Олово при низких температурах

Олово при низких температурах

Одно из самых известных применений олова в быту, это пайка. Консервные банки сейчас в основном покрывают лаком (раньше лудили), а посуду чаще делают из более дешевых метериалов. Для пайки, олово обычно продается в виде прутков или проволоки различной толщины (от 8-10 мм и меньше), примерно как на пятом фото. Достаточно часто при этом используется не чистое олово, а его сплавы с другими металлами (свинец, серебро, медь, индий и т.п.). Эти сплавы имеют меньшую температуру плавления и ряд каких-либо еще специальных свойств.

Низкая температура плавления дает возможность запаять небольшое количество металлического олова в стеклянную ампулу.

Большее количество металла можно достаточно легко расплавить, например, на газовой плите и отлить в форму из графита или какого-либо другого материала, выдерживающего нагрев до 250 градусов и не смачивающегося расплавленным оловом. На воздухе расплавленное олово медленно окисляется с поверхности, но в твердом виде оно устойчиво против атмосферной коррозии. Иногда это используют для нанесения металлических покрытий на жесть, но, в отличие от цинковых, оловянное покрытие является более электроположительным и не дает электрохимической защиты металла. То есть, при нарушении покрытия (царапины и т.п.) коррозия железа в этом месте будет происходить быстрее, чем в случае нелуженого металла.

Для полупроводниковой промышленности требуется олово чистотой 99.999% и выше (чистота технического металла обычно составляет 96-99%). Очистку металла до такой чистоты обычно производят зонной плавкой, а потом отливают металл в виде вот таких слитков (на фото). Если согнуть палочку или продолговатый слиток чистого олова, слышен хруст – так называемый «крик олова». Этот хруст вызывается спонтанным образованием двойниковых кристаллов при деформации слитка. Хрустят при изгибании только достаточно чистые образцы олова (чище 99%), оловянные сплавы такой способностью не обладают. Кроме олова, хруст можно наблюдать еще в еще в случаях индия, ниобия (не пробовал) и кадмия.

Для исследований удобнее использовать гранулированное олово. Оно быстрее вступает в реакции и его удобнее отмерять на весах. Встречаются гранулы разной формы: в виде капелек, чешуек или кусочков неправильной формы. Это зависит от скорости выливания олова из гранулятора, его охлаждения и других факторов.

Одним из уникальных (правда, не всегда полезных) свойств чистого олова является его способность при температуре немного ниже комнатной претерпевать аллотропный переход и превращаться в низкотемпературную модификацию – серое олово (или альфа фазу).

Давным-давно было замечено, что при сильных холодах посуда, сделанная из олова, покрывается специфическими «язвами», которые, разрастаясь, постепенно приводят к превращению такой посуды в порошок. Причем стоило «простудившейся» миске прикоснуться к здоровой, та тоже покрывалась пятнами и рассыпалась. Долго люди не могли понять сути происходящего. В конце прошлого века в России был такой случай. Из Голландии в Россию был отправлен железнодорожный состав, доверху груженный брусками олова. По прибытии в Москву в открытых вагонах грузчики вместо ожидаемого металла обнаружили… серый порошок. Объяснить это необычное явление удалось лишь много позже, когда на помощь ученым-металловедам пришел рентгеновский анализ, давший возможность проникнуть в суть кристаллического строения веществ. В частности, олово может принимать различные кристаллические формы. Известное нам белое олово — пластичный металл, при температуре ниже 13°С образует новую модификацию, обладающую свойствами полупроводников, — олово серое, в кристаллической решетке которого атомы располагаются менее плотно. Одна модификация переходит в другую тем быстрее, чем ниже температура окружающей среды. При –33°С скорость превращений становится максимальной. Олово трескается и превращается в порошок.

Именно это превращение и получило название «оловянная чума».

«Вылечить» же металл, столь необходимый для пайки проводов и электронной аппаратуры, возможно, если добавить в него стабилизатор, например висмут.

