Как видно из рис. 55, краевой угол резко уменьшается в первые 1— 1,5 мин, затем изменяется незначительно. С повышением температуры угол смачивания уменьшается, наиболее сильное снижение наблюдается при 973—1073 К, а при дальнейшем увеличении температуры угол меняется мало. По величине 6 и поверхностному натяжению чистого алюминия рассчитана работа адгезии алюминия к меди [172].

Такой расчет допустим для небольшого времени контакта, в тече-. ние которого растворение меди в алюминии не изменяет резко поверх-; ностного натяжения алюминия. Следует также упомянуть, что медь

Рис. 55. Зависимость краевого угла смачивания меди алюминием от ¡5 времени при различных температурах:-}

1 — 973 К; 2 — 1073 К: з — 1173 К; 4 — 1273 К.

инактивна на поверхности жидкого алюминия. Вычисленная работа адгезии даже для первого момента контактирования фаз велика, ее величина превышает 1000 мДж/м2. В процессе смачивания работа адгезии изменяется. Определено изменение работы адгезии по времени при различных температурах. Для начального момента контактирования фаз путем проведения касательных вычислены коэффициенты наклона К экспериментальных кривых в координатах V? — т. В предположении, что величина К подчиняется экспоненциальной зависимости К = /С0г—рассчитана эффективная энергия активации процесса смачивания. Согласно данным на рис. 55, энергия активации этого процесса оказалась равной 28 кДж/моль. При контакте меди с алюминием медь диффундирует в алюминий и алюминий в медь. Но так как диффузия в жидкость протекает намного скорее, чем диффузия в твердое тело, можно считать, что наблюдается преимущественная диффузия

меди в алюминий. Энергия активации процесса диффузии меди в алюминий составляет 65 кДж/моль. Учитывая погрешность эксперимента, можно полагать, что полученные значения энергии активации сопоставимы. Таким образом, возможным механизмом, определяющим скорость растекания алюминия по меди, является диффузия меди в жидкий алюминий, определяющая также скорость растворения меди в алюминий.

Влияние покрытий изучали при температуре 973—1073 К в вакууме. Все покрытия, за исключением цинка, способствуют увеличению растекания и смачивания, однако влияние их различно и, кроме того, зависит от температуры. Влияние цинка оказывается мало, по-видимому, потому, что в вакууме он сильно испаряется. Покрытие оловом несколько уменьшает краевой угол. Наилучшим покрытием оказалось серебро. Согласно диаграмме состояния, в системе медь — серебро при температуре 1053 К образуется эвтектика. Результаты смачивания показали, что при температуре ниже эвтектической (порядка 1023 К) алюминий растекается по подложке меди с серебряным покрытием за 4— 5 мин, образуя начальный краевой угол около 40°, а конечный — примерно 10°, т. е. качественно аналогично системе алюминий — медь. Иная картина наблюдается в опытах при 1073 К, т. е. при температуре выше эвтектической. В этом случае краевой угол составляет 8° и быстро (в течение 2 мин) уменьшается до нуля.

В связи с этим изучалось смачивание алюминием чистого серебра при температуре 1073 К. Поверхность подложки обрабатывали так же, как и в случае меди. Алюминий смачивает серебро несколько лучше, чем медь, однако растекания, подобного растеканию в системе Си — Ag — А1, не наблюдаетя. Очевидно, причина быстрого растекания в этой системе — образование эвтектической жидкости на поверхности подложки, т. е. фактически растекание жидкого алюминия происходит по поверхности меди, заранее смоченной жидким раствором. Олово также образует на поверхности меди жидкую фазу. Однако при последовательном нагреве подложки до температуры опыта (573—■ 1073 К) олово интенсивно диффундирует в медь, образуя интерметалли-ческиефазы с более высокой температурой плавления. Вероятно, при достаточно высокой скорости нагрева олово и цинк могут быть эффективными покрытиями.'

Таким образом, механизм действия покрытий, по-видимому, должен заключаться в том, что на поверхности твердой фазы образуется жидкая прослойка, хорошо смачивающая ее.

Смачивание и растекание в системе медь — алюминий в условиях дуговой сварки. Условия протекания физико-химических процессов при сварке отличаются от равновесных условий опытов, рассмотренных в предыдущих разделах. Время контактирования твердого металла с жидким при сварке составляет несколько секунд. В случае сварки на переменном и постоянном токе обратной полярности имеет место так называемое катодное распыление. Дуга оказывает определенное давление на сварочную ванну. В связи с этим представляло интерес выяснить минимальную температуру медной кромки, при которой последняя может смачиваться алюминием.