滲透檢測中滲透液的潤濕現(xiàn)象與接觸角

郭志偉

摘要：在滲透液檢測環(huán)節(jié)中用于檢測判定濕潤現(xiàn)象合理性和實用性最優(yōu)的三種是沾濕、浸濕和鋪展。本文研究目的是針對潤濕的三種方式進行簡單分析，將重點放在滲透液潤濕性能的檢測上，利用專業(yè)化接觸角測定設(shè)備，精準測定接觸角參數(shù)，旨在為滲透液效果的判定提供可靠參考標準。

關(guān)鍵詞：滲透檢測;滲透液;潤濕現(xiàn)象;接觸角

Abstract： in the process of penetrant testing， the three best methods to determine the rationality and practicability of wetting phenomenon are wetting， soaking and spreading. The purpose of this paper is to make a simple analysis of the three ways of wetting， focusing on the detection of the wetting performance of the penetrant， using professional contact angle measurement equipment to accurately measure the contact angle parameters， in order to provide a reliable reference standard for the determination of the effect of the penetrant.

Keywords： penetrant testing; Osmotic solution; Wetting phenomenon; contact angle

引言：為進一步確定并保證滲透檢測應(yīng)用的科學(xué)性和合理性，應(yīng)提前在受檢對象試件上均勻涂抹滲透檢測液或其他有效液體。若未將檢測員涂抹在試件表面，會出現(xiàn)試件與氣體接觸發(fā)生反應(yīng)的問題，涂抹檢測液后可以有效限制受檢試件表面受到干擾的程度，這就是人們所說的潤濕現(xiàn)象，也被人們統(tǒng)稱為潤濕過程。

作為滲透檢測操作中表現(xiàn)特征最為明顯的一種想象，潤濕現(xiàn)象利用滲透液進行滲透檢測的主要應(yīng)用試劑，其中包含相關(guān)的清洗劑、乳化劑等多種類別，而滲透劑的主要作用就是表達固體受檢試件以及表面破損之間的關(guān)系，將固體受檢試件的潤濕情況及被潤濕關(guān)系明確清晰地呈現(xiàn)。若不發(fā)生潤濕現(xiàn)象，滲透檢測工作將無法開展后續(xù)操作。

1潤濕的主要三種方法

檢查潤濕現(xiàn)象最為合理三種方式分別是粘濕、浸濕以及鋪展，在滲透檢測中扮演著不同的“角色”。

保證滲透液在固體受檢試件的接觸角為θ≤180°產(chǎn)生的情況為粘濕，若接觸角為θ≤90°發(fā)生的情況為浸濕，當(dāng)接觸角為θ≈0°時，潤濕的程度為鋪展。

以上三種方式為較為普遍的潤濕過程。相比較來說，鋪展的要求較為嚴格，浸濕的所需較為普通，而粘濕的所需最低。直白來講，只要能實現(xiàn)鋪展，其余兩種方式都可以完成。因此滲透檢測需要相關(guān)人員完成鋪展。

1.1粘濕

粘濕的主要的作用就是讓液體與固體充分接觸，促使部分界面施行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變過程。具體情況如圖1所示。

假如各部分界面都是單位面積，通過該過程可以計算出相應(yīng)的變化值為△G為[3-4]：△G=yS-G+yL-G-yS-L，可以間接得出粘附功WA=△G=yS-G+yL-G-yS-L因此，不難發(fā)現(xiàn)WA的作用結(jié)果越大，液體更容易作用于固體表面，相關(guān)的噴涂法的工作內(nèi)容就要是以粘濕為基準的。

1.2浸濕

在常溫常壓可實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的狀況下，將具有表面的固體體浸入到液體中，從而實現(xiàn)界面轉(zhuǎn)變，這種又被稱作浸濕潤濕，進行界面轉(zhuǎn)變環(huán)節(jié)時，液體本身不會發(fā)生變化，具體情況如圖2所示。計算浸濕潤濕的公式為△G=yS-G-yS-L=W1，W1所代表含義為浸濕功率。

這是一種在固體表面產(chǎn)生作用并代替氣體能力的衡量方法，同時會對對抗液體表面因收縮膨脹產(chǎn)生的浸潤力產(chǎn)生作用，因此又被稱作粘附張力，因此有被人們稱為而液體浸濕的標準準則為W1≥θ。直白來講，浸涂法添加滲透液的過程等同于浸濕潤濕的過程。

1.3鋪展

在固定表面上均勻滴上液體，當(dāng)重新產(chǎn)生的液體固態(tài)截面取代氣體時，也進一步增加了對應(yīng)的氣固界面作用面積，這就是人們常說的鋪展，具體實例如圖3為準。液體鋪展過程中，液氣界面會逐步替代原有的氣固界面，同時在一定程度上增加了對應(yīng)氣液界面的作用面積。

在標準環(huán)境下，計算可逆鋪展的方式為，△G=yS-G-yS-L-yL-G，WS=△G=yS-G-yS-L-yL-G，WS所代表是鋪展系數(shù)，也可以稱之為鋪展功率，當(dāng)實現(xiàn)WS≥θ時，液體可以實現(xiàn)自動鋪展。

進行相應(yīng)的噴涂法運用時，需重點關(guān)注受檢試件上是否充分覆蓋了滲透液，同時需要確認滲透液的自動鋪展[1]。

2潤濕方式的判別

2.1計算公式

當(dāng)前，只有通過對于yL-G假設(shè)進行實驗判別，而相關(guān)的yS-G和yS-L無法得出相應(yīng)結(jié)果，因此上面的公式知識進行了理念的分析，不能直接作用于滲透檢測實際工作中。

