Основные аспекты сварки цветных металловДругим свойством расплавов, определяющим ряд процессов – смачиваемость огнеупоров шлаками, проникновение шлака в структуру огнеупора и образование тонких пленок, является поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение выражается энергией, необходимой для образования единицы новой поверхности раздела двух фаз, или силой, действующей при этом на один линейный сантиметр поверхности пленки.

Смачиваемость расплавом той или иной поверхности характеризуется формой капли на этой поверхности или, точнее, краевым углом смачивания (рисунок 13). На границе трех фаз (точка А) действуют тангенциальные к границам раздела силы поверхностного натяжения F_тг , F_тж , и F_жг – соответственно в плоскости раздела фаз твердой и газообразной, твердой и жидкой, жидкой и газообразной.

Угол смачивания определяется из уравнения

Природа сил поверхностного натяжения обусловлена различным притяжением молекул на границе раздела двух фаз – внутрь расплава и наружу.

Рисунок 13 – Схема распределения сил при смачивании
поверхности расплавом

Механизм смачивания огнеупора шлаковым расплавом определяется, прежде всего, молекулярным строением шлака и огнеупора. В случае, когда огнеупор и шлаковый расплав представляют собой диполи, происходит соответствующее взаимодействие диполей и ориентировка молекул расплава на поверхности твердого огнеупора и ее смачивание. Когда же только одно из рассмотренных тел имеет дипольное строение, ориентирующие электростатические силы взаимодействия отсутствуют, и расплав не смачивает поверхности.

а) , б)

а) расплав смачивает поверхность огнеупора;
б) тот же расплав не смачивает поверхность огнеупора
после нанесения на нее пленки V₂O₅

Рисунок 14 – Фотография капли расплава на поверхности
огнеупора

За последнее время в литературе появился ряд указаний на возможность снижения шлакоразъединения огнеупоров благодаря обработке их поверхностей соединениям и, снижающими смачиваемость футеровки шлаками.

Известно, например, что поверхностное натяжение расплавов уменьшается (рисунок 14) при увеличении содержания в них окислов V₂O₅, МоО₃ и увеличивается при добавке ZrO₂.