Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан), страница 92

$Х-33. Влияние электрической поляризации поверхности иа скорость деформации моиокристаллов свинца было показано, что при деформировании кристаллов, например нафталина и хлорида натрия„в активных по отношению к ним средах уве,личивается расстояние, на которое перемещаются дислокации в процессе деформации. Поверхностная энергия может быть также пои ижена поляризацией поверхности (злектрокапиллярный эффект); при этом уменьшение поверхностного натяжения с увеличением потенциала поверхности ~р описывается уравнением Липпмана (см.

П1.5): до — =р йр где р, — поверхностная плотность заряда. Эксперименты показали, что при растяжении металлических монокристаллов в условиях электрической поляризации поверхности в растворе электролита, т. е. при отклонении от потенциала нулевого заряда срс, действительно наблюдается увеличение скорости деформирования в (рис, 1Х-ЗЗ, монокристаллы РЬ). Отметим, что в условиях растворяющего действия среды на деформируемое твердое тело может обнаруживаться внешне сходное, но имеющее иную природу явление — эффект Иоффе, который проявляется в том, что„например, хрупкие кристаллы поваренной соли могут пластически деформироваться в воде, не насыщенной солью, т.

е. при растворении их поверхности. В этом случае проявление пластичности связано не с понижением сопротивления пластическому течению, каки в случае адсорбционного пластифицирования, а с увеличением прочности кристаллов (сопротивления отрыву) вследствие растворения содержащего дефекты поверхностного слоя. 422 1Х.4.3. ПРИЛОЖЕНИЯ ЭФФЕКТА РЕБИНДЕРА Способность адсорбционно-активных сред заметно облегчать разрушение твердых тел издавна используется при измельчении (см. у).б): при помоле руды (перед флотационным обогащением), цемента и в других процессах диспергирования.

Ребиндер указывал, что точное измельчение не может быть достигнуто чисто механическим путем: развитие огромной поверхности требует вмешательства физико-химических факторов для управления явлениями на возникающих поверхностях. Роль адсорбционного понижения прочности состоит при этом не только в облегчении разрушения твердого тела, но и в предотвращении агрегации, в разрушении коагуляционных контактов, возникающих между частицами, Вместе с тем, адсорбционно-активные компоненты повсеместно применяются в составе смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) для облегчения разнообразных процессов механической обработки резанием (сверление, точение, фрезерование), шлифования и полирования, поскольку все эти процессы связаны с диспергированием обрабатываемого материала.

Иллюстрацией возможностей использования сильных эффектов адсорбционного понижения прочности в этих процессах является применение малых количеств легкоплавких поверхностно-активных металлов при обработке закаленных сталей и твердых сплавов . Так, в полимерную связку шлифовальных кругов 1 вместе с алмазным порошком вводят порошок легкоплавкого металла. При работе круга за счет повышения температуры при трении происходит выплавление микроколичеств активного металла, который снижает прочность обрабатываемых инструментальных материалов, в том числе твердых сплавов (спеченных порошковых композиций карбидов вольфрама и титана с кобальтом).

Резкое понижение прочности обрабатываемого материала позволяет в несколько раз увеличить скорость обработки с одновременным увеличением долговечности самих шлифовальных кругов. Поверхностные эффекты в процессах диспергирования не исчерпываются понижением поверхностной энергии и прочности в результате чисто физической адсорбции молекул, Так, при использовании СОЖ важную роль играют различные хемосорбционные и механохимические явления, связанные с деструкцией молекул органических веществ при совместном действии механических напряже- 1 По данным разработок коллектива сотрудников кафедры коллоидиой химии МГУ, ВНИИЛлмаз и Института физической химии РАН.

423 ний, высокихтемператур в зоне резания и взаимодействия молекул со свежеобразованной (ювенильной) поверхностью твердого тела, имеющей повышенную химическую активность. Обширной областью использования ил асти ф и ц и р у юш е г о д е й с т в и я среды является применение поверхностно-активных веществ при обработке металлов давлением (волочение, штамповка, прокатка). Пластифицирование поверхностных слоев обрабатываемого металла при введении в смазки поверхностно-активных компонентов существенно уменьшает величину усилий, которые необходимо прилагать для осуществления этих процессов, приводит к улучшению качества поверхности и уменьшению степени пакле па (уровня внутренних напряжений) в приповерхностных слоях металла.

