Kaltverschweißung

Als Kaltverschweißen bezeichnet man das Phänomen, vorwiegend metallische Werkstücke gleichen Materials bereits bei Raumtemperatur so miteinander verbinden zu können, dass die Verbindung dem „normalen“ Verschweißen sehr nahe kommt; daher rührt auch die Bezeichnung. Dieses Phänomen wurde in den 1940er Jahren entdeckt.

Ursache

Bei Werkstücken mit hoher Oberflächengüte (Kontaktflächen außerordentlich eben und glatt ausgebildet) berühren sich im Vergleich zu solchen mit schlechter Oberflächengüte sehr viele der Metallatome an den beiden Grenzflächen und die Anziehungskräfte selbiger untereinander verbinden diese zu einem stabilen Atomgitter. Sie sind anschließend nicht ohne Zerstörung der Oberflächengüte wieder voneinander zu trennen. Die Erscheinung verstärkt sich bei Anwendung von Druck bzw. unter Luftabschluss (Vakuum).

Beispiele

Der Effekt tritt z. B. bei Parallelendmaßen auf, wenn sie „angesprengt“ sind, also sehr nah beieinander liegen und längere Zeit nicht wieder getrennt werden.

Er tritt auch auf beim sehr engen Kontakt von galvanischen Oberflächen (z. B. Schrauben aus rostfreiem VA-Edelstahl in Gewinden) unter Einsatz von Druck (und resultierender Reibung). Falls die gegenüber dem Luftsauerstoff passivierende Chromoxid-Schicht an der Oberfläche nicht ähnliche Verformbarkeitseigenschaften wie das Metall darunter besitzt, wird sie beschädigt, wodurch dann Kaltverschweißung auftreten kann. Versucht man die beiden Teile wieder zu trennen, können durch Abrieb weitere Oberflächenbeschädigungen und Verformungen auftreten, bis hin zum Bruch von Werkstück bzw. Werkzeug. Abhilfe wird hier geschaffen durch Schmierung oder Beschichtung mit einem hochfeinen nichtmetallischen Gleitfilm. Gegen Kaltverschweißen während des Gewindeschneidens muss auf ständige Schmierung während der Bearbeitung geachtet werden und Werkzeugstillstand vermieden werden.

Das Kaltverschweißen ist ebenso ein Problem bei der Trockenproduktion von Nanopartikeln. Man kann es verringern, indem beim Zerkleinern (Mahlen) der Partikel Mahlhilfsmittel zugegeben werden, die sich zwischen die zu mahlenden Partikel mischen und so ein Zusammenhaften verhindern. Als Mahlhilfsmittel wird z. B. in festem Aggregatzustand befindliches Kohlendioxid eingesetzt.

Den Kaltverschweißungs-Effekt zunutze macht sich hingegen die Pulvermetallurgie. Bei Pulvern treten große Oberflächen auf. Dies begünstigt den Effekt der Kaltverschweißung bei der Verdichtung des Metallpulvers unter hohem Druck zu sogenannten Grünlingen. Bei der anschließenden Wärmebehandlung, dem sogenannten Sintern, werden die Pulverteilchen an ihren Berührungsflächen durch Diffusion der Metallatome in eine feste Verbindung gebracht.

„Kaltverschweißen“ von Kunststoffen

Die Verbindung von Kunststoffen (insbesondere aus PVC) bei Umgebungstemperatur bezeichnet man zwar häufig auch als „Kaltverschweißen“, die korrekte Bezeichnung für dieses auf gänzlich anderer Grundlage beruhende Verfahren ist jedoch Quellschweißen, weil hierbei die Kunststoffpolymere unter Zuhilfenahme eines flüssigen Schweißmittels („Folienkleber“, Tetrahydrofuran) an der benetzten Grenzfläche „aufgequollen“ werden. Eine häufige Anwendung ist das Verschweißen von PVC-Folienbahnen, z. B. bei der Anlage von Gartenteichen.