Смачивание поверхностей и границ зерен тугоплавких металлов легеоплавкими расплавами

• Автор: Проценко, Павел Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с.

Содержание

Список сокращений IV

Список обозначений V

Введение VII

Обзор литературы

Глава 1. Границы раздела конденсированных металлических фаз.

1.1 Смачивание металлических поверхностей расплавами

1.1.1. Экспериментальные факты

1.1.2. Механизмы растекания

1.1.3. Физикохимические факторы, влияющие на растекание и 8 смачивание в металлических системах

1.2. Границы зрен в металлах

1.2.1. Геометрические характеристики границ зрен
1.2.2. Энергия границ зрен
1.3. Взаимодействие расплава с границами зрен в металлах
1.3.1. Факторы, влияющие на переход травление смачивание
1.3.2. Травление границ зрен по Маллинзу
1.3.3. Травление границ зрен в условиях высокой анизотропии межфазной энергии
1.3.4. Смачивание границ зрен экспериментальные данные
1.3.5. Механизмы межзренного смачивания
1.4. Межфазная энергия на границе тврдое тело жидкость в металлах
1.4.1. Экспериментальные методы определения схж
1.4.2. Теоретические методы расчта а
1.5. Коррозия конструкционных материалов в присутствии жидкометаллических теплоносителей на основе свинца.
1.5.1. Коррозия под действием жидкого свинца
1.5.2. Коррозия под действием расплава эвтектики РЬВ1
1.5.3. Коррозия под действием расплава эвтектики РЬУ
Экспериментальная часть
Глава 2. Материалы и методы
2.1. Объекты исследования
2.2. Подготовка образцов
2.3. Экспериментальные установки
2.3.1. Вакуумные печи
2.3.2. Видеосъмка и обработка изображения капли
2.4. Методы изучения смачивания
2.4.1. Метод изолированной сидящей капли ИСК
2.4.2. Метод перенеснной капли ПК
2.4.3. Метод изолированной перенеснной капли ИНК
2.4.4. Метод дозированной капли ДК
2.4. Методы исследования образцов
2.4.1. Сканирующая электронная микроскопия СЭМ
2.4.2. Фотоэлектронная спек троскопия ФЭС
2.4.3. Оптическая профилометрия
2.4.4. Объмный фазовый анализ микротомография
Глава 3. Межфазные взаимодействия в металлических
системах обсуждение результатов.
3.1. Исследование оксидных плнок методом ФЭС
3.2. Смачивание в высокотемпературных системах влияние оксидных плнок и интерметаллидов.
3.2.1. Хромистая сталь свинец
3.2.2. Хромистая сталь эвтектический расплав РЬЫ
3.2.3. Хромистая сталь эвтектический расплав РЬВ1
3.2.4. Железо свинец
3.2.5. Железо эвтектический расплав РЬ1л
3.2.6. Железо эвтектический расплав РЬВ1
3.2.7. Вольфрам свинец
3.2.8. Вольфрам эвтектический расплав РЬ1л
3.2.9. Железо, хромистая сталь олово
3.3. Коррозия тугоплавких подложек литием в присутствии 2 кислорода
3.4. Взаимодействие границ зрен с жидкими металлами
3.4.1. Травление границ зрен в условиях слабой анизотропии межфазной энергии
3.4.2. Травление границ зрен в условиях высокой анизотропии 9 межфазной энергии. Фасетирование межфазной поверхности.
3.4.3. Смачивание границ зрен металлическим расплавом
3.5. Расчт энергетических характеристик границ раздела в 1 металлических системах поликристалл расплав.
3.5.1. Мсжфазная энергия в бинарных системах
3.5.2. Межфазная энергия в тройных системах
3.5.3. Поверхностное натяжение изученных расплавов
3.5.4. Поверхностная и межзренная энергии тврдых металлов в 9 присутствии расплавов.
Выводы
Список цитируемой литературы


