ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растекание под окисными пленками металлов из "Физико-химические основы смачивания и растекания" Обычно окисные пленки затрудняют смачивание твердых металлов жидкими металлами из-за резкого различия химической природы окисла и металла (см. П1. 2). Например, на воздухе железо не смачивается ртутью, но при изломе железа под слоем ртути мгновенно происходит полное смачивание свежеобразованной поверхности. Если излом железа осуществить на воздухе и сразу же погрузить образец в ртуть, то смачивание уже не будет иметь места, так как слой окиси железа успевает образоваться до контакта со ртутью [131]. Тем не менее во многих системах, несмотря на наличие окисной пленки, жидкие металлы смачивают поверхность твердого металла. Смачивание происходит вследствие проникновения расплава под окисный слой с последующим растеканием в своеобразном капиллярном зазоре между окисной пленкой и твердым металлом. Растекание жидких металлов под окисной пленкой может происходить, например, при контакте галлия, легкоплавких припоев (Розе и Вуда) с некоторыми твердыми металлами [259] особенно подробно этот процесс изучен прп контакте ртути со свинцо.м, оловом, серебром и некоторыми другими чистыми металлами и сплавами [138, 179, 234, 240, 259]. [c.140] Свинец, который покрыт естественной (образовавшейся на воздухе при комнатной температуре) окисной пленкой, не смачивается ртутью краевой угол достигает 140° и уже при небольшом наклоне капля ртути скатывается с образца. Чтобы обеспечить смачивание, нужно повредить окисную пленку механически или же полностью удалить ее химическим травлением. При этом достаточно обеспечить непосредственный контакт ртути со свинцом на очень малой площади. Далее, несмотря на наличие окисной пленки на всей остальной поверхности свинца, ртуть постепенно распространяется от места начального контакта, образуя вокруг капли хорошо различимое матовое пятно с резкой границей. Если после окончания роста пятна растворить окисную пленку свинца, то матовый оттенок пятна исчезнет, а вместо него появится характерный для ртути зеркальный блеск. Этот опыт показывает, что под окисной пленкой свинца растекается фазовый слой ртути, причем по мере растекания происходит отслаивание (отделение) окисной пленки от свинца. Аналогичное растекание ртути наблюдается также при локальном повреждении окисной пленки индия, галлия, олова, висмута и некоторых других металлов [138]. [c.141] Наиболее продолжительная стадия растекания небольших (до 10 мг) капель ртути под окисной пленкой свинца удовлетворительно описывается соотношением г = (рис. IV. 11). Коэффициент пропорциональности А не зависит от массы ртутной капли. При комнатной температуре А = 0,02 см/с к Большие капли (более 20 мг) создают в начальный период гидростатическое давление, достаточное для отслаивания окисной пленки на некотором расстоянии впереди границы ртути. В этих условиях ртуть быстро растекается по освободившейся от окисной пленки поверхности свинца по закону г (см. IV. 3). Лишь позднее, после уменьшения высоты капли, растекание снова тормозится окисной пленкой и л со/ /.[138]. [c.141] Это соотношение объясняет экспериментальный закон растекания под окисной пленкой. [c.141] Конечный радиус ртутного пятна / растет с увеличением массы капли R оо Эту зависимость можно объяснить влиянием диффузии ртути в свинец (как и при растекании по свободной от окисла металлической поверхности — см. IV. 4). Соответствующий расчет приводит к уравнению да 0,7 Л— = Вт 1 где Со — концентрация ртути в поверхностном слое твердого металла (величина порядка предела растворимости) D— коэффициент диффузии расплава в твердый металл [138]. [c.142] Для изучения кинетических закономерностей растекания под окисной пленкой удобно изучать подъем ртути по вертикально установленным металлическим образцам (пластинам и проволокам) [259]. С увеличением высоты подъема Н скорость растекания постепенно убывает и при достижении определенной высоты На процесс прекращается (рис. IV. 12). Для описания кинетики подъема можно воспользоваться теорией движения лсидкости по капиллярам (см., например, [21]). [c.142] На основе рассмотренных представлений о растекании ртути в зазоре между окисной пленкой и металлом можно объяснить влияние различных механических и физико-химических факторов на возможность этого процесса и на его скорость. Так, приложение сжимающих напряжений (на участке перед границей жидкости) затрудняет или полностью препятствует отделению окисной пленки свинца соответственно замедляется или полностью приостанавливается распространение ртути [138, 259]. При нанесении на твердый металл некоторых твердых покрытий (например, цапон-лака) в окисной пленке возникают механические напряжения, которые способствуют ее отделению от металла и расширению капиллярного зазора. В результате при наличии пленки лака на олове и свинце скорость растекания ртути под окисной пленкой соответственно в 5 и в 7 раз больше, чем на нелакированных пластинах. Характерно, что на проволочных образцах пленка лака сжимает окисную пленку, поэтому растекание ртути замедляется [259]. [c.143] Чем больше силы сцепления между металлом и окисной пленкой (т. е. чем больше работа адгезии W a), тем труднее осуществить растекание. Работа адгезии окисной пленки к металлу а даже для одной и той же системы не является постоянной величиной, а зависит от многих физико-химических факторов. Например, большую роль играет влажность атмосферы, в которой происходило образование окисла. Так, отжиг свинца в сухой атмосфере в течение нескольких часов при 250°С резко затрудняет растекание ртути. Однако после выдержки этих же образцов во влажной атмосфере способность к растеканию под окисной пленкой полностью восстанавливается [259]. [c.144] Растекание может происходить не только под окисными пленками, но и под некоторыми другими твердыми покрытиями. Например, ртуть растекается на свинце под пленками сульфидов, образовавшихся при взаимодействии свинца с минеральными кислотами [179]. [c.144] Вернуться к основной статье