Главная | Обратная связь

Поверхностное натяжение

Известно, что поверхность расплавленных металлов, как и других жидкостей, стремится к самопроизвольному сокращению. Этот факт говорит о существовании свободной энергии поверхности, т. е. о необходимости затраты определенной работы для образования поверхности.

На поверхности раздела жидкий металл – насыщенный пар существует асимметрическое силовое поле, т. е. силы взаимодействия атомов, находящихся в граничном слое, с атомами в объеме жидкого металла оказываются не скомпенсированными. Асимметрия силового поля обусловливает повышение величины свободной энергии. Эта избыточная свободная энергия (для изобарной среды), отнесенная к единице поверхности, называется удельной свободной энергией (Дж/м²) или поверхностным натяжением (Н/м²). Следовательно, поверхностное натяжение характеризует работу образования
1 см² поверхности жидкости А на границе ее с насыщенным паром, т. е. величина поверхностного натяжения измеряется работой А изотермического обратимого образования единицы площади S поверхности раздела двух фаз, находящихся в равновесии, или силой, необходимой для увеличения периметра поверхности, на сумму длины l:

или

.

(4.1)

Поверхностное натяжение отражает характер и величину сил межчастичного взаимодействия и является структурно-чувствительным свойством расплава.

При производстве чугуна и стали поверхностные явления играют решающую роль. Исключительно велико значение адсорбционных процессов в механизме и кинетике восстановления оксидов, разложении различных соединений. Рафинирование металла при окислительной плавке также связано с поверхностными явлениями. Без их учета при производстве цветных металлов иногда нельзя найти правильное решение теоретических и практических вопросов. Поверхностное натяжение особую роль играет при получении отливок из различных сплавов. Оно влияет на зарождение фаз в сплаве, на взаимодействие кристаллизующегося металла со стенками формы (на жидкотекучесть и заполняемость). Присутствие поверхностно-активных примесей изменяет строение и свойства границ раздела фаз, что существенно влияет на поверхностное натяжение. Изменение поверхностного натяжения происходит при концентрации примеси 10^–7–10^–8 % по массе.