Одним из наиболее распространенных металлов во всем мире можно назвать олово. Оно использовалось кузнецами на протяжении многих столетий для изготовления самых различных вещей. Еще до появления металлургической промышленности кузнецы знали, при какой температуре плавится олово, какими физико-химическими свойствами оно обладает. Важным моментом является то, что сплав олова и меди можно считать первым проявлением развития металлургии как отдельной отрасли. Первое искусственное соединение, созданное человеком, во многом зависело от достаточно низкой температуры плавления соединяемых металлов.
История открытия
Прежде чем говорить о производстве сплава нужно разобраться с тем, откуда появились его главные составляющие. По археологическим находкам историки установили, что впервые свинец появился 6 тыс. лет назад. Он содержался в серебряных рудах.
Благородный металл использовался для изготовления украшений, посуды, столовых приборов. Свинец считался отходом и поэтому не использовался. Однако постепенно люди заметили свойства этого материала. Сегодня он используется при производстве:
- сплавов;
- аккумуляторов;
- конструкций, защищающих от радиоактивного излучения;
- красящих составов, припоев для радиоэлектроники;
- защитной оболочки для проводов.
Этот материал применяют в автомобилестроении.
Олово появилось около 3500 лет назад. Изначально оно использовалось для изготовления столовых приборов. В современной промышленности этот материал используется для создания консервных банок. Началось это с 1810 года, когда люди научились хранить продукты с помощью металлических емкостей. Олово используется при изготовлении радиаторов для автомобилей, подшипников.
Олово часто применяется для изготовления деталей промышленного оборудования. Это связано с его повышенным показателем твердости, прочности. Соединения этого металла со свинцом используется при создании подшипников, так как смесь считается износоустойчивой.
Как отличить свинец и серебро?
Серебряные украшения популярны с давних времен, являясь более доступной альтернативой золоту. Поэтому многие пытаются выдать за серебро другие металлы, включая свинец. В большинстве случаев не возникает особых проблем, чтобы отличить их друг от друга, но у новичков в этом деле могут возникнуть сложности. Поэтому опишем несколько явных различий, которые вам нужно знать.
Серебро обладает серебристо-белым цветом, практически 100% коэффициентом отражения света. Со временем этот металл может потемнеть, что является естественной реакцией (серебро покрывается налетом сульфида). Если это настоящее серебро, то его можно очистить с помощью специального крема или зубной пасты – со свинцом, который тоже темнеет, у вас такого не получится.
Он внешне похож на серебро, но обладает синеватым оттенком. Другой простой способ проверки – с помощью кипятка. Нужно опустить серебряное и свинцовое изделие в кипяток на несколько секунд, а затем вынуть. Серебро будет достаточно сильно нагрето, а свинец нет, потому что он обладает низкой теплопроводностью.
Свинец сам по себе мягкий металл, поэтому его можно спокойно гнуть (серебро используется для изготовления ювелирных украшений, поэтому оно обладает большей плотностью). При этом серебро не оставляет темных следов на бумаге, в отличие от этого металла.
В нашей работают опытные сотрудники, которые без проблем отличат один цветной металл от другого. Если необходим дополнительный анализ, то лом отправляется в лабораторию. Поэтому если у вас скопилось определенное количество цветного металлолома, и вы не можете определить его тип, то обращайтесь в наши пункты приема, где вам помогут с этим вопросом. Мы всегда адекватно оцениваем количество примесей в ломе, поэтому предлагаем высокие цены при скупке.
Состав и структура
Соединения часто содержат не только два основных компонента, но и легирующие добавки. Основной из них является сурьма. Соединением может содержать до 15% этого вещества. Другими легирующими добавками является серебро, кадмий висмут. Серебро, сурьма действуют одинаково. Их добавляют, когда нужно увеличить температуру плавления материала. Если нужно сделать смесь менее тугоплавкой, она насыщается висмутом, кадмием.
