быстро, практически мгновенно. Внезапность его и отражается термином «схватывание»./

Возникает вопрос, почему два твердых металла, например две металлические пластины с тщательно зачищенными и хорошо пригнанными поверхностями, не обнаруживают, никаких признаков соединения или «схватывания» не только при соприкосновении, но и при сдавливании достаточно большими давлениями? Объяснить это повседневно наблюдаемое явление не так просто. Одной из причин его следует считать неметаллические пленки, покрывающие сплошной довольно прочной броней поверхность всякого твердого тела.

Пленки, образующиеся на металлической поверхности, имеют различное происхождение, состав и свойства. Это может быть слой оксидов различного состава и толщины, обычно отличающийся значительной твердостью и хрупкостью. Толщина слоя оксида увеличивается иногда на протяжении многих лет.

Пленки образуются и без химического взаимодействия — за счет физического процесса адсорбции. Известно, что у атомов, лежащих на поверхности твердых или жидких тел, заняты не все связи. Частицы, приблизившиеся к поверхности металла, захватываются свободными связями атомов и просто присоединяются, «прилипают» к ней. Пленки такого рода состоят из жиров и масел, с которыми металлы часто соприкасаются при обработке. Для образования тонкой жировой пленки, например, достаточно прикоснуться к металлу рукой. Жировые пленки, в отличие от окисных, мягки, эластичны, могут растягиваться, увеличивая площадь и уменьшая толщину во много раз. Они с трудом разрушаются и очень устойчивы.

Но не жировые и окисные пленки являются главным препятствием к образованию соединения. Основной причиной, мешающей схватыванию поверхностей, служит возникновение на них слоя адг сорбированных газовых молекул. Более удаленные от поверхности молекулы или атомы газа слабо связаны с металлом и сравнительно легко удаляются. Самый нижний мономолекулярный слой газовых молекул, лежащий непосредственно на поверхности металла, связан с ним чрезвычайно прочно. Количество адсорбированных газовых молекул примерно соответствует числу поверхностных атомов металла, плотность вещества в мономолекулярном слое близка к плотности твердого тела. Давление, с помощью которого можно получить такую же плотность газообразного вещества, составляет сотни, а иногда и тысячи атмосфер.

Прочность сцепления мономолекулярного слоя сравнима с прочностью металла, вследствие чего при низких температурах адсорбционную пленку можно удалить, только срезав ее вместе с металлом. Однако на зачищенной поверхности очень быстро образуется новый мономолекулярный слой из газовых молекул окружающей среды. Расчет показал, что в сухом атмосферном воздухе при нормальном давлении и комнатной температуре мономолекулярный слой на зачищенной поверхности восстанавливается за 2,4 • Ю-9 сек,

а при любом другом давлении время восстановления выражается 1,8-10-«

формулой т = —-—, где т — время восстановления, сек; р — давление воздуха, мм рт. ст.

В высоком вакууме «чистая» поверхность может сохраняться достаточно долго, например, для р= Ю~10мм рт. ст. время т = = 18 ООО сек = 5 ч. Поэтому в высоком вакууме, например в космическом пространстве, при повреждении мономолекулярного слоя изделия из металла могут схватываться при случайном соприкосновении, что будет препятствовать перемещению соприкасающихся частей различных механизмов.

Схватывание при низких температурах отличается характерными особенностями: оно практически бездиффузионно; соединения разнородных металлов не имеют переходных слоев; образование интерметаллидов и других соединений происходит настолько быстро, что может считаться практически мгновенным. Схватывание возможно не только при комнатной температуре, но и при температуре жидкого азота.

Явление схватывания металлов при низких температурах используется в холодной сварке. Здесь чистая металлическая поверхность обычно образуется за счет значительной пластической деформации слоев металла, текущих вдоль поверхности раздела. При этом сдирается поверхностный слой металла, выводятся на поверхность свежие, ювенильные слои, которые схватываются в условиях полной изоляции от окружающей среды.

Тесно связано со схватыванием другое интересное явление. При испытании на усталость образец разрушается после определенного числа циклов переменной нагрузки. Металл, испытываемый в высоком вакууме, выдерживает значительно большее число циклов; он как бы «не устает». При усталостном испытании металл разрушается вследствие возникновения и постепенного развития сетки трещин. При обычных испытаниях в трещину попадает воздух, который образует мономолекулярные слои на ее стенках и делает невозможным сращивание последних при соприкосновении. В высоком вакууме возникающие трещины тут же «залечиваются» путем сращивания соприкасающихся стенок.

Помимо пленок, получению прочного соединения мешают неровности, выступы и впадины. Даже на тщательно отшлифованной поверхности металла есть многочисленные неровности, размеры которых по сравнению с размерами атомов и межатомных расстояний огромны. Если две металлические поверхности находятся под небольшим давлением, то площадь их действительного соприкосновения, происходящего по вершинам выступов, по сравнению с кажущейся поверхностью соприкосновения очень мала. При увеличении давления выступы начинают деформироваться, высота их уменьшается и площадь действительного соприкосновения возрастает. Но с началом смятия выступов быстро растет прочность и твердость металла, из которого они состоят, и начинается деформация металла