Что тверже олово или медь
Если присмотреться к меди и олову поближе, то становиться видна их довольно сильная схожесть. Например, оба металла имеют хорошую теплопроводность, они являются мягкими металлами и превосходно вступают в соединение со многими веществами, образуя соединения, которые активно применяют в промышленности. В обычной среде, практически невозможно определить, что тверже олово или медь. Поэтому, для того чтобы, узнать твердость данных металлов, обратимся к шкале Мооса, которая определяет степень твердости веществ.
Шкала Мооса включает в себя набор из десяти приоритетных минералов, от мягкого, до самого твердого, и определяет степень твердости элемента, методом царапания. Подбирается наиболее подходящий из выбранных минералов, для шкалы, схожий с определяемым веществом по твердости. Кроме, данной шкалы, существует еще несколько методов определения твердости вещества, но наиболее точный и широкий, это способ, который открыл Моос.
Итак, по шкале Мооса, медь имеет коэффициент 3, в то время как у олова он всего лишь 1.5. Исходя из этих показаний, можно определить, что медь является более твердым металлом, по отношению к олову. Но твердость олова может повыситься при понижении температуры, не стоит забывать и о таком явлении как «оловянная чума», если переохладить олово, то оно превратиться в серый порошок и для восстановления первоначального его вида, придется произвести ряд процессов.
Само по себе олово мягкий и не прочный металл, поэтому, чтобы добавить прочности, его соединяют с различными металлами, в результате чего получается сплав, в разы превосходящий по твердости, начальные металлы. Данные действия часто используют для придания веществам, не только твердости, но и ряда других свойств, которые необходимы, в той или иной отрасли.
Про медь, латунь, олово, бронзу и другие сплавы.
(информация вся «надергана» из интернета с разных сайтов)
Медь – металл, обозначаемый в таблице химических элементов Менделеева как Cu (Cuprum). Медь является одним из первых металлов, которые в древности начал использовать человек. В итоге на сегодняшний день все месторождения меди выбраны, и добывается она из низкосортных руд.
Человек открыл медь раньше всех прочих металлов за исключением золота. Еще в доисторические времена медь использовалась людьми каменного века.
Прошло много времени, и уже другие люди выяснили, что они могут расплавлять красные камни и изготовлять из расплавленной массы чашки и кувшины. Тогда люди начали добывать медь и делать из нее всевозможные приспособления и утварь.
В течение тысяч лет медь оставалась единственным пригодным для обработки металлом, поскольку золото было не только слишком редким, чтобы принимать его во внимание, но и слишком мягким для практических целей. Медные инструменты использовались, возможно, еще при строительстве великих египетских пирамид.
Когда была открыта бронза (сплав меди и олова), стали добывать еще больше меди. Но после открытия железа медь стала использоваться в не больших количествах, в основном народами на низкой ступени цивилизации, пока не наступила эпоха электричества. Поскольку медь — хороший проводник электричества, она широко использу ется в современной промышленности.
Очень немногие видели чистую медь и вряд ли узнают ее, если увидят. Это блестящее серебристое вещество с легким розоватым оттенком, которое приобретает красноватый цвет по мере соприкосновения с воздухом. Медь, которую мы обычно видим, имеет красновато-коричневый цвет. Это цвет окиси меди, которая образуется в результате взаимодействия металла с воздухом.
Большая часть меди, имеющейся в мире, существует в сочетании с другими веществами, от которых она должна быть отделена перед использованием. Часто она соседствует с сернистыми веществами, которые могут сочетаться еще и с железом и мышьяком, что затрудняет очищение меди.
Медь имеет и некоторые другие достоинства, не считая того, что она пережила многие другие металлы. Она имеет высокую прочность, но тем не менее достаточно пластична, чтобы ее можно было вытягивать и придавать ей любую форму за счет обработки. Она проводит тепло не хуже, чем электричество. По меди можно делать резьбу и гравировку. Но ее непросто сломать. Кроме того, из нее можно создавать такие сплавы, как бронза и латунь, соединяя ее с другими металлами.
Многие не носят латунные украшения, потому что на них бывает раздражение кожи и аллергия. Это происходит, когда в латунь добавляют никель. Да, латунь с добавлением никеля имеет красивый оттенок, она выглядит богаче, дороже, но именно эти дорогие латунные украшения и дают самое сильное раздражение кожи. Совет: покупайте изделия из дешевой латуни или ищите на этикетке слово Nickel free.
