附著和冷焊描述

在固體和固體接觸過(guò)程中發(fā)生在表面上的物理現(xiàn)象。1963年, P.J.布賴恩特等人解理云母、石墨層狀固體時(shí)，發(fā)現(xiàn)在超高真空下比在大氣壓下需要更大的能量。他們認(rèn)為這是層間表面電荷間靜電力引起的附著力造成的。1965年H.I.史密斯等人報(bào)道過(guò)光學(xué)石英片在超高真空中接觸后，可有kgf/cm級(jí)的附著力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,他們認(rèn)為這是由范德瓦耳斯力引起的。1966年P(guān).M.溫斯洛和D.V.麥金太爾測(cè)量了許多金屬配組在超高真空下的冷焊，看到：軟金屬及其合金較易附著；硬金屬及其合金較難附著。D.V.小凱勒于1972年運(yùn)用表面能譜儀對(duì)此進(jìn)行了更加深入的研究。 即便是精密加工過(guò)的固體表面,其不平度仍在0.1μm左右；通常認(rèn)為很干凈的固體表面，實(shí)際上仍有異種物質(zhì)層覆蓋著（見(jiàn)圖）。若用化學(xué)方法洗掉污物，并在真空環(huán)境中除去吸附的氣體，再使兩個(gè)表面接觸，則在兩者接觸部位之間因分子的相互擴(kuò)散而粘合在一起，稱為附著。如果除去異物，使表面高度清潔，并在一定的壓力負(fù)荷下使表面接觸，所產(chǎn)生的整體附著叫做冷焊。

影響附著、冷焊的因素主要是：表面清潔度、壓力負(fù)荷、接觸時(shí)間、材料性能和溫度。一般來(lái)說(shuō)，表面越清潔，接觸壓力越大，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，則越易附著或冷焊。附著、冷焊現(xiàn)象的出現(xiàn)，有可能使航天飛行器上一些活動(dòng)部件發(fā)生故障，因此防止冷焊是空間技術(shù)研究的課題之一。在金屬工藝學(xué)中，冷焊已成為一種新出現(xiàn)的焊接技術(shù)。2100433B

冷焊機(jī)可分為堆焊型冷焊機(jī)、貼薄片修復(fù)型的冷焊機(jī)、焊接銅鋁線冷焊機(jī)。其中前兩者用于修復(fù)金屬、鑄件表面的磨損、劃傷、氣孔、砂眼等細(xì)小缺陷；后者用于焊接銅線、鋁線等有色金屬線材，如電動(dòng)機(jī)漆包線的焊接等。

冷焊堆焊型

利用充電電容，以10^-3~10^-1秒的周期，10^-6~10^-5秒的超短時(shí)間放電。電極材料與模具接觸部位會(huì)被加熱到8000~10000℃，等離子化狀態(tài)的熔融金屬以冶金的方式過(guò)渡到工件的表面。由于與母材之間產(chǎn)生了合金化作用，向工件內(nèi)部擴(kuò)散，熔滲，形成了擴(kuò)散層，得到了高強(qiáng)度的結(jié)合。實(shí)現(xiàn)冷焊（熱輸入低）的原理是放電時(shí)間（Pt）與下一次放電間隔時(shí)間（It）相比極短，機(jī)器有足夠的相對(duì)停止時(shí)間，熱量會(huì)通過(guò)模具基本體擴(kuò)散到外界，因此模具的被加工部位不會(huì)有熱量的聚集。雖然模具的升溫幾乎停留在室溫，可是由于瞬時(shí)熔化的原因，電極尖端的溫度可以到達(dá)10000℃左右。焊條瞬間產(chǎn)生金屬熔融，過(guò)渡到母材金屬的接觸部位，同時(shí)由于等離子電弧的高溫作用，表層深處開(kāi)成像生了根一樣的強(qiáng)固的擴(kuò)散層，呈現(xiàn)出高結(jié)合性，不會(huì)脫落。

