Олово с алюминием окисляется или нет

Олово с алюминием окисляется или нет

20 Ноября 2016
Согласно знаменитой поговорке, «электротехника — наука о контактах».

Любому электромонтажнику известно, что нельзя скручивать между собой медный и алюминиевый провода. Медная шина заземления или латунная стойка для платы плохо сочетаются с оцинкованными винтиками, купленными в ближайшем строительном супермаркете — коррозия может уничтожить электрический контакт. Голая алюминиевая деталь вообще может постепенно превратиться в прах, если к ней приложить даже низковольтное напряжение.

В советских ГОСТах было написано почти всё о допустимых контактах металлов, однако сейчас может быть весьма неудобно искать в старых документах информацию о соединениях. Хабраюзер @teleghost собрал все данные в одной таблице.

Далее приведена выдержка из ГОСТ 9.005-72 для средних атмосферных (т.е. комнатных) условий. Кликабельно.

Несколько слов о металлах.

Оцинкованная сталь — основная рабочая лошадка народного хозяйства. В виде различных метизов «оцинковка» встречается в магазинах стройматериалов гораздо чаще, чем, например, нержавейка. Фабричные корпуса ПК, технологические ящички и шкафчики для оборудования чаще всего выполнены из оцинкованной холоднокатанной стали толщиной порядка 1мм.

Нержавеющая сталь — королева сталей: прочная, пластичная, стойкая к коррозии, электропроводная, круто выглядит. Слишком тугая, чтобы резать и гнуть её дома в промышленных масштабах. Хромистые и хромисто-никелевые нержавейки электрически плохо совместимы с цинком и «голой» сталью, зато дают надёжный контакт с медью без помощи олова. Алюминий, а также азотированная, оксидированная и фосфатированная низколегированная сталь ограниченно совместимы при стандартных атмосферных условиях. Нержавейка марки А2 не «магнитится», но существуют и нержавеющие стали с магнитными свойствами. Магнитные свойства не влияют на коррозионную стойкость нержавеющей стали.

Алюминий и его сплавы бывают анодированные (с защитным слоем) и обычные (неанодированные). Алюминий легко обрабатывать в домашних условиях, но необходимо помнить о коррозии. Не используйте голый алюминий в качестве проводника даже с низковольтным напряжением, иначе ток медленно обратит деталь в прах. Обработанным в мастерской алюминиевым и дюралюминиевым деталям показана полная эквипотенциальность (наведённые полями токи вроде бы по фиг, заземлять тоже можно). Алюминий совместим с цинковым покрытием, но для контакта с медью, «голой» или никелированной сталью требуется оловянная «прокладка». Ограниченно допустим контакт алюминия с нержавейкой в атмосферных условиях. Для простоты можно принять, что при контакте с другими металлами и покрытиями алюминий будет корродировать сам по себе, без помощи внешнего электричества.

Медь мягкая и довольно неаппетитно окисляется на воздухе, поэтому изделия из меди заключают в герметичную оболочку или лакируют. Латунные бляхи солдатских ремней и стойки для электронных печатных плат лучше сопротивляются окислению и выглядят аппетитнее позеленевшей меди, особенно если их периодически полировать (я про бляхи, конечно). При этом ни медь, ни её сплав с цинком (латунь) «не дружат» с чистым цинком и его покрытиями. Зато медь совмещается с хромом, никелем и нержавейкой. А если вы держите в руках какую-нибудь клемму, то она наверняка из лужёной (покрытой оловом) меди.

Олово относительно стойко к коррозии (в комнатных условиях) и электрически совместимое почти со всем, кроме чугуна, низколегированных и углеродистых сталей и магния. Не стоит паять оловом и бериллий, будьте внимательны при сборке домашнего ядерного реактора. Олово используют, чтобы из недопустимого электрического контакта получить допустимый, т.е. в качестве «прокладки». Клеммы из лужёной меди — отличный пример.

