梳理：過去一年焊接領域重大研究突破

1、陶瓷納米線焊接

與金屬材料相比，陶瓷具有耐高溫、硬度高、化學穩定好以及密度小等優點，但目前還沒有技術能夠很好地實現陶瓷部件連接，並保持其良好的性能。因此，合適的連接技術成為陶瓷大量應用的關鍵，如果能將陶瓷材料連接起來並使其具有良好的性能就顯得十分有意義。

中國石油大學（北京）李永峰教授、西安交通大學單智偉教授和燕山大學黃建宇教授（共同通訊作者）在Nature Communications上發表最新研究成果「Ceramic nanowelding」。本項實驗研究中，研究人員介紹了一種用於陶瓷納米線焊接的技術。採用該連接技術得到的接頭力學性能比原始納米線的性能還要好。在CO2氛圍下，藉助先進的球差環境透射電子顯微鏡（ETEM），以多孔MgO為釺料，通過化學反應MgO?+?CO2??MgCO3實現了陶瓷的連接。該技術不僅能夠實現MgO，CuO和V2O5納米線的連接，並進行了拉伸實驗，而且可以連接宏觀的陶瓷材料SiO2，這也意味著該技術未來可能用在陶瓷工具和器件上。

陶瓷納米線焊接的示意圖及實物圖

2、新型焊接材料-——多股焊絲

多股焊絲結構的概念在2009 年由中國礦業大學高頂教授首先提出， 並授權進行了產業化生產和應用。通過近年來對機理分析與深度研發， 引伸出了以「多股複合焊絲」 為核心的包含了焊接材料、焊絲結構、捻絲裝備、弧焊電源以及特種工藝開發等多項發明專利。

相對於傳統實心單絲或葯芯焊絲產品而言，多股焊絲無論在電弧－熔滴過渡特徵以及熔池流動形態方面，還是焊絲產品合金成分設計製造到焊接工藝對熔寬、熔深、堆高的可控性，都得到了全面的提升及拓展， 極大地提高了熔化極電弧焊的熔敷效率和接頭性能，尤其為當前機器人、自動化焊接生產的高品質、高效化的緊迫需求提供了一種全新理念的新型焊材產品。

多股焊絲是一種新型結構的熔化極焊接材料，其突出特點是結構的可設計性，能根據焊接對象的需要實現「量身定做」。多股焊絲的結構設計要素主要有6個方面，即多絲的直徑選擇、中心與外圍絲的分配、焊絲的成分調控、焊絲捻距、絞合方向及焊絲組合數的確定。圖1是多股焊絲的結構示例，可見該類焊絲經不同組合設計能獲得巨大的工藝與性能空間。圖2是多股焊絲組合示意圖，其原理是實心焊絲與葯芯焊絲的定量搭配。

多股焊絲的出現,不僅是一種全新理念的,更是焊接技術走向材料-裝備-工藝一體化的重大進步,是當前焊接技術與製造領域的一個創新和跨越。多股複合焊絲的應用範圍和行業包括：鋼結構、管道、造船、鍋爐壓力容器、重工、工程機械、煤機、耐磨堆焊及海工石油等行業， 其效益的提升表現為：多股焊絲在同等焊接工藝要求條件下，替代傳統的埋弧焊等工藝，實現了焊接生產效率的提升，熱輸入減小，適應了機器人或自動化焊接的高效化需求，並促進了弧焊技術走向「 控形」和「控性」的新階段。

文獻來源：《焊接技術》2017年08期

文獻鏈接： http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HSJJ201708023.htm

3、鈦合金線性摩擦焊接的研究

線性摩擦焊接(LFW)是一種固態連接工藝，是一項在航空發動機中製造鈦合金葉片式磁碟的成熟技術。由於良好的經濟效益，LFW廣泛用於製造Ti-6Al-4V飛機結構部件。然而，由於人們對這項工藝的了解不足，LFW技術很少應用於葉片製造之外的工業領域。

來自英國克蘭菲爾德大學的Anthony R. McAndrew (通訊作者)等人概述了鈦合金線性摩擦焊接的研究進展。討論Ti-6Al-4V線性摩擦焊縫的微觀組織，力學性能，飛邊形貌，界面污染物去除和殘餘應力等，此外通過數值模擬進行分析，並對LFW技術在製造業中的應用做出了展望及更好的利用。

由大型金屬加工而成的零件示意圖

文獻鏈接：A literature review of Ti-6Al-4V linear friction welding (Prog. Mater. Sci.: 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003）

4、塑料焊接

塑料焊接是將塑料部件熔合在一起的製造方法，該過程通過加熱每個部件直到它們軟化或液化來實現焊接。塑料冷卻時，部件間形成化學鍵從而熔合在一起。熱塑性焊條通常用於粘接兩個不同的部件。