Это один из семи металлов древности. В Египте, Месопотамии и других странах древнего мира бронза из олова изготовлялась уже в III тысячелетии до н. э.; олово применялось также для выделки различных предметов обихода, особенно посуды.
Половина добываемого во всем мире олова расходуется на получение белой жести, применяемой главным образом для изготовления консервных банок. Поэтому олово иногда образно называют металлом консервной банки.
Не так уж трудно понять причину, по которой олово и медь стали объектом внимания людей древности и почему бронза сыграла такую большую роль в истории человеческой культуры. Сравнительно легко получается из руд медь, но еще проще получается металлическое олово, у которого температура плавления составляет всего лишь 232°С. Достаточно оловянную руду (главнейшая из них касситерит, или оловянный камень, соединение олова с кислородом) смешать с углем, поджечь уголь и продувать воздух обычными кузнечными мехами, которыми пользовались люди много тысяч лет назад, чтобы выплавилось чистое олово. Во всяком случае, в Средней Европе, куда сведения о металлах проникли из древнейших очагов культуры, олово было известно за две тысячи лет до нашей эры. Египтяне могли получать олово из руд уже за 3000 лет до нашей эры. Само же название олова (от санскритского слова «ста», что значит «твердый») свидетельствует, что в странах Востока этот металл знали еще раньше, за 4000 с лишним лет до нашей эры.
Можно предположить, что бронзу, на первых порах, получали случайно, ибо есть руды, содержащие одновременно олово и медь. Позже бронзу готовили по определенной рецептуре, об этом свидетельствуют результаты анализа древних бронзовых изделий.
Очень часто в состав бронзы входит свинец и никель. Будьте осмотрительны при выборе украшений из бронзы и не приобретайте их из сомнительных источников. Такие украшения могут нанести серьезный урон здоровью.
Более трехсот лет тому назад было замечено, что олово очень хорошо держится на поверхности чистого железа и защищает его от ржавления. В то же время из опыта многовекового пользования оловянной посудой было известно, что олово почти не тускнеет и пища в оловянной посуде не получает неприятного привкуса.
В отличие от ранних и средневековых свинецсодержащих сплавов, современная посуда из cплавов олова безопасна для использования.
Мельхиор (maillechort фр.). Весьма остроумное название, данное изобретателями Майо (Maillot) и Шорье (Chorier), как бы сплав из двух имен, получившийся созвучным имени библейского волхва Мельхиора (вспомните поклонение волхвов младенцу Иисусу). Говорим мельхиор, подразумеваем сплав серебра и меди с низким содержанием серебра. Так ли это? На самом деле сплав этот состоит из меди, никеля, марганца и железа. А где же серебро? Его там нет. На вид он очень похож на серебро: такой же благородный оттенок, стойкость к коррозии. Из него даже изготавливают медицинские инструменты. Но серебра, все же, он не содержит.
Нейзильбер (от нем. Neusilber — новое серебро), сплав меди с никелем и цинком. При повышенном содержании никеля имеет красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом и высокую стойкость против коррозии. Дорогие изделия из сплавов типа Н. под названием «пакфонг» завезены в Европу из Китая в 18 в. В 19 в. изделия из сплавов такого типа, обычно посеребрённые, производили под разными наименованиями: китайское серебро, мельхиор и др. И тоже серебром тут и не пахнет.
Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 3
Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части заканчиваем разбирать проводники: Углерод, Нихромы, термостабильные сплавы, припои — олово, прозрачные проводники.
Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)
Хочу сказать спасибо всем за дельные комментарии к предыдущим частям, мой список TODO растет. Если тенденция сохранится, то итоговую версию руководства в формате pdf я опубликую не в 11 части, как планировал, а отдельно 12й частью вместе со списком доработок и улучшений. Оставляйте пожелания в комментариях какие места требуют более подробного обьяснения.
Эта часть посвящена «так себе проводникам» — материалам которые проводят ток, но делают это весьма паршиво, и с этим мирятся только благодаря каким-то особым свойствам материала, которого нет у других проводников.
