Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Дальнейшая адсорбция невозможна, так как на поверхности й2О уже заняты все места. Поэтому на полированных поверхностях, на полированной электродной проволоке адсорбируется значительно меньше водорода, чем на шероховатой, образующейся в результате окисления после грубой механической абразивной обработки илн после химического травления для удаления оксидов.
Адсорбция является первой стадией процесса растворения газов в металлах. Она служит причиной увлажнения пористых тел: электродных покрытий и керамических флюсов при длительном хранении их в негерметичной таре. Ржавчина на поверхности металла и другие соединения усиливают адсорбцию, которая увеличивает занимаемую ими площадь на поверхности металла. Образование межфазного слоя можно представить процессом, в котором вещества двух фаз, расположенных первоначально по обе стороны мысленно проведенной межфазной поверхности, переходят в состояние, в котором находится вещество реального межфазного слоя. Для изобарно-изотермического процесса в закрытой системе из фундаментального уравнения Гиббса (8.32) получается, что 06(оз) = пс(га, т. е.
Силикагель применяют лля осушения газа в закрытых емкостях-зксикаторах лля длительного хранения металлографических образцов. (8. 74) Ы6(со, п, ) = офпсо+ ~)!фп!. (8.75) Рис. 8.17. Различные формы капли не смачивающей (а) и смачивающей (б) жидкости на подложке — — ~р,Г,. ~=! (8.76) оп соя О+ о! и — и! = О, (8.77) соя О = о!! (8.78) 37! 370 !з* где оэ — площадь поверхности межфазного слоя. Из выражения (8.74) следует, что при постоянных Т, р и и, межфазное натяжение о есть приращение энергии Гиббса ЫО при образовании площади поверхности йо межфазного слоя. В реальных условиях межфазный слой — открытая система, и дифференциальное уравнение энергии Гиббса следует записать так: Приращение 1-го вещества !й; в межфазном слое сЫ определяЙп, ет адсорбцию — ' = Г; этого вещества.
Поэтому, разделив обе часг(еэ ти уравнения (8.75) на поз, после перестановки получим Отсюда следует, что межфазное натяжение о зависит от адсорбции: положительная адсорбция уменьшает его, а следовательно, и энергию Гиббса С системы. Таким образом, в гетерогенной системе, содержащей поверхностно-активные вещества, всегда имеется тенденция к самопроизвольному накоплению этих веществ в межфазных слоях и к снижению межфазного натяжения и энергии Гиббса. Поэтому поверхностно-активные вещества, например кислород, вводят в защитный газ или в сварочную проволоку для снижения поверхностного натяжения в каплях, переходящих с электрода в ванну, с целью их измельчения (см.
рис. 8.16 — зависимость поверхностного натяжения Ре от концентрации кислорода). Межфазное натяжение очень чувствительно даже к малым количествам поверхностно-активных веществ. Поэтому только для абсолютно чистого вещества (жидкого или твердого, находящегося в контакте с собственным паром) межфазное (поверхностное) натяжение является физическим свойством вещества; оно зависит только от температуры (плотности пара). Межфазное натяжение о зависит как от адсорбции, так и от температуры. С ростом температуры значение о у чистых металлов снижается и при температуре кипения равно нулю (пар и жидкость неразличимы).
У сплавов, содержащих поверхностно-активные вещества, при существенном увеличении температуры межфазное натяжение о может возрастать, что объясняется уходом с поверхности поверхностно-активных веществ. В условиях сварочного процесса межфазное натяжение регулируют для улучшения смачиваемости и растекания. 8.12.3. Смачиваемость твердого тела жидкостью Капля жидкости на подложке (горизонтальной поверхности твердого тела) приобретает формы, представленные на рис. 8.17. Угол О между векторами поверхностных натяжений В!! (на межфазной поверхности раздела жидкость — воздух) и В! !! (на межфазной поверхности раздела жидкость — твердое тело) называют и б краевым углом. В условиях равновесия сил в точке О сумма проекций сил на горизонтальную ось дает нуль, т. е.
где и! — поверхностное натяжение на межфазной поверхности воз- дух — твердое тело. Отсюда получаем уравнение Юнга Жидкость смачивает подложку, если О< 90' (о! > о! и). При 0 = 0' (и! — и! и = ов) смачивание абсолютное. При и! <о! !! получим, что соя О < О, а О > 90', т. е. жидкость не смачивает подложку. Для повышения смачиваемости следует уменьшать оц и увеличивать разность о1 — а1 и. Этого достигают за счет уменьшения о1 П с понижением поверхностного натяжения между жидкостью и газом, между жидкостью и поверхностью твердого тела путем применения специальных флюсов, очистки поверхности. Повышение температуры также приводит к снижению сил межфазного натяжения.
