渗透检测中渗透液的润湿现象与接触角

郭志伟

摘要：在渗透液检测环节中用于检测判定湿润现象合理性和实用性最优的三种是沾湿、浸湿和铺展。本文研究目的是针对润湿的三种方式进行简单分析，将重点放在渗透液润湿性能的检测上，利用专业化接触角测定设备，精准测定接触角参数，旨在为渗透液效果的判定提供可靠参考标准。

关键词：渗透检测;渗透液;润湿现象;接触角

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：为进一步确定并保证渗透检测应用的科学性和合理性，应提前在受检对象试件上均匀涂抹渗透检测液或其他有效液体。若未将检测员涂抹在试件表面，会出现试件与气体接触发生反应的问题，涂抹检测液后可以有效限制受检试件表面受到干扰的程度，这就是人们所说的润湿现象，也被人们统称为润湿过程。

作为渗透检测操作中表现特征最为明显的一种想象，润湿现象利用渗透液进行渗透检测的主要應用试剂，其中包含相关的清洗剂、乳化剂等多种类别，而渗透剂的主要作用就是表达固体受检试件以及表面破损之间的关系，将固体受检试件的润湿情况及被润湿关系明确清晰地呈现。若不发生润湿现象，渗透检测工作将无法开展后续操作。

1润湿的主要三种方法

检查润湿现象最为合理三种方式分别是粘湿、浸湿以及铺展，在渗透检测中扮演着不同的“角色”。

保证渗透液在固体受检试件的接触角为θ≤180°产生的情况为粘湿，若接触角为θ≤90°发生的情况为浸湿，当接触角为θ≈0°时，润湿的程度为铺展。

以上三种方式为较为普遍的润湿过程。相比较来说，铺展的要求较为严格，浸湿的所需较为普通，而粘湿的所需最低。直白来讲，只要能实现铺展，其余两种方式都可以完成。因此渗透检测需要相关人员完成铺展。

1.1粘湿

粘湿的主要的作用就是让液体与固体充分接触，促使部分界面施行相应的转变过程。具体情况如图1所示。

假如各部分界面都是单位面积，通过该过程可以计算出相应的变化值为△G为[3-4]：△G=yS-G+yL-G-yS-L，可以间接得出粘附功WA=△G=yS-G+yL-G-yS-L因此，不难发现WA的作用结果越大，液体更容易作用于固体表面，相关的喷涂法的工作内容就要是以粘湿为基准的。

1.2浸湿

在常温常压可实现逆转的状况下，将具有表面的固体体浸入到液体中，从而实现界面转变，这种又被称作浸湿润湿，进行界面转变环节时，液体本身不会发生变化，具体情况如图2所示。计算浸湿润湿的公式为△G=yS-G-yS-L=W1，W1所代表含义为浸湿功率。

这是一种在固体表面产生作用并代替气体能力的衡量方法，同时会对对抗液体表面因收缩膨胀产生的浸润力产生作用，因此又被称作粘附张力，因此有被人们称为而液体浸湿的标准准则为W1≥θ。直白来讲，浸涂法添加渗透液的过程等同于浸湿润湿的过程。

1.3铺展

在固定表面上均匀滴上液体，当重新产生的液体固态截面取代气体时，也进一步增加了对应的气固界面作用面积，这就是人们常说的铺展，具体实例如图3为准。液体铺展过程中，液气界面会逐步替代原有的气固界面，同时在一定程度上增加了对应气液界面的作用面积。

在标准环境下，计算可逆铺展的方式为，△G=yS-G-yS-L-yL-G，WS=△G=yS-G-yS-L-yL-G，WS所代表是铺展系数，也可以称之为铺展功率，当实现WS≥θ时，液体可以实现自动铺展。

进行相应的喷涂法运用时，需重点关注受检试件上是否充分覆盖了渗透液，同时需要确认渗透液的自动铺展[1]。

2润湿方式的判别

2.1计算公式

当前，只有通过对于yL-G假设进行实验判别，而相关的yS-G和yS-L无法得出相应结果，因此上面的公式知识进行了理念的分析，不能直接作用于渗透检测实际工作中。

随着理念的不断创新，相关学者发现润湿现象还与接触角有着明显的关联，而接触角的大小可以通过科学合理的试验来进行判断，因此，可以根据上述理论，并结合相关试验得出yL-G与接触角的数值，作为各类润湿状况科学合理的凭证。