Углерод
С — углерод. Не совсем металл, но тоже проводник. Графит, угольная пыль — не такие хорошие проводники как металлы, но зато очень дешевые, не подвержены коррозии.
Примеры применения
Компонент резисторов. В виде пленок, в виде объемных брусков в диэлектрической оболочке.
Добавка в полимеры для придания электропроводности. Для защиты от образования статического электричества достаточно ввести в состав полимера мелкодисперсный графит, и пластик из диэлектрика становится очень плохим проводником, достаточным, что бы статический заряд с него стекал. При работе с изделиями из такого пластика они не будут прилипать и искрить, что важно при пожароопасности или работе с электроникой.
Токопроводящий лак на базе суспензии графита.
На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные нагреватели — пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными. При пропускании тока через такой полимер, он нагревается, от нагрева расширяется, контакт между частичками углерода в матрице из полимера ухудшается, от этого увеличивается сопротивление — уменьшается протекаемый ток, уменьшается нагрев. В итоге, устанавливается некоторая температура полимера, стабильно поддерживающаяся этим механизмом обратной связи без каких либо внешних устройств.
Нагреватель от печки лазерного принтера. Основа — фарфор, проводники — серебро. Нагреватель — углеродная композиция, покрыта для защиты слоем глазури.
Аналогично устроены полимерные самовосстанавливающиеся предохранители. Если ток через такой предохранитель превысит номинальный, от нагрева полимер в составе расширяется, и резко увеличившееся сопротивление прерывает ток через предохранитель до некоторого небольшого значения. Такие предохранители обеспечивают медленную защиту, но не требуют замены предохранителя после каждой аварии.
Угольный сварочный электрод — используется для сварки, когда от электрода требуется только поддерживать дугу не плавясь. Уголь значительно дешевле вольфрама, но менее прочен и постепенно сгорает на воздухе.
Электроды от дуговой лампы, использовавшейся для киносъемок. Марка электродов КСБ — Уголь КиноСьемочный Белопламенный неомедненный.
Медно-графитовые материалы. Получают спеканием порошка меди и графита в разных пропорциях. В зависимости от состава могут быть от чёрных как уголь до темно красных с медным блеском. Используется как материал скользящих контактов — щеток электрических приборов. Такие щетки обеспечивают низкое сопротивление вращению — хорошо скользят по контактам коллектора. Кроме того их твёрдость заметно ниже твёрдости металла коллектора, так что в процессе работы истираются и подлежат замене дешевые щетки а не дорогой ротор.
Изношенные щетки от двигателя стиральной машины. Плохой контакт щеток с коллектором — причина повышенного искрения.
Источники
Если вдруг понадобился срочно угольный электрод, например сварить термопару, самый доступный способ — вытащить центральный электрод из солевой батарейки (маркировка которой начинается с R а не LR, щелочные («алкалиновые») не подойдут). Угольный стержень из батарейки содержит в себе следы электролита, поэтому перед применением не лишнем будет промыть и прокипятить его в воде для удаления остатков электролита.
Нихромы
Для изготовления нагревателей, мощных сопротивлений требуются сплавы со следующими требованиями:
Нихром (55-78% никеля, 15-23% хрома) рабочая температура до 1100 °C хотя нихромы — это целый класс сплавов с небольшой разницей в составе.
Фехраль, название образовано от состава FeCrAl (12-27% Cr, 3.5-5.5% Al, 1% Si, 0.7% Mn, остальное Fe) рабочая температура до 1350 °C (Иногда называют канталом — kanthal, это не марка сплава, а торговая марка, которая стала нарицательной, как например «термос»).
Добавка хрома обеспечивает образование защитной пленки на поверхности сплава, благодаря чему нагреватели из нихрома могут длительное время работать на воздухе с высокой температурой поверхности.
Фехраль после нагрева становится ломким. Нихром после нагрева еще можно как-то гнуть. При этом фехраль дешевле нихрома, в рознице не так заметно, но ощутимо в оптовых партиях.
Нихромовая спиралька с фитилем внутри — испаритель электронной сигареты. Нихромовой струной, подогреваемой электрическим током, режут пенополистирол. Также из нихрома изготавливают термосьемники изоляции — на сегодняшний день самый надежный способ снять изоляцию с провода и не повредить токопроводящую жилу.