При сварке смачиваемость металла жидким флюсом обеспечивает плавные переходы шва к металлу. 8.12.4. Растекание Л6 = Лсо(оп + о~ и — о~ ). (8.79) Выражая приращение энергии Гиббса на единицу поверхности, с учетом соотношения (8,78) можно записать; Ьо = оп (1 — соз О) . (8.80) Из выражения (8.80) следует, что при значениях краевого угла, обеспечивающих смачивание (созО < 1, рис. 8.17, б), приращение поверхностного натяжения Ло и приращение энергии Гиббса Л6 положительны. Ситуация не изменится, если созО= 1, т. е. даже при абсолютном смачивании (созО = 1) жидкость самопроизвольно растекаться не будет.
Условие самопроизвольного растекания (Лб < О) соответствует неравенству соя О > 1, и тогда зависимость (8.78) и понятие смачиваемости теряют смысл. 372 Способность жидкости распространяться по поверхности твердого тела с образованием в пределе мономолекулярного слоя называется растеканием. Это самопроизвольный процесс, приводящий к равновесию в системе. Тенденция к растеканию существует, если увеличение поверхности покрытия жидкостью подложки сопровождается уменьшением энергии Гиббса системы жидкость— подложка — среда. Для жидкости, лежашей плоским слоем, приращения ее межфазной поверхности Лсоц и общей поверхности с подложкой Лсо1 0 примерно одинаковы.
Поэтому приращение энергии Гиббса принятой системы составит Работа, совершаемая системой при растекании жидкости на единице поверхности, ЬАпмАх — — — ЛО, называется коэффициентом растекания и обозначается 5,. Коэффициент растекания выражается формулой (8.81) Я = о~ — оц — о1 П. Чем больше значение 5„тем большую скорость растекания жидкости по подложке следует ожидать. Растекаемость жидкостей играет важную роль в процессах пайки и сварки. Большая растекаемость припоев обеспечивает большую производительность пайки и высокое качество ивяных соединений.
Растекаемость шлака по поверхности жидкого металла увеличивает радиус перехода от шва к зоне термического влияния и является необходимым условием для активной его обработки (легирование, рафинирование). Повышению растекаемости жидкого металла по поверхности твердого тела способствует рост температуры и снижение межфазного натяжения на их поверхности, Высокие смачиваемость и растекаемость керосина используются при контроле оплошности сварных соединений. 8.12.5.
Растворение металлов в электролитах Самопроизвольное растворение поверхности металла в результате взаимодействия с газовой (803) или жидкой (Н28) средой, приводящее к уменьшению массы (толщины) металла, называют коррозией. Различают химическую и электрохимическую, равномерную и сосредоточенную коррозию. Химическая коррозия имеет место при контакте метала с горячими сухими газами или неэлектропроводными жидкостями. Ее результатом является образование оксидной пленки, рост пленки по толщине, отслаивание и дальнейшее окисление. Пленки, образующие плотный сплошной слой, обладают защитными свойствами.
Окалиностойкие стали содержат 12 'Ъ хрома, а также кремний, алюминий. Электрохимическая коррозия — это растворение металла в электропроводных средах — электролитах вследствие самопроизвольного перехода системы в состояние с большей энтропией. (Кристаллический порядок переходит в беспорядок раствора.) Электролитами являются вода, содержащая воздух, раствор солей в воде, в том числе морская вода, различные кислоты и шелочи и 373 Металл Электролит 2Н +2е=Нз.
Нг=2Н +2е. Рис. 8.18. Схема коррозионного взаимодействия электролита с поверхностью металла; переход ионов Ре в электролит на аноде А, соединение ионов Н с электронами на катоде К их водные растворы. Схема электро- химической коррозии представлена на рис. 8.!8. Она объединяет два параллельных процесса — анодный, т. е, процесс перехода атомов металла в раствор в виде гидратированных ионов, обогащающих металл электронами, и катодный — процесс нейтрализации этих электронов положительно заряженными частицами раствора (водорода и т. п.): где Ьб — значение энергии Гиббса для напряженного металла; Ьбв — стандартное значение энергии Гиббса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
