Точную дату появления оловянно-свинцового припоя вряд ли кто-то назовет. Однако соединение, обозначаемое «ПОС», известно еще со средних веков. Оно обладает оптимальными качествами для того, чтобы соединять многие металлы.
Его легко расплавить, а свинец и олово, входящие в состав, добывались несколько тысяч лет назад. В настоящее время припой ПОС – самый распространенный вид расходного материала, применяемый в каждодневной практике.
Популярность и свинца объясняется несколькими обстоятельствами.
Главная особенность сплавов – способность при определенном соотношении компонентов образовывать состав с эвтектическими свойствами. Это межметаллическая система, температура плавления которой меньше, чем ожидаемые значения.
Можно себе представить радость первооткрывателей, которые обнаружили, что оловянно-свинцовый сплав для превращения в жидкое состояние можно нагревать до меньшей температуры.
Интересно, что эвтектическая смесь может служить растворителем, в котором распределяется при добавлении определенное дополнительное количество какого-либо металла.
Так были разработаны разнообразные марки припоев ПОС. В их технических характеристиках указаны пропорции, значения физических констант.
Визуально заметно, что при преобладании в оловянно-свинцовом сплаве олова припой имеет сильно выраженный металлический блеск. Если в сплаве больше свинца, поверхность имеет сероватый цвет с синим оттенком.
Характеристики отдельных марок
Производители поставляют припойную продукцию:
- в литых чушках;
- в виде проволочных изделий;
- лентообразной фольги;
- трубчатой продукции с флюсами внутри;
- порошков или пастообразной массы.
В целом существует однозначная закономерность. Чем меньше массовая доля олова в оловянно-свинцовом припое, тем больше его температура плавления и меньше прочностные показатели.
Больше половины олова
В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.
Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.
Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.
Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.
Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.
Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.
Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.
Меньше половины олова
Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.
Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах.
Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.
Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.
Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.
Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.
Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.
Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.
ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.
Припои с маркировкой ПОС – бессурьмянистые расходные материалы.
Группа специальных сплавов
При добавлении в состав металлических композиций в небольших количествах сурьмы значительно увеличивается прочность шовных соединений.
Материал обозначается маркировкой «ПОСсу», имеет температуры плавления от 189 ℃ (у состава со следовым содержанием сурьмы) до 270 ℃ (у припоя с содержанием сурьмы, достигающим 4 %, в некоторых даже 6 %).
Материалы первой подгруппы с концентрацией добавки, измеряющейся в сотых долях процента – это малосурьмянистые марки.
Такие припои применяются в авиа- и автомобилестроении, при производстве холодильного оборудования, пищевой посуды, подлежащей последующему лужению.
Таблица 1. Малосурьмянистые припои:
|
Область применения |
||||
|
ПОССу 61-0,5 |
Остальное |
Пайка деталей, чувствительных к перегревам |
||
|
ПОССу 50-0,5 |
Остальное |
Авиационные радиаторы |
||
|
ПОССу 40-0,5 |
Остальное |
Оцинкованные детали холодильников, радиаторные трубки, обмотки электрических машин |
||
|
ПОССу 35-0,5 |
Остальное |
Кабельные оболочки электротехнических изделий, тонколистовая упаковка |
||
|
ПОССу 30-0,5 |
Остальное |
Радиаторы |
||
|
ПОССу 25-0,5 |
Остальное |
Радиаторы |
||
|
ПОССу 18-0,5 |
Остальное |
Трубки теплообменников, электролампы |
||
Металлические оловянно-свинцовые композиции с концентрацией сурьмы от 1,5 % до 6 % называются сурьмянистыми. Они рекомендованы к применению в электролампах, трубчатых радиаторах, белой жести.
Прибавка сурьмы удешевляет оловянно-свинцовый материал, но спаивание происходит сложнее. Незначительное изменение оловянно-свинцового композита заметно уменьшает смачивающие способности расплава. Работать с этим расходным материалом могут только профессионалы.
Таблица 2. Сурьмянистые припои
|
Область применения |
||||
|
Остальное |
Трубопроводы, работающие при повышенных температурах, изделия электропромышленности |
|||
|
Остальное |
Холодильные устройства, тонколистовая упаковка |
|||
|
Остальное |
Холодильники, электроламповое производство, абразивная упаковка |
|||
|
Остальное |
Изделия автомобилестроения |
|||
|
Остальное |
||||
|
Остальное |
||||
|
Остальное |
||||
|
Остальное |
Электроламповое производство |
|||
|
Остальное |
Трубчатые радиаторы, детали, работающие при повышенных температурах |
|||
|
Остальное |
Шпатлевка кузовов автомобилей, пайка белой жести |
|||
|
Остальное |
Изделия автомобилестроения |
|||
Низкотемпературная группа
Заметно понижает добавка кадмия. Например, сплав ПОСК-50-18, содержащий от 49 % до 51 % олова, от 17 % до 19 % кадмия имеет температуру плавления 145 ℃.
