اگر تا به حال مسئول تست دوام محصول-چه برای قطعات الکترونیکی، قطعات خودرو، قطعات هوافضا یا حتی تجهیزات فضای باز- بوده اید- احتمالاً با دو مجموعه آزمایشی رایج برخورد کرده اید: محفظه های آزمایش گرد و غبار شن و اتاق های آزمایش اسپری نمک. در نگاه اول، آنها ممکن است شبیه "جعبه های محصور شده ای که محیط های خشن را شبیه سازی می کنند" مشابه به نظر برسند، اما به من اعتماد کنید، اینجاست که شباهت ها به پایان می رسد. من جیک هستم، بخشی از تیم سازنده محفظه‌های آزمایش گرد و غبار شن و ماسه، و 7 سال گذشته را صرف بررسی مشتریان کرده‌ام که دقیقاً چرا این دو آزمایش قابل تعویض نیستند. بیایید تفاوت‌های کلیدی، زمان استفاده از هرکدام و اینکه چرا انتخاب اشتباه ممکن است برای شما هزینه زیادی داشته باشد (در فراخوان محصول، آزمایش‌های میدانی ناموفق، یا هدر دادن پول نقد برای تجهیزات اشتباه) را بررسی کنیم.
ابتدا، بیایید آنچه را که هر آزمون در واقع شبیه سازی می کند، مشخص کنیم، زیرا این ریشه همه چیز است. یک محفظه آزمایش گرد و غبار شن و ماسه برای تقلید از محیط هایی ساخته شده است که در آن ذرات ریز (ماسه، گرد و غبار، خاک) در همه جا وجود دارد - بزرگراه های بیابانی، سایت های ساختمانی، مزارع کشاورزی یا حتی فضای داخلی غبارآلود ماشین آلات سنگین را در نظر بگیرید. هدف در اینجا فقط پاشیدن یک سطح با شن نیست. این در حال تکرار این است که چگونه ذرات وارد شکاف‌های کوچک می‌شوند، قطعات متحرک را مسدود می‌کنند، درزگیرها را خراش می‌دهند یا وسایل الکترونیکی را کوتاه می‌کنند. اکثر استانداردهای این آزمایش‌ها (مانند MIL-STD-810، یک ابزار معمولی برای تجهیزات نظامی) به گردش گرد و غبار کنترل‌شده نیاز دارند: محفظه یک ذره با اندازه مشخص (معمولاً بین 75 تا 150 میکرومتر، به اندازه‌ای ریز که از شکاف‌ها عبور کند اما به اندازه‌ای درشت است که باعث ساییدگی شود) را در یک جریان هوای تنظیم شده، گاهی اوقات در چرخه‌های دمیده می‌کند. برخی از مدل های پیشرفته حتی می توانند رطوبت را تنظیم کنند تا گرد و غبار بچسبد یا در هوا باقی بماند، بسته به اینکه محصول باید چه کاری را تحمل کند.
از طرف دیگر، یک محفظه آزمایش نمک پاش محیط های خورنده را با ذرات نمک معلق در هوا، عمدتاً از مناطق ساحلی، قرار گرفتن در معرض آب شور (مانند قایق ها یا وسایل نقلیه خارج از جاده که در زمستان به برف تصفیه شده با نمک برخورد می کنند) یا تأسیسات صنعتی که از نمک برای فرآیندها استفاده می کنند، شبیه سازی می کند. نکته کلیدی در اینجا خوردگی است، نه سایش یا نفوذ. آزمایش‌های اسپری نمک از محلول نمک (معمولاً 5٪ کلرید سدیم در آب مقطر، به ازای استاندارد ASTM B117، استاندارد فوق‌العاده رایج دیگر) استفاده می‌کنند که در یک غبار ریز نبولیزه می‌شود، سپس محفظه در رطوبت بالا ثابت (حدود 95٪) نگه داشته می‌شود تا محلول نمک روی سطوح محصول بنشیند، و باعث زنگ زدگی یا زنگ زدگی فلز شود. فشار هوا، دما و تراکم مه همه برای تسریع در خوردگی کالیبره شده‌اند - اتاق‌های اسپری نمک برای ورود ذرات بهینه شده‌اند.