Первое видео: кусочек белого олова с затравкой из серого олова охлажден до -38°C. Размер клеточки во всех видеороликах — 1 сантиметр. "Оловянная чума" началась примерно через полчаса после охлаждения. Частота съемки — 6 фотографий в час. Видно,что металл увеличивается в объеме, "разбухает" и рассыпается на кусочки.

Для следующего видео, взя т более аккуратный брусок олова, проточенный на токарном станке и увеличил и частоту съемки примерно в три раза (20 фотографий в час). Это, видео получилось более плавным, смена кадров поч т и не заметна. Одна секунда видео соответствует одному часу реального времени. На всех видео хорошо видно, что цвет образующегося серого олова действительно серый и хорошо отличим от исходного метала.

На третьем ролике, кусочек олова имеет форму диска. В центр диска поместил затравку, но хорошо видно, что превращение началось сразу в несколких местах образца.

Читайте также:  Как из телефона сделать колонку для компьютера
Олово (Sn) является коррозионностойким нетоксичным легкоплавким металлом, что определяет его применение в пищевой и электронной промышленности. Помимо этого Sn является составным компонентов многих сплавов. На странице представлено описание данного материала: физические и химические свойства, области применения, марки, виды продукции.

Основные сведения

Олово (Sn, Stannum) — химический элемент с атомным номером 50 в периодической системе. Относится к группе легких металлов; ковкий и пластичный материал. Имеет серебристо-белый цвет с блестящей поверхностью. Плотность составляет 7,31 г/см 3 , температура плавления tпл. = 231,9 °С, температура кипения tкип. = 2620 °С.

Металл может существовать в трех модификациях в зависимости от температуры:

  • α-Sn (серое олово) — температура ниже 13,2 °С; кубическая кристаллическая решетка типа алмаза;
  • β-Sn (белое олово) — температура выше 13,2 °С; тетрагональная кристаллическая решетка;
  • γ-Sn — температура 161-232 °С.

Стоит отметить, что при температуре окружающей среды ниже 13,2 °С олово изменяет свое фазовое состояние и переходит в α-модификацию. При этом оно трескается и превращается в порошок. Наиболее высокая скорость перехода наблюдается при температуре -33 °С. Данное явление получило название “оловянная чума”.

В земной коре содержание Sn по разным данным составляет от 2·10 -4 до 8·10 -3 % по массе. Данный металл занимает 47-е место по распространенности в земной коре. Основным минералом, содержащим олово, является касситерит (оловянный камень), в состав которого входит до 78,8% Sn. Лидерами по запасам рассматриваемого химического элемента являются Китай, Индонезия, Малайзия и Таиланд.

История открытия

Свойства олова

Физические и механические свойства

Свойство Значение
Атомный номер 50
Атомная масса, а.е.м 118,7
Радиус атома, пм 162
Плотность, г/см³ 7,31
Теплопроводность, Вт/(м·K) 66,8
Температура плавления, °С 231,9
Температура кипения, °С 2620
Теплота плавления, кДж/моль 7,07
Теплота испарения, кДж/моль 296
Молярный объем, см³/моль 16,3
Группа металлов Легкий металл

Химические свойства

Свойство Значение
Ковалентный радиус, пм 141
Радиус иона, пм (+4e) 71 (+2) 93
Электроотрицательность (по Полингу) 1,96
Электродный потенциал -0,136
Степени окисления +4, +2
Энергия ионизации, кДж/моль (эВ) 708,2 (7,34)

Марки олова

Достоинства / недостатки

    Достоинства:

  • имеет хорошую коррозионную стойкость в среде органических кислот и солей;
  • не подвержен негативному влиянию серы, содержащейся в пластике;
  • нетоксичен, что позволяет использование в пищевой промышленности.
    Недостатки:

  • имеет низкую температуру плавления;
  • склонность к “оловянной чуме”.

