表面活性物质对环境的影响研究

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：在钎焊过程中，当液态钎料中加有表面活性物质时，虽然其添加量很少，但都会发生强烈的正吸附作用，使表面张力明显降低，母材的润湿性得到改善。如在纯铜钎料中加微量的磷，就可大大提高铜钎料在钢上的润湿性；在锡基钎料中加质量分数为0.1%的镍，也可改善钎料对铜的润湿性。通过添加表面活性物质来改善钎料润湿性，具有重要意义。

在钎焊过程中，当钎料为多元合金时，由于合金组分对界面张力的影响不同，使钎料合金中的某种组元被有选择地吸附（或排斥）到相界面上（或离开相界面）。根据最小吉布斯自由能原理，如果某组元能降低界面张力，则该组元一定会被吸附到界面上来，从而使该组元的表相大于体相浓度。反之，如果某组元是使固-液相界面张力增大，则会被排斥离开界面，从而使该组元的表相浓度低于体相浓度。前者称为“正吸附”，后者称为“负吸附”。

在等温、等压条件下，吸附平衡时（dG=0），Gibbs-Duhem吸附公式可表示为

Adσ+∑μ^s_idn^s_i=0 （3-1-51）

式中 σ——界面张力，单位为N/m；

A——表面面积，单位为mm²；

μ^s_i——组元i在界面相中的化学位；

n^s_i——组元i在界面相中的摩尔数。

可将式（3-1-51）变为

式中 Г_i——组元的吸附量，即单位面积的相界面上溶质比体相多出的物质量（mol/cm²）。

对于二元体系，假定Г_i=0，即假定溶剂不发生吸附，则式（3-1-52）变为

由于平衡时体相的化学位与其表相的化学位相等，即μ₂^s=μ₂^b，由热力学关系可知：

将式（3-1-54）代入式（3-1-53）可得

或写成

此即二组分实际溶液界面吸附时的吉布斯等温式。对于稀溶液来说，可以使用浓度C来代替活度a，即

当dσ/dC＜0时，Г＞0，发生正吸附，则有C_s＞C_b，即溶质的表相浓度大于体相浓度，溶质被吸附到界面。当dσ/dC＞0时，此时Г＜0，发生负吸附，则有C_s＜C_b，即溶质的表相浓度小于体相浓度，溶质被排斥离开界面到体相内部。

在钎焊过程中，当液态钎料中加有表面活性物质时，虽然其添加量很少，但都会发生强烈的正吸附作用，使表面张力明显降低，母材的润湿性得到改善。如在纯铜钎料中加微量（质量分数为0.04%～0.08%）的磷，就可大大提高铜钎料在钢上的润湿性；在锡基钎料中加质量分数为0.1%的镍，也可改善钎料对铜的润湿性。通过添加表面活性物质来改善钎料润湿性，具有重要意义。

表面活性物质对环境的影响研究

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