اکنون، تفاوت های ملموس واقعی با نحوه عملکرد آنها شروع می شود. بیایید در مورد محیط آزمایش صحبت کنیم: محفظه های شن و غبار از ذرات خشک یا کمی مرطوب استفاده می کنند، نه محلول های مایع. اگر سعی می‌کردید آزمایش اسپری نمک را در یک محفظه گرد و غبار شن انجام دهید، در نهایت با فیلترها و فن‌های مسدودکننده نمک و گرد و غبار مواجه می‌شوید و اندازه ذرات کنترل‌شده لازم برای آزمایش ورود را دریافت نمی‌کنید. برعکس، فن‌ها و سیستم‌های گردش یک محفظه گرد و غبار شن و ماسه برای کنترل غبار خورنده نمک ساخته نشده‌اند - آن قطعات بسیار سریع زنگ می‌زنند و غبار باقی‌مانده‌هایی را باقی می‌گذارد که تمیز کردن آن غیرممکن است و آزمایش‌های آینده را مختل می‌کند.
کنترل دما یکی دیگر از موارد مهم است، هرچند نادیده گرفتن آن آسان است. آزمایش‌های غبار شن و ماسه اغلب به دماهای متفاوتی نیاز دارند زیرا رفتار گرد و غبار با گرما تغییر می‌کند: گرد و غبار داغ بیشتر به شکاف‌ها وارد می‌شود و می‌چسبد، در حالی که گرد و غبار سردتر ممکن است سبک‌تر باشد. به عنوان مثال، یک محیط بیابانی می تواند از 120 درجه فارنهایت (49 درجه سانتیگراد) در طول روز تا 50 درجه فارنهایت (10 درجه سانتیگراد) در شب نوسان کند، بنابراین یک محفظه گرد و غبار با کیفیت به محدوده دمایی وسیعی برای تکرار آن نیاز دارد. با این حال، آزمایش‌های نمک پاشی معمولاً در دمای ثابتی در حدود 95 درجه فارنهایت (35 درجه سانتیگراد) اجرا می‌شوند - این نقطه شیرینی است که می‌تواند سرعت خوردگی نمک را بدون اینکه غبار خیلی سریع تبخیر کند یا اصلاً تبخیر نشود، افزایش می‌دهد. محفظه های نمک پاش زیادی را با نوسانات شدید دما نمی بینید زیرا به سرعت خوردگی کمک نمی کند و چگالی مه را از بین می برد.
سپس انطباق استاندارد وجود دارد که برای صنایع تحت نظارت بسیار زیاد است. بیشتر محصولات نظامی یا هوافضا برای مقاومت در برابر گرد و غبار باید از MIL-STD-810 عبور کنند، بنابراین شما به محفظه ای نیاز دارید که مطابق با نرخ جریان هوا، اندازه ذرات و چرخه های آزمایش خاص آن استاندارد کالیبره شده باشد. ما مجموعه کاملی از محفظه‌ها را برای این منظور ساخته‌ایم—اگر نیاز به رعایت دقیق آن مشخصات نظامی دارید، بدون هیچ گوشه‌ای، اتاق تست گرد و غبار استاندارد نظامی ما را بررسی کنید. اگر در حال آزمایش یک محصول بزرگ هستید که در یک واحد رومیزی جا نمی‌شود، اتاق آزمایش ماسه و گرد و غبار پیاده‌روی ما می‌تواند وسایل نقلیه کامل، ماشین‌آلات سنگین یا قطعات هواپیما را کنترل کند، همه اینها در حالی که الزامات MIL-STD را برآورده می‌کند. برای محصولات مصرفی عمومی (مانند ابزارهای برقی، چراغ های فضای باز، یا تجهیزات باغبانی)، استانداردهای ISO نیز وجود دارد که همگی برای سطوح مختلف قرار گرفتن در معرض ذرات تنظیم شده اند. در همین حال، آزمایش‌های نمک پاشی از استانداردهایی مانند ASTM B117 یا ISO 9227 پیروی می‌کنند که بر جدول‌های زمانی مقاومت در برابر خوردگی تمرکز می‌کنند - برخی از آزمایش‌ها 24 ساعت، برخی دیگر 1000 ساعت، بسته به سختی محیط مورد نظر، اجرا می‌شوند. تلاش برای استفاده از محفظه اسپری نمک برای آزمایش‌های گرد و غبار MIL-STD به این معنی است که نمی‌توانید به چرخه‌های جریان هوا، اندازه ذرات یا دمای مورد نیاز دست پیدا کنید، بنابراین محصول شما ممکن است در آزمایش دولتی رد شود، حتی اگر در میدان خوب کار کند.
