Koud-druk-lassen door diffusie.

[Human]

Koud-druk-lassen is een proces waarbij gelijke metalen aan elkaar verbonden worden enkel door druk, zonder warmte.
Ik vond heel wat informatie op internet daarover en o.m. een mooie tube over koud-lassen van Indium.
(Hoef ik dus niet in een reactie.)
Er zijn wel wat voorwaarden aan verbonden,o.m. zuiver en oxidevrij oppervlak ....
Wordt vooral toegepast voor verbinden van Alumunium en Koper draden.
Men schrijft dat bij genoeg druk de atomen "DIFFUNDEREN" op de rakende oppervlakken.
So far so good, maar, de electronen "layer" van de metaal atomen stoten toch elkaar af.
1. Wat gebeurt er PRECIES op atomaire schaal bij het diffunderen?
2. Waarom lukt het enkel bij relatief "zachte" metalen,en b.v. niet bij Fe ?
3. Waarom lukt het niet tussen b.v. Al. en Cu ? ........ terwijl ze wel aan elkaar te lassen zijn via verhitting en het gepaste
toevoeg-materiaaal.
4. Waarom lukt het niet bij kunststoffen ? ..... wegens de complexe moleculen? .... en dan nog ?

[Gast]

Het gaat vooral om de "verankering" (mechanische verbinding) van twee kristallijne materialen (zuiver kristallijne kunststoffen komen niet veel voor) op microscopische schaal. Hierbij ontstaat er een metaalbinding als gevolg van de interactie tussen de vrije ionen en elektronen wanneer twee metalen tegen elkaar worden gedrukt. Dit is in het kort de momenteel is de geaccepteerde verklaring.
(Dit kan uiteraard niet bij kunststoffen.)

Hierbij speelt ook de elektrostatische kracht weer een rol en ja, hoe diep wil je gaan? .. het is vrij veel en hoort eigenlijk in chemie/scheikunde (materiaalkunde eigenlijk) thuis .. n.m.m.

Een wat vollediger antwoord over waarom bijvoorbeeld ijzer (Fe en staal, ferrometalen eigenlijk en koolstof"rijke" materialen) niet geschikt zijn voor "koudlassen":

Als eerst: "koudlassen" is eigenlijk (een vorm van) "diffusielassen". Beide vallen onder "solid state welding".

https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Diffusielassen

Die wikipedia pagina geeft al enigszins antwoord op je vragen (vooral de Engelse natuurlijk).

Het volgende zal vrij technisch zijn en vereist misschien iets meer dan basiskennis van thermodynamica en metallurgie.

Diffusielassen vindt plaats door het elimineren van dislocaties in een poging om de vrije energie te verlagen. Vrije oppervlakken zijn plaatsen met een hogere energie dan verbonden oppervlakken, zodat ze op natuurlijke wijze aan andere vrije oppervlakken zullen hechten.

Om binding te laten ontstaan, is een balans tussen 3 dingen vereist: warmte, tijd en kracht.
"Gewoon lassen" (fusion welding) vindt plaats omdat voldoende hitte het materiaal doet smelten, en de diffusie is zeer hoog in vloeistof. Dit betekent dat in korte tijd en weinig druk een (las)verbinding ontstaat. Om een "solid-state binding" te laten plaatsvinden, moeten "in statu nascendi" oppervlakken gecreëerd worden. Dit kan door extreem hoge kracht (zie wrijvingsroerlassen) of door extreem vlakke en schone oppervlakken (diffusielassen).

Voor diffusielassen (en koudlassen) is het vereist extreem vlak (zo dicht mogelijk bij een atomair vlak) en schoon (geen oxiden of verontreinigingen aan het oppervlak) om oppervlakken te maken die spontaan binden (in statu nascendi oppervlakken). Deze oppervlakken moeten in nauw contact worden gebracht om hechting te laten plaatsvinden, dus er moet een soort druk worden uitgeoefend om microscopisch kleine openingen te overbruggen. Als deze twee oppervlakken eenmaal dichtbij genoeg zijn (in de orde van ångströms) diffunderen de kristallieten in elkaar en vormen ze een grotere kristallieten met een lagere vrije energie (stabieler). (Dit is hetzelfde dat gebeurt in het gebied van kristalgroei tijdens behandeling met warmte (MIG/MAG/TIG/WhateverTF-lassen.)) Uiteindelijk smelt het hele oppervlak samen en wordt het een bijna niet te onderscheiden onderdeel van het materiaal. Dit gebeurt meestal op een matig hoge temperatuur om het diffusieproces te versnellen, en bijna altijd in een vacuüm om de vorming van oppervlakte-oxiden of andere verbindingen te voorkomen.

Nu, om je vraag hierover een beetje directer te beantwoorden: ijzer (en staal) ondergaat een allotrope transformatie van een kubisch ruimtelijk gecentreerd (krg)-kristalstructuur (delta-ferriet) naar een kubisch vlakgecentreerd (kvg)-kristalstructuur (austeniet) en terug naar krg + carbiden (alfa-ferriet en opgeloste koolstof voor ferriet en perliet) zoals te zien op een ijzer -koolstof fase diagram. Om een ​​goede hechting tussen materialen te krijgen tijdens diffusielassen, moeten ze een vergelijkbare kristalstructuur hebben. Aluminium en koper vormen kvg-structuren, dus het is eenvoudig om ze aan elkaar te legeren en ze te verbinden door middel van diffusielassen.

