Изменить смачиваемость твердых подложек расплавленными металлами можно и созданием вакуума. Обычно считают, что с увеличением степени вакуумирования смачиваемость улучшается. Это связывают с удалением оксидной пленки с поверхности твердого металла, наличие которой ухудшает [225] растекание металлических расплавов. Однако проведенные исследования [127] свидетельствуют о том, что с увеличением разрежения смачиваемость вначале улучшается, а затем начинает расти. Подобные зависимости наблюдались в различных системах (Fe — Ag, Си — Ga, Си — In и т. д.). Наблюдаемый эффект объясняется, по-видимому, изменением активности оксидов твердой фазы с изменением степени вакуумирования.

Помимо наличия оксидной пленки на смачиваемость твердых тел расплавами оказывает влияние и шероховатость поверхности подложки. Влияние микрорельефа на смачиваемость, впервые объясненное Р. Венцелем, отмечено многими исследователями [1, 111]. Эту зависимость связывают с наличием на поверхности твердого тела микровыступов и микровпадин, что приводит к увеличению фактической поверхности твердого тела по сравнению с идеальной гладкой поверхностью. В этом случае целесообразно ввести разграничение между макроскопическим краевым углом В и микрокраевым углом 60, образуемым расплавом на идеально гладкой поверхности.

Согласно [89], между углами 6 и 60 существует зависимость

cos 6 == k cos б0 = -|- cos б0,(1-37)

где k — коэффициент шероховатости; S и S0 — истинная и кажущаяся поверхности твердого тела. Иногда значение k определяют из следующего выражения; k = 1/cos р\ где cos f5 —среднее значение косинуса крутизны микрорельефа.

Уравнение (1.37) справедливо для случая, когда высота и расстояние между соседними гребнями микрорельефа малы по сравнению с капиллярной постоянной и радиусом микрокривизны мениска вблизи стенок. Из этого уравнения следует, что если 6 90е, то наличие шероховатости ослабляет смачиваемость, а если б 90°, то, наоборот, усиливает ее.

Позднее Б. В. Дерягиным и Л. М. Щербаковым показано, что краевой угол зависит не только от величины свободных поверхностных энергий и микрорельефа поверхности твердого тела, но и ст массы капли. Однако результаты исследований смачиваемости в условиях невесомости [1901 свидетельствуют о том, что в этом случае значение краевого угла такое же, как и в земных условиях. Гравитационные силы, очевидно, не оказывают существенного влияния на величину б.

Следует отметить, что в системе твердая подложка — расплав — электролит на величину б влияет внешнее электрическое поле, накладываемое на систему. В определенной степени со смачиваел о:тью связано растекание расплава по поверхности твердого тела. Однако хорошее смачивание является необходимым, но еще недостаточным условием растекания жидкости на твердой поверхности.

Распространение расплавленных металлов по поверхности твердых может происходить в результате течения фазового жидкого слоя,

вследствие поверхностной диффузии (миграции) атомов, а также испа рения и последующей конденсации частиц на твердом металле и ргс-творении расплава в твердом металле, объемной диффузии его атомов в направлении меньших концентраций и последующей адсорбции их на поверхности. Соотношение каждого из указанных путей в обл. ем процессе распространения расплава зависит от свойств жидкой фазы» кривизны ее поверхности, температуры, давления, времени контакта.

Для сварочных процессов вследствие быстротечности их протекания в наибольшей степени характерно растекание сравнительно толстых слоев расплавленного металла по поверхности твердого. Поэтому более подробно рассмотрим влияние различных факторов именно для этого случая, и прежде всего условия, необходимые для растекания расплава, полученные на основании экспериментов.

Как отмечено выше, растекание возможно, если выполняется неравенство ох_г аж_г от_ж. Однако чисто термодинамическое рассмотрение процесса растекания, даже при известных значениях от_г, ож_г, ох_ж, не дает возможности точно ответить на вопрос, будет ли данный металлический расплав растекаться по поверхности твердого металла. Это связано с тем, что при контактировании расплавленного и твердого металлов вследствие взаимной диффузии компонентов и протекания химических реакций на межфазной границе могут существенно измениться химические составы контактирующих фаз, а значит, и величины от_г, ож_г, ох_ж и соотношение между ними.

Процесс растекания условно можно разделить на три последовательных этапа. Первый этап, который обычно продолжается в течение долей секунды, пртведит к расплющиванию капли металла под. действием капиллярных сил и силы тяжести. В этом случае растеканию препятствуют в основном инерционные силы. Для второго этапа, являющегося основным, характерно вовлечение в движение основного количества расплава. На этом этапе увеличивается роль вязких сил, и размер капли для кругового и линейного растекания определяется соответственно в виде [188] г = (6mAo/яr)y^кУ,* xl/*; х = (ЗгаДо/ /2ат)7х)1/« x,'/s где г, х — расстояния от центра капли, нанесенной на поверхность твердого тела; х — безразмерный коэффициент,учитывающий влияние кривизны поверхности жидкости на ее вязкое сопротивление, х « 10; а — ширина прямолинейной дорожки, по которой растекается жидкий металл; До — результирующая сил натяжений поверхностей раздела, отнесенная к единице длины периметра, До = от_г — от_ж — oM_r cos б. Величина До может меняться от максимального значения, равного 2ом_г при б = л, до нуля. С учетом шероховатости поверхности До = k (от_г — ох_ж) — — aM_r cos 6. При этом при растекании по жидкости k = 1, а при растекании по твердому телу k 1. На третьем этапе скорость растекания быстро уменьшается и растекание прекращается.

Таким образом, на процесс растекания расплавленного металла по поверхности твердого оказывают влияние, помимо поверхностных сил, вязкость, плотность расплава, его масса, состояние поверхности. На процесс растекания влияют наличие дугового разряда, длительность его воздействия на расплав, сила сварочного тока и т. д.