ТЕОРИЯ сварочных процессов

Межфазное натяжение

Образование межфазного слоя можно представить процессом, в котором вещества двух фаз, расположенных первоначально по обе стороны мысленно проведенной межфазной поверхности, пе­реходят в состояние, в котором находится вещество реального межфазного слоя. Для изобарно-изотермического процесса в за­крытой системе из фундаментального уравнения Гиббса (8.32) по­лучается, что dG{со) = стб/со, т. е.

Силикагель применяют для осушения газа в закрытых емкостях-эксикаторах Для длительного хранения металлографических образцов.

где со - площадь поверхности межфазного слоя.

Из выражения (8.74) следует, что при постоянных Т, р и щ межфазное натяжение а есть приращение энергии Г иббса dG при образовании площади поверхности <Ло межфазного слоя.

В реальных условиях межфазный слой - открытая система, и дифференциальное уравнение энергии Гиббса следует записать так:

dG(со, щ) = стб/со + ^ |.

/=1

Приращение /-го вещества drij в межфазном слое с/со определя-

ет адсорбцию —L = Г7 этого вещества. Поэтому, разделив обе час - dco

ти уравнения (8.75) на dcо, после перестановки получим

(8.76)

Отсюда следует, что межфазное натяжение а зависит от адсорбции: положительная адсорбция уменьшает его, а следовательно, и энер­гию Гиббса G системы. Таким образом, в гетерогенной системе, со­держащей поверхностно-активные вещества, всегда имеется тен­денция к самопроизвольному накоплению этих веществ в межфаз - ных слоях и к снижению межфазного натяжения и энергии Гиббса. Поэтому поверхностно-активные вещества, например кислород, вводят в защитный газ или в сварочную проволоку для снижения поверхностного натяжения в каплях, переходящих с электрода в ванну, с целью их измельчения (см. рис. 8.16 - зависимость поверх­ностного натяжения Fe от концентрации кислорода).

Межфазное натяжение очень чувствительно даже к малым ко­личествам поверхностно-активных веществ. Поэтому только для абсолютно чистого вещества (жидкого или твердого, находящего­ся в контакте с собственным паром) межфазное (поверхностное) натяжение является физическим свойством вещества: оно зависит только от температуры (плотности пара).

Межфазное натяжение ст зависит как от адсорбции, так и от температуры. С ростом температуры значение ст у чистых метал­лов снижается и при температуре кипения равно нулю (пар и жид­кость неразличимы).

У сплавов, содержащих поверхностно-активные вещества, при существенном увеличении температуры межфазное натяжение ст может возрастать, что объясняется уходом с поверхности поверх­ностно-активных веществ. В условиях сварочного процесса меж­фазное натяжение регулируют для улучшения смачиваемости и растекания.