Не следует использовать олово при низких температурах — с прошлого века известна т.н. «оловянная чума» — полиморфное превращение т. н. «белого олова» в «серое» (b-Sn → a-Sn), при котором металл рассыпается в серый порошок. Причина разрушения состоит в резком увеличении удельного объёма металла (плотность b-Sn больше, чем a-Sn). Переход облегчается при контакте олова с частицами a-Sn и распространяется подобно «болезни». Наибольшую скорость распространения оловянная чума имеет при температуре —33°С; свинец и многие др. примеси её задерживают. В результате разрушения «чумой» паянных оловом сосудов с жидким топливом в 1912 погибла экспедиция Р. Скотта к Южному полюсу.


Оловянная чума (распад олова при низких температурах).

Никелем покрыты блестящие «компьютерные» винтики. Такое покрытие совместимо с медью и бронзой, латунью, оловом, хромом и нержавеющей сталью. Никель несовместим с цинком и алюминием (для алюминия лучше контакт с нержавеющей сталью, см. ниже).

Особенности коррозионной агрессивности неметаллов. Приложение 3б к ГОСТ 9.005-72:

  1. Коррозионная агрессивность органических материалов определяется активностью выделяющихся продуктов старения.
    • Коррозионная агрессивность фенопластов, аминопластов, пенопластов, формальдегидных клеев определяется выделением формальдегида, возможностью его окисления до муравьиной кислоты и уротропина, который может быть источником аммиака.
    • Коррозионная агрессивность материалов из древесины определяется выделением растворов уксусной и муравьиной кислот.
    • Коррозионная агрессивность эпоксидных материалов определяется наличием в них свободного хлора и хлористого водорода, карбоновых и дикарбоновых кислот.
    • Коррозионная агрессивность резинотехнических изделий определяется содержанием в них серы и ее соединений, соединений водорода с галогенидами, органических соединений с окислительными свойствами.
  2. Полимерные материалы, получаемые реакцией конденсации (эпоксидные, полиэфирные и т.п.), обладают наибольшей коррозионной агрессивностью в период отверждения. Процесс отверждения в замкнутых объемах конструкции проводить не рекомендуется.
  3. Облучение неметалла ионизирующим облучением (ультрафиолетовым, гамма-облучением и т.д.) может увеличивать его коррозионную агрессивность.
  4. Коррозионная агрессивность неметалла при прямом контакте с металлом определяется его водо- и кислородопроницаемостью. Значения водо- и кислородопроницаемости для ряда неметаллов приведены в табл.4 и 5.
Читайте также:  Бронза это сплав железа с оловом

Источник

Допустимые и недопустимые контакты металлов. Популярные метрические и дюймовые резьбы

Электронику часто называют наукой о контактах. Многие знают, что нельзя скручивать между собой медный и алюминиевый провода. Медная шина заземления или латунная стойка для платы плохо сочетаются с оцинкованными винтиками, купленными в ближайшем строительном супермаркете. Почему? Коррозия может уничтожить электрический контакт, и прибор перестанет работать. Если это защитное заземление корпуса, то прибор продолжит работу, но будет небезопасен. Голая алюминиевая деталь вообще может постепенно превратиться в прах, если к ней приложить даже низковольтное напряжение.

Доступные нам металлы не ограничиваются только медью и алюминием, существуют различные стали, олово, цинк, никель, хром, а также их сплавы. И далеко не все они сочетаются между собой даже в комнатных условиях, не говоря уже о жёстких атмосферных или морской воде.

В советских ГОСТах было написано почти всё о допустимых контактах металлов, но если изучение чёрно-белых таблиц из 1000 ячеек мелким шрифтом утомляет, то правильный ответ на «медный» вопрос — нержавейка, либо никелированная сталь, из которой, кстати, и сделан почти весь «компьютерный» крепёж. В эпоху чёрно-белого телевидения были другие понятия об удобстве интерфейса, поэтому для уважаемых читателей (и для себя заодно) автор приготовил цветную шпаргалку.

И, раз уж зашла речь о металлообработке, заодно автор привёл таблицу с популярными в электронике резьбами и соответствующими свёрлами, отобрав из объёмных источников наиболее релевантное по тематике портала. Не все же здесь слесари и металлурги, экономьте своё время.

