ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смачивание углерода, карбидов и боридов из "Адгезия жидкости и смачивания" Особенности смачивания расплавами металлов графита и алмаза. Смачивание графита и алмаза расплавами металлов получило широкое распространение в металлургических процессах. Прочная связь алмаза с металлической основой необходима при, изготовлении буровых колонок, абразивных кругов, алмазного и другого инструмента . Адгезионное взаимодействие графита с расплавами металлов имеет место при производстве графитометаллических материалов, в ядерных реакторах и в процессе кристаллизации графита из чугуна. [c.260] Первый вид взаимодействия характеризуется образованием в зоне контакта карбидных фаз он осуществляется в системах, имеющих в расплавах переходные металлы и элементы, которые способны образовать карбиды (например, кремний). В этих условиях наблюдается интенсивное смачивание. [c.260] Второй вид взаимодействия имеет место при растворении графита или алмаза в жидких металлах. В этих условиях смачивание графита менее интенсивно, чем в первом случае. [c.260] Четвертый вид физико-химического взаимодействия проявляется слабо или совсем отсутствует. Поэтому рассмотрим более подробно первые три вида взаимодействия при смачивании расплавами металлов графита и алмаза. [c.261] Смачивание графита и алмаза при образовании карбидов и растворении углерода. В реальных системах могут сочетаться различные виды физико-химического взаимодействия расплавов с графитом или алмазом. [c.261] Взаимодействие первого и второго видов характерно для переходных металлов, т. е. для металлов с дефектом в -электронном уровне —Т1, Сг, ЫЬ, V, , Мо, Р(1, Р1, а тадже 2г, и, Се. Некоторые из этих металлов образуют карбиды или растворяют значительное количество углерода. [c.261] Работа адгезии металлов к поверхности графита и алмаза для этого вида физико-химического взаимодействия велика и достигает 3000 эрг/см . Причем дисперсионная компонента адгезионного взаимодействия обусловливает лишь около 5% всей работы адгезии. [c.261] В этой же последовательности убывают дефекты в с -уровнях. Исключение составляет ванадий, так как его ограниченная растворимость в меди затрудняет определение работы адгезии. [c.261] Благодаря большой работе адгезии расплавы металлов почти мгновенно растекаются на графите и алмазе. Выяснить особенности адгезионного взаимодействия в таких условиях не представляется возможным. Поэтому изучение адгезии этих расплавов проводят при добавлении их в неактивные по отношению к графиту компоненты. В качестве такого компонента, в частности, используют медь. Смачивание изучали при введении в медь в качестве добавок следующих металлов Сг, Мп, Со, Ni. В этом ряду убывает работа адгезии и уменьшаются дефекты в -уровнях. Титан в смеси с медью выступает как поверхностно-активный элемент. Добавки титана в количестве 0,1—1 атомы. % приводят к снижению краевого угла от 130—140° до 10—50°. [c.262] Часто адгезионное взаимодействие титана изучают при добавлении его в олово. Адгезия в этих условиях будет определяться температурой расплава и содержанием вводимого в расплав титана. [c.262] Значения краевого угла резко падают с увеличением содержания титана. Поверхностное натяжение Отг, которое в соответствии с формулой (I, 10) определяет работу адгезии, изменяется незначительно. Поэтому рост работы адгезии в данном случае происходит лишь за счет снижения краевого угла. [c.262] Содержание добавок в расплаве титана, вес. %. . [c.263] Добавки молибдена мало влияют на растекание жидкого титана. Хотя при добавке алюминия равновесные значения радиуса площади контакта капли примерно такие же, как и при добавке молибдена, но скорость растекания в этом случае выше. Равновесие устанавливается не через 4 с, а всего лишь через 2 с от начала растекания. [c.263] Растекание сплава, в котором содержится не выше 10% циркония, примерно такое же, как и сплава титана. При увеличении содержания циркония до 20% растекание значительно растет, что объясняется поверхностно-активными свойствами циркония. [c.263] Добавки алюминия и кремния в циркониевые сплавы действуют различно. Алюминий в количестве до 13% практически. не влияет на растекание, в то же время введение кремния существенно ухудшает растекание. [c.263] В связи с тем, что химическое взаимодействие в зоне контакта происходит очень быстро, на адгезию оказывает влияние метод создания контакта расплава металлов с графитом. Поэтому были проведены эксперименты по определению краевого угла после контакта металла с графитом, который осуществлялся двумя методами в первом случае образец металла с графитовой подложкой быстро (до 1 мин) нагревали до температуры, превышающей температуру расплава, во втором случае происходил раздельный нагрев металла и графита, а затем осуществляли их контакт. [c.263] При раздельном нагреве (2-ой метод) значения краевого угла ниже, чем при быстром совместном нагреве контактирующих тел. Это, очевидно, связано с науглероживанием металла в ходе прогрева и формирования капли. [c.264] Такие металлы, как железо, кобальт, никель, платина и палладий, в чистом виде плохо смачивают поверхность графита. После науглероживания металлов следовало бы ожидать увеличения краевого угла при контакте с графитом, но этого не происходит. Капля сохраняет свою устойчивую форму при длительном контакте, что может быть объяснено изменением геометрии контакта за счет лунки под каплей, а также гистерезисными явлениями, препятствующими росту краевого угла. [c.264] Связь между адгезией и порядковым номером элемента. При смачивании графита расплавами щелочных, щелочноземельных н редкоземельных элементов образуются ионные связи с углеродом, а также может происходить диффузия металла в графит. [c.264] При смачивании графита литием в интервале температур 200— 300 °С наблюдается уменьщение краевого угла от ПО до 80°, а с ростом температуры от 300 до 400 °С краевой угол снова растет от 80 до 110°. Карбиды лития, образующиеся при 200—300 °С, не стойки и разлагаются с ростом температуры, чем и можно объяснить ухудшение смачивания с ростом температуры от 300 до 400 °С 589. [c.264] Вернуться к основной статье