Розтікання розплаву по поверхні твердого металу, Світ зварювання
ЗМІСТ
Розтікання розплаву поверхнею твердого металу
У безпосередньому зв'язку зі змочуванням знаходиться розтікання металевого розплаву поверхнею твердого металу: чим краще розплав змочує тверду поверхню, тим краще він розтікається по ній.
Розтікання краплі зазвичай продовжується не нескінченно, а лише до певної межі. Після припинення процесу розтікання краплі умови її рівноваги на металевій поверхні виражаються рівнянням
З рівняння (1) випливає
Аналіз виразу (2) дозволяє зробити такі висновки:
- якщо поверхневий натяг між твердим тілом і газом більший, ніж між твердим тілом і рідиною (σтг > σтж), то крайовий кут θ гострий;
- якщо σтг 0 зменшення σтж викликає збільшення cos θ, зменшення θ в межах 90-0 °, тобто поліпшення змочування;
б) при σтг - σтж σтж, тобто θ 90 °, a cos θ має негативне значення, то говорять про відсутність змочування.
Розтікання - складна характеристика, що залежить від дуже великої кількості факторів. Одним з головних факторів, що визначають розтікання, є співвідношення величин поверхневих натягу меж розділу тверде тіло-газ, тверде тіло-рідина і рідина-газ.
Швидкість розтікання значною мірою залежить від в'язкості розплаву, а у разі, якщо розтікання розплаву відбувається при температурі нижче точки початку кристалізації (точки ліквідусу), то також і від його рідини. Вплив рідини проявляється лише при гарячому покритті сплавами, що кристалізуються в широкому інтервалі температур. Помітний вплив на розтікання надають сила тяжіння, що прагне зменшити висоту краплі, а також наявність наповерхні розплаву міцної окисної плівки
Питання про взаємне змочування реальних пар металів ще мало вивчено. Недостатня кількість даних не дозволяє заздалегідь сказати, які метали можуть змочувати і які ні.
На розтікання розплаву по твердій металевій поверхні дуже впливає шорсткість поверхні.
Якщо поверхня шорсткого тіла в і раз більш гладкою, то рівняння (1) набуде вигляду
Вирішуючи спільно рівності (2) і (4), отримаємо
З виразу (5) випливає, що косинус кута змочування (θ′) на шорсткої поверхні у стільки разів більший за косинус кута змочування (θ) на гладкій поверхні, у скільки разів фактична площа шорсткої поверхні більша за гладку. Звідси випливає подвійний вплив шорсткості поверхні на змочування. Якщо розплав змочує поверхню металу, т. е. θ′ 0, то збільшення шорсткості призводить до збільшення cos θ′, тобто. до зменшення θ′, а отже, і поліпшення змочування. Для випадку змочування, коли θ′ > 90°, a cos θ′ 90°).
З аналізу наведених вище міркувань слід, що зменшення поверхні, що змочується, за рахунок, наприклад, наявних на поверхні не змочуються розплавом включень діє так само, як зменшення шорсткості поверхні, тобто зменшує хорошу змочуваність.
Оскільки змочування знаходиться у прямому зв'язку з поверхневим натягом, природно припустити, що змочування та розтікання змінюватимуться залежно від типу металу. Разом з тим немає підстав вважати, що здатність, що змочує, є невід'ємною властивістю даного металу. Слід пам'ятати, що змочування та розтікання залежать не лише від поверхневих натягів твердого металу та розплаву, а й від значення міжфазного поверхневого натягу.між ними (?тж). Так як σтж є величиною, властивою кожній конкретній парі металу, то і здатність змочування слід розглядати не як індивідуальну властивість одного металу, а як взаємну властивість цієї пари металів. Отже, той самий рідкий метал може за інших рівних умов по-різному змочувати і розтікатися поверхнею двох різних твердих металів.
Наведені вище відомості показують, що розтікання розплаву залежить від природи твердого металу, але характер цієї залежності, у свою чергу, визначається природою флюсу, що застосовується. Отже, змочування слід розглядати не як індивідуальну властивість даного металу і навіть не як колективну властивість пари металів, а як узагальнену властивість кожної конкретної потрійної системи твердий метал-розплав-флюс. Таке розуміння механізму змочування відкриває широку можливість розробки технологічних процесів з'єднання будь-яких металів, змочування яких у звичайних умовах здається неможливим.