Преамбула

Да, в век 3D-печати популярность напильника с лобзиком несколько потускнела. Но клетка Фарадея для РЭА по-прежнему является преимуществом, не забываем и про защитное заземление. Да, для печати корпусов РЭА уже доступен электропроводный (conductive) ABS-пластик, но судя по источнику, его удельное сопротивление примерно в миллион раз больше меди. Дескать, пыль уже не липнет, но для заземления всё равно многовато. Напечатать же стальные детали корпуса ПК в домашних условиях пока никак невозможно, да мы и алюминий-то с оловом никак не освоим…

Что же делать? Нашему брату приходится действовать методом Микеланджело, используя для творчества вместо каменной глыбы купленные в DIY-магазине заготовки, либо вообще старые корпуса ПК. Работая как-то с корпусом от старого сервера IBM из шикарной миллиметровой стали, автор впал в ступор, потому что имеющаяся резьба была крупнее М3, но мельче #6-32 (позже выяснилось, что это М3,5). Зачем вообще понадобилось в 2003-м году использовать метизы М3,5, останется загадкой, но о существовании дробной метрической резьбы автор даже не подозревал.

UPD
Для моддеров, кстати, рынок предлагает новые, удобные инструменты арсенала домашней мастерской, и про один из них (осциллорез) я рассказываю в отдельной публикации. Арсенал принадлежностей прекрасно дополнит более привычные циркулярные мини-пилы (aka «дремели»), а отсутствие эффекта «запрессовки зубьев» упростит обработку вязких металлов типа меди и алюминия. Инструмент лёгкий, не такой неуклюжий и опасный, как «болгарка». Можно пилить металл практически на уровне носа и без риска получить рубящий удар от заклинившего или осколок от «взорвавшегося» диска. А так бывает в красочно описанных уважаемыми читателями случаях с УШМ: 300-граммовый блин «болгарки» делает 200 оборотов в секунду, потребляя до 2кВт электричества, и требует чуть ли не костюм сапёра. Работающий же осциллорез травматологи упирают себе пильной стороной прямо в ладонь, чтобы успокоить пришедшего на снятие гипсовой повязки пациента… Впрочем, вернёмся к нашим металлам.

Допустимые и недопустимые контакты металлов по ГОСТ 9.005-72

DISCLAIMER: Предоставляется «как есть». Если уважаемый читатель занимается моделизмом, автомобилизмом или робототехникой, в ГОСТе также приведены: Таблица №2 для жестких и очень жестких атмосферных условий, Таблица №3 для контактов, находящихся в морской воде. Ниже я предлагаю выдержку из Таблицы №1 для средних атмосферных (т.е. комнатных) условий. Буква «А» означает «ограниченно допустимый в атмосферных условиях», подробности в самом ГОСТе.

Кликабельно (спасибо, НЛО):

Пара слов о металлах

Металлурги, поправляйте, если что не так. Коррозия очень объёмная и сложная тема, и я не претендую на полноту её освещения. Я лишь даю выборочные зарисовки, чтобы сформировать у читателя нужные ассоциативные ряды.

Алюминий и его сплавы бывают анодированные (с защитным слоем) и обычные (неанодированные). Алюминий легко обрабатывать в домашних условиях, но помните о коррозии. Не используйте голый алюминий в качестве проводника даже с низковольтным напряжением, иначе ток медленно обратит деталь в прах. Обработанным в мастерской алюминиевым и дюралюминиевым деталям показана полная эквипотенциальность (наведённые полями токи вроде бы по фиг, заземлять тоже можно). Алюминий совместим с цинковым покрытием, но для контакта с медью, «голой» или никелированной сталью требуется оловянная «прокладка». Ограниченно допустим контакт алюминия с нержавейкой в атмосферных условиях. Для простоты можно принять, что при контакте с другими металлами и покрытиями алюминий будет корродировать сам по себе, без помощи внешнего электричества.

Витая пара из омедненного алюминия (Copper Clad/Coated Aluminium, CCA) — это отдельная история, в домашних условиях кабель всё равно не производится.

