Устройства для определения вязкости расплавленных металлов – вискозиметры вакуумные, позволяющие исключить влияние пленки оксидов. По аналогии с вискозиметрами для определения вязкости обычных жидкостей (вода, масло, глицерин) измерение вязкости металлических расплавов основано на затухании вращательных колебаний – чем больше вязкость, тем быстрее происходит затухание.
1.12. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов
Поверхностное натяжение жидкостей выражает поверхностную энергию, поверхностную активность компонентов и их способность сгущаться (повышать концентрацию) в поверхностных слоях. При рассмотрении природы поверхностного натяжения сравнивают соотношение сил межчастичного взаимодействия в объеме жидкости и на поверхности ее (рис. 23). Сила взаимодействия (притяжения) молекулы (атома) жидкости к молекуле газа FТ значительно меньше силы межатомного притяжения жидкости F0 (FТ <<F0). Что и образует поверхностный слой жидкости, находящийся в особом энергетическом состоянии по сравнению со всем объемом жидкости. Благодаря тому, что частицы жидкости как бы стремятся втянутся внутрь объема, жидкие вещества обладают хорошо известным свойством уменьшать свою поверхность, и мелкие капли ртути и других жидких металлов приобретают сферическую форму. Этим же объясняются капиллярные явления в жидкостях. С рассмотренных позиций жидкость ведет себя так, как если бы она была заключена в упругую растянутую пленку, стремящуюся сжаться. Соответственно поверхностное натяжение s измеряется в двух разновидностях размерностей: 1) работа (энергия) – на единицу площади поверхности – Дж/м2; 2) сила – на единицу длины – Н/м.
|
|
|
Рис. 23. Схема межатомного взаимодействия – к схеме поверхностного натяжения |
Из описанной выше природы поверхностного натяжения следует, что количественная величина s для конкретных жидкостей определяется всецело величиной межчастичного (межмолекулярного, межатомного, межионного) взаимодействия. Для металлов, как известно, специфичной является так называемая металлическая связь, при которой между положительными ионами металла расположены в относительном беспорядке отщепившиеся электроны ("электронный газ"). Эти электроны играют роль "цемента", удерживая положительные ионы, между которыми действуют силы отталкивания. В свою очередь и электроны удерживаются действием положительных зарядов ионов металла.
Металлическая связь характеризуется более высокими величинами сил и энергий межчастичного взаимодействия по сравнению с другими видами межчастичной связи веществ (ионной, молекулярной), чем и объясняется высокая прочность металлов. Но эта связь присуща не только твердым, но и жидким металлам. Именно по причине более высоких уровней энергии металлической связи по сравнению с молекулярной поверхностное натяжение металлических расплавов существенно выше, чем у молекулярных жидкостей (воды, керосина …).
Поверхностное натяжение металлов рассматривается как электростатическая энергия двойного электрического слоя, возникающего на поверхности металла, благодаря тому, что "электронный газ", покидая металл с поверхности, об-
ладает энергией, отличной от энергии электронов внутри объема металла. Используют понятие обобщенного момента, выражающего энергетические свойства иона металла:
, где m – обобщенный момент; е
– заряд электрона; L – валентность иона; r – радиус иона.
Поверхностное натяжение рассматривают пропорциональным величине обобщенного момента.
В табл. 7 приведены экспериментальные данные поверхностного натяжения наиболее распространенных металлов при перегреве ~ 20°С; для сравнения приведено значение поверхностного натяжения воды при 20°С.
Таблица 7
Поверхностное натяжение металлов при перегреве в 20°С над температурой плавления (данные эксперимента)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