Когда нужно создать износоустойчивый материал, который будет выдерживать постоянное трение, смесь дополняется медью. Благодаря множеству легирующих добавок, которые можно использовать при производстве сплавов олово и свинца, соединения используют в разных направлениях промышленности.
Плавление сплава
Характеристики
Стоит отметить нетребовательность припоя к паяльному оборудованию. Это может быть как какой-нибудь домашний вариант, так и промышленные устройства. Отсюда и распространенность ПОС 40 как в быту, так и на предприятиях.
Отлично подходит как для пайки на печатных платах с соответствующими свойствами, так и для создания герметичного, надежного шва.
Плотность этого вещества составляет 9300 килограмм на метр кубический. Диаметр припоя может быть разным. Он варьирует от 0,5 миллиметров до 3 миллиметров. Механическая прочность на растяжение составляет у этого припоя 3,8 мегапаскаля. Припой выпускается в соответствии с ГОСТом.
Сегодня на рынке присутствуют как трубки, которые уже имеют в своем составе сосновую канифоль, так и проволоки, которые не имеют в своем составе канифоли. Нельзя сказать, который из вариантов лучше – все зависит от того, в какой именно сфере применяется припой. Где-то будет предпочтительнее вариант уже с канифолью, а где-то – без.
Свойства и маркировка
Готовые сплавы на основе олова и свинца обладают рядом свойств, которые делают соединение уникальным:
- Температура плавления — до 500 градусов по Цельсию зависимо от процентного содержания легирующих добавок.
- Высокий показатель износоустойчивости.
- Стойкость к окислению выше, чем у чистых материалов.
Существует два вида соединений свинца: баббиты и припои. Первые обозначаются буквой «Б». Далее указываются буквы легирующих добавок, процентное содержание основного вещества, количество дополнительных компонентов.
Диаметр пропоев
Припой Припой Т 2,0 ПОС 61 – это припой ПОС в виде трубки с флюсом диаметром 2 мм. Поставляется в бухте или катушке
Возможна другая маркировка. Например Припой ПОС-61-Т1 А это также припой ПОС-61, но в виде трубки диаметром 1 мм
Если вы встретили маркировку Припой ПОС-61 (проволока d-3 мм), то это припой ПОС-61 произведенный в виде проволоки диаметром 3 мм, без канифоли, поставляется в виде бухты.
Маркировка Припой ПОС-30 или Припой ПОС-30 ⌀8 означает одно и тоже. Это припой ПОС-30, поставляемый в виде прутка диаметром 8 мм.
Припой «А», для чего он нужен
Припой «А» — это оловянно-цинковый сплав, с обязательными легирующими добавками меди и алюминия. Применяется для облуживания алюминиевой оболочки кабеля перед нанесением припоя ПОС. Предварительная обработка поверхности кабеля припоем «А» резко увеличивает электрическую и механическую прочность паянного контакта. Однако нанесение припоя «А» требует большого внимания и навыка. Припой «А» является достаточно тугоплавким припоем и есть риск перегрева оболочки кабеля при неудачных попытках натереть ее припоем «А». Очень важно применять для этого качественную газовую горелку с регулировкой остроты пламени.
Классификация
Особенно распространены сплавы олова и свинца, имеющие название баббиты. Их можно разделить на несколько групп:
- Оловянные — обозначаются как Б83, Б89. Содержат сурьму, свинец. Олово выступает основой. Применяется при изготовлении подшипников для промышленного оборудования. Однако основной металл считается дорогим, поэтому часто используются более дешёвые аналоги.
- Свинцовые — обозначаются как Б16. Сплавы на основе свинца считаются более выгодными аналогами оловянных соединений. Высокий показатель износоустойчивости позволяет изготавливать из них детали для станков, подвижных механизмов.
- Кальциевые — твердые частицы, которые входят в состав этого сплава, представляют собой соединение кальция, свинца. Олово выступает как дополнительный компонент.
