Введение
Сварка холодом или контактная сварка – это процесс сварки в твердом состоянии, при котором соединение происходит без плавления или нагрева в зоне контакта соединяемых деталей. В отличие от сварки плавлением, в соединении отсутствует жидкая или расплавленная фаза. Холодная сварка впервые была признана общим материаловедческим явлением в 1940-х годах. Впоследствии было обнаружено, что две чистые, плоские поверхности однородного металла прочно соединяются при контакте в вакууме (см. силы Ван-дер-Ваальса). Недавно открытая холодная сварка в микро- и наномасштабе показала перспективность в процессах нанопроизводства. Области применения включают проволоку и электрические соединения (например, разъемы для обжима изоляции и соединения для обмотки проводов).
Cold welding or contact welding is a solid state welding process in which joining takes place without fusion or heating at the interface of the two parts to be welded. Unlike in fusion welding, no liquid or molten phase is present in the joint. Cold welding was first recognized as a general materials phenomenon in the 1940s. It was then discovered that two clean, flat surfaces of similar metal would strongly adhere if brought into contact while in a vacuum (see Van der Waals force). Newly discovered micro and nano scale cold welding has shown potential in nanofabrication processes. Applications include wire stock and electrical connections (such as insulation displacement connectors and wire wrap connections).
В космосе
Механические проблемы в ранних спутниках иногда связывали с холодной сваркой. В 2009 году Европейское космическое агентство опубликовало рецензируемую статью, в которой подробно описывается, почему холодная сварка является серьезной проблемой, которую конструкторам космических аппаратов необходимо тщательно учитывать. В статье также приводится задокументированный случай 1991 года с высокочастотной антенной космического аппарата Galileo. Одна из сложностей заключается в том, что холодная сварка не исключает относительного движения между соединяемыми поверхностями. Это приводит к тому, что в некоторых случаях пересекаются такие понятия, как заедание, фреттинг, прилипание и адгезия. Например, соединение может быть результатом как холодной (или "вакуумной") сварки, так и заедания (или фреттинга, или ударного воздействия). Таким образом, заедание и холодная сварка не являются взаимоисключающими явлениями.
Наномасштаб
В отличие от процесса холодной сварки в макромасштабе, который обычно требует значительного приложенного давления, ученые обнаружили, что однокристаллические ультратонкие золотые нанопроволоки (диаметром менее 10 нм) могут быть соединены холодной сваркой всего за несколько секунд, используя лишь механический контакт и при этом прикладывая удивительно низкое давление. Высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия и измерения in situ показали, что сварные соединения практически идеальны, обладая той же кристаллической ориентацией, прочностью и электрической проводимостью, что и остальная часть нанопроволоки. Высокое качество сварных соединений объясняется наноразмерными размерами образцов, механизмами ориентированного прикрепления и механически ускоренной быстрой поверхностной диффузией. Также была продемонстрирована холодная сварка в наномасштабе между золотом и серебром, а также между серебром и серебром, что указывает на общую применимость этого явления и позволяет взглянуть на атомистическом уровне на начальные стадии макроскопической холодной сварки как для объемных металлов, так и для металлических тонких пленок.