Ocena właściwości powierzchniowych ciekłych metali i stopów w ośrodkach ciekłych

• Autorzy: Jackowski J. , Szweycer M. , Szymański P.

Warianty tytułu

EN

Assessment of surface properties of liquid metals and alloys in liquid media

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Skuteczny recykling metalowych odlewanych materiałów kompozytowych zarówno zawiesinowych, jak i z nasycanym zbrojeniem jest często możliwy do przeprowadzenia tylko w ciekłym ośrodku powstałym ze stopienia mieszaniny soli. W takim przypadku niemożliwe jest wyznaczenie takich wartości, jak napięcie powierzchniowe na granicy ciekły metal--ciekły ośrodek lub kąt zwilżania materiału fazy stałej (zbrojenia) przez ciekły metal osnowy w ciekłym ośrodku, poprzez bezpośrednie pomiary. Znajomość tych wartości jest niezbędna do analizy procesu recyklingu, interpretacji wyników doświadczeń laboratoryjnych, projektowania i weryfikacji warunków procesu. Dokonanie pomiarów kształtu leżącej kropli metalu w otoczeniu ciekłego ośrodka byłoby możliwe po jej zakrzepnięciu i usunięciu ośrodka. W artykule przedstawiono wyniki badań napięcia powierzchniowego oraz kątów zwilżania dwóch stopów w oparciu o pomiary i analizę zmian kształtu kropli ciekłego metalu spowodowanej jej krzepnięciem. Przebadano niskotopliwy stop Wooda oraz techniczny stop ołowiu z antymonem (stop OT7). Obserwacje zmian zachowania się kropli przeprowadzano zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 1 za pomocą specjalnego aparatu przedstawionego na rysunku 2. Aparat umożliwiał ciągłą obserwację i rejestracje profilu kropli ciekłego metalu umieszczonej na podłożu wykonanym z materiału zbrojenia kompozytu. Badania polegały na obserwacji i pomiarach geometrii kropli ocenianych na znacznie powiększonych konturach kropli zarejestrowanych przez kamerę cyfrową. Stabilizacje temperatury układu podłoże-kropla zapewnia grzałka z termostatem zainstalowana w cokole aparatu pomiarowego. Przykładowe zdjęcie ciekłej kropli metalu zarejestrowane za pomocą aparatu i obrobione z wykorzystaniem programu komputerowego przedstawiono na rysunku 3. Profile ciekłej kropli stopu OT7 oraz jej profil po zakrzepnięciu pokazuje rysunek 4. Efekty wykonanych pomiarów i obliczeń zostały zestawione w tabelach 2 i 3. Wykazano, że w układach będących przedmiotem badań wpływ nieuchronnej deformacji kształtu kropli metalu zachodzącej podczas jej krzepnięcia na wartości wyników badań właściwości miedzyfazowych tych układów jest mało istotny. Stwierdzone różnice wartości napięcia powierzchniowego obliczone dla stałych i ciekłych kropli metalu nie są większe od spotykanych w literaturze specjalistycznej. Wartości te mogą być wykorzystane do analizy procesów prowadzących do rozdzielania składników kompozytów, a przeprowadzanych w ciekłych ośrodkach, w których bezpośredni pomiar właściwości powierzchniowych w układach jest niemożliwy.

EN

Recycling of metallic casted composite materials, both suspended and with saturated reinforcement, may be often carried out effectively only in a liquid medium formulated by melting a salt mixture. Such values, like surface tension at the liquid metal - liquid medium interface or angle of wetting the solid phase (reinforcement) with the liquid matrix metal in a liquid medium can not be determined with direct measurement technique. Nevertheless, knowledge of these values is necessary for purposes of analysis of the recycling process, interpretation of the results of laboratory experiments, designing, and verification of the process conditions. The shape of a drop of metal lying in the surrounding of a liquid medium could be measured only upon its solidification and removal of the surrounding. The paper presents the results of investigation of surface tensions and wetting angles of the alloys based on measurement and analysis of changes in the shape of the liquid metal drop, caused by its solidification. The low-melting Wood's alloy and commercial lead-antimony alloy (OT7 alloy) have been investigated. The changes in the drop behaviour have been observed in accordance with the diagram shown in Figure 1, with the help of the device presented in Figure 2. The device enabled continuous observation and recording of the profile of a liquid metal drop located at the bed made of composite reinforcement material. The study included observation and measurement of drop geometry, assessed with the help of considerably magnified drop profiles recorded with a digital camera. Temperature of the bed-drop system was stabilized with a heater provided with a thermostat assembled in the measurement device base. An example picture of a liquid metal recorded with the device and processed with the use of a computer program is shown in Figure 3. Profiles of liquid drops of the OT7 alloy and their after-solidification profiles are shown in Figure 4. Results of the measurements and calculations are specified in Tables 2 and 3. It was shown that in the systems subject to the research the effect of inevitable deformation of the metal drop undergoing during its solidification on the results of inter-phase properties of the systems is so insignificant that they might be used for purposes of analysis of the processes conducive to separation of the composite components. The differences in the values of surface tension calculated for solid and liquid metal drops do not exceed the level provided by specialist literature sources. The values may be used for purposes of analyzing of the processes of separation of the composite components undergoing in liquid environments, where the surface properties can not be directly measured.

Słowa kluczowe

PL

metal; stop; kompozyt; właściwości powierzchniowe

EN

metal; alloy; composite; surface properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 2
• Strony: 60--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jackowski J.

autor

Szweycer M.

autor

Szymański P.

• Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Materiałów, ul. Piotrowo 3, 61-138 Poznań

Bibliografia

• [1] Szweycer M., Zjawiska powierzchniowe w procesach odlewniczych, Wydawnictwo Instytutu Odlewnictwa, Kraków 1996.
• [2] Jackowski J., Bylka C., Szweycer M., Analiza wartości kąta zwilżania stałych cząstek przez ciecz podczas wytwarzania kompozytów, Archiwum Technologii Budowy Maszyn 1993, 11, 41-47
• [3] Szweycer M., Jackowski J., Aglomeraty wtórne w kompozytach zawiesinowych, Krzepnięcie Metali i Stopów (Gliwice) 1995, 24, 119-124.
• [4] Grabian J., Nasycanie zbrojenia z ceramicznych włókien nieuporządkowanych podczas wytwarzania odlewów z kompozytów metalowych, Wyd. Wyższej Szkoły Morskiej w Szczecinie, Seria Studia nr 5, Szczecin 2001.
• [5] Nagolska D., Szweycer M., Szymański P., Recykling odlewów z kompozytu o osnowie ze stopu AlSi11 zbrojonego włóknem węglowym, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2004, 24, l specjalny, Poznań, 173-180.
• [6] Nagolska D., Szweycer M., Szczepanik K., The effect of pre-form structura of a metal composite casting on its recycling course, High Temperature Capillarity HCT - 2004, Sanremo 2004.
• [7] Niżenko W.J., Fłok L.T., Powierchnostnoje natjażenije żydkich mietałlow i spławów, Sprawocznik, Mietałłurgija, Moskwa 1981.
• [8] Missol W., Energia powierzchni rozdziału faz w metalach, Wyd. Śląskie, Katowice 1975.