Контрол на качеството на почистване на повърхността

Общоприето е, че има голям брой различни методи за оценка на качеството на повърхностното почистване на частите. Повечето от тях обаче или замърсяват проверяваната повърхност, или са подходящи за относителен контрол на големи партиди части.

Нека се спрем накратко на някои от методите, които се препоръчват за използване в електровакуумната техника. Определяне на следи от органични замърсители:

а)метод за разрушаване на водния филм. Състои се във факта, че тестовите части се потапят за кратко във вана с дейонизирана вода, след което се изваждат и след оттичане на излишната вода се наблюдава непрекъснатостта на водния филм върху техните повърхности. Разкъсването на водния филм показва наличието на хидрофобни замърсители върху частите.

Опитът показва, че на този метод не може да се вярва напълно. Непрекъснат филм може да се образува и върху замърсени части, когато те са лошо измити от миещи течности, т.е. ако има остатъци от повърхностноактивни вещества по повърхността на такива части. Фалшивата омокряемост може да се елиминира чрез потапяне на части в слаб киселинен разтвор, докато останалите остатъци от препарат се превръщат в хидрофобни мастни киселини, които разрушават водния филм. Разглежданият експеримент, заедно с допълнително потапяне в киселина, може да се използва само за селективен контрол. Точността на метода за разрушаване на водния филм се влияе от дебелината на водния слой: колкото по-тънък е слоят, толкова по-точен е тестът. Следователно времето на изтичане на излишната вода от частите е от голямо значение, то се избира експериментално за всеки тип част. Обикновено това е няколко десетки секунди.

b)метод на пръскане. Всъщност той е подобен на метода за разбиване на водния филм и се състои във факта, че чистата вода се напръсква върху повърхността, която се изследва с пистолет за пръскане. При коетоКогато се пръскат, водните капчици или се приближават една до друга, за да образуват непрекъснат воден филм, ако повърхността е чиста, или остават разпръснати под формата на "обрив", ако има хидрофобни замърсители на повърхността. Степента на повърхностно замърсяване може да бъде изразена количествено чрез този метод. За целта се взема стъклена пластина, върху която се нанася прозрачна хартия с милиметрови деления и като се поставя така, че да не докосва водните капки върху замърсената повърхност, върху нея се очертават контурите на замърсените участъци от тестовата повърхност, т.е. участъци, покрити с водни капки. Обобщавайки площта на квадратите, заети от капчиците, и знаейки общата повърхност, се намира тяхното съотношение, което е количествено изразената степен на замърсяване на изпитваната повърхност. Грешката на този метод е няколко процента, което е напълно приемливо за практиката. Контролът по този метод трябва да се извърши веднага след изваждане на почистените части от ваната за изплакване, като се предпазва от изсъхване; В противен случай частите могат да се замърсят с органични аерозоли във въздуха. Времето от момента на изваждане на частите от ваната до момента на нанасяне на вода върху тях от пистолета за пръскане се избира експериментално, обикновено е 30-60 секунди. За по-добра визуализация на замърсяването се използва пръскане на вода, съдържаща оцветяващ пигмент, върху контролна плоча. След образуването на капчици, плочата се изсушава с нагревателна лампа и върху нея се появява контрастен модел на замърсяване, поради факта, че в чисти зони в непрекъснат, но много тънък филм от вода има малко пигмент и много повече в капки.

Могат да се посочат допълнителни методи за контрол, базирани на явлението повърхностна омокряемост с вода, например методът на мъгла, методът на кондензация,измерване на контактен ъгъл;

c)метод за измерване на ъгъла на намокряне. Този метод се използва широко в отдела за TP и MET. Известно е, че количествената мярка за омокряемост на повърхността е ъгълът между допирателната към водния филм и изпитваната повърхност.

