Способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел Советский патент 1982 года по МПК G01N13/02 

1

Изобретение относится к исследованию .физико-химических свойств поверхностей твердых тел, граничащих с газом или жидкостью, в частности, для границы твердого материала с газом или ионным расплавом, и может найти применение в физической химии и теоретической металлургии, а также при решении технологических вопросов сварки, пайки и.эмалирования.

Известен способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом диффузионной ползучести, отнованный на нахождении напряжения нулевой ползучести образца экстраполяцией из области растяжения или сжатия под действием внешних сил ij.

Однако способ дает значительную погрешность измерений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом нулеВОЙ ползучести, заключающийся в том, что на несколько одинаковых протяжных тонких образцов наносят мерные метки, подвешивают различные грузы, создавая условия для различного растяжения и сжатия образцов, нагревают образцы до температуры вблизи точки плавления, определяют силу, приложенную к образцу, деформация которого минимальна, и рассчитывают поверх)0 ностное натяжение, используя периметр образца f2Т.

Однако известный способ имеет ряд существенных недостатков, связанных

15 с проведением измерений в неравновесных условиях, так как добиться точной компенсации поверхностной силы по известному способу весьма затруднительно, т.е. поверхностное натяже-,

20 ние твердых тел б определяется с неизвестной систематической ошибкой, связанной с необратимыми тепловыми потерями. Кроме того, способ трудоем3gкий, так как необходимо проводить измерения с несколькими образцами и наносить на них мерные метки, что затрудняет, в частности, проводить измерения на границе с жидкостью. Цель изобретения - устранение сис тематической ошибки и упрощение спо соба . Поставленная цель достигается тем что в способе определения силы повёрхностного натяжения твердых тел методом нулевой ползучести, включающем растяжение протяженного образца и его нагревание, до нагревания фик сируют весобразца с помощью весов, на неподвижном коромысле которых подвешивают образец, а после нагревания приводят образец в соприкосновение с опорой, фиксируют реакцию опоры в момент прекращения деформации образца и по разности веса образ ца и реакции опоры находят поверхнос ное натяжение. Способ осуществляется следующим образом, Предварительно создают условия для растяжения тонкого протяженного образца на локализованном участке (например, изготавливают образец в виде проволоки или ленты с перешейком или утоньшением или примет1яют местный перегрев для образца постоян ного сечения), так чтобы в подвешенном состоянии под действием собствен ного веса нижней от участка течения части образца он мог растягиваться в этомместе. Производят стабилизурующую выдержку образца при 0,8 0,9 Тпл в течение 2-k ч.За верхний конец образец подвешивают на неподвижное коромысло чувствительных мик ровесов (например, датчика - механоэлектрического преобразователя Э-2Д1) и фиксируют силу, действующую на весы. Задают температуру опыта. Затем под нижний конец образца подводят твердую поверхность (подвижная подставка, перемещающаяся с малой скоростью) вплоть до касания ею образца. Далее, непрерывно фиксируя из меняющиеся показания весов, ждут, ко да система придет в равновесие, т.е. когда сила, регистрируемая весами, прекращает изменяться. В процессе измерения происходит обратимое изменение поверхности образца. Верхний конец образца закреп лен не неподвижном коромысле весов. 4 а нижний касается твердой поверхности (опоры). В таком положении возможны микроперемещения нижней части об-, разца как вверх (реакция опоры L при этом уменьшается), так и вниз (L увеличивается) . Система автоматически (самопроизвольно) обеспечивает равновесные условия, при которых эти микроперемещения прекращаются и реакция опоры становится неизменной во времени. Таким образом, измерение проводятся в условиях обратимого измерения поверхности образца.- Зафиксировав реакцию опоры L ,- т.е. разность сил, действующих на весы до касания и после достижения равновесия, и определив после опыта вес нижней от точки течения части образца Р, находят с использованием периметра образца с силу поверхностного натяжения (J из равенства С -О- Р - L При определении натяжения на гр.анице с жидкостью фиксируют силы, действующие на весы, до погружения и после погружения в жидкость до точки те- чения образца, определяя по разйости этих сил действующую на нижнюю часть образца выталкивающую силу Архимеда F. Далее порядок действия прежний, но при расчете используют равенст во C-Cr P-F-L При исследовании электрокапиллярных явлений на пришедшую в равновесие систему - погружений в жидкость образец, касающийся дна сосуда, накладывают разность электрических потенциалов и фиксируют не абсолютную вели чину реакции опоры L, а ее изменение с изменением электрического потенциала. Л Р и м е р. Определяют значение межфазного натяжения в системе твер-; дая медь - расплав NaJ3 стационарном потенциале Ц 0,12 В относительно молибденового электрода сравнения и . Электрод в виде цилиндрической проволоки диаметром D 0,1 см плотно вставляют в ци- : линдрический капилляр из корунда с внутренним диаметром D 0,1 см так, что остается свободным конец длиной 1,8 см, причем на расстоянии ,3cM от конца проволоки имеется шейка диаметром d 0,012 см. Электрод погружают в расплав на глубину /v 2 см до касания его с дном тигля, по внутренней поверхности которого проложен

листовой молибден, являощийся электродом сравнения. Вес электрода измеряют с помощью механоэлектрических весов Э-2Д1 и регистрируют самописцем ЭПП-09 МЗ.. Вес нижней от шейки части s электрода, измеренный после опыта, равен G 89 дин; реакция опоры F +3,5 дин; значения плотностей металла Рдлс - г/см и электролита 2,0 г/см. Таким образом, меж- ю фазное натяжение составляет

-4К-ЬН : С89(1-||)-4г,5 -1358 дин/см, и

Использование предлагаемого способа определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом нуле- 20 вой ползучести обеспечивает по сравнению с известнь1ми способами устранение систематической ошибки измерения, достигаемое тем, что измерение проводят в принципиально иных уело- 25 ВИЯХ (ином режиме) самопроизвольного ( автоматического ) достижения системой равновесия, т.е. в обратимых условиях; упрощение методики, достигаемое использование одного образца зо вместо нескольких; расширение облас0 6

ти использования способа, достигаемое возможностью его применения при измерениях на границе с жидкостью и исследовании электрокапиллярных явлений.

Формула изобретения Способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом нулевой ползучести, включающий растяжение протяженного образца и нагревание, отличающийся тем, что, с целью устранения систематической ошибки и упрощения способа, до нагревания фиксируют вес образца с помощью весов, на неподвижном коромысле которых подвешивают образец, а после нагревания приводят образец в сопрокосновение с опорой, фиксируют реакцию опоры в момент прекращения деформации образца и по разности веса образца и реакции опоры находят поверхностное натяжение.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Миссон В. Поверхностная энергия раздела фаз в металлах. М., Металлургия, 1978, с. 96-101.

2.Chapian I.C, Porter H.LJJber. die phybikalisshen Eigenschaften def Goldis bei hohen Temperatureh. Proc. Roy. SocT V.A 833, 1910, p. 65 (прототип).