Пара слов про case modding

Если вы занимались сборкой ПК, то наверняка знаете, что болтики для монтажа приводов CD/DVD, «ноутбучных» дисков 2.5″ и флоппи-дисководов (ха-ха) используют метрическую резьбу M3. В корпусах ПК и жёстких дисках 3.5″ используется более грубая дюймовая резьба #6-32 UNC. Почему? Мягкий металл любит более грубую резьбу, к тому же адепты дюймовой системы пока лидируют на рынке технологий. Стойка 19″ использует (вы не поверите) дюймы в качестве основной меры, однако для монтажа оборудования я встречал только оцинкованные клетевые шайбы и винты с метрической резьбой М6. Дюймово-метрический дуализм в технологиях…

Читайте также:  Гальванический элемент свинец олово

Обустройство своей инженерной кухни я начал с того, что купил защитные очки, набор качественных свёрл по металлу, небольшой вороток и метчики на резьбы M3 и #6-32 UNC, а заодно M4 и M6. Плашки не понадобились.

Популярые виды резьбы, используемой в компьютерной технике
ГОСТ 19257-73 рекомендует использовать следующие диаметры свёрл для металлов. Наверное, стоит учитывать и количество метчиков в наборе: чем твёрже материал, тем больше необходимость в «предварительных» метчиках. У меня их по три штуки, два «грубых» и один «финишный». А как правильно, кстати?

UPD
А как правильно — читайте комментарии, на публикацию-таки зашли мастера слесарного дела, только я не успел отсортировать всю информацию. Пользователь golf2109 любезно принёс сюда прямо из мастерской два правых столбца таблицы для обозначения того, как мягкость (вязкость) металла влияет на диаметр отверстия под резьбу, благодарю за поддержку.

Диаметр резьбы Стандартный шаг, мм Диаметр сверла, мм
ГОСТ Fe Al
M2 0.4 1,6 1.5* (-0.1)
M2,5 0.45 2.0 1.8* (-0.2)
M3 0.5 2.5 2.3 (-0.2)
M3.5 0.6 2.9 2.7* (-0.2)
M4 0.7 3.3 3.2 3.0 (-0.3)
M5 0.8 4.2 3.9 (-0.3)
M6 1.0 5.0 4.9 4.6 (-0.4)
M8 1.25 6.8 6.7 6.3 (-0.5)
M10 1.5 8.5 8.0 (-0.5)
#6-32 UNC 0.794 2.85 2.7* 2.5* (-0.35)

* Я рискнул прикинуть калибры двух дополнительных свёрл для стали и алюминия там, где по ним у меня нет данных в источниках. Обратите внимание, резьба #6-32 UNC по наружному диаметру находится между M3 и M4, а по шагу резьбы вообще ближе к M5.

UPD
Если сверлите что-то толще миллиметрового листа, читайте спойлер про СОЖ .

На известной китайской площадке можно приобрести «пальцевые» винтики (thumb screw), причём и на #6-32, и на M3. Материал и цвет разный.

Источники

» ГОСТ 9.005-72. Единая система защиты от коррозии и старения. Машины, приборы и другие технические изделия. Допустимые и недопустимые контакты металлов. Общие требования.
» ГОСТ 19257-73. Отверстия под нарезание метрической резьбы. Диаметры.
» Unified Coarse Thread ANSI B1.1 (резьбы UNC ANSI B1.1).

Источник

Как совместить несовместимое (о коррозии металлов)

Автор: admin-hm · Опубликовано 30.06.2010 · Обновлено 06.03.2012

Разнородные металлы при их непосредственном контакте «выносят» друг друга далеко не всегда. Нередко они образуют довольно сильную гальваническую пару, что приводит к коррозии одного из контактирующих металлов, а иногда и к «схватыванию» этого соединения, делая невозможной его последующую разборку для ремонта.

На память приходит случай из собственной практики, когда я, еще будучи молодым инженером, работал на автогиганте. Мы доводили новую систему автомобиля — экономайзер с электронным управлением. И столкнулись с тем, что после некоторого пробега машины входящие в систему электромагнитные клапаны, покрытые никелем, наотрез отказывались выворачиваться из своих гнезд. А снимать клапаны приходилось довольно часто — для проверки. Если же их вывинчивали «насильно», они выходили «с мясом» — вся резьба клапанов была сплошняком покрыта алюминием, выдранным из смесительной камеры карбюратора.

