Энергия активации диффузии титана в расплавленный алюминий агтри образовании соединения Т1А13 составляет 163 кДж/моль, т. е. сопоставима с полученной энергией активации течения жидкого алюминия по поверхности титана. Тогда механизм течения жидкости по твердой подложке можно связать с массопереносом на границе раздела •фаз, подтверждая определяющую роль диффузии компонента твердой ■фазы в расплав на процесс растекания.

Смачивание расплавом алюминия твердых титана и сплавов ВТ-14 и ОТ4-1 изменяется с температурой практически одинаково: при 963— 1053 К конечные значения 6 плавно изменяются от тупых углов к острым, при 1053—1073 К они резко уменьшаются до значений 15—30°, дальнейшее увеличение температуры снижает конечный краевой угол до нуля при температурах 1113, 1123 и 1173 К при смачивании соответственно сплава ОТ4-1, титана и сплава ВТ-14.

Температурное изменение конечного краевого угла смачивания жидким алюминием сплавов ВТ6С и ВТ-20 происходит несколько иначе: краевой угол смачивания сплава ВТ6С плавно уменьшается от тупых углов при 993—1053 К до нуля при Т = 1453 К. Краевой угол смачивания сплава ВТ-20 при 973 К резко падает от 100 до 40°, дальнейшее повышение температуры незначительно уменьшает конечный краевой угол, но полного растекания алюминия по сплаву ВТ-20 в исследуемом интервале температур не наступает (при Т = 1473 К конечный краевой угол смачивания равен 10°).

Объяснение отмеченным зависимостям следует искать в различии состава исследуемых сплавов. Суммарное количество добавок к титану располагается в ряду по возрастанию среднего количества добавок: ОТ4-1, ВТ6С или ВТ-14, ВТ-20. При этом максимально легирован алюминием сплав ВТ-20, минимально — ОТ4-1. Введение примесей ведет к увеличению поверхностной энергии твердого тела, чем можно объяснить лучшее смачивание алюминием сплава ВТ-20 при температурах ниже 1073 К по сравнению с остальными сплавами. При повышении температуры и увеличении взаимной диффузии на границе раздела фаз существенно снижается межфазная энергия, что приводит к улучшению смачивания. Наличие в сплаве ВТ-20 большого (6—7,5 %) количества алюминия снижает разность химических потенциалов контактирующих фаз и ограничивает возможный массоперенос через межфазную границу, что ухудшает смачивание жидким алюминием сплава ВТ-20 при повышенных температурах по отношению к сплавам, содержащим меньшее количество алюминия или не имеющим его вообще.

Смачивание титана и стали некоторыми сплавами системы Т1 — Ре при сварке плавлением. Применительно к сварке титана со сталью изучали [259] смачиваемость титана ВТ1 и стали СтЗ некоторыми сплавами системы Т\ — Ре при различных температурах. Опытные сплавы (табл. 8) выплавляли в электродуговой печи в среде аргона с последующей отливкой в медный кристаллизатор. Полученные слитки имели форму цилиндра диаметром 8 мм и высотой 7,5—7,8 мм, удобные для последующих исследований [275] на специальной установке для определения поверхностного натяжения методом лежащей капли.

Изучение характера смачивания и растекания проводили по отпечатанным фотоснимкам размером 13 X 18 см, где четко фиксировались во времени различные стадии процесса (начало плавления, исчезновение твердой фазы, растекание и т. д.).

Краевой угол смачивания измеряли с точностью до 0,5°, а линейные размеры капли — с точностью до 0,1 мм. Имея зависимость время нагрева — температура, с достаточной степенью точности определяли степень нагрева сплава.

Во всех случаях длительность опытов принята одинаковой и равнялась 15 с с момента начала нагрева (при большей выдержке сплав растекался полностью, а подложка проплавлялась насквозь). Кроме приведенных в табл. 8, исследовали и другие сплавы системы Тл — Ре с

Таблица 8. Смачиваемость титана и стали титаножелезными сплавами

Примечание. Перед чертой — значения при 7 = ^пл' за чертой — при ^ ~ 1543 К.

меньшим содержанием железа, однако для принятых условий эксперимента они расплавлялись значительно медленнее подложек, что приводило к проплавлеиию последних, а расплавленная капля еще не фиксировалась.

Для расчетов была выбрана вычислительная методика Портера, как дающая наиболее точные результаты для условий хорошего смачивания, когда угол смачивания 6 90е [142]. При этом наряду с углом смачивания 0 определялись поверхностное натяжение на границе жидкий металл — газ, работа адгезии и коэффициент растекания. Как видно из табл. 8, с увеличением содержания железа в сплавах все перечисленные величины в исследованном температурном интервале Тпл — 1543 К вначале уменьшаются, достигая минимального значения у сплава эвтектического состава с 32 % Ре, после чего начинается их медленный рост. Особенно наглядно это проявилось при контакте сплавов с подложкой из титана (рис. 59). При использовании стальной подложки аналогичная тенденция в некоторой степени наблюдалась только у сплавов 1 и 7 при температуре их плавления. В остальных случаях подложка проплавлялась очень быстро вследствие более интенсивного тепловыделения в своей стальной массе по сразнению с исследуемыми сплавами. Сравнивая характеристики растекания сплава Т1 с 20 % Ре при температуре его плавления по титану и стальной подложке, можно отметить, что они примерно одинаковы (табл. 9). Те же показатели при температуре 1543 К, исключая угол смачивания, почти в