Смачивание твердых поверхностей жидким металлом

Качество защитных покрытий на высокотемпературных материалах, получаемых в результате взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела, определяется характеристиками смачивания и растекания жидкого металла по этой поверхности. Особый [c.137]

При образовании бездиффузионного спая протекает химическое взаимодействие между твердым и жидким металлом, распространяющееся по поверхности контакта между ними. О химической природе процесса образования спая свидетельствует выделение тепла при смачивании. Если процесс пайки протекает в идеальных условиях, когда с поверхности основного металла и расплава припоя удалены окисные и адсорбционные пленки, а атомы взаимодействующих металлов находятся в состоянии физической адсорбции, то скорость реакции между ними можно выразить уравнением [2] [c.112]

При соединении металлов припоями, которые не дают с ними растворов ни в жидком, ни в твердом состоянии и не вступают в химические реакции, процесс пайки имеет специфику. Нагрев основного металла и припоя в условиях, обеспечивающих удаление с их поверхности окисной пленки, не приводит к растеканию припоя после расплавления. Для того чтобы обеспечить смачивание основного металла расплавом припоя, необходим значительный перегрев. Это свидетельствует о том, что только при определенной термической активации твердого и жидкого металла между ними происходит химическое взаимодействие. Перегрев, необходимый для смачивания железа и вольфрама расплавами Sn, Т1, РЬ, Ag, Си, Мп, указан в табл. 21-. [c.166]

Из определения пайки следует, что процесс образования паяного соединения связан с нагревом. Для получения спая т. е. связывающего основной металл и припой переходного слоя (возникающего в результате смачивания при температуре пайки и последующего взаимодействия твердого и жидкого металлов), наряду с нагревом необходимо еще удалить с поверхности металлов в процессе пайки окисную пленку. При кристаллизации выступившего во взаимодействие с паяемыми металлами более легкоплавкого связующего металла (припоя) образуется паяное соединение. [c.8]

По прочности паяные соединения уступают сварным. Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные металлы, серые и ковкие чугуны. При пайке металлы соединяются в результате смачивания и растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затвердевания его после охлаждения. Прочность сцепления припоя с соединяемыми поверхностями зависит от физико-химических и диффузионных процессов, протекающих между припоем и основным металлом. [c.238]

При сварке плавлением и пайке сближение атомов твердых тел осуществляется вследствие смачивания поверхностей тел жидким металлом (припоем, расплавом), а активация поверхности твердого металла — путем сообщения ее частицам тепловой энергии. Жидкий металл может растекаться по всей поверхности тела и обеспечивать соприкосновение и прилипание (или адгезию) его молекул и поверхностного слоя твердых тел. [c.13]

Качество покрытий на высокотемпературных материалах, полученных в результате взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела, определяется прежде всего степенью смачивания покрываемого материала и характером растекания жидкого металла по поверхности твердого тела. При этом решающее значение имеют движущие силы процесса растекания и связь исходной массы капли жидкого металла с конечной площадью растекания. [c.10]

Глава начинается с обсуждения основных термодинамических свойств металлов и окислов, причем основное внимание уделено тем окислам, которые могут быть использованы в виде волокон и покрытий. Затем рассмотрено применение методов термодинамики твердых растворов для оценки стабильности композитов. В обзорном плане изложены обширные литературные данные о взаимодействии жидких металлов с окислами, полученные при изучении процессов изготовления керметов и пропитки усов расплавом. Цель этого обзора —обобщить имеющуюся информацию о смачивании окислов жидкими металлами и вывести основные закономерности. Далее проанализировано соотношение между смачиванием и формированием связи в композитах. Применительно к режимам изготовления и условиям службы композитов рассматриваются диффузионная сварка и твердофазные реакции, причем более подробно— кинетика реакций металл — окисел и характеристики поверхности раздела. Глава завершается анализом имеющихся литературных данных о механических свойствах, чувствительных к состоянию поверхностей раздела. Этот анализ ограничен несколькими металлическими системами, упрочненными окислами, которые изучены в настоящее время. [c.308]