Чтобы избежать подобной неприятности, резьбу смазывали, в том числе и графитовой смазкой, но ничто не помогало. Попробовали было заменить никелевое покрытие клапанов на кадмиевое, но тогда клапаны засели и вовсе «намертво». Чтобы их вывернуть, обычного полуметрового динамометрического ключа (до 10 кгс) уже не хватало — пришлось орудовать ломом. Правда, покрытая кадмием резьба теперь выходила из камеры без привычной алюминиевой корки. Дефект устранялся, если на резьбу наносили слой цинка. Но цинк нас тоже не устраивал. Покрытие из него нестойкое, оно быстро истиралось и вода, всегда содержащаяся в бензине, вызывала ржавление клапанов, которые просто переставали действовать.

Лишь применив комбинированное покрытие «хром по никелю», мы навсегда избавились от этого дефекта. (Никель по-прежнему был нужен, поскольку хром не хотел ложиться на металл клапана.)

Обратившись уже после к таблице совместимости металлов (она тогда была почему-то секретной!), мы убедились, что наш чисто эмпирический выбор был сделан правильно. Жаль только, что из-за элементарной неразберихи так много времени было тогда убито впустую. Вот если бы эта «секретная» табличка была бы у нас тогда под рукой…

На таблице 1 эти «секретные» данные представлены в сокращенном виде. Из нее видно, что алюминий вполне может контактировать с цинком и хромом (знак +). А вот контакт с никелем ему противопоказан (знак -). Графу с кадмием я не привожу потому, что кадмирование сейчас почти повсеместно отменено из-за канцерогенности этого процесса.

Таблица 1. Гальваническая совместимость металлов

Анализ таблицы 1 показывает, что медь и ее сплавы (латуни и бронзы), алюминий и его сплавы (дюрали), а также олово и его сплавы (припои ПОС) ведут себя синхронно. Значит, эту таблицу можно упростить (см. таблицу 2).

Таблица 2. Упрощенный вид таблицы 1

Это упрощение облегчает пользование таблицей. Но все равно это не решает проблемы в полной мере. Ведь запоминать наизусть, словно «долбицу умножения», столь громоздкую таблицу (состоящую из 49 клеток) вряд ли кто будет. А каждый раз разыскивать таблицу, прежде чем приладить одну деталь к другой, никакой любитель мастерить тоже не будет. Как же быть?

Читайте также:  Как запаять железный бензобак оловом

Попробуем переложить таблицу 2 на ряд формальных (мнемонических) фраз, а именно:

1. Сталь (нелигированная!) не любит медь.

2. Алюминий не любит медь и никель, а с оловом его нужно обязательно паять (буква П).

3. Медь не любит сталь, алюминий и цинк, а с оловом ее нужно паять.

4. Хром любит всех, а с оловом нуждается в пайке.

5. Никель не любит алюминий, а с оловом его нужно паять.

6. Цинк не любит медь.

7. Олово любит сталь и цинк, а с остальными — пайку.

Можно заметить, что 6-е высказывание лишнее. Ведь в 3-м высказывании уже содержится «нелюбовь» меди к цинку, а односторонней любви среди металлов не может быть (во всяком случае, мы будем так условно считать). Значит, 3-е высказывание отбрасывать уже нельзя. Затем, 1-е высказывание оказывается лишним: «нелюбовь» стали и меди следует из 3-го высказывания. Далее, 7-е высказывание тоже, видимо, требуется сохранить. Тогда 4-е высказывание будет лишним — слова «с оловом нуждается в пайке» косвенным образом содержатся в 7-м высказывании. Потом, 2-е высказывание тоже требует сохранения, вот только слова «а с оловом его нужно паять» лишние (это и так ясно из 7-го высказывания). Наконец, в 3-м высказывании слово «алюминий» лишнее: «нелюбовь» меди и алюминия уже содержатся во 2-м высказывании. Дальше минимизировать нам уже нечего.