Это удобное в работе качество, вдвойне приятное тем, что образующиеся швы имеют большую механическую прочность. Оловянно-свинцовые припои с кадмием применяют при работе с металлизированной и керамической продукцией.
Вопрос о применении расходного материала решается с учетом конкретной производственной ситуации.
Именные сплавы
К оловянно-свинцовым композициям условно можно отнести сплавы, носящие имена ученых-разработчиков. Низкую температуру плавления, всего 94 ℃ имеет эвтектический сплав Розе.
В его составе содержится 50 % висмута. Остальную часть массы приблизительно в равных долях занимают олово и свинец. Материал используется для работы с медью, изготовления элементов автоматики с фиксированной эксплуатационной температурой.
Еще меньшую температуру плавления имеет оловянно-свинцовый припой Вуда. Она равна 68,5 ℃. Материал содержит 50 % висмута, 25 % свинца, а остальную массовую часть поровну составляют олово и кадмий. Применяют при изготовлении датчиков противопожарной сигнализации, прецизионной техники.
Сплав Д, Арсе содержит около 10 % олова, остальные 90 % составляют висмут и свинец в равных долях. Материал имеет температуру плавления 79 ℃. Применяется для спаивания легкоплавких металлов.
сплав олова со свинцом
Альтернативные описанияКаменистая отмель
Небольшой каменистый остров, лишенный растительности
Водный камень
Длинная каменистая отмель
Ж. блестящая наволока, тонкий слой на чем, оболочка, полуда, полива, финифть; туск на глазу, белесоватое потемненье прозрачной оболочки глаза. Стар. головная повязка, вероятно светлая, блестящая. Стар. верхняя одежа, плащ, мантия. Луда златом исткана. Перм. иловатая, холодная, серая почва, синяя глина; жесткая почва. Вологодск. перм. толокно на молоке, особ. употреб. во время полевых работ. Ряз. завара, саламата. Кереметь, вотяцкая божница. Луд м. стар. безумный, глупый, шальной. Лудь, луди ж. арх. ослепительный блеск, белизна. Луда сев. мара или морока, отвод глаз. Луду пускать, морочить, пускать тумана. Луда арх. плитняковое дно реки, природная настилка; арх. подводные или наводные плоские камни, мели; гранитные плешины. На лудах ловятся сельди и корехи. Пск. *неотвязчивый, докучный человек. Лудога ж. петерб. рыба сиг, с Птиного носа, на Ладожском озере. Лудик м. лудяк вят. перм. серая, иловатая почва, твердеющая на солнце, луда. Лудик съедает назем. Лудан м. стар. ткань камка, или род камки. Пск. шелковая вещь, как платок, передник. Луданный, лудановый пенз. шелковый. Лудушка или лудка, лудышка ж. арх. олон. луда, в знач. мели, камня, а стар. поемный, нередко поносный островок. Лудить что, покрывать полудою, расплавленным оловом; лудят медную посуду, железные листы, обращая их в жесть или белое железо. Обманывать, мошенничать. -ся, быть лудиму. Вылудить кастрюлю, перелудить их все, снова. Луженье ср. лудка ж. об. действ. по знач. глаг. Лудить, луданить кого, шуточн. бить, колотить, задать потасовку. Лудильный, к луженью относящ. Лудильный мастер. Лудильная м. мастерская, где лудят. Лудильщик м. кто лудит посуду. Лудила, драчун, забияка. -щиков, ему принадлежащ.; -щичий, к нему вообще относящ. Лудеть, слепить блеском, белизною, блеснить, зеркалить. Снег лудеет на солнце. Серебро лудеет в горну
Каменист. остров
Каменист. отмель
Каменистый остров
Камень из воды
Камень, выступающий из воды; прибрежная каменистая мель
Небольшой каменистый и голый остров
Небольшой каменистый остров
Сплав для лудильщика
Сплав для лужения
Каменистая отмель
Канифоль
Длинная каменистая мель
Прибрежная каменистая мель
Сплав олова и свинца обладает особыми параметрами, позволяющими применять его в различных отраслях промышленного производства. Технические характеристики и физические свойства каждого металла определяют их использование для длительного хранения продуктов, пайки и обработки поверхности деталей с целью увеличения срока эксплуатации.