Области применения олова

Sn имеет несколько основных направлений применения. Благодаря своей нетоксичности и стойкости к коррозии в среде органических солей и кислот данный металл получил распространение в пищевой промышленности. Его наносят в виде покрытий на различные изделия, имеющие контакт с продуктами питания. Оловом также покрывают медные жилы проводов. Оно защищает Cu от негативного воздействия S, содержащейся в резиновой изоляции.

В производстве электронных приборов, где очень часто для соединения элементов применяется пайка, олово используется в качестве припоя.

Sn является составляющей большого количества сплавов с медью, цинком, медью и цинком, медью и сурьмой. Среди наиболее известных можно выделить баббиты, бронзы.

Продукция из олова

Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из олова. Наиболее распространены чушки, проволока, прутки и аноды.

Достаточное широкое применение в промышленности получили оловянные аноды, которые используются при лужении поверхностей различных изделий. Оловянная проволока и прутки часто используются в качестве припоев в электронике при пайке. Оловянные чушки выступают исходным материалом для производства остальных полуфабрикатов, а также используются при выплавке сплавов, содержащих олово.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Со школьной скамьи всем известно, что олово с химическим символом «Sn», используют для пайки микросхем и других радиодеталей. Основное требование для этого сплава — невысокая температура плавления. Это вызвано тем, что во время процесса должен плавиться припой, а не соединяемая деталь. Чистое олово с Т плавления 232 °C вполне подходит для этих целей, но на практике чистое олово для пайки, фактически не применяется, из-за высокой стоимости, чаще используют сплавы со свинцом и другими металлами.

Характеристики

Олово незаменимо при производстве электронных устройств. Благодаря своим свойствам оно используется для сварки компонентов в радиотехники. Сплав под названием Eutectica, состоит из свинца (Pb), серебра (Ag), меди (Cu) и никеля (Ni). Благодаря этим присадкам олово плавится при разных температурах в зависимости от процентного содержания, каждого из них.

Олово мягкое и податливое, но очень устойчиво к коррозии и не образует ржавчину, имеет очень хорошую электропроводность и относительно низкую температуру плавления. Все эти характеристики делают его незаменимым для создания электронных устройств.

Читайте также:  Как узнать прошивку модема huawei

Процесс пайки протекает в мягкой сварке, которая состоит из объединения двух базовых элементов посредством вклада в основу третьего элемента с более низкой температурой плавления. Например, припаивая медную прокладку монтажной платы к ножке конденсатора, используют расплавленное олова, которое плавится при гораздо более низкой температуре, чем базовые элементы. В процессе нагрева, жидкое олово благодаря своим капиллярным свойствам притягивается к базовым компонентам, а затем охлаждается в режиме мягкой пайки.

Виды припоев и флюсов

В нашей стране большое распространение получила марка припоя ПОС — сплав олова Pb и свинца Sn. В зависимости от вида в него может быть добавлены кадмий, никель, медь, и другие металлы. В основном ПОС изготавливает в форме прутков, проволоки, шариков и пасты. Химсостав его строго регламентирован ГОСТ 21930-76. В России широко применяют такие виды припоя: ПОС18, ПОС30, ПОС50, ПОС90, которые относятся к мягким сплавам с Т плавления до 300 градусов.

ПОС-18

Припой регламентируется государственными стандартами, кроме Pb (0.8 %) и Sn (17-19 %), он имеет примеси многих металлов. Контролирующие органы строго следят за тем, чтобы производитель ограничивал присутствие ядовитого мышьяка в составе, уменьшающего текучесть жидкого сплава и повышающего хрупкость в условиях знакопеременных нагрузок.

Состав примесей ПОС-18 в процентах:

  1. Плотность— 10.3гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления— 0. 200 мкОм•см.
  3. Показатель твердости поБриннелю— 11 НВ.
  4. Теплопроводность— 0.37ккал/см*С*град.
  5. Т при которой припой будет расплавляться солидус/ ликвидус— 183/285 С.
  • Широкая область сплава в жидком состоянии;
  • пониженное содержание примесей, вызывающей хрупкость;
  • коррозионная стойкость места пайки, что важно для деталей, находящихся во влажных средах.
  • Особый припой, серийно не производится.
  • Наличие вредных присадок в составе — Pb.