Бели каплю жидкого металла поместить на поверхность твердого тела, то в одном случае она может растечься, в другом этого не произойдет. В первом случае говорят о смачивании, во втором оно отсутствует. До 1940 года исследователи почти не уделяли внимания процессу смачивания жидкими металлам и поверхности твердых тел. Интенсивные работы ио изучению этого технически важного явления начались в послевоенный период. [c.83]

В момент полного термодинамического равновесия при условии отсутствия диффузии или химической реакции в системе твердое тело — жидкий припой — газ существует граница раздела всех трех фаз — твердой, жидкой, газообразной (рис. 29.1). Двугранный угол 0 между плоскостью, касательной к поверхности припоя у границы смачивания, и смоченной припоем плоской поверхностью паяемого металла называют краевым углом смачивания. Различают равновесный краевой угол, определенный в равновесной системе паяемый материал — припой, и неравновесный. [c.526]

Основная роль матрицы, как указывалось, сводится к передаче касательных напряжений волокнам, что возможно в том случае, когда существует прочная связь на поверхности раздела армирующие усы — матрица. К сожалению, чистые металлы, как правило, не смачивают многие соединения типа карбидов, нитридов, окислов, боридов и т. д., т. е. как раз тот класс материалов, усы которых предполагается использовать в качестве наполнителей. Поэтому нитевидные кристаллы указанных соединений можно использовать только после предварительной обработки поверхности. Кроме того, возникает необходимость защиты поверхности хрупких нитевидных кристаллов от механических повреждений, которые легко возникают при манипулировании, а также при самом процессе изготовления композиции. Обеспечить смачивание и достаточно прочную связь можно, вводя в матрицу поверхностно активные примеси, пони-л ающие натяжение на границе раздела твердой и жидкой фаз. [c.374]

Растекание припоя при смачивании им основного металла происходит иногда в две стадии. Первая соответствует быстрому растеканию под действием сил поверхностного натяжения, вторая характеризуется медленным растеканием. На первой стадии жидкий металл растекается с краевым углом смачивания, близким к нулю. На этой стадии, продолжающейся доли секунды, поведение капли жидкого металла соответствует схеме равновесия жидкой капли на идеально гладкой твердой подложке (рис. 29,а). Вторая стадия наступает тогда, когда от капли растекаются потоки жидкого металла по границам зерен на поверхности стали. Схема- [c.65]

Растворно-диффузионный спай, когда основной металл и припой образуют между собой твердые растворы, если не учитывать диффузию в твердой фазе при нагреве под пайку, начинает формироваться с момента смачивания основного металла расплавом припоя. В результате протекающего при этом растворения твердого металла в жидком припое состав зоны сплавления изменяется, достигая равновесного при данной температуре, соответствующего пересечению изотермы с линией ликвидуса. В процессе растворения одновременно идет диффузия из жидкости в твердую фазу, но поскольку скорость растворения твердого металла в жидком значительно выше, чем диффузия в твердой фазе, то диффузионная зона на поверхности основного металла не образуется. С приближением состава зоны сплавления к равновесному скорость растворения основного металла замедляется, и в основном металле начинает образовываться диффузионная зона. Наиболее активная диффузия при этом протекает по границам зерен и дефектам структуры основного металла. [c.118]

Влияние состава жидкой фазы на кинетику смачивания и на адгезию жидкого покрытия к стальной основе проявляется в изменении его вязкости, свободной поверхностной энергии и свободной межфазной энергии на границе с твердым металлом и его окислами, а также в появлении способности, корродируя металлическую основу, увеличивать поверхность контакта металл — покрытие и тем самым создавать возможность более полного проявления сил взаимодействия между материалом покрытия и металлом. Были изучены поверхностные свойства (свободная поверхностная энергия, смачивание и адгезия) некоторых металлов (в частности, олова и цинка) и простейших борсодержащих и безборных эмалей и стекол. [c.9]

