阅读导航:渗透探伤的物理化学基础第二部分一下为内容：
2.3 润湿现象
1 润湿（或不润湿）现象
润湿作用是一种表面及界面过程。普遍而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿。因此，润湿作用必然涉及三相，而其中至少两相为流体。一般情况下，润湿是指固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所取代。润湿现象是固体表面结构与性质，固－－液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现。
润湿液体装在容器里，靠近容器壁处的液面呈凹面，不润湿液体装容器里，零件容器壁处的液面呈凸面，容器的内径越小，这种现象越显著。见图2-2所示。因为水或水溶液是特别常见的取代气体的液体，所以，一般就把能增强水或水溶液取代固体表面空气的物质称为润湿剂。
2 润湿方程与接触角
图2-3，将一滴液体滴在固体平面上，可有三种界面，即液－－气，固－－气及固－－液界面。与该三种界面一一对应，存在三种界面张力。液－气界面张力实际上是液体的表面张力，它力图使液体表面收缩，用γL表示，固－气界面存在固体与气体的界面张力，它力图使液滴表面铺开，用γS表示，固－液界面存在固体与液体的界面张力，它力图使液滴表面收
缩，用γSL表示。
接触角：液－固界面经过液体内部到液－气表面之间的夹角，用 θ表示。
当液滴停留在固体平面上时，三种界面张力相平衡，它们之间的关系为：
此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。
经变换，可公式变为：
3 润湿的三种方式和四个等级
沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿
当θ≤180º时，发生沾湿润湿；
当θ≤90º ，发生浸湿润湿；
当θ≤0º ，发生铺展润湿。
当接触角θ为0º，即cosθ＝1时，液滴在固体表面接近于薄膜的
形态，此情况称为完全润湿。
当接触角θ在0º和90º 之间，即 0
上成为小于半球形的球冠，这种情况称为润湿。
当接触角θ在90º和180º 之间，即 －1
液滴在固体表面上成为大于半球形的球冠，这种情况称
为不润湿。
当接触角θ为180º，即 cosθ＝－1 时，液滴在固体表面上成为球形，它与固体之间仅有一个接触点，这种情况称为完全不润湿。同一种液体，对不同的固体而言，它可能是润湿的，也可能是不润湿的。
在液体中加入表面活性剂，则液体的表面张力变小，接触角变小，润湿性能提高。
润湿现象所反映的润湿性能综合反映了液体的表面张力和接触角两种物理性能指标。
2.4 毛细现象
1毛细现象
（1）圆管中的毛细管现象
润湿液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象，称为毛细管现象。
毛细现象并不局限于一般意义上的毛细管，例如两平行板间的夹缝，各种各样的棒、纤维、颗粒堆积物的空隙都是特殊形式的毛细管。
2 弯曲液面的附加压强
由于液体表面张力的存在，弯曲的液面会产生附加的压强。液体的表面张力系数越大，弯曲液面的曲率半径越小，则产生的附加压强越大。
任意形状的弯曲液面下的附加压强的拉普拉斯公式：
3 毛细现象中的液面高度
毛细管在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，在弯曲液面的附加压强下，液体表面向上收缩，而形成平面；随后，润湿作用又起主导作用，
靠近管壁的液面又上升，重新形成表面凹下的弯曲液面，弯曲液面在附加压强的作用下又上升。如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，一直到向上的弯曲液面附加压强的作用力与毛细管内升高的液柱重量相等时，达到平衡，才停止上升。
毛细管中上升力F上 ，为毛细管内壁弯曲液面的附加压强产生的
压力： F上＝α·cosθ·2πr
α－液体的表面张力系数， θ－接触角，r－毛细管内壁半径。
毛细管中下降力F下，等于液柱的重量：
F下＝πr2•d •g •h
g－重力加速度，d－液体密度，h－液体在管中上升的高度。
液面停止上升时，上升力与下降力平衡，F上＝F下，即
α·cosθ·2πr ＝πr2•d •g •h
整理，得
从上式可以看出，毛细管曲率半径越小，管子越细，则上升高度越高。
如果液体不润湿管壁，则管内液面是下降的凸液面，该弯曲液面 对液体的附加压强是指向液体内部，使管内液面将低于管外液面，所下降的高度同样可用该公式计算。
（2）两平行板间的毛细现象：
润湿液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象，
如图2-6所示。
其上升高度的公式为：
缺陷内液面高度
以长a，宽C，深b的狭长细槽作零件上的裂纹模型来分析讨论渗透探伤时渗透液渗入裂纹的毛细现象。裂纹模型如下图，为开口于零件表面的裂纹，但不穿透。
当渗透液施加于有表面开口裂纹的零件表面时，具有足够润湿性能的渗透液将润湿裂纹内表面，裂纹内将形成向液体内凹陷的弯曲液面，并在弯曲凹面上产生指向液体外部（裂纹）的附加压强P。裂纹宽度越小，附加压强越大。这个附加压强迫使渗透液向裂纹内渗透的同时，就压缩裂纹内已被渗透液封闭的气体。
随着渗透液的不断渗透，裂纹内气体体积将越来越小，而气体的反压强P气将越来越大，直到气体的反压强与液面上的附加压强完全平衡为止。
如果考虑零件外部大气压强P0，平衡时有：
P＋ P0＝ P气
要使渗透液完全占有裂纹空间，就必须将裂纹内气体完全排除。（采取一定的措施）
1. 渗透与毛细作用
渗透过程中，渗透液对受检表面开口缺陷的渗透作用；实质上是液体的毛细作用。例如，渗透液对表面点状缺陷（如气孔、砂眼等）的渗透，就类似于渗透液在毛细管内的毛细作用；渗透液对表面条状缺陷（如裂纹、夹渣和分层等）的渗透，就类似于渗透液在间距很小的两平行板间的毛细作用。
2. 显像与毛细作用
显象过程中，渗透液从缺陷中回渗到显象剂中形成缺陷显示痕迹，也是由于毛细作用。
显像剂通常有两个基本功能：
吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂
通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，放大缺陷显示提供一个可观察的背景
2.5 吸附现象
1 固体表面的吸附（固－液界面和固－气界面）
吸附：物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。吸附现象在各种界面上都可发生。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体的吸附现象。能起吸附作用的固体称为吸附剂，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为吸附质。例如显象过程中，显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸附质。
用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质质量，有时也指吸附剂单位表面积上所吸附质量。吸附量数值越大，吸附剂吸附能力越强。
固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表面积和很大的比表面。
2 液体表面的吸附
吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液－液界面和液－气界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用最广的是能降低表面张力和界面张力的
表面活性剂。
表面活性剂吸附在水表面上（液－气界面）上，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附在油－水界面上，能降低油－水界面的界面张力。
3 物理吸附和化学吸附
按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。
4 渗透探伤中的吸附现象
显象过程中显象剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透液，从而形成缺陷显示。此吸附现象属于固体表面（固－液界面）的吸附，显象剂粉末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。另外，由于吸附为放热过程如果显象剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。
自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，吸附在渗透液－水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的“两亲”性质，使其能吸附在油－水界面上，降低油－水界面的界面张力，使乳化清洗顺利进行。