通过对杨氏公式的变通，能计算出润湿方式所产生粘附功率WA、浸湿功率W1以及铺展功率WS，普遍的计算方式为;yS-G=yS-L+yL-Gcosθ以及yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，根据个别情况也可以改变为假设A=yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，WA=A+yL-G=yL-G（cosθ+1）等多种运算方式[2]。

由此可见，发生润实施，各种类型所产生的能力变化也是不相同的，只要在润湿时，所产生的能量变化才是正值。既铺展润湿为WS≥0时则θ值为0，当浸入润湿程度为WI≥0时，结果为θ≤90°与此同时，当粘附润湿程度为WA≥0时

Θ的值为θ≤180°。

要想渗透液深入到表面伤口中，就要确保渗透液在受检工作的润湿类型为铺展润湿，避免渗透液出现无法渗入的情况。

如何将接触角θ作为判断润湿程度，就要实现θ≤180°，就能产生相应的沾湿润湿，当θ≤90°时也可以发生浸湿现象，只有θ≈0°时才能实现铺展方式。

2.2实际判断

假设相应的渗透液为E，表面张力为23.5mN/m，接角θ为实际测量数值。例如，在不锈钢表现为4.3°以及铜合金为2.0°在两种金属上可否能产生相关铺展润湿现象。根据相关公式为Ws=yL-G（cosθ-1）得出相关结果。积极促使相关金属表面是否能发生铺展润湿[3]。

3接触角θ与润湿方程

3.1接触角的概述

固体表面形成的液体状态通常情况下呈现扁平状和圆珠状，形状间的差异性主要是由界面张力大小决定的。较为明显的两种状态具体如图4所示。当系统实现平衡时，在三种类型交界处，所产生的夹角称之为接触角，用相应的符号θ来表示，接触角的大小往往都是通过实例来检测的。

3.2润湿方程

接触角的大小往往是通过特定方式所决定。通过对于接触角数值的得出，显现液体对于固体的润湿情况。在通常情況下，计算公式为：yS-G=yS-L+yL-GCOSθ

被广大学者称之为杨氏润湿方程。

假设，如果yS-G-yS-L=yL-G，那么cosθ结果为1，而θ的值为0，这样的情况属于完全浸湿状态。液面呈现相应的状态，半球状就属于这一类别。当呈现的结果为0°时，让没有实现平衡，因此相关的公式不符合预期目标，液体仍然作用于固体表面，形成相应的薄膜。

当达到yS-G-yS-LyL-G>0，若想要实现固体被液体润湿，应实现1>cosθ>0。

在日常润湿过程中，各个界面的张力均为变量，变量有着相应大小以及方向的变化。要想确保更仔细显现各个界面张力的大小以及作用方向，就要严格遵守相关的计算方式。

图5为相关的潮湿状态，在各个界面显现的张力中，基于液体表面张力yL-G为基准的情况下，假设固气界面张力为yS-G，而计算潮湿方程为yL-Gcosθ=yS-G-yS-L

通过相应的加减法得出相关结论[4]。

而图6则是表现为不润湿情况。根据图5所显现的情况相同，在各个界面张力表现中，只有液体表面张力yL-G的情况为确定因素，假如，固气界面的张力为yS-G

根据图6所示，计算方法为yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，通过这种计算方式得出固液界面张力为yS-L。

4结束语

综上所述，通过参考理论专业知识，探讨三种方式进行渗透检测中润湿现象相关界面张力大小和作用测定，为后续的渗透检测工作提供稳定可靠的参考标准。

参考文献：

[1]邹尊斌， 任俊波， 王伟，等. 渗透检测中缺陷开口大小及形式对缺陷检测能力的影响研究[J]. 科技视界， 2020， No.302（08）：128-130.

[2]葛怀文、杨钊、杨金友. 渗透检测质量可靠性主要影响因素的试验研究[J]. 云南化工， 2020， v.47;No.257（10）：82-83+86.

[3]刘顺勤. 渗透检测在工业管道定期检验中的运用[J]. 化工管理， 2020， No.556（13）：155-156.

[4]赵洋， 江绍静， 段景杰，等. 特低渗透油藏超级纳米强降驱油剂的研究与应用——以延长油区志丹油田试验区为例[J]. 非常规油气， 2019， 006（002）：68-72.

（作者单位：上海振华重工集团机械设备服务有限公司）