В отличие от растворения или других форм коррозии для проявления эффекта Ребиндера достаточно очень малого количества поверхностно-активных веществ. Указанные случаи хрупкого разрушения (стали или цинка) могут иметь место в присутствии тончайших, порядка нескольких микрометров, пленок жидкого металла на поверхности твердого металла. В отдельных случаях катастрофическую хрупкость и разрушение при крайне малых напряжениях может вызвать смачивание поверхности образца небольшой каплей поверхностно-активного металлического расплава. [c.230]

Большое влияние на качество и скорость образования покры тия оказывает состояние поверхности обрабатываемого металла Взаимодействие (смачивание, адгезия и сорбция) алюминия и рас плавов на его основе с поверхностью металла определяется в зна чительной мере состоянием поверхности, а также природой ме талла и жидкого расплава. Так как при взаимодействии жидкой и твердой фаз наибольшая активность отмечается у поверхностных пограничных слоев, для обеспечения эффективной сорбции [c.270]

Превращение в трехмерный полимер резко увеличивает не только химическую и атмосферную устойчивость покрытия, но и прилипание покрытия к окрашиваемой твердой поверхности. Повидимому, здесь с одной стороны, благоприятны условия смачивания и адгезия, когда пленкообразователь находится еще в жидком состоянии, с другой, повидимому, не исключено прямое сшивание молекул металла с пленкообразователем через [c.49]

Исходя из вышеизложенного, можно следующим образом объяснить явления прилипания (адгезии) лакокрасочных пленок к твердой поверхности. Прилипание пленки к поверхности (адгезия) обусловливается степенью смачивания поверхности жидким пленкообразующим, образованием ориентированного адсорбционного слоя на твердой поверхности и возникновением двойного электрического слоя на границе пленкообразующее—твердая поверхность в период пленкообразования. Эти свойства зависят от разности зарядов пленки и твердой поверхности (металла), от наличия полярных молекул в пленкообразующем, от поверхностного натяжения на границе жидкое пленкообразующее или пленка—твердая поверхность, от состояния и характера твердой поверхности и от толщины пленки. [c.219]

В основе паяемости твердых тел - металлов - с обеспечением прочных связей между ними лежит принцип их смачивания припоем. Оценкой смачивания является краевой угол, образованный касательной к поверхности жидкой капли припоя и линией раздела между твердым телом и жидкой каплей (рис. 7.1) или площадь растекания жидкого припоя по твердому телу. Чем меньше краевой угол 0 и больше площадь растекания капли припоя, тем лучше смачивание поверхностей твердого тела. Возрастание 0 свидетельствует об ухудшении смачивания (см. рис. 7.1). Смачивание на стадии контакта паяемых поверхностей и последующие физико-химические процессы достигаются, как правило, при условиях [c.455]

Первая стадия характеризуется преимущественным развитием процесса физического контакта, т. е. сближением соединяемых веществ на расстояния действия атомных и молекулярных сил. Сближение атомов граничных поверхностей достигается смачиванием твердого металла жидким припоем. [c.173]

На рис. 3 изображены две капли жидкого металла. Если-жидкий металл не смачивает поверхность твердого металла, капля имеет сферическую форму (рис. 3, а) капля жидкого металла растекается по поверхности при смачивании (рис. 3, б). [c.8]

Все сложные процессы взаимодействия металла и шлака, этих фаз с огнеупорами, образованней выделение неметаллических включений и т. д. в первую очередь связаны с явлением смачивания. Оно обычно характеризуется углом смачивания ф, определяющим положение жидкой капли на твердой или жидкой поверхности, называемой подложкой. Основные положения капли (жидкого шлака) на подложке (металле) показаны на рис. 19. [c.95]

При контакте металлических твердых поверхностей с жидким металлом 0с <90°. Улучшение смачивания может быть достигнуто в результате [c.674]

