Получение сплава олово свинец

Олово и свинец, сплав: свойства и название

Начать описание данной темы лучше всего с олова и свинца по отдельности. Свинец, олово и сплавы из этого материала обладают определенными свойствами, которые обусловлены их начальным состоянием.

Общее описание олова

Здесь важно отметить, что различают два типа этого сырья. Первый тип называют белым оловом, и он является β-модификацией этого вещества. Второй тип — это α-модификация, которая более известна как серое олово. При переходе из одной модификации в другую, а именно из белой в серую, возникает сильное изменение объема вещества, так как происходит такой процесс, как рассыпание металла в порошок. Данное свойство принято называть оловянной чумой. Здесь также важно отметить, что одно из наиболее негативных свойств олова — это его склонность к морозу. Другими словами, при температуре от -20 до +30 градусов по Цельсию может начаться самопроизвольный переход из одного состояние в другое. К тому же переход продолжится, даже если повысить температуру, но уже после того как процесс начался. Из-за этого хранить сырье приходится в местах с довольно высокой температурой.

Свойства олова и свинца

Стоит сказать, что олово, свинец и сплавы из этих материалов имеют довольно мало общих свойств. К примеру, чем чище олово, тем выше шанс того, что оно будет подвержено влиянию чумы. Свинец же, в свою очередь, вовсе не испытывает аллотропических превращений.

Однако стоит также отметить, что для замедления такого рода превращения в олове используют дополнительные вещества. Лучше всего себя проявили такие материалы, как висмут и сурьма. Добавка этих веществ в объеме 0,5 % снизит практически до 0 скорость аллотропического превращения, а значит, белое олово можно считать полностью устойчивым. Здесь же можно отметить, что в меньшей степени, но все же используется сплав олова и свинца с этой же целью.

Если же говорить о свойствах свинца, то он имеет более высокую температуру плавки — 327 градусов по Цельсию, чем олово — 232 градуса. Плотность свинца в условиях комнатной температуры составляет 11,34 г/см 3 .

Характеристики олова и свинца

Начать стоит с того, что рекристаллизация наклепанных олова свинца и сплавов происходит при температуре, которая считается ниже комнатной. По этой причине процесс их обработки относится к горячему типу.

Общим показателем стала стойкость к коррозии при атмосферных условиях. Однако небольшое отличие кроется в стойкости к коррозии под влиянием второстепенных веществ. К примеру, лучше всего свинец проявляется себя при взаимодействии с концентрированными составами некоторых кислот — серной, фосфорной и т. д. Олово же, в свою очередь, лучше всего противостоит растворам из пищевых кислот. Сфера применения этих веществ по отдельности также отличается. Олово широко используется для лужения жести, в то время как свинец нашел свое применение для футеровки аппаратуры сернокислотного производства.

Системы сплавов

Здесь важно начать с того, что сплав олова со свинцом — это еще более легкоплавкий материал, чем по отдельности. Наиболее широкое распространение такие смеси получили в качестве припоев, для изготовления типографических шрифтов, отливки плавких предохранителей и т. д. Такая система, как «олово — свинец», относится к группе эвтектического типа. Важным свойством всех материалов, принадлежащих к этой категории, является то, что температура их плавки находится в районе от 120 до 190 градусов по Цельсию. К тому же существуют группы тройных эвтектиков. В качестве примера можно привести систему сплава олова, свинца, цинка. Температура плавки таких материалов опускается еще ниже, и ее предел — 92-96 градусов по Цельсию. Если добавить в сплав еще и четвертый компонент, то показатель температуры плавки опустится до отметки в 70 градусов. Если говорить об использовании сплава олова со свинцом в качестве припоя, то чаще всего в их состав вводится до 2 % такого вещества, как сурьма. Это делается для того, чтобы улучшить растекаемость припоя. Здесь стоит отметить, что температуру плавки можно регулировать соотношением «олово/свинец». Наиболее легкоплавкое сырье плавится при показателе в 190 градусов.

