бавки цинка (2—3 %) и добавки Мп, Сг и Zr (в сумме около 1 %), сплав 3 — содержание цинка 4—6 % с добавками Мп, Сг, Zr (суммарное содержание 0,6—1 %) . Образцы перед опытом полировались, поверхность алюминия обезжиривалась, исследуемая подложка помещалась на пластинчатый графитовый нагреватель. Навеска алюминиевого сплава загружалась в цилиндрический графитовый нагреватель-капельницу, и система откачивалась до необходимого вакуума. Прямым пропусканием тока через пластину графита исследуемая подложка нагревалась до заданной температуры, после чего пропусканием тока через капельницу плавилась навеска, и температура жидкой фазы доводилась до необходимой (1023—1073 или 1273 К). Нажатием на поршень, вставленный в капельницу, выдавливалась капля алюминиевого расплава, входившая в контакт с твердой подложкой и застывшая на ней. Процесс растекания сопровождался профильной съемкой капли кинокамерой ПЕНТАФЛЕКС-16 со скоростью 32 кадра в секунду. Углы, образуемые каплей с подложкой (контактные углы), определялись по кинопленке на микроскопе УИМ-21 с точностью ±1°.При изучении неизотермического растекания жидкого алюминия по твердому обнаружена корреляция между временем выхода контактного угла на стабильный неизменяющийся угол и косинусом этого угла: cos ек.к = а + ktnoCT.(3.10) Здесь 6к.к — конечный контактный угол; auk — постоянные, не зависящие от температуры жидкой и твердой фаз: тпост — время выхода на постоянное значение угла. При температуре капли Тк = 1023 К время тпост = 0; при температуре подложки Тп — 403 К (8К.К = 135°) тПОст = 0,3 с; при Т„ = = 648 К (6к.к = 94°) тПОС1 = 0,5 с; при Тп = 753 К (6К.К = 55°) Тпост = 75 с; при Тп = 853 К (ек.к = 27°), Тк = 1273 К тпост оо 0,3 с; при Тп = 393 К (ек.к = 82°) тПОС1 яй 0,5 с. Зависимость (3.10) можно объяснить, связав тПОСт со временем существования жидкой фазы (временем охлаждения капли до температуры Тпл). Поскольку в неизотермических условиях время контакта твердая фаза — незастывающая жидкая фаза тем больше, чем больше ТП при Тк — const, и тем больше, чем выше Тк при Тп = const, то при некоторой скорости растекания, в первом приближении независящей от температуры, смачивание твердого алюминия жидким тем лучше, чем больше времени действует сила, растягивающая периметр капли, и с ростом температур Тп и Тк смачивание улучшается. В то же время связь с температурами Тп и Тк можно рассчитать теоретически. Пусть в некоторый момент времени от жидкой капли твердой подложке передается порция тепла. Поскольку движущей силой процесса теплопереноса является разность температур Т—Тп, где Т — температура жидкой фазы, dQ = А (Т — Тп) dr.(3.11) где А = const. Так как процесс передачи тепла является переходным процессом, то для С можно записать 2 = &о(1 -е-«),(3 12 где (¿00 = ст (Тн — Тср); ст — теплоемкость капли; Ти — начальная температура жидкой фазы; Тер — установившаяся температура системы: а — постоянная. Продифференцировав уравнение (3.12) по времени и использовав выражение (3.11), получим йС11йх = О^ае-^А (Т — Тп)(3.13 Т=Ве~™+Тп,(3.14 где В = (З^ос/Л. Используем граничные условия: при т -• со Т = Тп и при т - Г Т-*■ Тн; в таком случае В = Тн — Тп. Выразим из (3.14) т = —1п 1~Т2 ,(3.15). где время застывания т определится уравнением (3.15) с подстановкой вместо Т температуры плавления: Тпост=4-1пг7"~71П ■(3.16) Используя (3.10) и (3.16), окончательно имеем coseK.K = a-blgJK _Т" ,(3.17) где Ь = 2,3k/a. По экспериментальным величинам конечных контактных углов пр» разных температурах капли и подложки можно определить коэффициенты а и Ь. Так, для пары твердый алюминий — жидкий алюминий методом наименьших квадратов найдено cos ек.к = — 0,72 + (5,7 ± 2,1) lg jn~t" ■(3.18 Коэффициент b в уравнении (3.17) связан со способностью улучшать смачивание твердой основы расплавом в неизотермических условиях при повышении температур как твердой, так и жидкой фазы и зависит от многих свойств исследуемых материалов, среди которых поверхностное натяжение и вязкость расплава, разность поверхностных энергий на границах раздела твердое тело — газ и твердое тело — жидкость о_г — ож_г. При этом b тем больше, чем больше разность от_г —■ ож_г и чем меньше значение поверхностного натяжения расплава От—ж- Таким образом, определение коэффициента b по экспериментальным данным конечных контактных углов 6К.К при различных. Тп и Тн может быть полезным для расчета температур основного материала и жидкой фазы с тем, чтобы обеспечить необходимый угол ек.к и служить комплексным показателем физико-химических величин, определяющих поверхностные явления гетерогенной системы в неизотермических условиях.- ч» .-,.«
Карта
|