Сплав олова со свинцом используется для придания прочности изготавливаемым деталям
Физические свойства свинца
Свинец – продукт отходов переработки серебра – оказался очень полезным металлом в производстве
Археологические артефакты свидетельствуют о том, что этот химический элемент был известен человеку более 6000 лет назад. Его открытие связано с присутствием металла в рудах, содержащих серебро. При их выплавке материал выбрасывался в отходы, но со временем из него начали делать различные изделия: фигурки, водопроводные трубы. В настоящее время свинец применяется:
- для производства аккумуляторов;
- в кабельной промышленности - для создания защитной бесшовной оболочки;
- для изготовления красок и припоев;
- при строительстве защитных сооружений - для источников радиационного загрязнения (саркофагов);
- для производства сплавов на его основе (баббитов);
- для изготовления типографских составов;
- в медицине.
Главным потребителем свинца является автомобильная промышленность, где широко применяются баббиты. Производство свинцовых стартерных аккумуляторов постоянно растет, в разработки вносятся усовершенствования.
В химической промышленности материал используют для покрытия стальных изделий: аппаратов, резервуаров, трубопроводов. Так как железо и свинец между собой не соединяются, то на изделия предварительно наносят тонкий слой расплавленного олова. Такой процесс обработки называется лужением.
В производстве применяется не только чистый свинец, но и его соединения. Например, оксид свинца используется при изготовлении стекла. Незначительная добавка соединения в материал при плавке стекла позволяет придать хрустальным изделиям прозрачность естественного минерала - горного хрусталя.
Технические параметры олова
Олово – от ложки до радиатора
Данный химический элемент известен более 3500 лет и изначально предназначался для изготовления столовых предметов. Современное потребление олова связано с консервной промышленностью.
Патент на способ хранения продуктов в жестяных банках принадлежит повару из Франции. С 1810 года человечество получило возможность долговременного хранения пищевых продуктов.
Олово является основным компонентом припоев, применяемых для пайки и лужения теплообменных аппаратов, радиаторов автомобильных двигателей, лужения медицинской и пищевой аппаратуры.
Материал используется для производства оловянной бронзы, обладающей отличными механическими, литейными, антикоррозионными свойствами. Такие сплавы применяются в деталях, предназначенных для эксплуатации в особых условиях и и при особой нагрузке.
Сплавом, обладающим низким коэффициентом трения, является баббит. Он содержит 83% олова, сурьму и медь. Его применяют в производстве подшипников. Благодаря устойчивому соединению сурьмы и меди сплав имеет высокую твердость.
Механизм работы подшипника и компоненты состава исключают возникновение механических повреждений на поверхности детали.
Олово обладает специфическими физическими свойствами:
- Его деформация сопровождается звуком, образованным в результате сдвига под воздействием силы.
- При температурах -39 °C и + 161°C олово превращается в порошок.
Истории известны случаи таких преобразований. Пуговицы, сделанные из чистого материала, на морозе теряли свою форму, а «оловянная чума» разрушала слитки металла.
Главные различия металлов и их сплавов
Еще в древности эти материалы различали только по цвету и называли белым и черным оловом. Между ними существуют различия, которые можно легко установить без дополнительных анализов.
Масса свинца выше в 1,5 раза, чем у олова. Зато олово имеет высшую твердость и трещит при деформации. Свинец легко окисляется с образованием пленки серого цвета.
Какие компоненты содержит сплав олова со свинцом, определить сложнее. Приблизительный показатель можно получить при фиксировании температуры и характера плавления соединения.
Подшипниковые материалы, содержащие олово и свинец, сплав металлов с никелем, теллуром, кальцием, обладают высокой устойчивостью к износу.
Олово и свинец прекрасно дополняют друг друга, что делает их сплав незаменимым в производстве
Припои на основе этих металлов различаются температурой плавления. Мягкие, с температурой плавления до +300 °C, содержат висмут и кадмий. Твердые (тугоплавкие) припои, переходящие в жидкое состояние при +500 °C, в своем составе имеют серебро, цинк, медь.
Для пайки сплавов с высоким содержанием олова, в которых отсутствует свинец, рекомендуется использование реактивов, разбавленной азотной кислоты. При травлении состава основа чернеет, а места с низким содержанием металла остаются светлыми, что позволяет улучшить качество пайки деталей.
Расплавленный чистый свинец не скользит по поверхности, не смачивая ее, но сплав с оловом позволяет получить качественное покрытие. Рабочая температура ванн устанавливается в зависимости от долевого содержания сплавляющего металла.
В случае необходимости уменьшения масляного зазора подшипников и улучшения условий работы деталей применяют поверхностное покрытие сплавами олова или свинца.
Для покрытия поверхности без содержания углеродов в качестве полуды применяют сплав, содержащий 90% свинца, 5% олова и 5% сурьмы. Состав сплава влияет на текучесть материала, которая варьируется в зависимости от соотношения компонентов.