Как самостоятельно определить или расшифровать марку припоя?
Такой припой используется для соединения медьсодержащих сплавов методом высокотемпературной пайки. Он высокопластичен и прочен, устойчив к коррозии, обладает высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления прямо пропорциональна содержанию в нем цинка. Самые распространенные типы такого припоя: ПМЦ-36, ПМЦ-42, ПМЦ-48, ПМЦ-54. Их сравнительные характеристики даны в таблице:
Припои оловянно-свинцовые (наиболее распространенные) имеют марку ПОС, если в составе присутствует также сурьма (она повышает прочность) – ПОССу. Бывают также оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК), оловянно-цинковые (ОЦ) и бессвинцовые припои. Самые распространенные марки:
Припои с небольшим содержанием серебра (ПСр-1–25) применяются для лужения и пайки различных металлических деталей. ПСр30–45 позволяет получить более прочное соединение элементов из меди и ее сплавов, никеля, ковара, бронзы. Высококонцентрированные ПСр-70 и ПСр-72 имеют повышенную проводимость, прочность на разрыв и изгиб. Они подходят для пайки лезвий ленточных пил.
В большинстве случаев расшифровать марку припоя несложно. Буква П обозначает слово «припой», другие – входящие в него компоненты (Ср –серебро, К – кадмий, М – медь, А — алюминий, Кр – кремний и т. д.). Если в материале присутствуют драгоценные и редкие металлы, маркировка начинается с них, даже если их доля составляет всего 1%. Далее следует цифра, соответствующая процентному содержанию компонента. Например, ПМЦ-36 содержит 36% меди, ПОС-61 – 61% олова.
Существуют припои, произведенные по международным стандартам, например, припой Sn60Pb40, содержащий олова 60 % и свинца 40 %. Температура плавления припой 60/40 равна 191 °С.
Эксплуатационные характеристики припоя можно улучшить с помощью легирования следующими веществами:
ПОС-90 на 90 % состоит из олова и на 10 % из свинца. Также в нем около 0,1 % сурьмы и 0,05 % меди. Чаще всего применяется для пайки и лужения внутренних швов медицинской аппаратуры и пищевой посуды. Температура плавления ПОС 90 равна 220 градусов.
Еще самоделки: Как сделать гранулятор для комбикорма своими руками — этапы с фото
Сферы применения
Оловянные сплавы раньше использовались для изготовления посуды, столовых приборов. Сейчас их гораздо чаще применяют для создания консервных банок. Из этого материла в соединении с другими компонентами изготавливают припои, которые бывают нескольких видов:
- Легкоплавкие — температура плавления не превышает 150 градусов по Цельсию.
- Среднеплавкие — становятся жидкими при нагревании от 200 до 500 градусов.
- Тугоплавкие — плавятся при температуре свыше 1100 градусов.
Ещё одна сфера применения сплавов — производство деталей, устойчивых к трению.
Оловянно-свинцовый припой
Особенности производства и обработки
Расходное сырьё получается из руды. Например, чтобы получить 1 килограмм чистого материала, необходимо переработать 100 кг руды. Плавятся оба материала при низких температурах. Для изготовления сплава нужно учитывать следующие особенности:
- При изготовлении формы для отливки нужно использовать материал, который не подвержен смачиванию расплавленными расходными металлами.
- Форма должна выдерживать нагрев при температуре свыше 250 градусов.
- Расплавленные металлы быстро окисляются под воздействием окружающей среды. Твердый металл защищён от окисления.
Если речь идёт о изготовлении припоя, то к соединению добавляют сурьму. Некоторые мастера добавляют серебро. Он обладает следующими особенностями:
- Серебро защищает материал от образования ржавчины.
- Из-за добавления благородного металла повышается ценник на готовый припой, но расширяется его функциональность.
