ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ УГЛА СМАЧИВАНИЯ ТУГОПЛАВКИХ РАСПЛАВАМИ PB-NA

Температурная зависимость угла смачивания тугоплавких металлов расплавами Pb-Na

Б.С. Карамурзов, Р.А. Кутуев2, М.Х. Понежев1, В.А. Созаев3, А.Х. Шерметов1, А.А. Шокаров.

Нальчик

Аннотация: Методом лежащей капли изучена температурная зависимость краевого угла смачивания сплавов Pb-Na разной концентрации на подложках из Co-Cr, Ni-Cr, нержавеющей стали 25Х18Н9С2. Измерения проводились методом лежащей капли в широком интервале температур от 350 0С до 800 0С в атмосфере чистого Не марки А. Показано, что значение угла смачивания уменьшается с увеличением температуры, наблюдаются пороги смачивания.

Введение

Изучение поверхностных свойств металлических расплавов на основе свинца играет важную роль в развитии технологии: пайки, литья, рафинировании металлов, при изготовлении новых композиционных материалов, разработке новых жидкометаллических теплоносителей высокоэнергетических установок.

Сплавы Pb-Na, c определенными концентрациями натрия, перспективны в качестве пожаростойких теплоносителей ядерных установок [1,2]. Исследования поверхностных свойств сплавов с малыми добавками щелочных металлов важны также для разработки новых высокоактивных припоев и систем металлизации [3].

Авторами [4] изучались плотность и тепловое расширение системы Na-Pb с малым содержанием свинца, которые показали, что с увеличением

концентрации РЬ плотность расплава повышается.

Термические свойства расплавов систем натрий-свинец и калий -свинец с малыми добавками свинца изучались в работе [2], где показано, что особенности поведения мольного объема и коэффициентов теплового расширения расплавов систем натрий-свинец и калий- свинец связаны с тенденцией к образованию интерметаллидов.

Поверхностные свойства систем РЬ-Ы, РЬ-Ыа, РЬ-ЯЬ в литературе встречаются крайне редко. Вместе с тем подобные данные необходимы для правильного понимания процессов адгезии, смачивания и растекания.

Результаты исследований

Все эксперименты проводились на высокотемпературной установке, описанной в [5]. Полученные результаты для смачивания чистым РЬ подложек из №-Сг, Со-Сг и нержавеющей стали 25Х18Н9С2 приведены на рис.1.

о 140110105

Рис. 1. Политермы углов смачивания чистым РЬ подложек из №-Сг, Со-Сг и нержавеющей стали 25Х18Н9С2.

Из рис. 1 видно, что в интервале температур от 500 0С до 600 0С происходит резкое уменьшение углов смачивания. Проявление данного "порога" смачивания можно объяснить разрушением оксидных пленок на поверхности капли расплава. Как известно [5-7], разрушение оксидных пленок происходит в интервале температур 450 - 600 0С.

На рис. 2, 3 показаны результаты экспериментов для смачивания расплавом РЬ-Ыа подложки из №-Сг и Со-Сг, соответственно.

- чистый РЬ ■ РЬ-0,01мас.% Ыа

--РЬ-13мас.% Ыа

--РЬ-29мас.% Ыа

—I—&—I—&—I—&—I—

—I—1—I—1—I—1—I—1—I

температура, С

Рис. 2. Смачивание расплавом РЬ-Ыа подложки из №-Сг: 1 - чистый свинец, 2 - расплав РЬ-0,01ат.% Ыа, 3 - расплав РЬ-13 ат.% Ыа, 4 - расплав РЬ29 ат.% Ыа.

Из рис. 2, 3 видно, что малые добавки натрия уменьшают краевой угол смачивания. Более наглядно это видно на рис. 4 при смачивании подложки из стали 25Х18Н9С2. Это объясняется тем, что с увеличением концентрации натрия уменьшается поверхностное натяжение [8,9]. Как показано в работе [9] в интервале концентраций от 13 ат.% Ыа при 125 С эта зависимость

описывается уравнением о=140-1501п(1+0.14х)-2х и теоретически обосновано в работе [10].

а 140 и

* 135 Я

§ 130 и

чистый РЬ

РЬ-0,01 ат. % Ыа

-- РЬ-13 ат.% Ыа

—А— РЬ-29 ат.% Ыа

—I—1—I—1—I—1—I—1—I—1—I—1—I—1—I—1—I—1—I

температура, С

Рис. 3. Смачивание расплавом РЬ-Ыа подложки из Со-Сг: 1 - чистый свинец, 2 - расплав РЬ-0,01ат.% Ыа, 3 - расплав РЬ-13 ат.% Ыа, 4 - расплав РЬ29 ат.% Ыа.

—■— чистый РЬ

--РЬ-13 ат.% Ыа

--РЬ-29 ат.% Ыа

• • ■

-1—|—I—|—I—|—.—|—.—|—.—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|

температура, С

Рис. 4. Смачивание расплавом РЬ-Ыа подложки из стали 25Х18Н9С2: 1 чистый свинец, 2 - расплав РЬ-13 ат.% Ыа, 4 - расплав РЬ-29 ат.% Ыа.

Заключение

С использованием высокотемпературной экспериментальной установки [2] произведены исследования температурной зависимости краевых углов смачивания расплавами Pb-Na разных тугоплавких металлов, таких как Ni-Cr, Co-Cr и сталь марки 25X18H9C2. На политермах обнаруживаются «пороги» смачивания, что связано с разрушением оксидных пленок на поверхностях расплавов и процессами взаимодействия расплав - подложка. Показано, что малые добавки существенно уменьшают краевой угол смачивания.

Литература

Na пористого никеля // 19-й международный симпозиум: Порядок, беспорядок и свойства оксидов, г. Ростов-на-Дону - пос. Южный 5-10 сентября 2016, 2016г, с.282-285.

References