不同的塑料焊接方法用於不同的目的，根據所使用焊接設備和焊接材料的類型而變化。塑料部件的基材也影響著塑料焊接的方法。通常優先選用熱塑性塑料，因為它們能夠實現反覆的熔融和固化。

熱氣焊接使用熱空氣射流來焊接塑料。熱氣使塑料軟化並熔化，從而實現零部件的融合。為該技術所設計的熱風槍可引導氣流，從而獲得更高的精度。焊條的材料通常與兩種基材相同，用於填充零部件之間的縫隙。

無氣焊接通過加熱機器或加熱工藝來加熱焊條。該方法有助於防止來自焊條的過量材料積聚，並防止基底材料翹曲。無氣焊接尤其適於焊接熱固性塑料。無氣焊接中光和振動是塑料焊接的兩個技術指標。無法用熱氣焊接的異種材料通常可以使用這些工藝進行熔合。這些工藝，如超聲波、振動、激光、熱塑性焊接等，還可用於焊接那些通常需要保持相對薄度的部件。

超聲波焊接應用低振幅和高頻振動來焊接零件。振動產生熱量，就像手摩擦生熱一樣，從而利用熱量連接兩個部分。超聲波焊接機產生的熱和壓力在兩個部件之間快速形成無縫焊點，適用於生產小型組件，如快閃記憶體驅動器和半導體。

激光焊接使用光來熔化材料。激光焊接時，一種材料透光，另一種材料吸光。這兩種材料在壓力下連接在一起。然後激光束穿過透光材料進入吸光材料，從而產生熱量，形成永久焊點。

熱塑性焊接與激光焊接相反。在該技術中，激光穿過透明材料進入吸光的有色材料。然後透光材料被吸光材料熔化並熔入其中。

塑料焊接應用廣泛。當需要更換的塑料零件價格較高時我們可以對其進行修理，將新的部件焊接上去。防水的氣密性容器，如水箱和通風管道，有時就是通過塑料焊接組裝的。它也常用於製造產品，如汽車部件和大的面板。

5、不同電池基底上鋰鈉合金的通用焊接

金屬鋰電池由於其最低的還原電勢和超高的理論比容量，在未來能量儲存領域中有廣闊的應用前景。然而，鋰枝晶生長以及液體有機電解質的易燃性等問題，嚴重威脅了金屬鋰電池的安全使用。因而其中最有效的策略是使用不易燃且機械強度良好的固態電解質(solid-state electrolytes, SSEs)，以此抑制鋰枝晶的生長。

在如此眾多的SSEs當中，立方石榴石相SSEs優勢明顯，因為其具有良好化學穩定性、高離子導電率和寬電化學電勢窗口。金屬鋰和石榴石陶瓷片之間的直接接觸一般會造成接觸不良以及較大的表面阻抗，通過添加聚合物界面或者施壓，界面將有所改善，但阻抗仍然十分高。

馬里蘭大學的胡良兵副教授（通訊作者）在著名期刊Advanced Energy Materials上發表了題為「Universal Soldering of Lithium and Sodium Alloys on Various Substrates for Batteries」的論文，第一作者為王成威博士，共同第一作者為在讀博士生謝華。該文章報道了一種通用焊接技術，可以快速地將熔融的金屬鋰或金屬鈉塗覆在不同的基底上用於固態電池和其他應用領域。通過添加合金成分，熔融鋰的表面能和粘性都增加了。富鋰的熔融合金在陶瓷、金屬和聚合物等基底上展示了良好的浸潤性。

通過在熔融鋰和鈉中添加合金成分，進行了表面能和負極粘性的調控，因此可以直接熔接合金在不同的基底上。鋰錫合金能夠在10s內熔接在石榴石SSEs的表面並有良好的緊密接觸。能有效減少石榴石相SSE的表面阻抗直至7Ωcm2。電化學測試證實表面和合金電極在長時間和高容量測試中的穩定性。同時探究該合金基熔接技術的用途廣泛性，其他鋰二元合金亦有研究，在金屬、陶瓷和聚合物基底上也展示了類似的浸潤性。並且，該熔接技術可以遷移到熔融鈉合金體系中，鈉錫合金也被成功塗覆在氧化鋁基底上。

焊接鋰以及鋰合金在基底上的示意圖

文獻鏈接: Universal Soldering of Lithium and Sodium Alloys on Various Substrates for Batteries (Adv. Energy. Mater.: 10.1002/aenm.201701963)

本文由材料人編輯部渡口供稿，材料牛整理編輯。

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