Для соединения двух элементов де тали (двух частей) необходимо, чтобы амплитуда колебаний атомов превосходила величину зазора, суш.еству-ющего между двумя элементами детали, Если детали с шероховатостью поверхности Ra 0,05 мкм сложить, то зазор между ними будет составлять -- ЮО нм. Колебания же атомов под влиянием нагрева составляют максимум около четырех-пяти межатомных расстояний, т. е.--- 1,5 нм. Поэтому, чтобы атомы могли перейти из одной части детали в другую, необходимо их сближение с помощью сжатия при одновременном повышении температуры или смачивание жидким металлом твердой поверхности. Далее проходят процессы диффузии с образованием переходной зоны. Количественно диффузия характеризуется коэффициентом диффузии (см с). Значение коэффициентов диффузии ) или констант К скорости роста диффузионной зоны оценивают по распределению концентраций эле> ментов в этих слоях. По коэффициенту диффузии и заданным начальным и граничным условиям расчетом с использованием закона Фика можно определить диффузионное поле. [c.675]

Технологичность паяных соединений. Прочность паяного соединения определяется качеством паяного шва, которое в основном зависит от конструкции узла, материала соединяемых деталей, выбора припоя и метода пайки. В процессе пайки происходит взаимное растворение и диффузия основного металла и расплавленного припоя. Для обеспечения высокого качества пайки расплавленный припой должен хорошо смачивать и растекаться по поверхностям соединяемых деталей. Смачивание является первой стадией молекулярного взаимодействия жидкого припоя с поверхностным слоем металла соединяемых деталей. Смачивание проявляется в частичном или полном растекании жидкой капли по поверхности твердого тела. [c.470]

Твердофазное спекание возможно, если металл, входящий в состав связки, имеет химическое сродство к алмазу. Однако формирующиеся в процессе нагрева связи непрочны из-за несовершенного контакта твердого металла и поверхности зерна алмаза, а также затрудненности при низких температурах химических, диффузионных и адсорбционных процессов. В связи с этим более желательно жидкофазное спекание, при котором в случае хорошего смачивания возникает совершенный контакт алмаз - металл и может быть сформирована прочная адгезионная связь между ними. При этом растворимость алмаза в жидкой фазе должна отсутствовать или быть минимальной. [c.146]

Капиллярное течение припоев. Растекание жидкостей и смачивание ими поверхности твердого тела, сопровождающееся увеличением поверхности, происходит в результате неском-пенсированности энергии поверхностей твердого и жидкого металлов. При этом совершается работа, затрачиваемая на преодоление сил [c.84]

Флюсы паяльные применяют для очистки поверхности паяемого металла, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя. Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном и газообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы бура NaiBP и борная кислота Н. ВОз, хлористый цинк Zn l.,, фтористый калий KF и др. [c.240]

Термодинамически рассмотрен процесс смачивания твердых тел исходя из концепции А. Н. Фрумкина об устойчивости тонких пленок. Рассмотрен случай, когда Ож > От. Сформулированы условия смачивания металлом тугоплавких соединений типа окислов, нитридов и карбидов. Сконструирована установка, позволяющая оценить характер изменения натяжения жидких пленок с толщиной на поверхности твердого тела. Полученные экспериментальные результаты для некоторых систем качественно подтверждают развитые представления. Применительно к процессу пропитки или жидкофазного спекания проведенный анализ позволяет сформулировать два возможных механизма образования мета-стабильных смачиваюшлх пленок или растекания — с затратой энергии на образование пленки металла конечной толщины и безактивационное смачивание. Аналогично рассмотрен процесс перехода границы раздела металл — твердое или металл — газ тугоплавкими частицами. Рис. 2, библиогр. 11. [c.229]

