Холодная сварка или контактная сварка является твердым -state сварки процесс , в котором присоединение происходит без плавления или нагрева на стыке двух частей, подлежащих сварке. В отличие от процессов сварки плавлением, в стыке нет жидкой или расплавленной фазы.
Холодная сварка была впервые признана общим явлением в области материаловедения в 1940-х годах. Затем было обнаружено, что две чистые плоские поверхности из одного и того же металла будут прочно сцепляться, если они будут соприкасаться в вакууме . Недавно открытая микро [1] и наноразмерная холодная сварка [2] показала потенциал в процессах нанопроизводства .
Причина такого неожиданного поведения в том, что когда все соприкасающиеся атомы одного вида, атомы не могут «узнать», что они находятся в разных кусках меди. Когда есть другие атомы, в оксидах, смазках и более сложных тонких поверхностных слоях загрязняющих веществ между ними, атомы «знают», когда они не находятся в одной и той же части.
- Ричард Фейнман , Лекции Фейнмана , 12–2 Friction
Применения включают в себя проволоку и электрические соединения (например, разъемы смещения изоляции и соединения с проволочной оберткой ).
В космосе
Механические проблемы ранних спутников иногда связывали с холодной сваркой.
В 2009 году Европейское космическое агентство опубликовало рецензируемый документ, в котором подробно описывалось, почему холодная сварка является важной проблемой, которую проектировщики космических аппаратов должны тщательно рассмотреть. [3] В статье также приводится документально подтвержденный пример [4] 1991 года с антенной космического корабля Galileo с высоким коэффициентом усиления.
Одна из проблем заключается в том, что холодная сварка не исключает относительного движения между соединяемыми поверхностями. Это позволяет в широком смысле понятия истирания , фреттинг , прилипание, прилипание и адгезию к перекрытию в некоторых случаях. Например, соединение может быть результатом как холодной (или «вакуумной») сварки, так и истирания (истирания или удара). Таким образом, истирание и холодная сварка не исключают друг друга.
Наномасштаб
В отличие от процесса холодной сварки на макроуровне, который обычно требует больших приложенных давлений, ученые обнаружили, что монокристаллические ультратонкие золотые нанопроволоки (диаметром менее 10 нм) можно сваривать в холодном состоянии в течение нескольких секунд одним лишь механическим контактом и при исключительно низких приложенных давлениях. . [2] Просвечивающая электронная микроскопия с высоким разрешением и измерения на месте показывают, что сварные швы почти идеальны, с той же ориентацией кристаллов, прочностью и электропроводностью, что и остальная нанопроволока . Высокое качество сварных швов объясняется наноразмерными размерами образца, механизмами ориентированного крепления и быстрой поверхностной диффузией с механической поддержкой . Наноразмерные сварные швы также были продемонстрированы между золотом и серебром, серебром и серебром, что указывает на то, что это явление может быть широко применимо и, следовательно, предлагает атомистический взгляд на начальные стадии макроскопической холодной сварки либо для массивных металлов, либо для металлических тонких пленок . [2]
Смотрите также
- Абатмент (стоматология) - соединительный элемент
- Калибровочный блок - система для получения точных длин путем штабелирования компонентов.
- Межмолекулярная сила - сила притяжения или отталкивания между молекулами и соседними частицами.
- Литография наноимпринтов - метод изготовления узоров в нанометровом масштабе с использованием специального штампа.
- Трибология - наука и техника взаимодействующих поверхностей в относительном движении.
- Вакуумное цементирование - естественный процесс контактного соединения между объектами в жестком вакууме.
- Соединение оптических контактов - процесс, при котором две близко конформные поверхности удерживаются вместе межмолекулярными силами.
- Точечная сварка - процесс, при котором соприкасающиеся металлические поверхности соединяются за счет тепла от сопротивления электрическому току.
Рекомендации
- ^ Фергюсон, Грегори С .; Chaudhury, Manoj K .; Сигал, Джордж Б .; Whitesides, Джордж М. (1991). «Контактная адгезия тонких пленок золота на эластомерных подложках: холодная сварка в условиях окружающей среды». Наука . 253 (5021): 776–778. DOI : 10.1126 / science.253.5021.776 . JSTOR 2879122 . PMID 17835496 . S2CID 10479300 .
- ^ а б в Лу, Ян; Хуанг, Цзянь Ю; Ван, Чао; Солнце, Шоухэн; Лу, июнь (2010). «Холодная сварка ультратонких золотых нанопроволок». Природа Нанотехнологии . 5 (3): 218–224. DOI : 10.1038 / nnano.2010.4 . PMID 20154688 .
- ^ А. Мерстоллинджер; М. Продажи; Э. Семерад; Б. Д. Данн (2009). Оценка холодной сварки между разделяемыми контактными поверхностями в результате удара и истирания под вакуумом (PDF) . Европейское космическое агентство. ISBN 978-92-9221-900-0. ISSN 0379-4067 . OCLC 55971016 . ESA STM-279 . Проверено 24 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Джонсон, Майкл Р. (1994). Аномалия развертывания антенны с высоким коэффициентом усиления Galileo (PDF) . Лаборатория реактивного движения НАСА. hdl : 2014/32404 . Проверено 1 декабря +2016 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
дальнейшее чтение
- Sinha, K .; Farley, D .; Kahnert, T .; Solares, SD; Дасгупта, А .; Caers, JFJ; Чжао, XJ (2014). «Влияние параметров изготовления на прочность склеивания межсоединений flip-chip». Журнал адгезии и технологий . 28 (12): 1167–1191. DOI : 10.1080 / 01694243.2014.891349 .
- Калпакчян (2005). Технологии производства и технологии (5-е изд.). Прентис Холл. п. 981. ISBN. 978-0-13-148965-3.