氧化液态金属液滴的撞击动力学

许多液态金属暴露在空气中时，其表面会自发生成一层氧化物。在振荡流变测试中，发现这层氧化皮会引入屈服应力，该应力通常主导弹性响应，但可通过将金属暴露于不同浓度的盐酸溶液中进行调节。我们系统研究了共晶镓铟（eGaIn）液滴在不同氧化条件下的法向撞击，并展示了这如何导致两种不同的动力学机制。在低撞击速度（或低韦伯数）下，当氧化层被去除时，eGaIn 液滴表现出强烈的回缩并从撞击表面反弹。此外，撞击过程中的液滴变形或铺展程度受氧化皮控制。我们表明，如果采用考虑了屈服应力的有效表面张力所定义的有效韦伯数 $We^{\star}$，那么普通液体中已知的最大铺展半径随撞击速度变化的标度律仍可应用于氧化 eGaIn 的情况。相比之下，在高撞击速度下，未观察到不同氧化条件对铺展的影响。这表明初始动能主要由体相粘性耗散所阻尼。两种机制的结果可以在一个由两个变量控制的撞击相图中归并：最大铺展因子 $P_m = R_0/R_m$（由初始液滴半径与最大液滴半径之比给出）和撞击数 $K = We^{\star}/Re^{4/5}$（其随有效韦伯数 $We^{\star}$ 以及雷诺数 $Re$ 缩放）。数据显示，在临界撞击数 $K_c \sim 0.1$ 处存在从毛细行为到粘性行为的转变。