Щелочные угеталлы могут взаимодействовать также с кислородом, растворенным в твердом металле. При этом, если свободная энергия образования окисла твердого металла меньше энергии образования окиси щелочного металла, то щелочные металлы отбирают у твердых металлов растворенный в них кислород. В результате этого щелочной металл может проникать по границам зерен твердого металла и также интенсифицировать межкристаллитную коррозию. Такое явление наблюдается, например, при коррозии ниобия в литии, когда последний проникает по границам зерен и образует там окислы ниобия, причем глубина проникновения лития тем больше, чем выше содержание кислорода в ниобии. Известно также, что свободные от кислорода Nb, Та, Ti, Zr, Mo и W плохо растворяются в щелочных металлах. На механические свойства твердых металлов влияет смачивание их жидким металлом даже в отсутствие коррозионного воздействия, В некоторых случаях достаточно пластичный металл после выдержки в жидком металле становится хрупким. Это явление связывают с адсорбционным влиянием среды. Жидкий металл проникает по линиям дислокаций, образующимся на ранних стадиях деформации.. Адсорбированные жидкие металлы уменьшают энергетический барьер, препятствующий выходу дислокаций на поверхность и разупрочняющий металл. [c.144]

Продукты взаимодействия — твердые частицы, пары воды и газы — проникают в тело отливки, оттесняются к поверхности и фиксируются там при кристаллизации металла в виде неметаллических и газовых включений. В период охлаждения жидкого металла под действием ферростатического давления капиллярных сил и интенсивного смачивания формы жидкий металл просачивается в поры, трещины и другие несплошности форм на глубину до 1,5 мм. Такое просачивание оказывает расклинивающее действие и обусловливает образование микронеровности (шероховатости) на поверхности и неметаллических включений в теле отливки. [c.91]

Ювенильные (чистые, свежеприготовленные) металлические поверхности обычно хорошо смачиваются металлами, т е. в системе твердый металл - жидкий металл 0 <90°. Однако наличие оксидных пленок или других примесей на поверхности контакта приводит к нарушению смачивания. В таких случаях добиться растекания жидкого металла по твердому помогает специальная температурная обработка, прежде всего повышение температуры расплава (например, при контакте жидкого олова с молибденом и вольфрамом при сравнительно невысоких температурах формируются большие краевые углы). Однако при достаточном нагреве окислы Мо и W сублимирутот и смачивание Sn значительно улучшается. Большуто роль при этом ифают также чистота и шероховатость поверхности, применение флюсов, легирование. [c.100]

При 0 = 0 имеет место абсолютная смачиваемость поверхности жидкостью, при 0 = я — абсолютная несмачиваемость. Принято считать поверхность гидрофильной (смачиваемой), если данная жидкость образует на ней угол 0 < п/2) при 0 > (я/2) поверхность считается гидрофобной. Жидкие щелочные металлы (при температурах, близких к температуре кипения при атмосферном давлении) и криожидкости смачивают металлические поверхности почти абсолютно (краевой угол близок к нулю). Гидрофобны по отношению к воде и к ряду других жидкостей парафин, фторопласт (тефлон). В табл. 1.15 приведены значения 0 для некоторых сочетаний жидкость — твердое вещество. Краевой угол смачивания весьма чувствителен к таким трудно контролируемым факторам, как шероховатость твердой поверхности, присутствие на ней или в жидкости посторонних примесей, особенно поверхностно-активных веществ. Увеличение шероховатости твердой поверхности увеличивает ее смачиваемость, т е. снижает значение 0 [51]. Для отдельных сочетаний твердое тело — жидкость в определенном интервале температур наблюдается зависимость 0 от температуры. В общем случае на гидрофильных поверхностях увеличение температуры приводит к улучшению смачиваемости (уменьшению 0), а на гидрофобных — к ухудшению смачиваемости (увеличению 0) [35]. [c.79]

Возможность смачивания металла жидким припоем при образовании адгезионной связи между ними в равновесных условиях определяется соотношением межфазиых поверхностных энергий и оценивается по краевому углу смачивания (условия равновесия жидкой капли на твердой поверхности) От-г—От-ж—ан< гСО8 0=О. [c.62]

