Олово относительно редкий, но в тоже время распространенный материал. В соединении с медью олово создает новый более прочный металл, а именно бронзу, которая была наиболее распространенным материалом в древности.
Сейчас олово используется для изготовления тары для хранения и перевозки продуктов питания, так как является наиболее безопасным из металлов. Также его часто используют в качестве припоя в электронике.
По внешнему виду олово очень напоминает серебро. Серебро более ценный и дорогостоящий металл, который относится к разряду драгоценных металлов. Так, цена на олово в среднем составляет не более 25 долларов за килограмм, в то время как стоимость серебра превышает 650 долларов за килограмм.
Этим внешним сходством часто пользуются мошенники, которые готовы продать олово под видом более дорогого металла и получить при этом огромную прибыль. Кроме того, в домашних условиях бывает важно определить какой перед человеком металл – серебро или олово.
Различия олова и серебра
В быту можно отличить олово от серебра и первый признак, по которому можно отличить их является его цвет. Серебро можно отличить по серебристому цвету с небольшими темно-серыми и черными пятнами как налет, а олово имеет равномерный серый окрас, без каких-либо искажений.
Что Будет, Если СПЛАВИТЬ ВСЕ МЕТАЛЛЫ Вместе?
Второе отличие заключается в прочности этих двух металлов. Так, серебро отличается более высокими показателями прочности и если взять небольшой кусочек серебра и олова и попытаться их согнуть, то олово под механическим воздействием скорее и легче начнет менять свою форму.
Третьим отличием является температура плавления. Проверить это в домашних условия немного проблематично, но возможно. Для этого понадобится постоянный источник огня, достигающий температуры в 350 градусов, емкость, которая выдержит данную температуру, защитный рукавицы и сами кусочки металлов. Температура плавления олово достигает приблизительно 330 градусов, а у серебра данная температура выше практически в три раза. Соответственно при нагревании олово начнет плавиться гораздо быстрее.
Если из металла сделано изделие, то, прежде всего, нужно отыскать на нем пробу. Если проба есть перед человеком с вероятностью 90% серебряное изделие, если ее нет, то это подделка и скорее всего олово.
Популярные марки серебряных припоев
Результатом процесса паяния должно стать образование шва, прочного соединяющего детали и имеющего хорошие физические свойства, в частности, электропроводность.
Достичь такого эффекта позволяют припои на основе серебра. Существует много доступных составов, постоянно применяемых на практике.
Достоинства
Благородный металл в чистом виде имеет высокую пластичность и температуру плавления. Серебро без добавок применять в качестве припоя невозможно и нецелесообразно. Вкладывать энергию для достижения при 962 ℃ расплавленного состояния и получать в результате мягкий шов не имеет смысла.
Выгодно и удобно использовать сплав серебра с другими металлами. Чаще всего добавляют медь. Во многих составах присутствует цинк. В мизерных количествах, не превышающих доли процентов, в металлические композиты вводят железо, свинец, висмут.
Температура плавления серебряных припоев уменьшается пропорционально сокращению массовой доли благородного компонента. Следовательно, уменьшаются затраты энергии и времени на пайку.
Сплавы из группы серебряных припоев хорошо обволакивают рабочие детали, способствуя образованию прочных швов. Места соединений не окисляются; выдерживают механические и вибрационные нагрузки.
Серебросодержащий сплав может применяться для пайки металлических изделий самых разнообразных составов. Для каждой практической ситуации в имеющемся ассортименте можно найти подходящие марки серебряных припоев.
Они имеют разное соотношение компонентов; отличающиеся показатели плотности и удельного электрического сопротивления; могут содержать легирующие добавки, улучшающие технические характеристики.
Состав всех применяемых для пайки серебряных сплавов регламентирует ГОСТ.
В целом наблюдается следующая тенденция: сплавы с большой концентрацией благородного металла (50%, 72%) имеют маленькие значения удельного сопротивления. Их используют для формирования соединений с большой электропроводностью.
Серебряные припои с относительно невысокой концентрацией серебра (40-62%) применяют для пайки деталей, которые не будут сильно нагреваться.
Характеристики серебряных припоев в таблицах:
Практически все серебряные припои имеют в сплаве железо, свинец, висмут. Суммарное количество добавок составляет чуть более 0,1%.
Многие радиолюбители используют в работе оловянно-серебряные припойные составы, содержащие всего 2% дорогого металла, 62 % олова и 36% свинца. Сплав легко переходит из жидкого состояния в твердое, хорошо проводит электрический ток.