ПОС-18 относится к универсальным сплавам и является заменителем бессурьмянистых сплавов, его используют:

  • Для производства радиоаппаратуры;
  • пайке печатных плат малой мощности;
  • кузовной ремонт машин в виде лужения;
  • соединения узлов из медно-цинковых сплавов;
  • ремонт оборудования в системах отопления: котлы, радиаторы и другие нагревательные элементы.

Цена припоя ПОС-18 по состоянию на 01.09.2019 года от 710 руб/кг.

ПОС-30

Припой стандартизируется ГОСТами 21930.76 / 21931.76 и относится к мягким сплавам с Т плавления — 256.0 С. По свойствам он похож на марки с ПОС-40 и 50 и состоит из Pb и Sn в процентном соотношении 30:70, а также других элементов не более 1 %. Он отличается от чистого олова темным цветом и повышенной твердостью сплава.

Состав примесей в процентах:

  • Sb — 0.1;
  • Cu — 0.05;
  • Bi0 — 0.2;
  • S, As, Fe — по 0.02;
  • Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 9.72 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 185 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 12 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.37 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ликвидус — 183/256 С.
  • Высокая текучесть;
  • низкая Т плавления;
  • низкое сопротивление позволяет работать с мелкими деталями;
  • высокая ударная вязкость равная чистому олову;
  • высокая область применения, с возможностью замены дорогих материалов, например, для пайки цинка или пластин из латуни;
  • возможность использования для ремонта бытовой техники.

Недостаток ПОС-30 — наличие вредных присадок в составе — Pb.

Цена ПОС-30 по состоянию на 01.09.2019 года от 766 руб/кг.

ПОС-50

Его выпускают по требованиям ГОСТ 21931.76, он отличается практическим равным соотношением свинца и олова.

Состав примесей ПОС-50 в процентах:

  • Sb — 0.8;
  • Cu — 0.1;
  • Bi — 0.05;
  • As — 0.05;
  • S, Fe — по 0.02;
  • Ni, Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 8.87 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 158 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 14 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.48 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/209 С.
  • Хорошая текучесть;
  • хорошая тепло- и электропроводность;
  • возможность применения во влажных средах;
  • хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.
  • Неэффективный при пайке толстых изделий из-за нестабильности прогрева;
    наличие вредных присадок в составе — Pb;
  • ускоренная кристаллизация расплава, не дает возможность использовать сплав в технологии ручной пайки.

Цена припоя ПОС-50 по состоянию на 01.09.2019 года от 1102.00 руб/кг.

ПОС-90

Припой отличается низкой теплопроводностью и высоким показателем твердости, что объясняется высоким содержанием олова 90, материал серебреного цвета, что дает эстетическую привлекательность полученным соединениям.

Состав примесей ПОС-90 в процентах:

  • Sb — 0.1;
  • Cu — 0.05;
  • Bi — 0.2;
  • As — 0.01;
  • S, Fe — по 0.02;
  • Ni, Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 7.6 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 120 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 15.4 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.13 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/220 С.
  • Широкая область применения от бытового, медицинского до промышленного сектора;
  • хорошая текучесть;
  • высокий уровень смачиваемости в жидком состоянии;
  • низкая Т температура плавленияя;
  • хорошая электропроводность;
  • хорошая герметичность, возможность использования в водной и газовой среде;
    хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными
  • требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.
Читайте также:  140 200 Это какой размер кровати

Недостатки ПОС-90 — наличие вредных присадок в составе (свинца).

Цена припоя ПОС-90 по состоянию на 01.09.2019 года от 1778.00 руб/кг.

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.

Состав припоя

Свинец, содержащий в сплаве, постепенно вытесняется в соответствии с новыми директивами ЕС (RoHS и WEEE) и заменяется припоями, состоящими из сплавов олова и сурьмы. Уже сегодня в ЕС многие магазины его не продают. У нас пока все по-другому, вероятно, пройдет много лет, прежде чем свинцовый припой в нашей стране будет заменен навсегда.