Такие процессы, как взаимное растворение компонентов при смачивании, образование интерметаллических соединений, а также взаимодействие компонентов с присутствующими в системе примесями могут существенно влиять на процесс растекания и на величину равновесных краевых углов. Растворение. Пусть жидкий металл существенно растворим в тврдом. Диффузия в тврдом теле процесс сравнительно медленный, поэтому на ранних стадиях растекания это не должно существенно сказываться на скорости движения фронта. Далее в процессе растекания масса жидкости уменьшается и это может привести к снижению скорости растекания в вязком режиме. Этот случай подробно рассмотрен в 5. Так, существенно снижается скорость растекания ртути по свинцу и кадмию. Анализ процесса растекания при одновременном растворении подложки в избытке расплава с помощью термодинамических уравнений движения Онзагера показал, что скорость растекания должна расти с увеличением недосыщенности раствора. Этот вывод был подтвержден экспериментально методом взвешивания горизонтальной пластинки на системе 5пСижСитв 6. При проведении эксперимента методом сидящей капли растворимость тврдого металла в жидком повидимому слабо влияет на скорость растекания на начальном этапе смачивания. Если равновесная концентрация тврдого компонента в расплаве не превышает нескольких процентов, достаточно быстро происходит насыщение расплава. Так, скорости растекания по цинку и свинцу чистой ртути и ртути, предварительно насыщенной этими металлами, совпадают 5. В процессе более длительного контакта жидкости с подложкой возможно изменение формы тврдой поверхности. Механизм этого процесса теоретически и экспериментально рассмотрен в 4 при условии пренебрежимо малой растворимости жидкого в тврдом на системе i. С. Сечения по оси симметрии капли представлены на рис. Растворение не успевает существенно изменить форму подложки, и контактный угол близок к определяемому по уравнению Юнга равновесному значению. Рис. Последовательные этапы смачивания поверхности чистого В1 расплавом В1 вес8п. Три различных образца были выдержаны в контакте в течение указанного времени, закалены и разрезаны для выявления формы межфазной поверхности 4. Зависимость формы межфазной поверхности от времени рассчитано в 4 с учтом сохранения силового равновесия вдоль тройной линии. СС0к, 1. Со концентрация в равновесии с плоской поверхностью и к кривизна межфазной поверхности. Расчты показали, что в рассмотренной системе радиус капли увеличивается на 7 от 1. Сначала глубина ямки больше но краям капли, чем в центре, а затем ситуация становится обратной. Этот процесс должен в рассмотренной системе начинаться через часов, и для достижения равновесия необходимо несколько лет. Это объясняется чрезвычайно низкой движущей силой процесса малыми градиентами концентрации вдоль поверхности. Равновесную форму двояковыпуклой линзы удается наблюдать в случае малых капель, ее, как будет показано ниже, иногда используют для определения межфазной энергии. Упругая деформация подложки. При выводе закона Юнга не учитывается нескомпенсированность вертикальной составляющей поверхностного натяжения жидкости i0, однако для металлических подложек, обладающих, как правило, высоким модулем упругости, этим можно пренебречь . В работе было показано, что даже если предположить наличие упругой деформации, локально подложка остается горизонтальной и уравнение Юнга не нарушается. Выделяющиеся в процессе реакции расплава с подложкой интерметаллиды, как правило, образуют на межфазной поверхности фазовый слой. Рассмотрим случай, когда толщина этого слоя существенно меньше размеров капли и возможно измерение краевых углов. В общем случае движущая сила смачивания может быть представлена как
где индекс 0 означает значения параметров до реакции, Дстп0 учитывает изменение межфазной энергии в процессе реакции , а изменение энергии Гиббса в процессе реакции на единицу площади. О краевой угол в отсутствие реакции. Из данной модели следует, что зависимость краевого угла от времени должна проходить через минимум, что в общем случае не так. Роль последнего члена в уравнениях 1.