Помимо отечественных материалов поставщиками предлагается большое количество импортных серебряных припоев. Цена на них, естественно, выше, а качество вполне сравнимо с российской продукцией.
Применения недорогих марок
Сплав серебра и олова температура плавления
Использование олова
Одно из наиболее известных применений олова – пайка. Невысокая температура плавления позволяет паять в домашних условиях. Для пайки этот металл продается в виде небольших прутков диаметром до 10 мм.
Достаточно часто предлагаются сплавы с различными добавками – со свинцом, серебром, медью, индием и другими. Температура плавления олова и свинца ниже, чем чистого олова, поэтому процесс пайки проходит быстрее.
Благодаря физическим характеристикам этот металл можно хранить в нормальных условиях в жидком виде. Низкая температура плавления олова позволяет запаивать металлическую жидкость в стеклянные ампулы для лабораторных или других исследований.
Общие свойства олова
Все свойства этого металла можно разделить на две большие группы: физические и химические.
Физические характеристики
Это серебристый ковкий металл, который легко окисляется при температуре окружающей среды, при этом цвет олова изменяется на темно-серый. Если согнуть пластину из этого металла, то можно услышать характерный звук, так называемый «крик олова», который возникает из-за трения между составляющими его кристаллами. Одной из ярко выраженных его характеристик является резкое ухудшение механических свойств при определенных условиях, носящее название «оловянная чума»: ниже температуры -18 °C происходит разрушение металла, и он начинает выглядеть, как серый порошок.
Чистое олово имеет две аллотропных модификации: серую и белую. Серая модификация имеет кубическую кристаллическую структуру, является полупроводником, очень хрупкая, имеет низкую плотность и стабильна при температуре ниже 13,2 °C. Белая аллотропная модификация имеет тетрагональную кристаллическую структуру, хорошо проводит электрический ток и стабильна при температурах выше 13,2 °C.
Плавится металл при относительно низкой температуре 232 °C (для сравнения: железо плавится при 1535 °C). При этом необходимо понимать, отвечая на вопрос, при какой температуре плавится олово, что плавится именно его белая аллотропная модификация. Несмотря на низкую температуру плавления, кипение металла происходит при относительно высокой температуре 2602 °C (железо кипит при 2750 °C).
Химические свойства
Химический элемент олово хорошо реагирует как с сильными кислотами, так и с сильными основаниями, однако относительно инертен в нейтральных растворах. Подвергается коррозии в присутствии окислительных сред, в отсутствии кислорода металл практически не подвергается коррозии. При окислении на поверхности металла образуется плотная оксидная пленка, которая защищает остальную его часть от дальнейшего окисления.
Если при растворении солей в воде образуется кислая среда, тогда в присутствии окислителей или воздуха олово вступает в реакцию. К таким солям относятся хлориды, например, алюминия и железа. Большинство неводных жидкостей, например, масла и спирты практически не вступают в реакцию с оловом. Само олово и его простые неорганические соли не являются токсичными, однако, некоторые органические композиты обладают токсичностью.
Оксид олова (II), SnO является кристаллом черно-синего цвета, который растворяется в кислотах и основаниях. Его используют для производства солей в гальванопластике и при производстве стекла. Оксид олова (IV), SnO2 представляет собой белую пыль, нерастворимую в кислотах. Его используют в качестве незаменимого компонента для окраски в розовых, желтых и коричневых керамиках, а также в диэлектриках и тугоплавких сплавов. Он является важным агентом при полировке мрамора и других декоративных камней.
Хлорид олова (II), SnCl2 является основным ингредиентом в оловянной кислоте для пайки. Хлорид олова (IV), SnCl4 используется в качестве химического ингредиента для придания веса шелковой ткани, а также для стабилизации некоторых парфюмерных продуктов и стабилизации цвета мыла, а SnF2, имеющий белый цвет и растворимый в воде, применяется в качестве добавки к зубным пастам.
Органические химические соединения на основе этого элемента — это такие соединения, в которых присутствует хотя бы одна связь олова с водородом, Sn-H, и в которых металл проявляет степень окисления +4. Органические соединения, которые нашли свое приложение в индустрии, обладают следующими химическими формулами:
Здесь R — органическая группа, например, метил, этил, бутил и другие, а X — неорганический элемент, например, хлор, кислород, флор и другие.
Плавка олова
Олово достаточно легко расплавить в больших количествах и отлить в форму из графита или любого другого материала. Средняя температура плавления олова не превышает 240°C. Основные требования к материалу для форм заключаются в следующем:
- вещество не должно смачиваться жидким оловом;
- материал должен выдерживать температуру в 250°C, не разрушаясь и не меняя своей формы.