На удивление, достаточно трудно купить нихром в виде проволоки в небольших количествах, местные продавцы о количествах менее килограмма даже слышать не хотят. Так что, если понадобится изготовить нагревательный элемент — то проще перемотать нихром с какогонибудь неисправного тепловентилятора.
Концы нагревательных элементов обычно приваривают к тоководам или зажимают механически — винтом или опрессовкой.
Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений
У всех материалов есть ТКС — температурный коэффициент сопротивления, мера того, насколько изменяется сопротивление с изменением температуры. Он может быть положительным — как у металлов, с ростом температуры сопротивление растет, может быть отрицательным, как у полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает. При изготовлении точных измерительных приборов необходимо иметь сопротивления с минимальным дрейфом номинала в зависимости от температуры. Для этого изобрели сплавы с минимальным ТКС:
Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Манганин (85% Cu, 11.5-13.5% Mn, 2.5-3.5% Ni)
Таблица, с указанием температурного коэффициента (обозначается как α) для различных
металлов:
| Материал | Температурный коэффициент α |
|---|---|
| Кремний | -0,075 |
| Германий | -0,048 |
| Манганин | 0,00002 |
| Константан | 0,00005 |
| Нихром | 0,0004 |
| Ртуть | 0,0009 |
| Сталь 0,5% С | 0,003 |
| Цинк | 0,0037 |
| Титан | 0,0038 |
| Серебро | 0,0038 |
| Медь | 0,00386 |
| Свинец | 0,0039 |
| Платина | 0,003927 |
| Золото | 0,004 |
| Алюминий | 0,00429 |
| Олово | 0,0045 |
| Вольфрам | 0,0045 |
| Никель | 0,006 |
| Железо | 0,00651 |
Если упростить, то коэффициент α говорит, во сколько раз изменится сопротивление проводника при изменении температуры на один градус Цельсия.
Припои
Пайка — это процесс соединения двух деталей при помощи припоя, материала с температурой плавления меньшей, чем у соединяемых деталей. Например, соединение двух медных проводников при помощи олова. Именно использование припоя — основное отличие от сварки, когда детали соединяются расплавом из самих себя, например стальной крюк к стальной двери приваривается при помощи стального плавящегося сварочного электрода.
Припои чаще классифицируют на две группы — тугоплавкие (температура плавления 400°С и более) и легкоплавкие. Или, иногда, на твёрдые и мягкие. Учитывая, что мягкие припои обычно легкоплавкие, то часто твёрдые припои синоним тугоплавких, а мягкие припои — легкоплавких.
В электронной технике припои используют для создания надежного электрического контакта. Основные припои в электронной технике — мягкие, на базе олова и оловянно-свинцовых сплавов. Все остальные экзотические припои рассматриваться не будут.
Олово
Sn — Олово. Основной компонент мягких припоев. Олово — относительно легкоплавкий металл, что позволяет использовать его для соединения проводников. В чистом виде не используется (см. факты). Из-за дороговизны олова (а также других причин, см. ниже), его в припоях разбавляют свинцом. Припой из 61% олова и 39% свинца образует эвтектику, такой смесью, ПОС-61 (Припой Оловянно-Свинцовый — 61% олова) паяют радиодетали на платах, провода. В менее ответственных узлах (шасси, теплоотводы, экраны и т.п.) олово в припоях разбавляют сильнее, до 30% олова, 70% свинца.
Электронные устройства долгое время паяли оловянно-свинцовыми припоями. Затем набежали экологи и заявили, что свинец — металл тяжелый, токсичный, и проблемы бы не было, если бы все эти ваши айфоны, компьютеры и прочие гаджеты не оказывались на свалке, откуда свинец попадает в окружающую среду. Поэтому придумали серию бессвинцовых припоев, когда олово разбавлено висмутом, или вовсе используется в чистом виде, стабилизированное добавками, например, серебра. Но эти припои дороже, хуже по характеристикам, более тугоплавкие. Поэтому оловянно-свинцовые припои надолго останутся в ответственных изделиях военного, космического, медицинского применения.
Кроме того, бессвинцовые припои склонны к образованию «усов». Оловянные усы — длинные тонкие кристаллы, вырастающие из оловянного припоя — причина отказов и сбоев аппаратуры. К сожалению, присадки в припои не позволяют на 100% прекратить рост «усов», поэтому оловянно-свинцовые припои, как проверенные временем, используются в критичных системах — космос, медицина, военка, атомные применения. Подробнее про усы.
