.поверхности никеля и графита

cos 6С = Ac cos 8С + ANi cos 6Ni,(4.13)

где 6G, 6ni — краевые углы для области наличия пор никеля; Аа, Л№ — процент площади, занимаемой соответственно порами и никелем.

Таким образом, увеличение краевого угла смачивания при повышении температуры связано с когезией и огрублением кристаллических частиц никеля, осажденных на графитовую подложку, увеличением лор в слое никеля или увеличением площади, занимаемой дефектами, а также неоднородностью поверхности подложки и уменьшением процента эффективной площади, занимаемой никелем.

Графитобая подложкаб

Рис. 67. Схема распространения капли алюминия на графитовой подложке с покрытием из никеля (а) и изображение кажущегося и истинного углов смачивания для капли на подложке из чистого никеля (б).

Рассмотрим факторы, влияющие на краевой угол смачивания,'в случае применения подложек из чистого никеля (толщиной 4 и 25 мкм) и слоя никеля толщиной более 1 мкм.

Изучение краев капель на шлифах после резкого охлаждения в течение 300 с (жидкий алюминий падал в виде капель при 973 К на графитовую подложку с никелевым покрытием толщиной 25 мкм) и рент-геноспектральный анализ показали, что на межфазной границе образуется реакционный слой, состоящий из №2А18 и №А13, а капля содержит эвтектоиды А1 + №А18 и небольшие кристаллы №А13. В центральной части капли реакционный ■. л ,Й и слой никеля отсутствуют, капля состоит из эвтектоидов и кристаллов №А13, т. е. никель диффундирует в каплю. Диаметр такой капли составляет около 20 мм, на ее :торце наблюдается реакционный слой в виде кольца шириной около 200 мкм.

Авторами [48] предложена следующая схема взаимодействия в обоих случаях (рис. 67). При контакте капли жидкого алюминия со слоем никеля, нанесенного на графитовую подложку, на межфазной границе N1 и А1 образуется реакционный слой (рис. 67, а). В тот момент, когда завершается контактный процесс, происходит очень быстрое растворение слоя никеля. В дальнейшем наличие реакционного слоя и его толщина зависят от продолжительности контакта. На рис. 67, а поверхность раздела твердожидкой фазы обозначена А — В. Действи-

тельный краевой угол смачивания при этом равен 8^. .Сразу после процесса контакта смачивание происходит следующим образом: вследствие очень быстрого растворения слоя N1 в А1 поверхность раздела Л — В смещается влево, затем по мере увеличения концентрации N1 в А1 скорость растворения никеля уменьшается и процесс смачивания становится поэтапным, снова начинается растворение № в А1.

В случае смачивания алюминием подложки из чистого никеля большое количество № растворяется в А1, так как на никелированных подложках толщина слоя N1 не регулируется. При этом количество растворенного N1 очень быстро достигает концентрации насыщения. Вследствие этого на краях жидких капель идет довольно быстрый рост реакционного слоя. Последний растет вдоль сторон капли вверх по поверхности подложки и через некоторое время достигает значительной толщины. Из рис. 67, б показана схема роста такого реакционного слоя и краевого угла. Видно, что по мере развития процесса смачивания реакционный слой утолщается, а 6С приближается к нулю. Несмотря у г довольно большую величину измеренного краевого угла 0, дальнейшее развитие смачивания прекращается, поэтому никелированные материалы почти не смачиваются.

Смачиваемость между упрочняющими компонентами и металлической матрицей при создании КМ оценивается по величине краевого угла смачивания застывшей капли и по прочности на растяжение самого компонента. Оценка, как известно, выполняется методом лежащей капли. Однако при использовании данного метода очень трудно установить нормальную смачиваемость вследствие влияния на прочность при растяжении газообразной атмосферы и режима изготовления КМ. С учетом сказанного авторы работы [363] установили, что смачиваемость можно оценивать по состоянию адгезии между поверхностью карбида кремния и алюминием, погружая 51С в расплавленный алюминий или его сплавы. Изучалось смачивание между сплавами алюминия (А1 + 5 % Сг, А1 + 4,8 % Мо, А1 + 4 % XV (по массе)) при 1273 К. Во всех случаях в начальный период смачиваемости вообще не было, спустя некоторое время она появлялась, а затем резко достигала 100 %, т. е. степень смоченной поверхности а = 1. Этот период задержки, или период инкубации т, проявляется в том случае, когда из-за реакции на поверхности раздела зарождаются и растут центры кристаллизации. Согласно данным [363], начальный период смачивания (период инкубации) сокращается на 1/4—2/5 при введении в расплав хрома, молибдена и вольфрама. При добавке молибдена и вольфрама возрастает скорость смачивания. В исследованных системах хром имеет склонность к образованию карбидов. Хотя введение хрома и обеспечивает короткий инкубационный период, однако увеличение скорости смачивания при его добавке небольшое. При введении молибдена в расплавленный алюминий карбиды молибдена не образуются, но появляется интерметал-лид МоА112. При взаимодействии с вольфрамом, находящимся в расплавленном алюминии, на волокнах Б1С наблюдаются островковые выделения интерметаллида \УА112.

При исследовании влияния элементов подгруппы Уа (V, ЫЬ, Та), рведенных в алюминий, на смачиваемость 5нС установлено, что инку-