Omdat kvg een meer "open" kristalstructuur is, is ook de diffusie in vaste toestand relatief hoog. Bij staalsoorten moeten ze worden verwarmd tot in het austenietfasegebied (kvg) om voldoende diffusiesnelheden te verkrijgen voor alle praktische processen. In deze staat lijkt het mogelijk om aluminium en staal te verbinden, aangezien ze dezelfde kristalstructuur hebben. Als je echter naar het fasediagram van ijzer-aluminium kijkt, zie je intermetallische vormen ontstaan ​​bij samenstellingen rond 70% Al. Omdat dit bijna puur aluminium en bijna puur ijzer is, zijn er twee legeringen die die intermetallische gebieden moeten doorkruisen, waardoor lassen op zijn best moeilijk en bijna zinloos is. Bovendien, omdat er significante diffusie en kristalkorrelgroei is in het austenietfasegebied EN omdat grotere korrels gelijk staan ​​aan slechtere mechanische eigenschappen (behalve kruipweerstand), wordt diffusielassen van staal niet buiten onderzoek gedaan. Dit komt simpelweg omdat er geen praktische reden is om staal te diffusielassen.

Het is dus wel mogelijk om ijzer en staal te "koudlassen", maar het is niet praktisch of nuttig en zal bij kamertemperatuur bijna oneindig lang duren.

Naja, hopelijk heb je er iets aan. Denker!

[Human]

@TommyWhite,
Ongetwijfeld.
Ik zou beter op zoek gaan naar kennis en inzichten via internet, in plaats van snel spontaan mijn vragen te ventileren op WSF.
Wikipedia Engels is geen probleem hoor.
Bij deze exacte wetenschappelijke mechanische toepassing zijn de reacties gelukkig éénduidig.
Bij fundamentelere vragen zijn de verschillende interpretaties / zienswijzen bij momenten heel boeiend.
..............................................
Bij Al en Cu word koud-druk -lassen veel toegepast voor het verbinden (aan elkaar lassen) van dunne draden.
Een andere methode is bijna onmogelijk !

[Gast]

Smeltlassen van aluminium en koper werkt niet (goed), vanwege de enorme verschillen in smeltpunten. Maar ze kunnen wel worden gelast met een vastestofproces (solid state welding), waarvan ultrasoon lassen het meest wordt toegepast. Dit is een vorm van druklassen (ipv smeltlassen). Grofweg vallen alle lasprocessen onder druklassen en smeltlassen ((Eng.) Solid state welding en Fusion welding). Zie hier voor een overzicht van verschillende lasprocessen:

https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Lassen

Kouddruklassen wordt bijna niet toegepast.

Maar goed, heb ik je vragen enigszins beantwoord of ben ik voor niets bezig geweest?

[Human]

@TommyWhite,
U schrijft :Smeltlassen van aluminium "en" koper .....U bedoelt waarschijnlijk aluminium "aan" koper ... maar goed .. ik dacht dat dat zelfs niet kon.
Zoals ik in de topic schreef ging mijn interesse niet echt uit naar de verschillende processen van lassen, maar wat er gebeurt op de kontakt-vlakkenbij het koud-druk lassen, met de nadruk op "koud".
U ging uitgebreid in op beide aspecten, het lassen en het diffunderen.
Ik vond in uw reacties er wat ik wou vinden.
Bedankt.
...................................................
Wat ik mij nog afvraag is als enorm hoge drukken (in principe zonder temperatuursverhoging) ALLE elementen, samengestelde stoffen, kristallen, gesteenten .. kunnen laten diffunderen ?
Men maakt b.v. kunstmatige diamanten via een proces van druk En temperatuur.
Zou het theoretisch ook kunnen enkel met druk ?

[Gast]

Ja, in theorie wel.

Maar bij een drukverhoging komt warmte vrij. Als je een hoeveelheid gas comprimeert, bijvoorbeeld door een zuiger in een cilinder te duwen, zorg je ervoor dat elk molecuul dat tegen de zuigerwand stuitert iets sneller terugkaatst. Terwijl je op de zuiger drukt, werk je; deze arbeid wordt vertaald in meer kinetische energie voor die gasmoleculen, wat meer warmte betekent. Als je stopt met duwen, stopt de toename van de warmte.

Oftewel druk en temperatuur zijn met elkaar verbonden.

[Human]

@TommyWhite,
Volgens welke theorie ?
Sorry hoor, al die moeite........ ik weet ook een heel heel klein beetje van thermodynamica.
Bestaat er dan zoiets gelijkaardigs bij vaste stoffen als de gaswetten bij gassen ?
v;b. Temperatuur als functie van de druk bij gelijk volume ?

[Gast]

Ja, iets dergelijks geldt ook voor vaste stoffen. Maar sorry, om dit uit te leggen kost mij teveel tijd en energie. Want het scheelt ook allemaal nogal per materiaal. Dat wordt o.a. een hele cursus materiaalkunde.

En ik verwacht daarna alleen maar meer vragen .. en daar is op zich niets mis mee natuurlijk; vragen stellen, maar bij de hoeveelheid vragen die jij stelt denk ik (ook denkend aan de vraag aan tempelier over eigentijd, waar hij doelt op inertiaalstelsels, maar .. naja) .. denk ik with all due respect: read a book already!

[Gast]

PS. Lees bijvoorbeeld over de formatie van (vallei) gletsjers en een van de mogelijke redenen* dat ze stromen (als rivieren). Is een eenvoudig voorbeeld en vind je misschien wel interessant.

*Bij hogere druk wordt het smeltpunt lager.