Есть припои с добавлением цинка. Однако они редко используются. Цинк активно реагирует на воздействие факторов окружающей среды. Он начинает разрушаться, что приводит к нарушению целостности изделия. Лучше использовать смесь сурьмы, олова и свинца. Таким припоем паяют радиодетали, контакты, провода. Изменяя компоненты, мастера добиваются от расходника нужных характеристик. Нельзя забывать про использование флюса.
Сплав олова со свинцом обладает особыми характеристиками. Они изменяются после добавки легирующих компонентов. Применяются готовые соединения для изготовления припоев, износоустойчивых деталей, посуды, столовых принадлежностей, консервных банок.
Структура покрытия олово-свинец.
4.1 Структура покрытия, полученного из борфтористоводородного электролита.
Рассмотрим особенности структуры покрытия олово-свинец эвтектического состава (60% олова) из фторборатного электролита.
На рисунке 9 видно, что свинец осаждается на олове, образуя небольшие островки. Осаждение свинца явно препятствует отложению олова на олове, предотвращая образование дендритов.
Рисунок 9 — СЭМ-изображения сплава олово-свинец (60% олова), осажденных из: а,с — 1мМ Pb2+ + 10мМ Sn2+, b,d — 2,6мМ Pb2+ + 10мМ Sn2+.
Сильное влияние свинца на микроструктуру олова можно соотнести с недостаточным осаждением свинца на олово. Это также согласуется с тем фактом, что свинец ингибирует осаждение олова, т.е. олову становится доступно меньше участков для роста и оно с трудом откладывается на свинце.
На рисунке 10 показано изображение сплава Sn-Pb(60) в обратно рассеяных электронах.
Рисунок 10 — Изображение в обратно рассеяных электронах сплава олово-свинец (60% олова), осажденного из раствора 2,6мМ Pb2+ и 10мМ Sn2+, при 550 мВ в течение 300 с.
Серые зоны кристаллов-олово, а белая часть-олово. Кристаллиты имеют довольно равномерное распределение, и по завесам между кристаллитами ясно видно, что происходит перенос материала с образованием более крупных единиц на поверхности. Кроме того, можно видеть, что свинец и олово осаждаются бок о бок даже в этих небольших кристаллитах, показывая образование сплава также в микромасштабе. Количество кристаллитов примерно в десять раз больше, чем в осадке, показанном на рисунке 9b.
Однако количество центров зародышеобразования все еще на порядок ниже, чем полученное в потенциальных ступенчатых экспериментах.
4.2 Структура покрытия, полученного из современного электролита без фтора.
На рисунке 11 показана морфология поверхности матового олово-свинцового покрытия, осажденного из современного электролита без фтора, а на рисунке 12 — бестящего.
Рисунок 11 — Морфология поверхности матового олово-свинцового покрытия, осажденного из современного электролита без фтора.
Рисунок 12 — Морфология поверхности блестящего олово-свинцового покрытия, осажденного из современного электролита без фтора.
На рисунке 13 показаны микроизображения покрытия Sn–Pb(98) толщиной 16 мкм через 85 дней после нанесения из современного электролита без фтора.
Рисунок 13 — СЭМ-изображения с малым, средним и большим увеличением поверхности покрытия Sn–Pb(98) толщиной 16 мкм на консольной балке через 85 дней.
Видно, что на поверхности нет бугорков и усов. Наблюдаются только бороздки границ зерен.
СЭМ-изображение на рисунке 13c, четко показывает четыре изолированных зерна Pb. Это означает, что частицы Pb существуют в виде отдельных зерен, смешанных с зернами Sn, как и во фторборатном растворе.
Изображение поперечного сечения, полученное с помощью фокусируемого ионного пучка приведено на рисунке 14. Оно показывает, что структура покрытия Sn–Pb не столбчатая. По сравнению с покрытиями Sn и Sn-Cu, осадки Sn–Pb имеют гораздо больше границ зерен, параллельных верхней поверхности. Известно, что совместное осаждение Pb с Sn значительно снижает любую кристаллографическую текстуру Sn, предотвращая столбчатый рост.
