Способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел

Способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В. В. Петров и А. И. Сотников

Уральский ордена Трудового Красного-Знамени политехнический институт им. С. И. Кирова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

15 го

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 полэучести образца экстраполяцией из области растяжения или сжатия под действием внешних сил (1).

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 поверхностное натяжение, используя периметр образца (2j .

Однако известный способ имеет ряд существенных недостатков, связанных с проведением измерений в неравновесных условиях, так как добиться точной компенсации поверхностной силы по известному способу весьма затруднительно, т.е. поверхностное натяже; ние твердых тел б определяется с неизвестной систематической ошибкой, связанной с необратимыми тепловыми потерями. Кроме того, способ т.рудоем940010

3 кий, так как необходимо проводить измерения с несколькими образцами и наносить на них мерные метки, что затрудняет, в частности, проводить измерения íà границе с жидкостью.

Цель изобретения — устраненив систематической ошибки и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения силы по- 1р верхностного натяжения твердых тел методом нулевой ползучести, включающем растяжение протяженного образца и его нагревание, до нагревания фиксируют вес образца с помощью весов, на неподвижном коромысле которых подвешивают образец, а после нагревания приводят образец в соприкосновение с опорой, фиксируют реакцию опоры в момент прекращения деформа-, zg ции образца и по разности веса образца и реакции опоры находят поверхностное натяжение.

Способ осуществляется следующим образом. 25

Предварительно создают условия для растяжения тонкого протяженного образца на локализованном участке (например, изготавливают образец в виде проволоки или ленты с перешейком или утоньшением или примд яют местный перегрев для образца постоянного сечения), так чтобы в подвешенном состоянии под действием собственного веса нижней от участка течения части образца он мог растягиваться в этом месте. Производят стабилизурующую выдержку образца при 0,8—

О, 9 T„+. в течение 2-4 ч. За верхний конец образец подвешивают на неподвижное коромысло чувствительных микровесов (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 изменяющиеся показания весов, ждут, когда система придет в равновесие, т.е. когда сила, регистрируемая весами, прекращает изменяться.

В процессе измерения происходит обратимое изменение поверхности образца. Верхний конец образца закреплен на неподвижном коромысле весов, 4 а нижний касается твердой поверхности (опоры). 8 таком положении возможны микроперемещения нижней части образца как вверх (реакция опоры L npu этом уменьшается), так и вниз (L увеличивается) . Система автоматически (самоп роиз воль но) обе спеч ивает ра в новесные 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 (> из равенства

С.O = P — L

При определении натяжения íà t-ранице с жидкостью фиксируют силы, действующие на весы, до погружения и после пог ружения в жидкость до точки течения образца, определяя по разности этих сил действующую на нижнюю часть образца выталкивающую силу Архимеда

F. Далее порядок действия прежний, но при расчете используют равенство

С 0 =Р-F — L

При исследовании электрокапиллярных явлений на пришедшую s равновесие систему — погружений в жидкость образец, касающийся дна сосуда, накладывают разность электрических потенциалов и фиксируют не абсолютную величину реакции опоры L, а ее изменение с изменением электрического потенциала.

Пример. Определяют значение межфазного натяжения в -системе твер-, дая медь - расплав Na О 2В О при стационарном потенциале Ч = 0,12 В от носитель но мол ибденового элект рода сравнения и 1273 К. Электрод в виде цилиндрической проволоки диаметром

D = 0,1 см плотно вставляют в цилиндрический капилляр из корунда с внутренним диаметром D = 0,1 см так, что остается свободным конец длиной

1,8 см, причем на расстоянии L=l 3см от конца проволоки имеется шейка диаметром Й = 0,012 см. Электрод погружают B расплав на глубину 2 см до касания его с дном тигля, по внутренней поверхности которого проложен

5 94001 листовой молибден, являющийся элект родом сравнения. Вес электрода измеряют с помощью механоэлектрических весов

Э-2Д1 и регистрируют самописцем

ЭПП-09-M3.. Вес нижней от шейки части электрода, измеренный после опыта, равен G = 89 дин; реакция опоры F =

= 43, 5 дин; значения плотностей металла f = 8,9 г/см и электролита „= 2,0 г/см . Таким образом, меж- т фазнае натяжение составляет

K. оо.12. С89(4- 99 )-4>5)= 1358 дин/см. 15

Испол ь зова ние и редлагаемо го способа определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом нуле- 2о вой ползучести обеспечивает по сравнению с известными способами устранение систематической ошибки измерения, достигаемое тем, что измерение проводят в принципиально иных усло- 23 виях (ином режиме) самопроизвольного (автоматического ) достижения системой равновесия, т.е. в обратимых условиях; упрощение методики, достигаемое использование одного образца зв вместо нескольких; расширение облас0 6 ти использования способа, достигаемое возможностью его применения при измерениях на границе с жидкостью и иссле. довании 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 систематичес- кой 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

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

2. Chapnan I.Ñ, Porter H.Ü Жег

die phybikalisshen Eigenschaften def

Goldis bei hohen Tanperaturen. Proc.

Roy. Soc. V.À 833 1910, р. 65 (прототип).

Составитель Н. Иеньшенина

Р М. Голаковски Техреду А.

6ине то Ю. Мака ренко ецактоо Коррек о

Заказ 4656/63 . Тираж фУ

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССP по делам изобретений и открытий

11)0$$ Москва Л-Я Раушская наб. g. 4/g

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,