Здесь, как и в процессах резания, одновременно проявляется и универсальное экранируюшее действие адсорбционных слоев, которые препятствуют сцеплению (возникновению фазовых контактов) между поверхностью инструмента и обрабатываемого материала за счет своей невытесняемости из зоны контакта, особенно в условиях хемосорбции. Велика роль смазок и в работе узлов трения разнообразных машин и механизмов.' В этом случае активные вещества могуг играть двоякую роль: на начальных этапах работы узла трения они ускоряют износ и тем самым приработку поверхностей трения; в дальнейшем, зашишая поверхности, они обеспечивают их минимальный износ.

Изучение роли поверхностно-активных сред в процессах трения и износа выделяется в качестве самостоятельной крупной задачи физико-химической механики. Характерным примером проявления адсорбционного понижения прочности может служить эксплуатация разнообразных адсорбентов и катализаторов: адсорбция (хемосорбция) на поверхности твердой фазы, а следовательно, понижение поверхностной энергии и прочности являются неотъемлемым условием их функционирования. Здесь проявляется взаимное влияние поверхности твердого тела и молекул среды: контакте твердой фазой облегчает разрыв и перестройку межатомных связей в адсорбируемых молекулах.

Эти процессы адсорбции и перестройки молекул адсорбата, в свою очередь, приводят кослаблению связей в поверхностных слоях катализатора. При этом для усиленного износа катализатора может быть достаточно внутренних напряжений, возникших на той или иной стадии приготовления гранул (см. 1Х.2). Процесс разрушения ускоряется давлением вышележащего слоя гранул и особенно сильно в интенсивном режиме кипя- 424 щего слоя. Эффективным путем предотвращения ускоренного разрушения адсорбентов и катализаторов является формирование оптимальной конденсационной (кристаллизационной) структуры с прочными фазовыми контактами между составляющими гранулу частицами. Закономерности связи эффектов понижения прочности твердых металлов в присутствии металлических расплавов с характером межатомных взаимодействий и типом диаграммы состояния позволяют прогнозировать возможность катастрофического понижения прочности конструкции при расплавлении антифрикционных сплавов и антикоррозионных покрытий, при пайке и сварке, а также изыски- вать пути защиты от этих опасных явлений.

В то же время в некоторых случаях защита металлических конструкций, находящихся в контакте с жидкими металлами, от избирательного воздействия расплава на границы зерен возможна посредством легирования твердого металла таким компонентом, который, не вызывая сам по себе адсорбционного понижения прочности, способен концентрироваться на границах зерен, снижать их энергию и препятствовать проникновению активного жидкого металла.

Ряд новых результатов получен при использовании основных представлений физико-химической механики для анализа процессов, протекающих в земной коре 117). Это направление, названное физико-химической геомеханикой, рассматривает процессы образования и разрушения горных пород, в которых совместно проявляется роль механических напряжений и адсорбционно-активных жидких фаз — магматических расплавов и гидротермальных растворов.

Так, непосредственные экспериментальные исследования показывают, что оксидные и силикатные расплавы могут в несколько раз понижать прочность горных пород. Это позволяет сопоставить действие сходных по составу магматических расплавов в таких явлениях, как образование разломов земной коры. Подводя итоги, можно сказать, что в зависимости от характера взаимодействия между составляющими твердое тело и среду компонентами, структурных особенностей твердого тела, а также от совокупности внешних условий могут наблюдаться весьма разнообразные по форме и интенсивности проявления эффекты.

Это — облегчение пластического течения твердого тела или, наоборот, хрупкое разрушение под действием пониженных напряжений; механохимические процессы в зоне контакта; механическая активация коррозии; процессы, приближающиеся по характеру к самопроизвольному диспер- 425 гированию (квазисамопроизвольное диспергирование); истинное самопроизвольное диспергирование, приводящее к возникновению термодинамически равновесной лиофильной коллоидной системы. Сложный и разнообразный характер процессов взаимодействия между механически напряженным твердым телом и контактирующей с ним средой требует тщательного всестороннего анализа закономерностей и условий протекания этих процессов, а также их взаимосвязи для сознательного использования (или предотвращения) эффекта Реб индера, Заключение Подытожим кратко основные задачи и подходы коллоидной химии, а также рассмотрим историю и перспективы ее развития.

Универсальность дисперсного состояния вещества обусловливает широту объектов изучения и разнообразие явлений природы, находя- шихся в сфере внимания коллоидной химии, специфику ее подхода к их рассмотрению. Ставя во главу угла анализ роли поверхностных явлений и поверхностных сил в формировании свойств дисперсных систем, коллоидная химия разрабатывает пути управления свойствами дисперсных систем, изучает термодинамику, механизмы и кинетические закономерности протекаюших в них процессов и явлений, анализирует зависимость свойств дисперсных систем от дисперсности вещества дисперсной фазы.