Рисунок 14 — Изображение шлифа покрытия Sn–Pb(98) толщиной 16 мкм, полученное с помощью фокусируемого ионного пучка.
СЭМ-изображения поперечных сечений бронзы 16 мкм с различными покрытиями показаны на рисунке 15.
Рисунок 15 — Сечения фосфористой бронзы толщиной 16 мкм с покрытием: а — Sn; б — Sn-Cu; c — Sn-Pb(98) через год после нанесения покрытия.
Рисунок 15 подтверждает столбчатую зернистую структуру покрытий Sn и Sn-Cu. На всех трех микроизображениях на границе раздела между осадком и подложкой виден зубчатый интерметаллический слой Cu6Sn5 толщиной 1,5–2,5 мкм. Также присутствует гораздо более тонкий слой Cu3Sn, но он почти не виден. В покрытиях Sn-Cu также виден интерметаллид Cu6Sn5, распределенный по всему осадку, в основном по границам зерен Sn.
На границах зерен образцов чистого Sn или Sn-Pb интерметаллид не наблюдается. Еще раз отметим наличие большого количества поперечных границ зерен в осадке Sn-Pb по сравнению с осадками чистого Sn и Sn-Cu. Расположение фазы Pb на этих микрофотографиях не обнаружено.
Исследование Sn-Pb(98) покрытия с помощью просвечивающего электронного микроскопа через день после осаждения на стеклоуглерод показало чрезвычайно мелкие, до 10 нм сферические выделения Pb. Через месяц после нанесения покрытия частицы Pb разрастаются и представляют собой кубоиды с тетрагональными искажениями примерно 50 нм внутри зерен и большего размера на границах зерен Sn (рисунок 16).
Рисунок 16 — ПЭМ покрытия Sn–Pb(98) через месяц после осаждения: a — частицы Pb представляют собой тетрагонально искаженные кубоиды примерно на 50 нм внутри зерен Sn, b — более крупные частицы Pb на границах зерен Sn.
На рисунке 17 показано влияние добавки, способствующей измельчению зерна, на морфологию поверхности Sn–Pb(80).
Рисунок 17 — СЭМ, показывающие морфологию поверхности Sn-Pb(80), сформированных при: а — 10 А/дм2 из ванны с добавками, б — 8 А/дм2 из современного электролита без фтора.
В то время как зерна покрытия, нанесенного без ПАВ очень крупные и угловатые, зерна покрытия, нанесенного с применением добавки, очень мелкие и округлые.
Критический радиус электроосажденного зародыша для стабильного роста обратно пропорционален катодному перенапряжению. Скорость зародышеобразования также увеличивается с катодным перенапряжением. Поэтому, чем выше катодное перенапряжение, тем меньше размер зерен.
Катодное перенапряжение при осаждении Sn-Pb в ванне с добавлением функциональных добавок при 10 А/дм2 на 560 мВ больше, чем без них при эквивалентной плотности тока. Это приводит к более гладкой морфологии поверхности покрытий из ванны с добавками по сравнению с ванной без них (рисунок 18).
Дробление зёрен зардышей достигается на импульсном токе. Влияние рабочего цикла и частоты импульсов тока на морфологию поверхности слоев, осажденных при средней плотности тока 10 А/дм2, показано на рисунках 18 и 19 соответственно.
Рисунок 18 — Влияние рабочего цикла на морфологию поверхности осажденного из ванны с добавками Sn-Pb(80) при средней плотности тока 10 А/дм2 с частотой следования импульсов 25 Гц.
Рисунок 19 — Влияние частоты импульсов тока на морфологию поверхности осажденного из ванны с добавками Sn-Pb(80) при средней плотности тока 10 А/дм2 с частотой следования импульсов 25 Гц.
Морфология поверхности покрытий, по-видимому, становится грубее с увеличением рабочего цикла или увеличения частоты импульсов.