Смачивание основного металла расплавленным припоем создает условия для растворно-диффузионных процессов по границе твердой и жидкой фаз. Поскольку на этой границе реакции идут в гетерогенной среде между металлами, находящимися в различных агрегатных состояниях, то развитие реакций связано не только с химическими превращениями, но и с переносом веществ из глубины фаз к поверхности взаимодействия, а также с удалением продуктов взаимодействия из зоны реакции. Кинетика этих реакций обусловлена диффузией. Скорость процессов взаимодействия между основньпм металлом и расплавленным припоем зависит от интенсивности переноса входящих в их состав компонентов в зону контакта меладу ними, активности взаимодействия и удаления продуктов реакции. Время формирования спая определяется скоростью прохождения этих стадий процесса. Чем медленнее протекают диффузионные процессы, тем продолжительнее время формирования спая. Растворно-диффузионный спай может быть образован металлами дающими неограниченные растворы, огра- [c.117]

Наряду с твердыми сплавами- для наплавки широко используют цветные металлы и сплавы. Например, в отечественной промыщленности при пройзводстве запорной арматуры применяют наплавку взамен механической запрессовки колец, что дает значительный эффект по трудозатратам и, кроме того, позволяет более чем в 3 раза уменьшить расход латуни. Физические процессы, происходящие при наплавке латуни на черные металлы, во многом аналогичны процессам при пайке. Как в том, так и в другом случае образование металлических связей идет по границе жидкого наплавляемого металла и твердого основного. В создании такой связи главную роль играет явление смачивания. Процесс смачивания твердого (основного) металла расплавленным (присадочным) приводит к образованию твердого раствора или химического соединения. Металлы, не образующие между собой твердых растворов или химических соединений, не смачивают один другой, например медь и свинец, железо и серебро и т. д. Простые латуни, например латунь марки Л62, дают прочное соединение с основной. В случае наплавки кремнистых лату ней, например латуни марки ЛК-62-05, на границе образуется хрупкий раствор кремния в железе, что снижает прочность сцепления. Поэтому чисто кремнистые латуни не находят применения при наплав-,ке. Смачиваемость основного металла зависит от наличия на поверхности неметаллических пленок (грязи, жира, окислов и т. д.), поэтому при наплавке особое значение имеет подготовка основного металла. [c.159]

Процесс образования паяного шва состоит из прогрева материала, образующего соединение, до температуры, близкой к температуре плавления припоя расплавлеиия припоя растекания жидкого припоя по поверхности твердого материала и заполнение паяемого шва охлаждения и кристаллизации припоя в паяном шва. Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает т.хежатомная связь. Эта связь может образоваться прн растворении металла основы в расплавленном припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристал.тхизацыи за счет диффузии состав.тяющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого раствора 8а счет реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений 8а счет бездиффузионной связи в результате межатомного взаимодействия. [c.358]

В случае неполного смачивания твердого металла жидким эту величину можно оценить по краевому углу смачивания (нри надлежащей очистке поверхности твердого металла), тогда как при полном смачивании, характеризующемся отсутствием конечного краевого угла, соответствующая оценка может быть сделана на основе анализа данных о кинетике вязкого растекания капли металлического расплава по поверхпо-сти твердого металла под действием сил поверхностного натяжения [144]. [c.247]

С явлениями смачивания тесно связана растекаемость расплавленного припоя по поверхности оснорного металла. Растекаемость зависит в основном от состава флюсов и припоев, взаимодействия поверхностных энергий жидкого припоя и твердого металла, вязкости жидкого припоя, а также состояния поверхности нерасплавленного металла. В общем виде растекаемость расплава характеризуется разностью работы адгезии и когезии. Работа, адгезии, необходимая для растекания расплава металла, составляет порядка 10 —10 ккал/моль 199. Такой уровень энергии связи для металлических систем может быть обеспечен только химическими процессами, приводящими к резкому снижению межфазной энергии на границе твердого тела с жидкостью ((т ). Снижение межфазной энергии при газопламенной пайке обычно достигается введением в жидкий металл поверхностноактивных межфазных добавок, содержащихся в припое или флюсе. [c.175]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...