Расплавленный металл способен окисляться на открытом воздухе, а твердое вещество довольно устойчиво к кислородной коррозии. Иногда это свойство используется для нанесения металлического слоя на жестяные изделия. Но в отличие от цинкового напыления, оловянное не придает изделию электрохимическую защиту – в случае царапины коррозия быстрее разъест поверхность с оловянным покрытием, а не с цинковым.
Олово для пайки
Температура плавления зависит от количества и состава примесей в прутке. О том, какая температура плавления олова, можно узнать из таблицы наиболее распространенных сплавов.
Для улучшения характеристик припоя в него вводят небольшое количество сурьмы. Данная композиция применяется для пайки радиодеталей в наиболее ответственных участках.
Олово и свинец
Как и олово, свинец в виде сплавов и добавок используется человеком с незапамятных времен. Этот недорогой и распространенный металл обладает свойствами, повышающими качество припоя и его эксплуатационные характеристики.
Припои, в состав которых входит свинец, называются свинцовосодержащими. Соединения свинца очень вредны для здоровья, поэтому применение соединений этого металла весьма ограничено. В прошлом широкое распространение свинцовых припоев было обусловлено хорошими эксплуатационными характеристиками сплава и его низкой температурой обработки. Температура плавления олова и свинца не превышает 190°C. Несмотря на строгие ограничения, припои со свинцом широко используются в отдельных отраслях промышленности, например в оборонном производстве и в секторе ядерной энергетики.
Разновидности применяемых материалов
Применяемые сплавы могут состоять из различных химических веществ. Классификация проводится следующим образом:
- Мягкие или легкоплавкие. Наибольшей популярностью пользуются соединения олова и свинца, а также их различные виды. Для того чтобы придать особые свойства сплаву, в его состав добавляются различные элементы. Примером можно назвать то, что кадмий и висмут могут включаться в состав для существенного снижения температуры плавления, к примеру, до 61 градуса Цельсия. Стоит учитывать, что и прочность подобных сплавов низкая. Этот момент не позволяет получить надежные соединения, сплав подходит лишь для проведения работ по соединению контактов. Важно следить за температурой, до которой нагревает паяльный прибор сплав. Не рекомендуется допускать кипения жидкого металла, так как это может привести к изменению его основных свойств.
- Твердые представлены двумя группами сплавов: меди и серебра. Для восприятия небольшой статической нагрузки часто применяется сплав цинка и меди, который позволяет получить весьма качественное соединение. В качестве припоя может использоваться и золото.
Выпуском припоя занимаются самые различные фирмы, к примеру, Harris Corporation. Форма выпуска может быть самой различной: от фольги до проволоки различного сечения.
Использование чистого олова
Какая температура плавления
Олово, которое используют в электронике, обычно относится к типу эвтектики, это означает, что это сплав с более низкой температурой плавления для каждого из составляющих его элементов. Так, если имеется 60% оловянный сплав (Т плавления — 232 C) и свинцовый 40% (Т плавления — 327 C), то общая температура плавления сплава будет примерно 183 C .
Наиболее распространенный припой, используемый в станах ЕС для электронных работ — 63/37 SnPb. Он представляет собой эвтектический сплав с температурой плавления — 183 C. Сплав 60Sn имеет рабочий диапазон 183-238. Существует более низкотемпературный сплав Sn43Pb43Bi14, имеющий температуры плавления 144-163.
Источник: nicespb.ru
Классификация припоев для пайки, технические характеристики и рекомендации по выбору
При выборе припоя нужно руководствоваться следующими принципами:
1) температура плавления паяемых деталей должна быть выше, чем температура плавления припоя,
2) должна обеспечиваться хорошая смачиваемость основного материала,
3) значения коэффициентов температурного расширения основного материала и припоя также должны быть близки,
4) наименьшая токсичность припоя,
5) припой не должен ухудшать механические свойства основного материала и образовывать с ним гальваническую пару, приводящую к интенсивной коррозии в процессе эксплуатации,
6) свойства припоя должны соответствовать технико-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к конструкции в целом (прочность, электропроводность, коррозионностойкость, хладостойкость и др.),
7) припои с ограниченным интервалом кристаллизации требовательны к качеству подготовки поверхностей к пайке и обеспечению точного капиллярного зазора, при больших зазорах лучше применять композиционные припои,
8) для проведения вакуумной пайки и пайки в среде защитных газов наиболее подходящими являются самофлюсующиеся припои, без содержания цинка и других металлов с высокой упругостью паров,
9) для пайки неметаллических деталей используют припои с добавками элементов, обладающих наибольшим химическим сродством (для керамики и стекла — с цирконием, гафнием, индием, титаном).