Фиг.1. Контактен ъгъл

Фигура 1 показва течна капка в равновесие с твърда повърхност и газ. При условия на равновесие сумата от векторите на повърхностното напрежение на всичките три интерфейса е равна на нула:

(1)

В този случай повърхностното напрежение се разглежда като сила, действаща в равнината на междуфазовия интерфейс и стремяща се да я намали до минимум. Обръщайки се към проекциите на векторите върху интерфейса между твърдата и газовата фаза, получаваме:

, (2)

откъдето следва уравнението на Юнг за равновесния контактен ъгъл намокряне θ:

(3)

Контактният ъгъл (θ) е ъгълът между допирателната към повърхността на капка течност в точката на контакт на трите фази (твърда, течна и газообразна) и повърхността на твърдото тяло, измерен вътре в течната фаза.

На повърхностите може да се наблюдава непълно или пълно намокряне, в зависимост от избраната омокряща течност и състоянието на повърхността, степента на замърсяване по нея и естеството на тези замърсявания. Чрез измерване на контактния ъгъл на повърхността на течност с различно повърхностно напрежение е възможно да се определи количествено състоянието на повърхността преди почистване и на различни етапи от почистването.

Таблица 1.1 изброява течностите, които могат да се използват за измерване на контактни ъгли.

Повърхностно напрежение на някои течности на границата с въздуха

№ p \ p	Течност	σизгаряне, mJ m -2
Толуен	23.0
ксилен	28.9
Нитробензен	44,0
етиленов гликол	47.7
Формамид	58.2
Глицерол	63.4
вода	72.5

Течната адхезия (повърхностно омокряне) се дължи на молекулярно взаимодействие, което възниква на границата течност-твърдо вещество.

Ако течността не образува никакви химически връзки с материала на субстрата, повърхността на последния е електрически неутрална и молекулите на твърдото вещество имат ниска поляризуемост, работата на адхезията ще включва само дисперсионното взаимодействие на молекулите на твърдото вещество и течността и дипол-диполното взаимодействие на постоянните диполи на омокрящата течност с полярни функционални групи на твърдата повърхност:

В този случай повърхностното напрежение на твърдо тяло и течност също се състои от два компонента:

Таблица 1.2 показва дисперсията и полярните компоненти на повърхностното напрежение на редица течности. Дисперсионният компонент на повърхностното напрежение преобладава в неполярни течности, дипол-дипол (полярно) - в полярни.

Течност	Повърхностно напрежение, erg cm -2
σж	σжг г	σжг р
вода	72.8	13.8	59,0
Глицерол	63.4	37,0	24.4
Формамид	53.2	39.5	18.7

Връзката между контактния ъгъл на повърхностно намокряне и съответните компоненти на повърхностното напрежение на течност и твърдо тяло се изразява чрез уравнението на Фо-Янг:

(5)

Ако експериментално определим ъглите на намокряне на повърхността от две течности с различни стойностидисперсионни и полярни компоненти на повърхностното напрежение, тогава получаваме система от две уравнения, в които полярните и дисперсионните компоненти на повърхностното напрежение на твърдо тяло (σtg d и σtg p) ще се използват като неизвестни. Решавайки тази система от уравнения, получаваме стойностите на σtg d и σtg p и стойността на повърхностното напрежение на твърдата фаза

Нека илюстрираме процедурата на изчисление с пример.

Измерванията на ъгъла на намокряне на повърхността на PVC филми с вода и глицерин дават следните резултати: θвода = 73°, θглицерол = 66°.

Означаваме , , , , , .

Нека пренапишем уравнение (5) във формата:

Нека за вода и - за глицерин.

Получаваме система от две линейни уравнения с две неизвестни:

Според правилото на Крамър, ако детерминантата D на тази система не е равна на нула, тогава системата има уникално решение:

и D1 и D2 са детерминанти, получени от D чрез замяна на елементите от колони 1 и 2, съответно, със съответните свободни членове и :

Обобщаваме данните, необходими за изчислението в таблица 1.3.

Течност	σzhg d, erg cm -2		σzhg p , erg cm -2		θ, град		, erg cm -2
вода	13.8	3.71	58.7	7,66	0,29	46,76
Глицерол	37,0	6.08	26.4	5.14	0,41	44,70

Получава се система от две уравнения:

чието решение ще бъде:

; ;

Точността на този метод за определяне на повърхностната енергия зависи както от точността на измерване на контактните ъгли, така и от валидността на предположението, че повърхностната енергия се състои само от две компоненти – дисперсионна и дипол-диполна (полярна).