Баббиты

С тем, как называется сплав олова и свинца, уже разобрались — это эвтектик. Эта группа веществ с таким составом получила наибольшее распространение при производстве подшипниковых сплавов, которые называются «баббиты». Данный материал применяется в качестве заливки для вкладышей подшипников. Здесь важнее всего правильно подобрать материал, чтобы он смог без труда приработаться к валу. На первый взгляд кажется, что масса сплавов олова и свинца с различными припоями является отличным выходом. Однако на деле это не совсем так. Такие материалы оказались слишком мягкими, а коэффициент трения между валом и таким вкладышем — высоким. Другими словами, во время работы они слишком сильно разогревались, из-за этого легкоплавкие металлы стали «налипать» на вал. Чтобы избежать данного недостатка, начали добавлять небольшое количество более твердых веществ. Таким образом был получен материал, который одновременно является и мягким, и твердым.

Состав вещества

Для того чтобы добиться такого вещества, которое обладает прямо противоположными характеристиками, использовались следующие вещества. Самое важное — это то, что они лежат сразу в двухфазной области α+β. Кристаллы β-фазы обогащаются таким припоем, как сурьма. Они выступают в роли твердых хрупких веществ. Кристаллы α-фазы, в свою очередь, являются мягкой и пластичной основой. Для того чтобы избежать таких недостатков, как расплав твердых кристаллов и их всплытие, в смесь добавляют еще один компонент — медь. Таким образом, из куска сплава свинца и олова с добавлением некоторых других веществ удается создать подшипниковый материал баббит, который сочетает в себе два противоположных качества — твердость и мягкость. Классическим и самым распространенным изделием этой марки стал баббит Б83. Состав этого сплава следующий: 83 % Sn; 11 % Sb; 6 % Cu.

Альтернатива

Стоит сказать о том, что с точки зрения экономии баббиты на основе олова очень невыгодны, так как этот материал стоит довольно много. Кроме того, само по себе олово считается дефицитным веществом. По этим двум причинам были разработаны альтернативные подшипники, в основу которых лег свинец, сурьма и медь. В таком составе кристаллики сурьмы выступают в качестве твердой основы. Мягким же основанием выступает непосредственный сплав из свинца и сурьмы. Медь здесь используется таким же образом, как и свинец в предыдущем составе, то есть для препятствия всплывания кристаллов твердой основы.

Однако здесь же стоит сказать и о недостатках. Эвтектик из свинца и сурьмы не такой пластичный, как фаза с использованием олова. А потому детали, изготовленные таким образом, страдают от быстрого износа. Чтобы нивелировать данный недостаток, все же приходится добавлять некоторое количество олова. Использование тройных эвтектиков сплава цинк-олово-свинец не слишком распространено.

Источник

Химическое осаждение сплава олово-свинец.

Вопрос химического осаждения сплава олово-свинец наиболее актуален для покрытия выводов при изготовлении печатных плат, когда нет возможности осуществить контакт для гальванического осаждения покрытия сплавом олово-свинец.

Возможность осаждения химического олова (см. статьи блога «Химическое олово. Часть 1» и «Химическое олово.Часть 2») не в полной мере решает вопрос коррозионной надежности покрытия и его способности к оплавлению.

Покрытия сплавом олово-свинец имеют светло-серый цвет, значительно повышают эксплуатационные характеристики (например, защиту изделий от коррозии в морской воде и ряде других агрессивных сред), легко паяются и сохраняют способность к пайке длительное время без использования активных флюсов.

Потенциалы свинца и олова различаются между собой лишь на 14 мВ, поэтому разряд их ионов протекает при незначительной поляризации, что создает хорошие условия для совместного осаждения из растворов сплава олово-свинец не только под воздействием тока, но и путем химического восстановления.

Плата с покрытием сплавом олово-свинец.

Предлагаемый раствор осаждения сплава олово-свинец разработан в Уральском политехническом институте.