بیایید در مورد آنچه که هر تست در واقع اندازه گیری می کند صحبت کنیم، زیرا این چیزی است که باعث می شود چرا یکی را بر دیگری انتخاب کنید. آزمایش گرد و غبار شن دو چیز اصلی را به شما می گوید: آیا مهر و موم های محصول می توانند گرد و غبار را حفظ کنند (برای وسایل الکترونیکی، موتورها یا حسگرهایی که در صورت گرفتگی کوتاه می شوند بسیار مهم است) و آیا گرد و غبار باعث سایش می شود که به مرور زمان قطعات را فرسوده می کند. به عنوان مثال، لنز دوربین گوشی هوشمند باید تست گرد و غبار را پشت سر بگذارد تا مطمئن شود شن روی شیشه خراش نمی‌دهد، و سیستم هیدرولیک تراکتور مزرعه باید عبور کند تا مطمئن شود گرد و غبار خطوط را مسدود نمی‌کند و منجر به خرابی می‌شود. از سوی دیگر، آزمایش‌های اسپری نمک به شما نشان می‌دهد که پوشش‌ها، قطعات فلزی یا مهر و موم محصول چقدر در برابر خوردگی مقاومت می‌کنند. ملخ یک قایق برای اطمینان از زنگ زدگی آن در آب دریا به آزمایش نمک پاش نیاز دارد، زیرانداز یک خودرو برای کنترل نمک جاده در زمستان و تابلوی فلزی برای دست نخورده ماندن در شهرهای ساحلی به آن نیاز دارد. اگر آزمایش‌ها را با هم مخلوط کنید، نمی‌توانید هیچ یک از این بینش‌ها را به دست آورید - اگر قسمتی از قایق را از داخل یک محفظه غبار شنی عبور دهید، سایش را مشاهده خواهید کرد اما هیچ خوردگی را مشاهده نمی‌کنید، که تمام هدف آزمایش آن را در یک محیط ساحلی از دست می‌دهد. و اگر قطعه تراکتور را از طریق آزمایش پاشش نمک اجرا کنید، خوردگی را مشاهده خواهید کرد، اما بدون ورود گرد و غبار یا سایش، که شرایط بیابان یا محل ساخت و ساز را که برای آن در نظر گرفته شده آزمایش نمی کند.
در طول این سال ها مشتریان زیادی را دیده ام که این اشتباه را مرتکب شده اند. یک بار، مردی از یک شرکت کوچک قطعات کشاورزی، یک محفظه نمک پاش را سفارش داد، زیرا فکر می‌کرد «این تنها جعبه آزمایش محصور شده‌ای است که برای قطعات گاوآهن او نیاز دارم». چند ماه بعد، او ناامید برگشت، زیرا گاوآهن‌هایش مدام از گرد و غبار در مزرعه جدا می‌شدند - معلوم شد که او هرگز برای ورود ذرات، فقط خوردگی آزمایش نکرده است. او در نهایت یکی از واحدهای اتاق تست گرد و غبار استاندارد ما را خریداری کرد و پس از یک دور آزمایش، مهر و موم های خود را برای جلوگیری از ورود گرد و غبار دوباره طراحی کرد که مشکل مزرعه را برطرف کرد. مثال دیگر: یک پیمانکار دفاعی یک بار سعی کرد از محفظه شن و غبار برای آزمایش یک جزء موشک برای استقرار در ساحل استفاده کند، اما متوجه شد که غبار نمکی فن محفظه را خورده است، و آزمایش گرد و غبار خوردگی نمکی را که واقعاً برای آن محیط نیاز داشت، تکرار نکرد. آنها به یک محفظه نمک پاش (به علاوه یک محفظه گرد و غبار جداگانه برای سایر مکان‌های استقرار) تغییر مکان دادند و از تاخیر پرهزینه محصول جلوگیری کردند.