Факты об олове
Легкоплавкие припои
На базе сплавов с содержанием олова были разработаны легкоплавкие припои. И даже очень легкоплавкие припои, которые плавятся в горячей воде. Хороший список сплавов есть в Википедии.
Катушки и прутки оловянно-свинцовых припоев. Проволока из припоя содержит центральный канал с флюсом, облегчающим процесс пайки.
Основные припои для радиоаппаратуры
Если спаять подпружиненные контакты легкоплавким припоем, то получится простой и надежный термопредохранитель, при превышении температуры припой плавится и контакты разрывают цепь. Правда, предохранитель получится одноразовым. Во многих советских телевизорах в блоке строчной развертки была защита из обычной стальной спиральной пружинки, припаянной на легкоплавкий припой. При перегреве, в том числе от большого тока через пружинку, она отпаивалась и отрывалась. Предохранители такого типа очень хороши как защита от пожара.
Прочие проводники
Термопарные сплавы
Для изготовления термопар используют сплавы стойкие к высоким температурам, но при этом обладающие высокой ТермоЭДС. Подробнее про термопары можно прочитать в соответствующей литературе.
Оксид Индия-Олова
Оксид Индия — Oлова (Indium tin oxide или сокращённо ITO) — полупроводник, но обладает невысоким сопротивлением, а самое главное, пленка из оксида индия-олова прозрачна.
Это свойство используется при производстве ЖК дисплеев, сетка электродов на поверхности стекла нанесена именно из оксида индия-олова. Также резистивные touch панели имеют прозрачное проводящее покрытие.
Пленка ITO едва видна в отражении, чтобы хоть как то она была заметна пришлось разобрать ЖК дисплей:
Стекла от ЖК индикатора электронных часов. Индикатор подключался к электронной схеме через токопроводящую резинку, гребенка контактов видна в нижней части стекла.
На просвет проводящая пленка не видна
На удивление, сопротивление пленки довольно низкое.
На этом мы закончили проводники. В следующей части начнем обзор диэлектриков
Лужение. Сравнение свойств чистого олова и покрытий сплавами на основе олова
1. Общие сведения.
На данный момент науке известны четыре аллотропные модификации этого металла: при нормальных условиях существуют и наиболее распространены «серое» олово и «белое» олово. Аллотропные модификации имеют не только разный внешний вид, но и физические свойства, что обусловлено их различной атомной структурой.
2. Процесс лужения.
Лудить можно медь, латунь, бронзу, углеродистую и нержавеющую сталь, алюминий и его сплавы, титан, ЦАМ.
В целом оловянные покрытия обеспечивают хорошую свинчиваемость резьбовых соединений, паяемость, герметичность сборочных узлов. Оловянирование является подготовительной операцией перед заливкой подшипников.
Оловянные покрытия отличаются хорошим сцеплением с металлом основы, высокой эластичностью, устойчивостью к сернистым соединениям и к воздействию тропического климата.
2.1 Лужение чистым оловом.
Основной областью применения покрытий чистым оловом является пищевая промышленность. С органическими кислотами в герметичной среде олово образует комплексы, в результате чего потенциал его смещается в положительную область и оно становится анодом по отношению к железу. Это свойство, а также практически полная безвредность простых соединений олова, позволило использовать его для защиты внутренних поверхностей консервных банок. На изготовление белой (облуженой) жести в XX веке использовалось около 50% добываемого олова. Эти же свойства олова дали возможность применять покрытия на его основе в целях антикоррозионной защиты широкого спектра пищевого оборудования.
В электротехнике оловянные покрытия применяются для защиты медного кабеля от разрушающего воздействия серы, содержащейся в резиновой изоляции; для пайки контактов; для создания между трущимися поверхностями легко прирабатывающегося электропроводного слоя.
Оловянные покрытия пластичны, и хорошо выдерживают механические нагрузки (вальцовку, штамповку, вытяжку).
