Холодная сварка или контактная сварка — это процесс сварки в твердом состоянии , при котором соединение происходит без расплавления или нагрева на границе двух свариваемых деталей. В отличие от сварки плавлением , в соединении не присутствует жидкая или расплавленная фаза.
Холодная сварка была впервые признана как общее явление материалов в 1940-х годах. Тогда было обнаружено, что две чистые, плоские поверхности похожего металла будут прочно прилипать, если их привести в соприкосновение в вакууме (см. Сила Ван-дер-Ваальса ). Микро [1] и наномасштабная холодная сварка [2] продемонстрировала потенциал в процессах нанопроизводства .
Причина этого неожиданного поведения заключается в том, что когда все атомы в контакте одного типа, у атомов нет возможности «знать», что они находятся в разных частях меди. Когда есть другие атомы, в оксидах и смазках и более сложных тонких поверхностных слоях загрязняющих веществ между ними, атомы «знают», когда они не находятся на одной и той же части.
— Ричард Фейнман , Фейнмановские лекции по физике , 12–5 Трение
Области применения включают в себя проволочные заготовки и электрические соединения (например, соединители со смещением изоляции и соединения проводов методом накрутки ).
Механические проблемы в ранних спутниках иногда приписывались холодной сварке.
В 2009 году Европейское космическое агентство опубликовало рецензируемую статью, в которой подробно описывается, почему холодная сварка является важной проблемой, которую проектировщикам космических аппаратов необходимо тщательно учитывать. [3] В статье также приводится задокументированный пример [4] от 1991 года с антенной с высоким коэффициентом усиления космического аппарата Galileo .
Одним из источников трудностей является то, что холодная сварка не исключает относительного движения между соединяемыми поверхностями. Это позволяет в некоторых случаях накладываться друг на друга широко определенным понятиям истирания , фреттинг-коррозии , прилипания и адгезии . Например, соединение может быть результатом как холодной (или «вакуумной») сварки, так и истирания (или фреттинг-коррозии или удара). Таким образом, истирание и холодная сварка не являются взаимоисключающими.
В отличие от процесса холодной сварки в макромасштабе, который обычно требует больших приложенных давлений, ученые обнаружили, что монокристаллические ультратонкие золотые нанопроволоки (диаметром менее 10 нм) могут быть сварены вместе в течение нескольких секунд только механическим контактом и при удивительно низких приложенных давлениях. [2] Высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия и измерения на месте показывают, что сварные швы почти идеальны, с той же ориентацией кристаллов, прочностью и электропроводностью, что и остальная часть нанопроволоки. Высокое качество сварных швов объясняется размерами образца в наномасштабе, механизмами ориентированного прикрепления и быстрой поверхностной диффузией с помощью механического воздействия . Наномасштабные сварные швы были также продемонстрированы между золотом и серебром, а также серебром и серебром, что указывает на то, что явление может быть общеприменимым и, следовательно, предлагает атомистический взгляд на начальные стадии макроскопической холодной сварки как для объемных металлов, так и для металлических тонких пленок . [2]
Работы, связанные с Advanced Automation for Space Missions/Appendix 4C в Wikisource