» » Причина различия в характере адсорбционного влияния жидких металлов и органических веществ
11.01.2015

Наиболее существенное различие в адсорбционном действии органических и жидкометаллических сред на деформируемые металлы заключается в отсутствии хрупких разрушений металлов в органических средах, тогда как такой вид разрушений в среде расплавленных металлов является характерной особенностью их воздействия. На это различие впервые обратили внимание Е. Д. Щукин и П. А. Ребиндер. Они указывают, что разный характер влияния поверхностно-активных органических и жидкометаллических сред связан с существенно большим понижением свободной поверхностной энергии твердого металла в жидкометаллических средах. Так, если в жидких металлах снижение поверхностной энергии может составлять сотни эргов на 1 см2, то в
органических средах — лишь десятки. В некоторых случаях усиление адсорбционного воздействия жидких металлов связано с быстрым проникновением адсорбционно-активных атомов к поверхности внутренних микрополостей путем двухмерной миграции вдоль дефектов кристаллической структуры. Одновременно указывалось, что в основе пластифицирующего действия органических адсорбционно-активных сред лежит их поверхностное взаимодействие с образцом, которое приводит к уменьшению потенциального барьера, препятствующего выходу дислокации на поверхность кристалла, и образованию новой поверхности; считалось, что пластифицирующее действие жидкометаллических сред не может быть объяснено таким же образом.
Имеющийся в настоящее время экспериментальный материал позволяет высказать дополнительные соображения о причинах различного проявления адсорбционного действия жидкометаллических и органических сред.
Прежде всего следует обратить внимание на то обстоятельство, что изложенные выше результаты испытаний материалов на длительную прочность и ползучесть в поверхностно-активной жидкометаллической среде указывают на одновременное протекание эффектов облегчения пластической деформации (увеличение скорости ползучести), охрупчивания (уменьшение общего относительного удлинения к моменту разрушения) и понижения прочности (длительной прочности). Эти результаты получены в опытах с поликристаллическими металлами, однако результаты были бы, очевидно, такими же и для монокристаллов, если бы в опытах по исследованию ползучести образцы были доведены до разрушения.
Далее, если обратиться к результатам испытаний на растяжение с постоянной скоростью, то можно сделать вывод, что изменение диаграмм растяжения в органических и в жидкометаллических средах по сравнению с диаграммами в неактивной среде подобно: в обоих случаях происходит уменьшение предела текучести, коэффициента упрочнения и предела прочности. Отличие заключается лишь в том, что относительное удлинение металла при испытании в органической поверхностно-активной среде больше, чем в инертной среде, а в жидкометаллической — меньше.
Перечисленные факты позволяют считать, что жидкие металлы в большей мере, чем органические поверхностноактивные среды, ускоряют процесс разрушения. Крупные молекулы органических веществ не могут проникать в субмикротрещины, а также в концевую часть микро- и макротрещин. Малый размер трещин, как указывалось ранее, в работе, является для них стерическим препятствием. Атомы жидких металлов, наоборот, способны проникать в самые мельчайшие дефекты в структуре твердого металла. Поэтому процесс разрушения в жидкометаллической среде протекает несравненно интенсивнее, чем в органической поверхностно-активной среде.
Ускорение процесса деформации в обеих средах происходит вследствие взаимодействия атомов твердого и жидкого металлов в месте выхода дислокации на поверхность или, иначе, за счет соответствующего понижения поверхностной энергии образующейся здесь ступеньки. Интенсивность влияния среды в этом случае, по-видимому, почти не зависит от размеров молекул и атомов, а определяется их подвижностью и степенью понижения поверхностной энергии.
Таким образом, практически одинаковое действие поверхностно-активных органических и жидкометаллических сред на процесс деформации имеет следствием и одинаковое проявление — облегчение процесса деформации (уменьшение предела текучести и коэффициента упрочнения при растяжении с постоянной скоростью и увеличение скорости ползучести под постоянной нагрузкой). Следовательно, эффект облегчения деформации является универсальным эффектом, свойственным различным поверхностно-активным средам.
Отличие органических сред от жидкометаллических заключается в большем ускорении процесса разрушения в жидком металле, чем в органической среде. Это различие находит отражение в значительном уменьшении пластичности в жидком металле по сравнению с неактивной средой. Эффект охрупчивания проявляется и при растяжении с постоянной скоростью и в условиях испытания на длительную прочность. В органических средах металл до разрушения успевает деформироваться на значительно большую величину, чем в неактивной среде.
Следовательно, разное влияние органических и жидкометаллических поверхностно-активных сред на процесс разрушения и одинаковое — на процесс деформации приводит к томy, что разрушение металла в органической среде происходит позже и с большей пластичностью, а в жидкометаллической среде — раньше и с меньшей пластичностью, чем в неактивной среде.