ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растекание полимеров и жидкостей с высокой вязкостью из "Физико-химические основы смачивания и растекания" Масса капли 3 мг г—радиус смоченной поверхности (в мм) —время (в р). [c.144] В некоторых системах распространение жидкости происходит весьма своеобразно вокруг капли с острым краевым углом растет характерное матовое пятно (другие названия — ореол , гало ). Такое пятно наблюдается, например, при контакте ртути с цинком в растворах, удаляющих окисную пленку цинка [261, 262] висмута, олова, свинца, сурьмы с железом висмута и олова с медью олова с никелем и свинца с серебром (во всех случаях в атмосфере водорода) [125, 133, 234] ртути с золотом [234, 240]. [c.145] На олове скорость роста матового пятна ртути значительно возрастает после предварительной механической обработки образцов [265]. Энергия активации процесса распространения ртути по неискаженной поверхности олова в несколько раз выше, чем при распространении по сильно искаженной (поврежденной) поверхности [266]. [c.146] Конечный радиус матового пятна ртути на цинке растет с увеличением массы капли / = (рис. IV. 18). [c.146] Закон распространения г оо / Л и экспоненциальная зависимость скорости от температуры характерны для диффузионных процессов (см., например, [72, 266]). Поэтому рост матового пятна вокруг капли жидкого металла рассматривался ранее как процесс поверхностной диффузии атомов расплава [72, 261, 2б7]. Однако на основе этого механизма нельзя объяснить многие другие особенности данного режима распространения. [c.146] Раствор, насыщенный по отношению к материалу межзеренной границы, пересыщен по отношению к телу зерен. Поэтому после растворения очередного участка межзеренной границы в жидкости возникает диффузионный поток, который переносит растворенное вещество от передней границы пятна к капле. Поскольку по отношению к зернам раствор пересыщен, возле капли через некоторое время после начала роста пятна выпадают крупные кристаллы, хорошо различимые визуально. [c.147] Рассмотренная схема объясняет перечисленные особенности распространения жидких металлов, в том числе — сосуществование капли с пятном. Эту схему подтверждают также следующие данные электронно-микроскопические наблюдения растекания висмута вдоль границ зерен на крупнозернистой меди [74, 272] и ртути вдоль границ блоков меди [74], повышение концентрации ртутк вдоль границ зерен и блоков при распространении по цинку (данные авторадиографического метода [268, 269, 273]), увеличение глубины канавок на поверхности твердого металла после контакта с расплавом [125], увеличение скорости роста пятна на предварительно деформированных образцах [265, 267]. [c.147] Уравнение (IV. 27) согласуется с экспериментальной зависимостью г = at K Далее, коэффициенты диффузии различных металлов в ртути почти одинаковы (/ 10 см /с при комнатной температуре [222, 275]) отсюда понятно совпадение скоростей роста матовых пятен ртути на разных металлах. Наконец, энергии активации диффузии металлов в жидкой ртути и активации роста матового пятна очень близки, например для системы ртуть — цинк соответствующие значения равны 7,9 и 9,2 кДж/моль [265, 276]. При растекании алюминия по меди энергия активации равна 29 кДж/моль, что близко к энергии активации диффузии меди в жидком алюминии [277]. [c.148] Это уравнение хорошо согласуется с экспериментальной зависимостью размеров матовых пятен на цинке от массы ртутной капли [261]. [c.148] Наряду с растворением межзеренных границ на наружной поверхности твердого тела в ряде случаев большую роль играет процесс проникновения расплава внутрь твердого тела по границам зерен и блоков с образованием вдоль них тонких жидких прослоек (например, при пайке никеля церием [167]). Благоприятные условия для такого проникновения имеют место в двойных системах с образованием эвтектик при небольшой взаимной растворимости жидкости и твердого тела. При отсутствии растворимости жидкости в твердой фазе или при очень больщой растворимости (в особенности при образовании непрерывного ряда твердых растворов) проникновение жидкой фазы по границам зерен мало вероятно (табл. IV. 3) [278]. [c.148] ЛИШЬ при действии напряжений (внутренних или внешних). В таких системах проникновение расплава представляет сложный процесс. Вблизи границы жидкости совместное действие жидкого металла и растягивающих напряжений создает микротрещину вдоль межзеренной границы. Образование трещин может быть связано с проявлением хрупкости в присутствии жидких металлов (одной из форм эффекта Ребиндера) [119—121, 251]. Далее жидкий металл затекает в образовавшийся узкий капилляр [278—280], Такой режим межзеренного проникновения наблюдался при пайке углеродистых сталей и нержавеющей стали XI8H9T латунью, при пайке напряженных изделий из ковара припоем ПСр72 [278], при контакте неотожженной латуни с ртутью [251]. [c.149] Кинетические закономерности проникновения жидких металлов по межзеренным границам с образованием микротрещин вдоль них выявляются весьма отчетливо при контакте жидкого галлия с поликристаллическим цинком [261, 279—282]. [c.149] Радиус области распространения г (а мм), время (в с). [c.149] НИИ жидкого галлия по олову наблюдаются остановки фронта пятна возле большинства границ зерен [283]. [c.150] Влияние внутренних напряжений демонстрирует следующий опыт. Вертикально установленные пластины цинка касались нижним краем большой капли галлия. Предварительная деформация (прокатка) пластин значительно ускоряет подъем галлия (рис. IV. 21). Напротив, после предварительного отжига, сопровождающегося вторичной рекристаллизацией и снятием остаточных напряжений, проникновение жидкого галлия вдоль межзеренных границ прекращается [279,280]. При повышении температуры внутренние напряжения частично снимаются и средняя скорость распространения жидкого галлия уменьшается (рис. IV. 22). [c.150] Авторадиограмма, снятая после распространения по крупнозернистому цинку капли галлия, содержавшей изотоп Оа. [c.150] Рассмотренный механизм проникновения жидкой фазы по границам зерен не является единственным. В ряде случаев основную роль играет контактное плавление. При пайке алюминия галлие-вым припоем происходит процесс диспергирования с образованием прослоек галлия вокруг отдельных зерен [285]. [c.151] Во многих технологических процессах важно регулировать скорость растекания жидкостей по поверхности твердых тел. Для этой цели применяются разнообразные методы освещение, электрическая поляризация, ультразвуковые колебания, растворение в жидкости или извлечение из нее поверхностно-активных веществ и т. д. Влияние этих воздействий может быть различным в зависимости от природы жидкости, твердого тела и окружающей среды, а также от режима и механизма растекания. Ниже в основном рассматриваются методы управления растеканием при вязком режиме течения в условиях полного смачивания. [c.151] Важным фактором, влияющим на скорость растекания, является микрорельеф твердой поверхности. Поскольку движущая сила растекания (см. IV. 3) растет с увеличением коэффициента шероховатости, можно ожидать, что на более шероховатых поверхностях средняя скорость растекания будет больше, чем на гладких. Увеличение скорости действительно наблюдалось в некоторых системах. Например, по шероховатой поверхности свинца и кадмия, полученной травлением в азотной кислоте, ртуть растекается быстрее, чем на полированных пластинах. Жидкий галлий быстрее )астекается по шероховатым пленкам серебра, чем по гладким 246]. Хаотически расположенные царапины с глубиной до 10— 20 мкм примерно на 50% увеличивают скорость растекания некоторых органических жидкостей по нержавеющей стали [185]. [c.151] Вернуться к основной статье