堆焊型冷焊機(jī)用于鐵、鋼、鋁、銅等鑄造件裂紋、沙眼、凹坑、氣孔、磨損、缺口、劃傷等金屬表面缺陷的修補(bǔ)。冷焊機(jī)補(bǔ)焊后工件不產(chǎn)生熱裂紋、不變形、無(wú)色差、沒(méi)有硬點(diǎn)、熔接強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)加工。金屬修補(bǔ)冷焊機(jī)常用于曲軸磨損、塑膠模具磨損、軋輥腐蝕洞眼、氣孔沙眼等修復(fù)領(lǐng)域。

冷焊貼薄片式

貼片式冷焊機(jī)業(yè)內(nèi)叫工模具修補(bǔ)機(jī)。采用電阻焊原理修復(fù)模具等設(shè)備表面的磨損等缺陷。常用于工模具使用過(guò)程中產(chǎn)生的局部磨損、模具裂紋、模具生產(chǎn)過(guò)程中的切削過(guò)度、尺寸超差、棱角損傷、氬焊不足等加工缺陷。它可以將不銹鋼等薄焊片（0.05-0.20mm）粘貼到工件表面，每次粘貼厚度最大等同與焊片厚度。該機(jī)器也可以將焊粉（或加工廢削），填充到缺陷處（如氣孔沙眼），經(jīng)放電后修復(fù)。該冷焊機(jī)修復(fù)工件時(shí)整體上發(fā)熱很小，因此可以避免傳統(tǒng)焊接的變形、裂紋、變色等缺點(diǎn)，特別適合修補(bǔ)精細(xì)工件和不能進(jìn)行高溫補(bǔ)焊修復(fù)的工件。

冷焊銅鋁線

銅線冷焊機(jī)、鋁線冷焊機(jī)又叫冷接機(jī)，冷壓焊機(jī)，冷焊鉗等名稱。是焊接銅線、鋁線的設(shè)備?？煞譃槭帚Q式、長(zhǎng)柄式、臺(tái)式、液壓型冷焊機(jī)等。焊接的有色金屬線規(guī)從0.08到25MM之間。

該冷焊機(jī)是靠壓力來(lái)焊接有色金屬，不需要用電 、用氣 、無(wú)需加熱 、也不需用填料和焊劑，焊接起來(lái)的電線結(jié)實(shí)牢固，常用于發(fā)動(dòng)機(jī)漆包線的焊接。

冷焊納米線

超細(xì)金屬納米線之間的焊接是由美國(guó)萊斯大學(xué)的Lu等人在Nature Nanotechnology《自然 納米》上首次報(bào)道 。研究者原位觀察到了金、銀納米線的奇特的冷焊行為：當(dāng)兩根直徑小于 10 nm的單晶金納米線接觸時(shí)，即使外界不施加熱和壓力，它們也能自發(fā)地融合起來(lái)，形成無(wú)缺陷的完美單晶納米線。原位電學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明焊接處有著良好的導(dǎo)電性能，原位力學(xué)拉伸測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明焊接處有著和完美納米線一樣的斷裂強(qiáng)度。 這一現(xiàn)象可能是在納米尺度下，晶格定向接觸和表面原子快速擴(kuò)散的共同作用導(dǎo)致的 。另外，冷焊現(xiàn)象也廣泛存在于金納米線和銀納米線甚至其他貴金屬超細(xì)納米線（特征尺寸小于10納米）的焊接中。

隨著冷焊技術(shù)的不斷發(fā)展，在冷焊應(yīng)用中最為穩(wěn)定廣泛的是高分子復(fù)合材料類，高分子復(fù)合材料可以很好避免熱應(yīng)力變形，同時(shí)材料良好的附著、抗壓及抗腐蝕等綜合性能，可以最大限度地滿足各種設(shè)備部件的使用要求，從而在最低成本的投入下有效保證生產(chǎn)。安全、方便、可靠。

冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴(yán)重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；相同的金屬或晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向??；金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向小；化學(xué)元素周期表中B族元素比鐵的冷焊傾向小。

在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的工作速度下，正能滿足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時(shí)冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。 2100433B