اکنون، بیایید وارد بحث دقیق راه اندازی و نگهداری شویم، زیرا این یک ملاحظه عملی است که اکثر مردم به آن فکر نمی کنند. محفظه‌های گرد و غبار به تمیز کردن منظم فیلترهای ذرات، فن‌ها و دیواره‌های محفظه نیاز دارند - گرد و غبار خشک می‌تواند روی آن جمع شود، بنابراین باید هر چند آزمایش محفظه را از هم جدا کنید تا تجمعات را پاک کنید، در غیر این صورت جریان هوا را از بین می‌برد. برخی از واحدها از سیستم های خلاء برای پاکسازی ذرات باقیمانده استفاده می کنند که این امر تعمیر و نگهداری را آسان تر می کند. با این حال، محفظه های نمک پاش نیاز به شستشوی منظم با آب مقطر دارند تا از بقایای نمک خلاص شوند که فوق العاده خورنده است. اگر نمک را در محفظه بگذارید، از طریق قطعات فلزی می خورد، نازل های غبار را مسدود می کند و بقایای آزمایش باقی می ماند که تست های خوردگی آینده را مختل می کند. همچنین باید محلول نمک را به طور مرتب جایگزین کنید تا غلظت آن ثابت بماند، که مشکل بزرگی نیست، اما کاری است که برای اتاقک های گرد و غبار اعمال نمی شود.
یک افسانه سریع نیز از بین می‌رود: برخی از مردم فکر می‌کنند که گرد و غبار ماسه فقط «نمک‌پاشی کثیف‌تر» است، اما خیر - نمک فقط خورنده است، گرد و غبار فقط (خوب، بیشتر) ساینده و مسدودکننده است. البته محصولاتی هستند که به هر دو نیاز دارند. یک وسیله نقلیه ساختمانی که در بیابان ها و مناطق ساحلی کار می کند ممکن است به هر دو آزمایش نیاز داشته باشد، اما شما آنها را جداگانه اجرا می کنید. من همیشه به مشتریان می گویم که قبل از انتخاب اتاقک، دقیقاً محل استفاده محصولشان را مشخص کنند. آیا قرار است در یک محیط خشک و گرد و غبار باشد؟ با یک محفظه گرد و غبار شن و ماسه بروید، و اگر بزرگ است، اتاق تست ماسه و گرد و غبار پیاده‌روی ما را بررسی کنید تا برای کل خودرو مناسب باشد. آیا در یک مکان نمکی و مرطوب می رود؟ نمک پاشی راه است. آیا هر دو است؟ ممکن است به هر دو نیاز داشته باشید.
در پایان روز، بدترین اشتباهی که می توانید مرتکب شوید این است که فرض کنید این دو آزمون قابل تعویض هستند. آنها برای حالت های شکست کاملاً متفاوت بهینه شده اند: یکی برای گرفتگی/ساییدگی ذرات، دیگری برای خوردگی ناشی از نمک. آنها را با هم مخلوط کنید و نتایج آزمایشی را دریافت خواهید کرد که عملکرد دنیای واقعی را منعکس نمی کند و منجر به هدر رفتن زمان، پول و حتی محصولات آسیب دیده در این زمینه می شود.
اگر مطمئن نیستید که کدام محفظه برای محصول شما مناسب است - چه در حال آزمایش یک ابزار برقی جدید، تجهیزات نظامی یا تجهیزات صنعتی هستید - تیم ما می تواند استانداردها، اندازه نیازها و بودجه را برای انتخاب راه اندازی مناسب راهنمایی کند. ما همه چیز را می‌سازیم، از واحدهای رومیزی برای قطعات کوچک گرفته تا اتاقک‌های کامل برای محصولات بزرگ، که همه برای مطابقت با استانداردهای صنعت کالیبره شده‌اند. با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خود صحبت کنید و اتاق دقیقی را پیدا کنید که به شما کمک می کند دوام را با دقت و اطمینان آزمایش کنید.
مراجع:
- وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا. (2020). استاندارد نظامی 810H: ملاحظات مهندسی محیط زیست و آزمایشات آزمایشگاهی.
- ASTM International. (2021). ASTM B117-21: تمرین استاندارد برای کارکرد دستگاه نمک پاش (مه).
- سازمان بین المللی استاندارد. (2019). ISO 9227: تست های خوردگی در جو مصنوعی - آزمایش های اسپری نمک.
- سازمان بین المللی استاندارد. (2018). ISO 12103-1: وسایل نقلیه جاده ای – گرد و غبار آزمایشی برای ارزیابی فیلتر – قسمت 1: گرد و غبار آزمایشی آریزونا.