Физические явления

Смачивание

Смачивание контролируемой детали дефектоскопическими материалами - главное условие капиллярного контроля. Смачивание определяется взаимным притяжением молекул жидкости, твердого тела и газа.

Все жидкости по отношению к твердым телам разделяют на смачивающие и несмачивающие. Например, вода - смачивающая жидкость по отношению к стеклу, но несмачивающая - по отношению к парафину. Необходимым условием работоспособности методов капиллярного контроля является смачивание пенетрантом контролируемой поверхности.

Смачивание - это проявление взаимодействия молекул на трехфазной границе твердой, жидкой и газообразной (или второй жидкой) фаз, выражающееся в растекании жидкости по поверхности твердого тела. Количественная интерпретация данного явления обычно проводится на примере капли жидкости, находящейся в равновесии на твердой гладкой поверхности (рисунок). При растекании капли вплоть до образования мономолекулярного слоя жидкости имеет место, так называемое полное смачивание. Во всех других случаях касательная к поверхности жидкости на границе раздела фаз «жидкость - твердое тело - газ» составляет некоторый угол σ с поверхностью твердого тела, называемый краевым углом смачивания и отсчитываемый со стороны жидкости к твердой поверхности.

Различные случаи смачивания:

а) θ < 90°, б) θ > 90°; в) схема сил, действующих при смачивании

Очевидно, что смачивание жидкостью твердой поверхности зависит от межфазного взаимодействия молекул не только на границе раздела «жидкость - газ», характеризуемого поверхностным натяжением σ_жг, но и от межфазных взаимодействий молекул на границах раздела «твердая поверхность - жидкость» и «твердая поверхность - газ». Обозначим величины этих двух последних межфазных поверхностных натяжений соответственно через σ_тж и σ_тг.

При смачивании жидкостью твердого тела краевой угол лежит в пределах 0 < θ < 90°. Если жидкость не смачивает данную твердую поверхность, то 90° < θ < 180°.

Сильное влияние на смачивание оказывают чистота и микрорельеф поверхности. Величина θ резко меняется при нанесении на твердую поверхность мономолекулярного слоя углеводородов. Например, слой масла на поверхности стали или стекла резко ухудшает ее смачиваемость водой, cosθ становится отрицательным. Поэтому очевидна роль очистки поверхности от жиров, масел и других загрязнений детали перед капиллярным контролем. Значительное влияние на смачивание оказывает и пленка оксидов.