ОЛОВО, СВИНЕЦ И ИХ СПЛАВЫ
§ I . СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ОЛОВА И СВИНЦА
Олово и свинец среди других технических металлов выделяются относительно низкой температурой плавления, малой твердостью и высокой коррозионной стойкостью.
Эти свойства и предопределили основные области применения данных металлов. Свинец в чистом виде используется в химическом аппаратостроении, для кабельных оболочек, защиты от рентгеновых и γ-лучей и в других областях. Свинец и олово широко применяются для производства антифрикционных (подшипниковых) сплавов, легкоплавких сплавов и припоев, антикоррозионных покрытий, а также в качестве присадок к латуням, бронзам и другим сплавам.
Промышленностью выпускаются олово и свинец различной чистоты (табл. 42 и 43).Физико-химические свойства этих металлов приведены в приложении 1.
Для олова, в зависимости от температуры, характерны две кристаллические структуры (модификации). Непосредственно при затвердевании образуются кристаллы олова с тетрагональной решеткой, с периодами а=5,82 А, с -3,17 А. Эта модификация олова называется β = Sn. Олово в форме модификации устойчиво до температуры 18°, а затем переходит в новую модификацию ά = Sn с решеткой типа алмаза с периодом а=6,46 А.
Переход из одной модификации в другую сопровождается резкими объемными изменениями, что приводит к разрушению олова и превращению его в черный порошок. Необходимо заметить, что при температуре 18° и несколько более низкой скорость этого превращения весьма незначительна и ее можно практически не учитывать. Однако при минусовых температурах (особенно минус 30-40°) процесс полиморфного превращения протекает весьма интенсивно. На изделиях вначале появляются темные наросты, а затем наступает полное их разрушение. Описанное явление в практике часто называют «оловянной чумой». Олово, «заболевшее» оловянной чумой, можно восстановить только путем переплавки.
Некоторые примеси (свинец, сурьма и др.) в небольших количествах резко снижают скорость превращения олова из одной модификации в другую, а три определенных концентрациях (0,5% и выше) практически полностью предохраняют от «оловянной чумы».
Обычное белое олово (β = Sn) кристаллизуется из расплава в форме крупных столбчатых кристаллов.
Самопроизвольный отжиг очень чистого олова протекает уже достаточно полно при комнатной температуре.
Очень чистый свинец при кристаллизации дает тоже крупное зерно.
Свинец не получает наклепа при холодной деформации, так как температура его рекристаллизации ниже комнатной температуры.
Технические олово и свинец содержат всегда некоторые примеси. Bce примеси в олове, кроме сурьмы практически не растворимы при комнатной температуре. Основной примесью в олове является свинец, который в некоторых марках, предназначенных для изготовления сплавов, допускается в значительных количествах (до 1-2%).
Как уже отмечалось, чистое олово обладает хорошей химической стойкостью. Оно не окисляется на влажном воздухе, устойчиво в органических кислотах и кипящей воде. Это с давних пор позволяет применять олово для лужения посуды, жести и других антикоррозионных покрытий. Примеси значительно снижают коррозионную стойкость олова. При наличии в олове свинца или мышьяка оно становится не пригодным для пищевой посуды и аппаратуры.
Сильные кислоты и щелочи растворяют олово. В этом отношении свинец является более стойким материалом. Особенно большой стойкостью свинец обладает в серной кислоте вследствие образования на его поверхности защитной окисной пленки. Свинец устойчив в горячей серной кислоте до концентрации 80%, в холодной - до концентрации 92%. В соляной кислоте свинец устойчив до концентрации 10%. Наиболее сильно на свинец действует азотная кислота.
В сухом воздухе свинец не окисляется, во влажном покрывается тусклой окисной пленкой, обладающей хорошими защитными свойствам».
§ 2. СПЛАВЫ ОЛОВА И СВИНЦА
В промышленности нашли широкое применение пять групп сплавов на основе олова и свинца:
1) антифрикционные сплавы;
2) легкоплавкие сплавы;
3) припои;
4) типографские сплавы:
5) сплавы для кабельных оболочек.
Ниже рассматриваются структуры, свойства и применение этих сплавов.
1. Антифрикционные сплавы
Химический состав промышленных антифрикционных сплавов на основе олова и свинца указан в табл. 44. Важнейшие физико-механические свойства этих сплавов представлены в табл. 45.
Указанные в табл. 44 сплавы можно условно разделить на три группы:
1. Сплавы на оловянной основе (Б93, Б90, Б83).
2. Сплавы на свинцовой основе (БС, БК).
3. Сплавы на оловянно-свинцовой основе (Б16, БН, БТ, Б6).
Сплавы на основе олова
