтрации, что послужило основой для классификации продукции.
Самосмазочные подшипники
Характеристики смазки пористых маслосодержащих подшипников тесно связаны с их проницаемостью. Производитель подшипников использует этот стандарт для проверки проницаемости подшипников из спеченной бронзы и оптимизации параметров процесса пропитки маслом. Результаты испытаний показывают, что подшипники с коэффициентом проницаемости в диапазоне 2–5 мкм² обладают наилучшими общими характеристиками, что обеспечивает данные для совершенствования производственных процессов.
Диффузионный слой топливных элементов
В новом энергетическом секторе газодиффузионный слой топливных элементов с протонообменной мембраной требует точного контроля проницаемости. Исследователи использовали стандарт EN ISO 4022:2018 для испытания газопроницаемости материалов из углеродной бумаги и изучения взаимосвязи между структурой пор и характеристиками аккумулятора. Данные испытаний предоставляют важную информацию для разработки и оптимизации материалов для диффузионного слоя.
Распространённые проблемы и решения при стандартной реализации
Распространённые проблемы Причины Решения Профилактические меры Плохая повторяемость результатов испытаний Плохое уплотнение, утечка среды Проверьте состояние уплотнений и убедитесь в достаточном усилии зажима Регулярно меняйте уплотнения и установите процедуру проверки уплотнений Плохая линейность данных Неправильный выбор диапазона расхода, примеси в среде Отрегулируйте диапазон расхода и очистите испытательную среду Установите процедуру обнаружения средней чистоты и оптимизируйте параметры испытаний Слишком большое значение калибровки оборудования Высокое сопротивление трубы и необоснованная конструкция соединителя Оптимизируйте конструкцию трубы и сократите количество ненужных колен и переходников Рассмотрите оптимизацию динамики жидкости на этапе проектирования Влияние колебаний температуры Большие колебания температуры окружающей среды и недостаточная изоляция испытательной системы Улучшите меры изоляции и добавьте устройства стабилизации температуры Проведите испытания в лаборатории с постоянной температурой и используйте оборудование для контроля температуры Во время внедрения следует создать комплексную систему обеспечения качества, включая регулярную калибровку оборудования, обучение персонала и стандартизированные процедуры испытаний. Для образцов необычных форм или размеров может потребоваться адаптация метода испытаний, но эти изменения должны быть проверены и задокументированы в отчете об испытаниях.
Тенденции развития технологий и перспективы стандартов
С разработкой новых материалов и процессов области применения пористых металлических материалов продолжают расширяться, предъявляя более высокие требования к технологии испытаний на проницаемость. Будущие тенденции развития технологий включают в себя:
Миниатюризация и цифровизация: испытательное оборудование будет двигаться в сторону миниатюризации и автоматизации, интеграции датчиков и цифровых систем управления для повышения эффективности и точности испытаний. Методы анализа данных на основе машинного обучения будут лучше обрабатывать сложные данные испытаний.
Испытание многополевой связи: разработка методов испытаний на проницаемость в условиях многополевой связи температуры, давления и химической среды для более реалистичного моделирования реальных условий эксплуатации.
Стандартизация и интернационализация: дальнейшее укрепление координации международных стандартов и снижение технических торговых барьеров. Совершенствуйте методы оценки неопределенности испытаний для повышения международной сопоставимости результатов испытаний.
Как основополагающий стандарт для испытаний на проницаемость пористых металлических материалов, EN ISO 4022:2018 продолжит играть важную роль в определении характеристик материалов, контроле качества продукции и научных исследованиях. По мере развития технологий и расширения сферы применения этот стандарт будет продолжать пересматриваться и совершенствоваться для адаптации к новым техническим требованиям.
DIN EN ISO 4022:2018 Ссылочный документ
- DIN EN ISO 2738:2000 Материалы спеченные металлические, кроме твердых металлов. Материалы металлические спеченные проницаемые. Определение плотности, содержания масла и открытой пористости (ISO 2738:1999); Немецкая версия EN ISO 2738:1999.
- ISO 2738:1999 Спеченные металлические материалы, кроме твердых металлов. Проницаемые спеченные металлические материалы. Определение плотности, содержания масла и открытой пористости.
DIN EN ISO 4022:2018 История
- 2018 DIN EN ISO 4022:2018-12 Проницаемые спеченные металлические материалы. Определение проницаемости для жидкости (ISO 4022:2018); Немецкая версия EN ISO 4022:2018.
- 2018 DIN EN ISO 4022:2018-07 Проект документа - Проницаемые спеченные металлические материалы - Определение проницаемости жидкости (ISO/FDIS 4022:2018); Немецкая и английская версии prEN ISO 4022:2018
- 2018 DIN EN ISO 4022:2018 Проницаемые спеченные металлические материалы. Определение проницаемости для жидкости (ISO 4022:2018); Немецкая версия EN ISO 4022:2018.
- 2006 DIN EN ISO 4022:2006 Металлокерамические материалы проницаемые. Определение проницаемости для жидкости (ISO 4022:1987); Английская версия DIN EN ISO 4022:2006-06
- 0000 DIN EN ISO 4022:2005
- 0000 DIN ISO 4022:1990