Припои классифицируют по нескольким признакам:
1. По температуре плавления:
а) низкотемпературные (Тпл до 450 град., на основе галлия, индия, олова, висмута, цинка, свинца и кадмия): особолегкоплавкие (Тпл до 145 градусов), легкоплавкие (Тпл=145. 450 град.);
б) высокотемпературные (Тпл более 450 град., на основе меди, алюминия, никеля, серебра, железа, кобальта, титана): среднеплавкие (Тпл=450. 1100 град.), высокоплавкие (Тпл=1100. 1850 град.), тугоплавкие (Тпл более 1850 град.).
2. По типу расплавления: полностью и не полностью расплавляемые (композиционные, из твердого наполнителя и легкоплавкой части).
3. По способу получения припоя — готовые и образуемые в процессе пайки (контактно-реактивная пайка). При контактно-реактивной пайке припой получается в результате расплавления основного металла, прокладок (фольги), покрытий или вытеснения металла из флюса.
5. По способу образования флюса: флюсуемые и самофлюсующие, содержащие литий, бор, калий, кремний, натрий. Флюс служит для удаления окислов и защиты кромок от окисления.
6. По технологии изготовления припоя: прессованные, тянутые, штампованные, катанные, литые, спеченные, аморфные, измельченные.
7. По виду припоя: прутковые, проволочные, трубчатые, ленточные, листовые, композитные, порошковые, пастообразные, таблетированные, в виде закладных деталей.
Среди низкотемпературных припоев наибольшее распространение получили оловянно-свинцовые припои (Тпл=183 град. при содержании олова 60%). Содержание олова может колебаться в пределах 30. 60%, Тпл=145. 400 град., при большем содержании этого элемента температура плавления снижается, увеличивается жидкотекучесть сплавов.
Так как сплав олова и свинца склонен к рассыпанию и плохо взаимодействует с металлами при пайке, то в состав этих припоев вводят легирующие добавки цинка, алюминия, серебра, кадмия, сурьмы, меди.
Наиболее легкоплавкими припоями являются составы, содержащие галлий (Тпл=29 град.). Оловянно-галиевый припой имеет Тпл=20 град.
Висмутовые припои имеют Тпл=46. 167 град. Такие припои при затвердевании увеличивают свой объем.
Температура плавления индия — 155 град. Индиевые припои используют при пайке материалов с разными температурными коэффициентами расширения (например, коррозионно-стойкая сталь с кварцевым стеклом), так как он имеет свойство высокой пластичности. Индий обладает стойкостью к окислению, коррозионной стойкостью к щелочам, хорошей электро- и теплопроводностью и смачиваемостью.
Более высокой пластичностью обладают медные припои с добавками серебра и марганца . С целью повышения механических свойств вводят также добавки никеля, цинка, кобальта, железа, щелочных металлов, бора и кремния.
Медно-цинковые припои более тугоплавки (Тпл более 900 град. при количестве цинка до 39%), применяются для пайки углеродистых сталей и разнородных материалов. Потери цинка в виде испарений изменяют свойства припоя и вредны для здоровья, как и пары кадмия. Для снижения этого эффекта в припой вводят кремний.
Медно-никелевые припои подходят для пайки деталей из коррозионно-стойких сталей. Никелевая составляющая повышает Тпл. Для ее снижения в припой вводят кремний, бор, марганец.
Серебряные припои изготавливают в виде системы «медь-серебро» (Тпл=600. 860 град.). Серебряные припои содержат в своем составе добавки, снижающие Тпл (олово, кадмий, цинк), и повышающие прочность соединения (марганец и никель). Серебряные припои являются универсальными и применяются для пайки металлов и неметаллов.
При пайке жаропрочных сталей применяют никелевые припои системы «никель-марганец» . Помимо марганца такие припои содержат и другие добавки, повышающие жаропрочность: цирконий, ниобий, гафний, вольфрам, кобальт, ванадий, кремний и бор.
Пайку алюминия производят алюминиевыми припоями с добавлением меди, цинка, серебра и кремния , снижающих Тпл. Последний элемент образует с алюминием наиболее коррозионно-стойкую систему.
Пайку тугоплавких металлов (молибден, ниобий, тантал, ванадий) осуществляют чистыми или композиционными припоями с высокой Тпл на основе циркония, титана и ванадия . Пайку вольфрама производят сложными припоями систем «титан-ванадий-ниобий», «титан-цирконий-ниобий» и другими.
Свойства припоев и их химсостав указаны в таблицах 1-6.
Источник: electricalschool.info