Состав раствора осаждения сплава олово-свинец, г/л:

Двухлористое олово 3 – 4

Уксуснокислый свинец 3 – 4

Станнат натрия 4 – 6

Гидроксид калия 80 – 85

Цитрат натрия 15 – 20

Трилон Б 50 – 60

Фосторноватистокислый натрий 5 – 10
(гипофосфит)

Поверхностно – активное вещество ПАВ-2К 1 – 1,5

Моющее средство «Прогресс», мл 1 – 4

Процесс осаждения олова происходит за счет реакции диспропорционирования (самовосстановления) двухвалентного олова, которое в свою очередь восстанавливает свинец до металлического состояния. Гипофосфит натрия поддерживает в растворе равновесие между двухвалентным и четырехвалентным оловом, а цитрат натрия и трилон Б необходимы для образования растворимых в щелочной среде комплексов свинца и олова.

Станнат натрия вводится для предотвращения растравливания подложек, гидроксид калия – в качестве регулятора pH.

Поверхностно-активное вещество ПАВ-2К и моющее средство «Прогресс» улучшают коагуляцию осадка, повышая качество покрытия.

Процесс осуществляют при температуре 50ºС в течение 30 – 60 минут. Толщина наносимого покрытия 1 – 2,5 мкм.

Влияние каждого фактора может быть учтено, но чрезвычайно трудно
предвидеть эффект от одновременного изменения двух или более параметров.

Раствор позволяет наносить покрытие сплава олово-свинец на любую металлическую поверхность (например, никелевый подслой) или диэлектрическую подложку, которую предварительно следует обезжирить, протравить и провести операцию сенсактивации. См. «Особенности процесса металлизации пластмасс. Часть 1 и Часть 2».

Покрытие сплавом олово-свинец, в отличие от чистого олова, не подвергается образованию самопроизвольно растущих нитевидных кристаллов («вискеров» или «усов»), недопустимых при изготовлении радиоэлектронных приборов, особенно печатных плат.

Источник

Температура плавления олова и свинца

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.

Получение и применение

В чистом виде рассматриваемый элемент не встречается. Он входит в состав касситерита в виде оксида. Много столетий назад этот металл добывался в открытых шахтах, но сегодня подобные месторождения практически не разрабатываются. Для получения олова проводится очистка руды. Концентрация элемента составляет 1%. Для получения 1 килограмма рассматриваемого металла приходится перерабатывать около центнера руды.

Температура плавления свинца и олова относительно невысокая, что определяет возможность использования этих материалов в домашних условиях на момент проведения пайки. Продаются металлы в виде небольшого прутка.

Тот факт, что температура плавления олова и свинца примерно одинаковая, определяет смешивание этих элементов для получения сплава с более привлекательными эксплуатационными качествами. Кроме этого, в олово могут добавлять серебро, медь и другие элементы.

Проведение плавки металла

У олова температура плавления во многом зависит от того, есть ли примеси. Температура, при которой металл становится пластичным или жидким, может варьировать в пределе от 145 до 250 градусов Цельсия в зависимости от состава. При необходимости можно провести расплавку большого количества металла для его заливки по форме.

При выборе материала для создания формы учитываются нижеприведенные моменты:

1. Структура не должна смачиваться жидким оловом. В противном случае форма может изменить свои размеры.
2. Используемый материал должен выдерживать воздействие температуры не ниже 250 градусов Цельсия. В противном случае после заливки форма потеряет свои основные эксплуатационные качества.

Стоит учитывать, что в жидкой форме рассматриваемый металл может окисляться при контакте с воздухом. Твердое вещество, наоборот, обладает повышенной устойчивостью к кислородной коррозии.

Довольно большое распространение в электротехнике получил трехкомпонентный сплав, основой которого стал свинец. В качестве дополнительных компонентов могут использоваться олово и серебро. При производстве подобного сплава уделяется внимание тому, что концентрация металла не должна быть менее 95%. При подобном варианте сочетание веществ температура плавления составляет около 220 градусов Цельсия.

Изготовление припоя

Для того чтобы повысить эксплуатационные характеристики припоя, в его состав добавляется небольшое количество сурьмы. Подобный вариант исполнения припоя применяется для пайки различных радиодеталей, особенно ответственных участков.

