冷焊 - johanzumimvon/Johan-zumimvon-Christianity GitHub Wiki

为什么两块金属在太空中接触会焊接在一起?

这种现象并不神秘, 被称作冷焊, 已经被广泛应用于工业生产. 虽然叫冷焊, 不过并不是因为太空太冷, 这两块金属冻在了一起. 而是因为金属键电子的缘故, 使得光滑的二块金属结合起来.

人类在探索太空时就曾因为这种现象得到过教训. ナサ(NASA, アメリカ国家航空航天局)于1989年发射了伽利略号木星探测器（ガリレオ号, ガリレオホー）, 发射前一切检查都正常, 可当探测器进入太空后却发现主天线无法完全打开, 好在有备用天线, 不然整个任务就只能宣告结束.

可这个备用天线功率太小, 使得传输效率大打折扣. 为此, ガリレオホー木星探测器不得不放弃了几个预定的探测任务, 比如对木卫一的探测.

后来科学家通过研究发现, 之所以会出现这种故障, 就是因为ガリレオホー的折叠主天线由于冷焊现象部分粘在了一起, 这才导致升空后主天线无法完全打开. 经此教训, 此后的航天器都会通过特殊处理, 以应对可能发生的冷焊现象.

那么为什么会发生冷焊现象呢?

我们通常焊接时都是将两个接触物体加热, 然后融合在一起. 冷焊就是指不需要加热就能将物体焊接在一起.

冷焊的发生基于扩散现象. 众所周知, 物质都是由原子构成的, 而原子等粒子在永不停息的做不规则的热运动. 当物体之间长时间接触, 接触面的粒子间就会相互扩散, 比如将两块金块表面削平, 紧紧按压在一起, 时间一久, 它们便会粘在一起.

虽然非金属物质之间, 不同金属之间都可能发生冷焊现象, 不过冷焊现象的发生也需要一定的条件.

其实, 两块金属在太空中接触, 若只是接触, 并不会发生冷焊现象, 需要一定的条件, 比如施加压力, 相互摩擦等. 超声波焊接就是利用高频振动产生的摩擦使两个物体熔合在一起的. 总之, 就是需要提供足够的能量, 才能使接触面间的原子顺利牵手, 从而发生冷焊现象. 此外, 两种材料的相容性也决定了冷焊的发生概率, 比如条件合适的情况下, 两块黄金之间就比较容易发生冷焊现象. 但是非金属就很难发生这种现象, 这是因为非金属不存在金属键电子.

太空属高度真空环境, 两块光洁的金属接触时, 且接触面没有氧化层, 由于没有空气阻碍, 会接触的非常紧密, 基于扩散现象与金属的金属键电子, 接触面的原子会更容易连接在一起, 最终导致二块金属粘在一起, 遂发生了冷焊现象. 而且太空属于无氧环境, 即使氧化层磨掉了, 金属表面也不会再氧化, 从而使得金属键电子更容易起到连接作用, 这更加剧了冷焊现象的发生概率.

地球上不容易发生冷焊现象, 就是因为金属暴露在空气中, 表面大多有氧化层存在, 并且两个接触面之间通常还存在空气层.

ガリレオホー木星探测器的折叠天线之所以发生冷焊, 是因为活动接口处的处理不当, 再加上后期的震动摩擦, 从而产生了冷焊现象.

冷焊容易使航天器上的一些活动部件发生故障, 比如加速轴承磨损, 导致太阳能电池翼伸展困难等. 为了应对航天领域的这一危害, 可以选择不易发生冷焊的配偶材料, 以及在接触面上镀膜, 或者上点润滑剂, 这样能降低金属之间的摩擦, 有效降低冷焊现象发生的概率.

冷焊现象虽然在某一方面有害, 但也有好的一面. 由于焊接过程中不需用高温加热, 材料没有收缩率, 所以焊接口不容易产生微小的裂纹, 故而焊接后的强度较高, 不易开裂脱落.