隨著理念的不斷創(chuàng)新，相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)潤濕現(xiàn)象還與接觸角有著明顯的關(guān)聯(lián)，而接觸角的大小可以通過科學(xué)合理的試驗來進行判斷，因此，可以根據(jù)上述理論，并結(jié)合相關(guān)試驗得出yL-G與接觸角的數(shù)值，作為各類潤濕狀況科學(xué)合理的憑證。

通過對楊氏公式的變通，能計算出潤濕方式所產(chǎn)生粘附功率WA、浸濕功率W1以及鋪展功率WS，普遍的計算方式為;yS-G=yS-L+yL-Gcosθ以及yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，根據(jù)個別情況也可以改變?yōu)榧僭O(shè)A=yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，WA=A+yL-G=yL-G（cosθ+1）等多種運算方式[2]。

由此可見，發(fā)生潤實施，各種類型所產(chǎn)生的能力變化也是不相同的，只要在潤濕時，所產(chǎn)生的能量變化才是正值。既鋪展?jié)櫇駷閃S≥0時則θ值為0，當(dāng)浸入潤濕程度為WI≥0時，結(jié)果為θ≤90°與此同時，當(dāng)粘附潤濕程度為WA≥0時

Θ的值為θ≤180°。

要想滲透液深入到表面?zhèn)谥?，就要確保滲透液在受檢工作的潤濕類型為鋪展?jié)櫇瘢苊鉂B透液出現(xiàn)無法滲入的情況。

如何將接觸角θ作為判斷潤濕程度，就要實現(xiàn)θ≤180°，就能產(chǎn)生相應(yīng)的沾濕潤濕，當(dāng)θ≤90°時也可以發(fā)生浸濕現(xiàn)象，只有θ≈0°時才能實現(xiàn)鋪展方式。

2.2實際判斷

假設(shè)相應(yīng)的滲透液為E，表面張力為23.5mN/m，接角θ為實際測量數(shù)值。例如，在不銹鋼表現(xiàn)為4.3°以及銅合金為2.0°在兩種金屬上可否能產(chǎn)生相關(guān)鋪展?jié)櫇瘳F(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)公式為Ws=yL-G（cosθ-1）得出相關(guān)結(jié)果。積極促使相關(guān)金屬表面是否能發(fā)生鋪展?jié)櫇馵3]。

3接觸角θ與潤濕方程

3.1接觸角的概述

固體表面形成的液體狀態(tài)通常情況下呈現(xiàn)扁平狀和圓珠狀，形狀間的差異性主要是由界面張力大小決定的。較為明顯的兩種狀態(tài)具體如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)實現(xiàn)平衡時，在三種類型交界處，所產(chǎn)生的夾角稱之為接觸角，用相應(yīng)的符號θ來表示，接觸角的大小往往都是通過實例來檢測的。

3.2潤濕方程

接觸角的大小往往是通過特定方式所決定。通過對于接觸角數(shù)值的得出，顯現(xiàn)液體對于固體的潤濕情況。在通常情況下，計算公式為：yS-G=yS-L+yL-GCOSθ

被廣大學(xué)者稱之為楊氏潤濕方程。

假設(shè)，如果yS-G-yS-L=yL-G，那么cosθ結(jié)果為1，而θ的值為0，這樣的情況屬于完全浸濕狀態(tài)。液面呈現(xiàn)相應(yīng)的狀態(tài)，半球狀就屬于這一類別。當(dāng)呈現(xiàn)的結(jié)果為0°時，讓沒有實現(xiàn)平衡，因此相關(guān)的公式不符合預(yù)期目標，液體仍然作用于固體表面，形成相應(yīng)的薄膜。

當(dāng)達到y(tǒng)S-G-yS-LyL-G>0，若想要實現(xiàn)固體被液體潤濕，應(yīng)實現(xiàn)1>cosθ>0。

在日常潤濕過程中，各個界面的張力均為變量，變量有著相應(yīng)大小以及方向的變化。要想確保更仔細顯現(xiàn)各個界面張力的大小以及作用方向，就要嚴格遵守相關(guān)的計算方式。

圖5為相關(guān)的潮濕狀態(tài)，在各個界面顯現(xiàn)的張力中，基于液體表面張力yL-G為基準的情況下，假設(shè)固氣界面張力為yS-G，而計算潮濕方程為yL-Gcosθ=yS-G-yS-L

通過相應(yīng)的加減法得出相關(guān)結(jié)論[4]。

而圖6則是表現(xiàn)為不潤濕情況。根據(jù)圖5所顯現(xiàn)的情況相同，在各個界面張力表現(xiàn)中，只有液體表面張力yL-G的情況為確定因素，假如，固氣界面的張力為yS-G

根據(jù)圖6所示，計算方法為yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，通過這種計算方式得出固液界面張力為yS-L。

4結(jié)束語

綜上所述，通過參考理論專業(yè)知識，探討三種方式進行滲透檢測中潤濕現(xiàn)象相關(guān)界面張力大小和作用測定，為后續(xù)的滲透檢測工作提供穩(wěn)定可靠的參考標準。

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（作者單位：上海振華重工集團機械設(shè)備服務(wù)有限公司）