При выборе припоя следует уделить внимание и сплаву с серебром в составе. Его эксплуатационными качествами можно назвать:

1. Существенно повышается срок эксплуатации. За счет серебра структура становится более устойчивой к процессу окисления.
2. За счет повышения концентрация серебра появляется возможность использовать припой при изготовлении различных деталей промышленной техники. Однако серебро существенно повышает стоимость сплава, а также изготавливаемого изделия. Именно поэтому сплавы с высокой концентрацией серебра используют для изготовления важных деталей.

Проводится добавление в состав цинка, но подобные сплавы пользуются меньшей популярностью. Это связано с достаточно высокой химической активностью цинка. За счет взаимодействия с окружающей средой подобный сплав быстро разрушается. На основе цинкосодержащей смеси производятся припайные пасты, которые имеют относительно небольшой срок службы. Температура плавления в этом случае составляет 200 градусов Цельсия.

На протяжении многих лет используется и чистое олово в качестве полупроводникового припоя. Температура плавления этого элемента в чистом виде составляет 240 градусов Цельсия. Применяются они исключительно в промышленности, что связано с высокой стоимостью. В чистом виде из-за существенного повышения температуры структура олова перестраивается, на поверхности появляются черные пятна, которые указывают на существенное ухудшение основных качеств.

Источник

Осаждение сплава олово-свинец.

В условиях развития новых отраслей промышленности возрастают требования к новым конструктивным материалам с улучшенными характеристиками, которые успешно могут заменить гальванические покрытия. Наша фирма принимает заказы на разработку новейших технологий по гальванике и гальванопластике, а также готова помочь в решении текущих вопросов.

В помощь заводским технологам предлагаем ряд стандартных технологий нанесения гальванических покрытий металлов и сплавов, наиболее надежных и актуальных. К таким покрытиям относится сплав олово-свинец.

Область применения определяется его свойствами: коррозионной надежностью, способностью к оплавлению при сравнительно невысоких температурах (240-280 0 С в течение 0,25-0,35 мин), в результате чего покрытие приобретает высокие эксплуатационные характеристики, не подвергается иглообразованию, допускает пайку низкотемпературными припоями с применением неактивированных флюсов.

Потенциалы свинца и олова различаются между собой лишь на 14 мВ, поэтому разряд их ионов протекает при незначительной поляризации, что создает хорошие условия для совместного осаждения из растворов. На практике, как правило, используют фторборатные электролиты, стабильные во времени и достаточно удобные в эксплуатации.

Состав осадка определяется соотношением концентраций в растворе солей олова и свинца. Изменяя концентрации, можно получить сплав любого состава. Выход по току около 100%. Для увеличения рассеивающей способности в состав электролита вводят свободную борфтористоводородную кислоту, что увеличивает электропроводимость раствора и способствует нормальному растворению анодов. Борная кислота препятствует гидролизу солей, поддерживая рН на заданном уровне. Добавки гидрохинона предохраняют от окисления Sn +2 в Sn +4 .

Электролит необходимо перемешивать при помощи качающихся катодных штанг. Аноды завешиваются раздельно свинцовые (марок С-1,С-2) и оловянные (марок О-1,О-2), распределяя силу тока пропорционально составу сплава ( 60% — свинцовых, 40% -оловянных). Анодная плотность тока 1-2 А/дм 2 .

В результате электролит становится пригодным для осаждения сплава на деталях со сложной конфигурацией, в частности печатных платах, позволяет получать равномерное покрытие в отверстиях и контактных площадках.

Состав электролита:

Pb(BF₄)₂ – в пересчете на Pb – 23 — 42 г/л

Sn(BF₄)₂ – в пересчете на Sn – 35 — 60 г/л

HBF₄ (свободная) – 40 — 100 г/л

Клей мездровый – 3 — 5 г/л

Гидрохинон – 0,8 — 1 г/л

Температура + 18 — 30 0 С

Электролит работает стабильно и позволяет получать мелкокристаллическое покрытие с содержанием олова 58-63%, свинца 42-37%. Состав сплава поддерживается за счет соотношения концентраций солей в электролите. Наличие в растворе примесей меди в количестве более 0,1 г/л, цинка — до 0,3 г/л, железа – до 0,6 г/л приводит к ухудшению паяемости. Для удаления примесей электролит проработать при Д_К = 0,3-0,4 А/дм 2 .

Источник