Способ исследования процесса растекания расплавов по поверхности твердого тела

 

„„SU„„1155911

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5!) С 01 И 13/00

ГОСУДАРС ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3667208/24-25 (22) 24.1 1.83 (46) 15.05.85. Бюл. Х 18 (72) М.А. Криштал, П.В.. Лошкарев и А.А. Боргардт (71) Тольяттинский политехнический институт (53) 543.542 (088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

Ф 128053, кл. С 01 М 13/00, 1962.

2. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976, с. 134.

3. Хасс Г., Тун P. Физика тонких пленок, М.: Мир, 1970, с. 30-54. (54) (57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСТЕКАНИЯ РАСПЛАВОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА, заключающийся в нанесении навески легкоплавкого материала на поверхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа, в процессе нагрева регистрируют акустические колебания в твердом теле, по изменению интенсивности которых во времени определяют начало процесса растекания и его длительность.

1 11

Изобретение относится к контрольно-измерительнои технике и может быть использовано для изучения и контроля процессов смачивания и растекания на системах металл-расплав легкоплавкого металла, а также для управления процессами пайки, контроля работоспособности иэделий с легкоплавкими покрытиями при повышенных температурах.

Известен способ исследования процесса растекания, заключающийся в нанесении вещества на пластину кварцевого резонатора, нагреве пластины до требуемой температуры, нанесении на ту же пластину в зоне нечувствительности резонатора другого вещества, растекание которого необходимо исследовать и измерении зависимости частоты резонатора от времени,по которой судят о параметрах процесса растекания Р13.

Однако этот способ требует специальной подготовки объекта и применим только для лабораторных исследований. Кроме того, непрерывный контроль процесса растекания возможен при растекании пленок очень малой толщины из-за значительных энергетических потерь возбуждаемого сигнала в жидкой фазе.

Известен способ изучения растекания, заключающийся в приведении вертикальной пластины из исследуемого материала в контакт с жидкостью и непрерывном измерении силы, действующей на пластину со стороны жидкости 323, Недостаток этого способа — невозможность изучения растекания по горизонтальной поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ исследования процесса растекания расплавов по поверхности твердого тела, заключающийся в нанесении кевески легкоплавного материала на поверхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской. В ироцессе нагрева до заданной температуры проводят киносъемку процесса растекания капли расплава f33.

Недостаток такого способа— его неосуществимость в случае,когда невозможно визуальное наблюдение, например, при растекании вещества в закрытой полости. При

55911 2

30

40

На фиг.1 приведена блок-схема аппаратуры, необходимой для осуществления способа, на фиг.2 — запись изменения интенсивности акустической эмиссии с температурой в процессе нагрева.

Способ осуществляют следующим образом.

На исследуемый образец 1 помещают легкоплавкий металл и при не50

55 исследовании процессов растекания расплава легкоплавкого металла по поверхности более тугоплавкого металла не обеспечивается высокая точность регистрации момента смачивания расплавом поверхности металла вследствие того, что взаимодействие начинается под каплей расплава.

Цель изобретения - расширение области применения способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования процесса растекания расплавов по поверхности твердого тела,заключающемуся в нанесении навески легкоплавкого, материала на по верхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской, в процессе нагрева регистрируют акустические колебания в твердом теле, по изменению интенсивности которых во времени определяют начало процесса растекания и его длительность.

В основе способа лежит связь межцу возникновением акустических колебаний при смачивании металла расплавом и последующем взаимодействии металла и расплава.

Изменение параметров акустической эмиссии отражает этапы взаимодействия металл-расплав следующим образом. Возникновение сигналов свидетельствует о смачивании металла расплавом. Процесс растекания,т.е. смачивания расплавом новой поверхности металла, характеризуется высокими амплитудами всех параметров акустической эмиссии. О завершении растекания можно судить по значительному (не менее, чем на порядок величины) ослаблению сигналов акустической эмиссии. При кристаллизации расплава сигналы исчезают.

В качестве параметра акустической эмиссии удобнее всего использовать . интенсивность акустических колебаний .

