3. Изменение поляризации и градиента температуры

В гл. I изучены вопросы влияния поляризации на границе металл — шлак для случая сварки сталей. Рассмотрим влияние поляризации применительно к взаимодействию алюмокремниевого сплава АК5 (5 % (по массе) Б!) со сталью ВНС-9 (X18Н15Н5АМЗ), что имеет место, например, при сварке композиционного материала КАС-1А.

Известно, что при изотермическом растекании жидкости по поверхности твердого тела из неограниченного источника имеет место кинетической закон Лж = АДст, где Иж — перемещение жидкости; А — кинетический коэффициент; А у—движущая сила растекания, До = /Сш(от-ж — сгх_г) —стж_г, где Кш — коэффициент шероховатости, равный отношению площадей истинной поверхности тела к идеально гладкой; а,„ — удельная свободная межфазная энергия на границе между 1-й и п-й фазами.

Изменяя величину электрохимической поляризации, можно так повлиять на от_ж и аж-г, что «скорость растекания» /г2// = Л Да возрастет в десятки раз. Методика исследований такого рода и полученные результаты для различных металлических систем приведены в работах [30—34]. Второй фактор, который может ускорить растекание в исследуемой системе,— градиент температуры. Растекание жидкости по поверхности при наличии вдоль нее градиента температуры в монографии [30] получило название терморастекание. Показано [30, 35, 36], что при терморастекании жидкости, химически взаимодействующей с подложкой, можно влиять на скорость растекания, изменяя градиент температуры вдоль подложки. Если, например, энергия смещения А11 компонентов системы твердая подложка — жидкое покрытие отрицательна, т. е. если образование сплавов в этой системе происходит с выделением тепла, то растекание ускоряется от холодного конца подложки к горячему: Аи = и12 — {ип + (/22)/2, где и1и и22, 1^12 — энергии парных взаимодействий атомов компонентов подложки (1) и покрытия (2). Так, например, в системеСо" — Нд, характеризующейся отрицательной энергией смещения, ртуть гораздо быстрее растекается от холодного конца подложки к горячему, чем в противоположном направлении или при изотермическом растекании [35, 36].

Основой подложки в нашем случае является железо, а покрытия — алюминий. Известно, что система Ее — А1 характеризуется значительной отрицательной энергией смещения. Так, по данным [3491, при сплавлении А1 с Ее в пределах концентрации 30—75 % (ат.) выделяется теплота 15,9—28,4 кДж/моль. Поэтому можно было ожидать, что при осуществлении терморастекания сплава АК-5 по стали ВНС-9 оно также будет ускоряться от холодного конца подложки к горячему.

Для изучения раздельного и совместного влияния ' электрохимической поляризации и градиента температуры на растекание применили следующую методику [50]. Были изготовлены три специальные электрические печи. В двух из них осуществлялась неравномерная намотка нагревательной нихромовой спирали, что позволило

создать в их рабочей части градиенты температуры, примерно равные 0,5 и 0,9 °С/мм (температуры в печи повышались снизу вверх). Третья печь (с равномерной намоткой спирали) позволяла проводить опыты по изотермическому растеканию.

. Для изотермических экспериментальных исследований использовалась установка, схема и описание которой даны в работах [30, 33]. Для измерения электрического потенциала применен свинцовый электрод сравнения (РЬ/РЬСЬ). В качестве флюса использовался расплав хлоридов КС1 + №С1 экви-Сшус

молярного состава с добавкой 5 % (по массе) соли РЬС12, которая способствует ускорению растекания [123, 211, 212].

Экспериментальное изучение изотермического растекания проводилось

-£5 ' -2 ' -/,5 -/ " -0,5 0 6,5-2.5 -2 ~1,5 ~1 -0,5 0 0,5 Ч,д

Рис. 86. Зависимость скорости растекания алюминиевого сплава по коррозионно-стойкой стали от потенциала при изотермических выдержках (а) и различных градиентах температуры (б).

при различных температурах расплава АК-5 по следующей методике. Вначале образец стали ВНС-9 в виде проволоки погружался в расплав солей на 3—5 мин и анодно поляризовался током 5 А. Затем он опускался в расплав АК-5 на время т = 2.5 мин, в течение которого к образцу прикладывали потенциал ф (в каждом опыте различный по величине).

После того как образец вынимался и охлаждался, измеряли длину части образца, покрытой алюминиевым сплавом при растекании. Затем эта часть образца отрезалась, после чего эксперимент повторялся в той же последовательности при новом значении потенциала. Полученные экспериментальные данные для растекания сплава АК-5 по стали ВНС-9 при различных потенциалах в расплаве КО + №С1 + + 5 % РЬС12 при 1073 1003, и 973 К представлены в виде зависимостей п2/ = С(ф) на рис. 86. Из кривой 1 при Т = 973 К видно, что расте-