Важно! Бессвинцовый сплав имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый и использует более агрессивные флюсы. Это означает, что паяльник должен быть изготовлен для бессвинцовой пайки, чтобы обеспечить правильную температуру около 230 C. Бессвинцовый припой, как правило, примерно на 20-50% дороже, чем свинцовый.

Как правильно выбрать

Выбор припоя зависит от вида работ и назначения готового изделия, а также от того в каких условиях продукт будет эксплуатироваться.
Критерии, на которые нужно обратить внимание перед тем, как выбрать припой для пайки:

  1. Тип паяльника.
  2. Размер провода. Диаметры варьируются от сантиметров или миллиметров, размер проволоки зависит от выполняемой работы.
  3. Флюс очищает область пайки, облегчая протекание припоя и, следовательно, идеальное паяное соединение. Флюс изменяет поверхностное натяжение, так как увеличивает адгезионные свойства в паяном соединении.
  4. Перед покупкой, нужно знать при какой температуре плавится олово для пайки.
    Состав. Дискуссия о том, какой припой использовать на печатных платах свинцовый или бессвинцовый, все еще продолжается. Несмотря на дебаты, вызванные проблемами окружающей среды и здоровья, многие электротехники используют свинцовый.

Обратите внимание! Срок годности и отраслевые рекомендации требуют его использования в течение трех лет с даты изготовления. Срок годности указан на изделии, с ним можно ознакомиться в магазине при покупке. Если использовать просроченную пасту на поверхности припоя может произойти окисление, что сделает соединение неэффективным.

Использование

Специалисты дают полезные советы, которые очень помогают начинающим радиолюбителям, чтобы правильно паять:

  1. Выбирают припой с минимальным содержанием свинца.
  2. Необходимо следить за чистотой жала паяльника, оно должно не иметь грязные наплавления.
  3. Для очистки используют напильник или наждачную бумагу. Жало после очистки залуживают канифолью.
  4. Не рекомендуется долго удерживать прибор в точке припоя, поскольку соединяемые детали способны получить высокотемпературное повреждение. Для снижения губительного воздействия Т на деталь, ее придерживают пинцетом, который выполнит роль теплоотвода.
  5. Изделие, перед пайкой очищают, а контакты соприкосновения дополнительно залуживают, чтобы обеспечить отличное сцепление.

Дополнительная информация. При пайке нужно выполнять меры безопасности. Всегда работать в защитных очках, чтобы защитить глаза от летящих капель горячего жидкого припоя. Кончик паяльника по конструкции очень горячий, превышающий 370 C. Нельзя допускать контакта наконечника с кожей, одеждой или другими предметами. При работе нужно использовать специальный держатель для паяльника.

Подводя итоги, можно сказать, что олово для пайки по-прежнему широко используется в отечественной электронной отрасли и быту. Товар широко представлен на российском и зарубежных рынках, в виде свинцового и бессвинцового припоев. В целях защиты окружающей и требований международных организаций потребление первого типа будет неуклонно сокращаться.

Ссылка на основную публикацию
О себе в инстаграмме примеры девушка
К оформлению профиля в Инстаграме подходят с особым трепетом и вниманием. Часто возникает трудность и некоторые не знают, что написать...
Нет звука при оцифровке видеокассет
Рассмотрим процесс оцифровки и проблемы, которые могут возникнуть при выполнении этого процесса. Задачей этого процесса является преобразование аналогового сигнала в...
Нет зеленого цвета в телевизоре
Пропадание или искажение цвета — одна из самых сложных неисправностей телевизора, поскольку может возникать по самым разным причинам. Данные поломки...
О чем снять влог
Как делать влоги в домашних условиях Хотите завести личный дневник в интернете и думаете, на каком ресурсе его лучше всего...
Adblock detector