1155911

50 з об:;однмости флюс. Затем в любом удобном месте к объекту прикрепляют пьезоэлектрический преобразователь

2. В случае высокотемпературных исследований пьезоэлектрический 5 преобразователь можно крепить к выведенному из эоны нагрева концу в 1Е звуковода, например стальной проволоки, соединенной с объектом сваркой или прижатой к нему с помощью 10 струбцины. Затем начинают нагревать объект и включают аппаратуру, регистрирующую сигналы акустической эмиссии. При смачивании объекта расплавом в нем возникают сигналы 15 акустической эмиссии, которые воспринимаются пьезоэлектрическим преобразователем. Возникающие на гранях преобразователя электрические сигналы усиливаются предуси- 2п лителем 3 и усилителем 4 анализатора волн напряжений. Анализатор волн напряжений преобразует сигналы в параметры акустической эмиссии, в частности, интенсивность, которая 25 записывается самописцем 5. Другой канал этого самописца записывает показания термопары, прикрепленной к образцу.

Одновременно можно наблюдать за 30 изменением интенсивности с помощью осциллографа 6. Возникновение акустической эмиссии соответствует началу процесса растекания, а ее исчезновение — прекращению растекания.

По полученным зависимостям интенсив35 ности эмиссии и температуры образца от времени можно определить температуру, соответствующую началу растекания, а также время растекания .

Пример 1. Исследуют темпе— ратуру смачивания железа индием в вакууме 6,5 ИПа. Испытания проводят в вакуумном посте ВУП-4. Образцом, служит фольга из армкожелеза размерами 100<15 0,7. мм. К фольге с помощью струбцины прижимают стальную проволоку, которая служит звуководом. К противоположному концу эвуковода, выведенному за пределы вакуумной камеры, крепят пьезоэлектрический преобразователь анализатора волн напряжений АВН. На фольгу помещают индий и приваривают термопару. Затем откачивают вакуумную камеру и разогревают фольгу. Одновременно с началом нагрева включают аппаратуру, регистрирующую сигналы акустической эмиссии.

Анализатор волн напряжений работает в следующем режиме: усиление 50 дБ, частота 160-250 кГц, порог 0,3. Записывают интенсивность сигналов акустической эмиссии с помощью двухкоординатного самопишущего потенциометра ГДС-021 К клеммам координаты "у" подключают выход анализатора волн напряжений, к клеммам координаты "х" - термопару. На фиг.2 приведена запись изменения интенсивности акустической эмиссии N, которая представляет собой число зарегистрированных в единицу времени сигналов акустической эмиссии и пропорциональна интенсивности акустических колебаний в образце в зависимости от температуры нагрева Т. Эта запись в наглядной и удобной форме дает информацию о температуре начала растекания (температура Т1,соответствующая появлению сигнала) индия по железу в данных условиях опыта.

Пример 2. Исследуют влияние кремния на растекание индия по железу. Образцы из железа и его сплавов с 1,7 и 37 кремния размерами 400 к 15 1 мм отжигают в вакууме

6,7 NIIa и электролитически полируют.

Индий прокатывают в фольгу толщиной

t50 мкм и вырезают пластинки

10 > 200 мм. На поверхность образцов наносят флюс: 40 г ZnCIz, 5 г

0,5 г СиСЕ<, 5 г НС(и 50 r Н О, помещают пластинку индия и приваривают термопару. К противоположному концу образца крепят пьезоэлектрический преобразователь. Участок образца с помещенным на него индием нагревают на воздухе до 600 С. Запись параметров акустической эмиссии проводят с начала нагрева до достижения требуемой температуры.

Используют анализатор волн напряжения АВН-3, который работает в режиме: усиление 50 дБ, частота 160250 кГц, порог 0,2. Анализатор преобразует поступающие сигналы в интенсивность акустической эмиссии, которая записывается с помощью многоканального самописца Н338-6П. К одному из каналов этого самописца подключена термопара, приваренная к образцу. Влияние содержания кремния в сплавах железа на растекание

1155911

10 индия по поверхности образцов выявляют путем сравнения записей, сделании ных на образцах с различным содержанием кремния. Обработка полученных результатов показывает, что скорость растекания индия, характеризуемая амплитудой огибающей интенсивности акустической эмиссии, уменьшается с ростом содержания кремния.

Использование предлагаемого способа исследования процесса растекания обеспечивает по сравнению со способом киносъемки следующие преимущества: более точное фиксирование момента начала растекания; позволяет проводить исследования при растекании расплава в закрытых полостях, например, в узких щелях,, при пропитке расплавом пористых материалов, информация о процессе записывается в более удобной для последующей обработки опытных данных форме", исключаются операции обработки и просмотра киноматериалов; сокращается время исследований.

1155911

1000 T С

Т . 7 юг.2

Заказ 3131/38

Тираж 897. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель А. Кощеев

Редактор И. Касарда Техред М.Надь Корректор E. Сирохман