Таким образом, после ряда упрощений мы получили уже не семь, а всего лишь три высказывания:

1. Алюминий не любит никель и медь.

2. Медь не любит сталь и цинк.

3. Олово любит сталь и цинк, с остальными — пайку.

Как стихотворение, эти простые фразы запомнит едва ли не каждый. Они помогут вам правильно ориентироваться при работе с металлом, даже не имея под рукой никакой таблицы.

2-я фраза наиболее показательна: смоченная обычной водой медь беспощадно разрушает сталь и цинк. Помирить их сможет, например, облуживание «агрессивной» меди (полуда не страшна ни стали, ни цинку). «Агрессия» меди распространяется и на алюминий. Спасти последний может лужение меди, а также ее цинкование и хромирование, но не никелирование. Хотя облудить разрешается и алюминий, благо рецептов этой операции сейчас существует уже немало. Спасет лужение алюминий и от «агрессии» со стороны никеля. Следовательно, все конфликты, содержащиеся в 1-й и 2-й фразах, мы разрешили. Ну а к 3-й фразе комментарии, как говорится, излишни.

Откуда известно, какой металл пострадает в нежелательной (или, наоборот, нужной нам) гальванической паре? А из ряда активности металлов. Воспроизведем его частично: Аl, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, Cu. Этот ряд показывает, что алюминий (AI) тут наименее активный металл, то есть самый слабый, а медь (Си), наоборот, наиболее активный металл, то есть она самая сильная. Поэтому в паре, скажем, железо (Fe) и медь (Cu) безусловным победителем окажется медь, то есть разрушаться будет только железо.

Поэтому непременно нужно сказать, что все плюсы и минусы, указанные в таблицах, весьма условны. Любые два разнородных металла образуют гальваническую пару. Только в одних случаях она «сильная», а в других «слабая». К примеру, таблица говорит о допустимости контакта олова (полуды) и стали. Однако попробуйте закопать в землю вскрытую консервную банку. Вскоре от нее останется одна ржавчина с остатками полуды. Влага, а главное соли, приведут к тому, что когда-то защитный слой полуды теперь неизбежно разрушит жесть. Вот если бы контакт полуды и жести не был бы открыт (то есть банка была бы цела), этого бы не произошло.

То же самое можно сказать и контакте стали и цинка. Таблица нам рекомендует эту пару. Но вот если это соединение поливать соленой водой, цинк (Zn) будет непременно разрушаться. Именно на этом как раз и обоснована весьма популярная сейчас анодная защита кузова легкового автомобиля.

Цинковую пластинку надежно прикрепляют к кузову (с небольшим зазором, но без электрического контакта с кузовом). Контакт же пластинки с кузовом производится отдельным проводом, идущим от пластинки (провод крепят к кузову на некотором удалении от пластинки).

Когда всегда имеющаяся на асфальте в сырую погоду соленая вода начнет поливать кузов и цинковую пластинку, в зазоре образуется электролит: пара «кузов-пластинка» превратится в элементарную батарейку. При этом ток от этой батарейки начнет течь через упомянутый провод и кузов машины. Цинк, как более «слабый» в гальванопаре «цинк-железо», начнет разрушаться, предохраняя стальной кузов от коррозии. Установите у себя на автомобиле десяток таких пластин — ржавление кузова прекратится.

Чтобы защитить от коррозии стальную ограду (например, на кладбищенской могиле), достаточно в землю вкопать четыре-пять цинковых пластин, соединив с ними проводом верх ограды. «Батарейкой» (вернее, гальваническим элементом) тут будет сама влажная земля. Такая анодная защита мало чем отличается от автомобильной.

Выходит, «все врут календари», то бишь таблицы. Нет, не врут. Просто они ориентируют нас на обычные условия эксплуатации соединений, когда явной сырости, а тем более соли, нет. Да и в их присутствии урон будет минимальным. Поэтому не поленитесь запомнить найденные нами три предложения. Они помогут вам выполнять свои самоделки грамотно.

Источник