附着和冷焊

影响附着、冷焊的因素主要是：表面清洁度、压力负荷、接触时间、材料性能和温度。一般来说，表面越清洁，接触压力越大，接触时间越长，温度越高，则越易附着或冷焊。附着、冷焊现象的出现，有可能使航天飞行器上一些活动部件发生故障，因此防止冷焊是空间技术研究的课题之一。在金属工艺学中，冷焊已成为一种新出现的焊接技术。2100433B

在固体和固体接触过程中发生在表面上的物理现象。1963年, P.J.布赖恩特等人解理云母、石墨层状固体时，发现在超高真空下比在大气压下需要更大的能量。他们认为这是层间表面电荷间静电力引起的附着力造成的。1965年H.I.史密斯等人报道过光学石英片在超高真空中接触后，可有kgf/cm级的附着力的实验结果,他们认为这是由范德瓦耳斯力引起的。1966年P.M.温斯洛和D.V.麦金太尔测量了许多金属配组在超高真空下的冷焊，看到：软金属及其合金较易附着；硬金属及其合金较难附着。D.V.小凯勒于1972年运用表面能谱仪对此进行了更加深入的研究。 即便是精密加工过的固体表面,其不平度仍在0.1μm左右；通常认为很干净的固体表面，实际上仍有异种物质层覆盖着（见图）。若用化学方法洗掉污物，并在真空环境中除去吸附的气体，再使两个表面接触，则在两者接触部位之间因分子的相互扩散而粘合在一起，称为附着。如果除去异物，使表面高度清洁，并在一定的压力负荷下使表面接触，所产生的整体附着叫做冷焊。

冷焊机可分为堆焊型冷焊机、贴薄片修复型的冷焊机、焊接铜铝线冷焊机。其中前两者用于修复金属、铸件表面的磨损、划伤、气孔、砂眼等细小缺陷；后者用于焊接铜线、铝线等有色金属线材，如电动机漆包线的焊接等。

冷焊堆焊型

利用充电电容，以10^-3~10^-1秒的周期，10^-6~10^-5秒的超短时间放电。电极材料与模具接触部位会被加热到8000~10000℃，等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件的表面。由于与母材之间产生了合金化作用，向工件内部扩散，熔渗，形成了扩散层，得到了高强度的结合。实现冷焊（热输入低）的原理是放电时间（Pt）与下一次放电间隔时间（It）相比极短，机器有足够的相对停止时间，热量会通过模具基本体扩散到外界，因此模具的被加工部位不会有热量的聚集。虽然模具的升温几乎停留在室温，可是由于瞬时熔化的原因，电极尖端的温度可以到达10000℃左右。焊条瞬间产生金属熔融，过渡到母材金属的接触部位，同时由于等离子电弧的高温作用，表层深处开成像生了根一样的强固的扩散层，呈现出高结合性，不会脱落。

堆焊型冷焊机用于铁、钢、铝、铜等铸造件裂纹、沙眼、凹坑、气孔、磨损、缺口、划伤等金属表面缺陷的修补。冷焊机补焊后工件不产生热裂纹、不变形、无色差、没有硬点、熔接强度高，可进行机加工。金属修补冷焊机常用于曲轴磨损、塑胶模具磨损、轧辊腐蚀洞眼、气孔沙眼等修复领域。

冷焊贴薄片式

贴片式冷焊机业内叫工模具修补机。采用电阻焊原理修复模具等设备表面的磨损等缺陷。常用于工模具使用过程中产生的局部磨损、模具裂纹、模具生产过程中的切削过度、尺寸超差、棱角损伤、氩焊不足等加工缺陷。它可以将不锈钢等薄焊片（0.05-0.20mm）粘贴到工件表面，每次粘贴厚度最大等同与焊片厚度。该机器也可以将焊粉（或加工废削），填充到缺陷处（如气孔沙眼），经放电后修复。该冷焊机修复工件时整体上发热很小，因此可以避免传统焊接的变形、裂纹、变色等缺点，特别适合修补精细工件和不能进行高温补焊修复的工件。

冷焊铜铝线

铜线冷焊机、铝线冷焊机又叫冷接机，冷压焊机，冷焊钳等名称。是焊接铜线、铝线的设备。可分为手钳式、长柄式、台式、液压型冷焊机等。焊接的有色金属线规从0.08到25MM之间。

该冷焊机是靠压力来焊接有色金属，不需要用电 、用气 、无需加热 、也不需用填料和焊剂，焊接起来的电线结实牢固，常用于发动机漆包线的焊接。

冷焊纳米线

超细金属纳米线之间的焊接是由美国莱斯大学的Lu等人在Nature Nanotechnology《自然 纳米》上首次报道 。研究者原位观察到了金、银纳米线的奇特的冷焊行为：当两根直径小于 10 nm的单晶金纳米线接触时，即使外界不施加热和压力，它们也能自发地融合起来，形成无缺陷的完美单晶纳米线。原位电学性能测试实验表明焊接处有着良好的导电性能，原位力学拉伸测量实验表明焊接处有着和完美纳米线一样的断裂强度。 这一现象可能是在纳米尺度下，晶格定向接触和表面原子快速扩散的共同作用导致的 。另外，冷焊现象也广泛存在于金纳米线和银纳米线甚至其他贵金属超细纳米线（特征尺寸小于10纳米）的焊接中。

随着冷焊技术的不断发展，在冷焊应用中最为稳定广泛的是高分子复合材料类，高分子复合材料可以很好避免热应力变形，同时材料良好的附着、抗压及抗腐蚀等综合性能，可以最大限度地满足各种设备部件的使用要求，从而在最低成本的投入下有效保证生产。安全、方便、可靠。

冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明：脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强；相同的金属或晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性质相近的金属冷焊倾向小；金属化合物比单相固熔体冷焊倾向小；化学元素周期表中B族元素比铁的冷焊倾向小。

在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下，正能满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。 2100433B