Прибор для измерения поверхностного натяжения

 

О П И С А Н И Е 408198

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 09.11.1972 (№ 1746711/26-25) М. Кл. 6 01п 13/02 с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.Х11.1973. Бюллетень № 47 УДК 532.612.3(088.8)

Дата опубликования описания 18.1V.1974

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Авторы изобретения

X Б. Хоконов, С. Н. Задумкин и И. Г. Шебзухова

Кабардино-Балкарский государственный университет

Заявитель

ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ

МЕТАЛЛОВ

В Т В ЕРДОМ СО СТОЯ Н И И

Изобретение относится к приборам для определения физико-химических .констант вещества.

Известны приборы для измерения поверхностого натяжения твердых тел, основанные на,методах растворения вещества «нейтральной» капли, «нулевой» ползучести, скола кристаллов, шлифования и др.

Однако известные приборы позволяют лишь оценить величину поверхностого натяжения.

Наиболее надежные данные для,металлов получают методом нулевой ползучести.

Известный прибор, в котором использовано явление «иевлевой» ползучести, позволяет обнаружить только область, а не линию «нулевой» ползучести, что вносит в результаты измерения большую погрешность, требует использования большого числа образцов для проведения одного эксперимента, дает большую погрешность измерений, .которая может превышать 10 .

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для этого прибор содержит компенсационное устройство в виде механического рычага с компенсационным грузом и средство для перемещения груза, например электромагнит, причем один конец рычага соединен с колечком образца, а на другом его конце расположено зеркальце оптической системы отсчета.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 пояснена идея, реализуемая в приборе; на фиг. 2 приведена схема прибора.

Идея, реализуемая в приборе, состоит в

5 следующем.

Пусть образец цилиндрической формы из исследуемого металла подвешен за один конец.

В узком заштрихованном участке (области

10 ползучести) при помощи цилиндрической градиентной печи создается температура, при которой наблюдается заметная ползучесть металла (- 0,95 4.„где t — температура плавления, С). Вес нижней части образца

15 от Il)IIKTHPHQA линии — P.

Под действием сил поверхностного натяжения этот участок будет сжиматься, стремясь создать минимальную поверхность при задан20 ном неизменном объеме (цилиндрическая форма участка будет переходить в сферическую), образец будет сжиматься.

Если к образцу приложить внешнюю силу

Р„компенсирующую действие сил поверх25 постного натяжения, то не будет происходить ползучести материала, т, е, будет иметь место так называемая «нулевая» ползучесть.

В рассматриваемом случае на участок проволокй, подвергающийся ползучести, действу30 ет внешняя сила Р, 40819.8

Если P (Р„то образец будет сжиматься (укорачиваться), при Р)Р, — удлиняться.

Условие Р (P, означает полную компенсацию действия сил поверхностного натяжения весом нижней части образца.

При этом поверхностное натяжение определяется формулой о

P (Х:

Rr где а — поверхностное натяжение, r — радиус образца.

Пусть условие эксперимента таково, что

Р (Р,. Для компенсации действия сил поверхностного натяжения нужно приложить к нижней части образца некоторую дополнительную силу f так, чтобы выполнялось условие

P+f Р,.

Тогда поверхностное натяжение определится формулой

Отсюда видно, что задача определения поверхностного натяжения и сводится к нахождению сил f u P при известном радиусе образца r.

Предложенный прибор позволяет создавать и измерять силу 1, а также определять величину P.

Прибор для измерения поверхностпого натяжения металлов в твердом со стоянии содержит (фиг. 2) стеклянную камеру 1, в которой можно создать вакуум ,(,10 — 5 mp) или инертную среду через отвод

2, стержень 3 .с упором 4, образующий механический рычаг,,который вместе с зеркальцем

5, осветителем 6 и шкалой 7 образует оптическую систему отсчета, компенсационный груз .8 .известного веса Р, дополнительный груз 9 из того же материала, что образец, панель Ы, уырепляемую на боковом отводе при помощи коваровых фланцев 11, с держателем образца 12 и вводами 13 — 15 для печи .16 и двух термопар. Механический рычаг.З должен быть изготовлен,из неферромагнитного материала, недеформирующегося при рабочей температуре, а компенсационный груз 8 — из ферромагнитного материала.

Прибор работает следующим образом. .Образец 17 в виде тонкой нити с,колечком

ыа одном конце жестко прикреплен другим концом .к:держателю 12. После откачки и последующего заполнения камеры водородом при давлении 1 — 2 тор образец подвергается очистке в;газовом разряде, подавая необходимое напряжение, между электродами 13 и .1 8. После -этого образец отжимают при температуре 0,90 1П в течение 2 — 3 час. Загем о резец нагревают до температуры ползуче.сти 0,95 1„л.

Положение «зайчика» на шкале 7 в этог момент принимают за нулевое, при этом определяют положение компенсационного груза l„ которое обеспечивает равновесное состояние

5 рычага.

Через 2 — 3 часа в результате ползучести образец может сжиматься или растягиваться в зависимости от соотношения между P и Р,.

Это фиксируется смещением «зайчика» вниз

10 или вверх. Момент начала ползучести определяют достаточно точно, так как расстояние шкалы от упора 4 в 200 — 250 раз больше величины L (фиг. 2).

Перемещая компенсационный груз 8 при

1s помощи электромагнита 19, создают дополнительную силу f, которая препятствует изменению размера образца в результате ползучести, а «зайчик» в это время удерживается около нуля, 20 Пусть новое положение компенсационного груза, при котором «зайчик» удерживается около нуля, будет l. Тогда из условий равновесия рычага, когда компенсационный груз занимает положение 1 и l„определяется до25 полнительная сила 1:

f=P— где Л1 = l, — l. Затем, увеличив дополнительную нагрузку на образец при помощи компенсационного груза, дают возможность образцу растянуться до образования небольшой шейки на участке ползучести.

Отрезав нижнюю от шейки часть образца и взвесив ее, найдем вес Р, тогда получим выражение а= p+p—

40 которое позволяет рассчитать поверхностное натяжение исследуемого материала.

Погрешность измерения поверхностного натяжения твердого материала на приборе не

4S превышает 1/О при коэффициенте надежности

99 00 о/о

Предмет изобретения

Прибор для измерения поверхностного натяжения,металлов в твердом состоянии в области их ползучести, состоящий из закрытой камеры с отводами для создания в ней вакуу55 ма или среды, печи, держателя образца и термопар, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он содержит компенсационное устройство в виде механического рычага с компенсационным

60 грузом и средство для перемещения груза, например электромагнит, причем один конец рычага соединен с колечком образца, а на другом его конце расположено зеркальце оптической системы отсчета.

408198 иг. 1

f514 18 13 10

I10 фиг 2 Составитель С. Беловодченко

Техред A. Камышникова Корректор Л. Новожилова

Редактор Ф, Хлебников

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 867/13 Изд. Хе 289 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комигета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4(5