黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程函授学习材料(5)

习惯上，θ=0或不存在，叫完全润湿 铺展

θ=180o 完全不润湿 附着

0 ≤θ≤90 润湿 浸渍 90 ≤θ≤180 不润湿 可附着 2 θ的测定

测量接触角可分为角度测量，长量测量和重量测量三大类。 a 角度测量法

观察法：观测液滴或气泡的外形（如用显微镜、影像放大等手段）在三相交界处作切线，用量角器直接测量。本法的困难是切线的位置不好确定。

a b c θ θ θ

图1-9 观察法测接触角

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大家初步判断一下图1-9中三种情况哪种正确？如果夹角不与真正的接触角相等的话，就会出现弯曲的液面。a是比实际大，c是比实际小。这种方法用于液体的测量较多。

光反射法：用强的细缝光源照射三相界面处，并转动其入射方向，当反谢光线刚好沿着固体表面进行时，观察者可见到反射光。此时θ=90-φ,本法只适于没θ＜90时的情况。

入射

法线

φ

φ θ 反射 图1-11长度测量法

图1-10 光反射法

b长度测量法 图1-11

测量液滴的高度h与底宽2r

当液滴很小时，可以忽略重力作用的影响。此时 R2=r2+(R-h)2 sinθ=r/R=2hr/(r2+h2) 或tanθ/2=h/r

θ c重量测量法：将被测固体做成挂片，插入待测液体中。 设吊片与液体接触周长为L，液体的表面张力γL/G

根据表面张力是界面分界线上单位长度上的力的概念， 图1-12重量测量法 m0为吊片自身重量，m有表面张力作用后的总质量

cos??(m?m0)gL?L?g

3．θ的影响因素

刚才介绍的测定接触角的方法很多，但是可靠的却很少，这主要是因为θ的影响因素复杂，比如

(a)接触角滞后现象 无论用什么方法测量接触角时，在S/L界面扩展后测量所得的前进角θA，在S/L界面收缩后没量的接触角为后退角θR。θA＞θR的现象叫接触角滞后现象。(θA-θR)叫接触角滞后，产生滞后的原因主要有：

固体表面粗糙不平 实际固体表面总有凹凸不平存在，专业述语叫粗糙度，比如抛光能照人的光亮表面也有0.02-0.25μm的凹凸不平程度，有人用起伏角φ的不同没得相应的(θA-θR) 水和石蜡的体系

表面粗糙度 ≈0 30 45 60 (θA-θR) 11 30 48 68

固体表面不均匀性或多相性 固体表面局部活性有差别，对液体的亲合力也不同。前进角一般反映的是与液体亲合力弱的那部分固体表面的性质，而后后退角反映的是与液体亲合力强的那部分固体表面的性质。

表面污染 这个大家都有体会 如玻璃与水污染物憎水造成了θA增大，

表面不流动性 这是基底与三相交界线连动。比如前进角将因交界线移动时要克服不流动的障碍而大于后退角。

(b) 其他影响因素 除滞后现象外，温度变化，平衡时间等也有影响，但对一般在室温附近，接触角的温度系数大致为0-0.2°/℃，影响不大。平衡时间仅对粘度

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较大的系统才影响明显。

第二章 表面层与涂层结构与性质

2.1固体表面的概念

固体表面具有区别于固体体相内部的结构和性质。其不同之处主要表现在以下三个方面：一是不同的能量状态，一般表面固体具有较高的能量状态使其可以发生吸附等作用。二是固体表面在加工过程中要经过机械、热、电和物理化学等综合作用。三是物体使用过程中其表面要直接处于一个循环或连续的机械、热、电和物理化学等综合作用之下。因此对固体表面的精确定义是很难的，因此表面的概念形成大都要基于不同的学科和领域中实际应用。 (1)几何上的表面定义是一个二维的几何图形。

