Физико - химические основы наплавки
Для возникновения сцепления между наплавляемым металлом и металлом-основой необходимо, прежде всего, чтобы атомы жидкого металла вступили в непосредственный контакт с поверхностными атомами твердого металла, т.е. чтобы произошло смачивание.
Если на чистую металлическую поверхность поместить каплю жидкого металла, то в зависимости от склонности данной пары к смачиванию, эта капля или останется на поверхности в виде сферы или растечется по ней (Рис.6). Растекание происходит не бесконечно, а до определенного предела пока она не примет форму сегмента, образующего с основанием краевой угол смачивания -q.
Рис.6
Рассмотрим равновесие капли на твердой поверхности в зависимости от соотношения сил поверхностного натяжения. После прекращения растекания условие равновесия на металлической поверхности:
sтг - sтж - sжгcosq = 0 ,
где - sтг , sтж , sжг - поверхностное натяжение, соответственно, на границе раздела твердое тело - газ, твердое тело - жидкость, жидкость - газ.
После преобразования имеем:
cosq =
Анализ последнего выражения показывает, что:
1) если sтг > sтж , то угол q - острый и имеет место хорошее смачивание;
2) если sтг < sтж , то угол q - тупой и смачивание плохое,
3) с понижением величины sтг во всех случаях наблюдается уменьшение величины cosq и увеличение величины угла q, т.е. смачивание ухудшается;
4) с понижением величины sтж во всех случаях величина cosq увеличивается, а угол q уменьшается, т.е. смачивание улучшается;
5) изменение sжг влияет двояко:
а) при sтг - sтж >0 понижение величины sжг приводит к увеличению cosq и уменьшению q в пределах 90о - 0°, т.е. наблюдается улучшение смачивания;
б) при sтг - sтж < 0 понижение величины sжг приводит к уменьшению cosq и увеличению q в пределах 90° - 180°, т.е. наблюдается ухудшение смачивания
Вывод. Если q >0, т.е. q < 90°, то расплав хорошо смачивает поверхность металла. Если cosq < 0, т.е. q >90°, то расплав плохо смачивает поверхность металла.
При q = 0° имеет место один из крайних случаев - полное смачивание. При q =180° наблюдается второй крайний случай - полное отсутствие смачивания.
Смачивание поверхности твердого металла расплавом можно улучшить изменением значений поверхностных натяжений. Величина поверхностного натяжения как твердого так и жидкого металлов сильно зависит от характера и свойств той среды, на границе с которой определяется эта величина. Поэтому смачивание каждой конкретной пары металлов можно улучшить, взяв в качестве третьей среды, участвующей в процессе смачивания, не обычную атмосферу, а расплав солей - флюсов.
Существует несколько гипотез влияния флюсов на смачивание. Первая - гипотеза об очистке поверхности металла от окислов и загрязнений. Вторая - гипотеза об уменьшении поверхностного натяжения расплава металла. Третья - гипотеза об электромеханическом выделении на поверхности твердого металла тонкого слоя металла одноименного металлу расплава.
Требования к флюсам. 1. Хорошее смачивание поверхности твердого металла. 2. Улучшение смачивания твердого металла жидким. 3. Хорошо растворять или разрушать пленки окислов твердого и жидкого металлов. 4. Защищать наплавляемую поверхность от вторичного окисления при высоких температурах. 5. Температура плавления флюса должна быть меньше температуры плавления жидкого металла. 6. Продукты взаимодействия флюса с окислами должны иметь низкую температуру плавления и быть нетоксичными. 7. Флюсы не должны вызывать окисление, коррозию, обезуглероживание твердого металла. 8. Флюсы должны иметь высокую жидкотекучесть, чтобы легко смываться с твердой поверхности.
Для железоуглеродистых сплавов рекомендуются флюсы на основе буры (тетрабората натрия – Na2B4O7 ) и /или борного ангидрида – В2Оз. Для улучшения свойств флюсов вводятся активные добавки: КF, LiCOз, К2СО3, Na2СО3, К2ZгF6.
Для нанесения на поверхность твердого металла и удержания на этой поверхности применяются связки, эмаль ЭВ-300-60М, стеарат алюминия, полистирол, толуол, лак №302 и др.