(2) 机械上的表面定义是材料的边缘，与表面测量的尺度（分子尺度，微观或宏观）有关

名义表面（Nominal surface）一般用于图纸或技术文件中，用于表明表面的技术要求如粗糙度、波度和形状偏差等。

真实表面（True or real surface）是使物体与环境相区分的真实的界面边缘。从宏观角度理解真实表面比较简单，但是从微观角度理解表面较难，因为在原子和分子等微观角度下要涉及到表面与环境的相互作用。

测量表面（observed (measured) surface）- 是真实表面的一个近似图象与测量的仪器和精度有关。

(3) 固体表面的物理化学概念是指一个界面相。如图2-1所示，下面是一个均相区域A，上面是一个均相区域B。在A和B之间有一个非均相区域C（不是到严格意义上的相），它可以看成是一个假想的体系与相A和相B之间在温度压力化学势和浓度等方面处于相互平衡。因此从这个角度上说，物理化学中的表面是一类具有三维结构特征的材料，只是它在厚度方向上很少而已。 图2-1表面的物化概念 2.2 表面层（Superficial layer）及其结构模型

在19世纪初，人们对机械加工获得的表面结构和性质进行了广泛的研究，后来研究又扩展到磨擦和腐蚀处理。但是人们除了光滑或粗糙度外，并不了解固体表面的其它性质。而在20世纪初，由于一个叫G. Beilby的人发现了晶体材料表面有一个晶体结构被破坏的层，即Beilby layer，因而，固体表面的研究又引起了人们强烈的兴趣。特别是从二战以后，人们认识到表面层结构在提高材料的性能方面具有重要的作用。 2.2.1表面层

表面层是以物体真实表面为边缘的一层材料， 它包括这个真实表面以及从这个真实表面向物体内部扩展的与物体体相内部表面出不同的物理化学性质的一部分区域。表面层的性质与表面加工处理的方式有关，并且通常随时间不是恒定不变的（自然变化：老化和应力释放等；使用过程中外界因素如载荷、磨损和环境化学作用引起的改变）。一般人们对表面层的研究重点在于表面层区域结构、定义表面层区域的概念，及其向内的界限和厚度等几个方面。

1) 表面层区域是表面层的一部分，它的体积由某一特定的物理或化学性质所决定。不同的性质决定的表面层区域可以有所不同，但是相互之间又彼此渗透或包

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含。

2) 表面层内部界限是一个理论上的表面,与表面层某一性能的边界值相对应。如图2-2所示。

图2-2 表面层的区域和内界线

2.2.2 表面层结构模型--8区域模型（图2-3）

图2-3表面层的8区域模型

区域 I是由金属材料表面极性的有机粒子（这些粒子大多是油脂、润滑剂和汗渍等）吸附层构成。区域 II是由金属材料表面吸附的水吸附层构成 (通常源于水气的吸附)。区域 III 是由金属材料表面的气体吸附层而构成。(氮、硫和磷蒸气等)。区域I至 III 可能相互混合和包含，有时无明显的区分。区域 IV 是体相金属材料在表面的氧化物层。其厚度与体相材料的化学性质及氧在氧化层的扩散速率有关。这一区域可以对体相材料提供保护。区域V 是金属材料表面机械加工后表面形成的Beilby层，即非晶层。这一层的厚度一般在0.1到1 μm之间。

区域 VI 构成了材料的永久变形区，这一区域的特征为典型的纤维状组织结构或择优取向。其厚度一般在一毫米以内。区域 VII 构成了材料的永久变形区，但是不包括择优取向区。这一区域形成的是缘于表面层相对体相的滑动或由于孪晶造成，这一区域的厚度与变形时间有关，时间越长，厚度会越大一些，但是一般不超过零点几毫米。区域VIII 包括弹性变形区和拉应力区域。.一般而言残余力在区域VI 到 VIII范围内。它们的起源符号和数值与外界的作用力与环境条件相关。在区域VIII和部分的区域VII范围内，一般形成的 …… 此处隐藏：1612字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……