Электрохимические оловянные покрытия просты в получении, что обеспечивается, в частности, высоким выходом по току электролитов лужения, но обладают рядом проблемных свойств:
• В случае длительного хранения на их поверхности наблюдается рост нитевидных кристаллических образований, которые вырастают в длину до 3-5 мм при толщине в несколько микрон. Эти образования, получившие название «усы», могут послужить причиной короткого замыкания внутри электрорадиотехнической аппаратуры, и соответственно, приводить к выходу ее из строя. До сих пор не установлена точная причина возникновения подобных явлений. Было замечено, что материал, на который осаждено покрытие, оказывает влияние на скорость возникновения усов. Так, в частности, на оловянном покрытии, нанесенном непосредственно на латунь, без технологического подслоя, нитевидные кристаллы появляются чаще и растут быстрее, чем на стальной основе.
• Есть теория, что под воздействием примесей в покрытии возникают внутренние напряжения сжатия специфического характера, что является основной причиной роста нитевидных усов. Примеси в покрытии могут быть механическими включениями (частички инородной твердой фазы), иметь диффузионный характер (диффузия из металла основы в покрытие), а также могут включаться в осадок в процессе соосаждения с основным покрытием. Также причиной роста усов считается наличие напряжений в металле-основе.
• Одной из основных проблем чистого олова является то, что оно имеет очень короткий срок жизни в качестве покрытия под пайку. Теоретически этот срок составляет две недели. В производственной практике установлено, что уже после 2-3 дней хранения пайка становится почти невозможна. Это связано с тем, что чистое оловянное покрытие весьма пористо и имеет в своем составе большое количество примесей. Паяемость луженой поверхности может уменьшаться и вследствие образования на границе медь-олово интерметаллических соединений типа Cu3Sn, Cu6Sn5, которые уже при маленькой толщине (3 мкм) теряют пластичность.
Для сохранения свойств паяемости и снижения пористости покрытия луженую поверхность в обязательном порядке необходимо оплавлять. Оплавление производится погружением в глицерин при 230 ºС, что весьма энергозатратно и увеличивает конечную стоимость покрытия.
2.2 Оловянирование сплавом сплав олово-медь (бронзирование).
Особенности функциональных свойств и внешнего вида сплава олово-медь определяются процентным содержанием компонентов. При содержании от 2 до 3 % олова покрытие имеет медно-красный цвет, при повышении процента олова до 15-20 покрытие становится золотисто-желтым (желтая бронза), а при 35% олова оно приобретает серебристо-белый, близкий к олову, цвет (белая бронза).
Покрытия желтой бронзой по стали проявляют высокую коррозионную стойкость в среде холодной и кипящей водопроводной воды. Желтая бронза обладает невысокой пористостью и может применяться и как самостоятельное покрытие, и в качестве подслоя, например перед хромированием.
Большую роль играют электрические свойства покрытия: удельное сопротивление электролитической бронзы, содержащей 25% Cu и 75% Sn, составляет 0,189 Ом*мм 2 /м, а содержащей 60% Cu и 40% Sn 0,248 Ом*мм 2 /м. Как известно, удельное сопротивление серебра составляет 0,015 Ом*мм 2 /м, Cu 0,017 Ом*мм 2 /м, а Sn 0,143 Ом*мм 2 /м. Приведенные данные свидетельствуют о том, что покрытие белой бронзой по своим электрическим свойствам уступает серебряному и медному покрытиям. Однако при работе в среде, содержащей сернистые соединения, переходное сопротивление бронзовых покрытий более стабильно, чем серебряных. Значение электросопротивления сплава растет синхронно увеличению его твердости, максимум соответствует содержанию Sn 40-45%.
2.3 Оловянирование сплавом олово-свинец.
В силу своей химической стойкости сплав Sn-Pb активно применяется в качестве защитного антикоррозионного покрытия.
Сплав легкоплавок, имеет высокую плотность и низкую механическую прочность, может применяться для обеспечения спекаемости, и в качестве антифрикционного покрытия.
Покрытие обеспечивает однородность паяного шва, исключается образование гетерогенных систем со сложной структурой, вызывающих хрупкость соединения.
Средняя удельная электропроводность оловянно-свинцовых покрытий сопоставима с аналогичной характеристикой золотых покрытий.
Положительным свойством сплава следует считать так же обеспечение постоянства переходного сопротивления при изменении контактных давлений.
Установлено, что покрытия из свинцово-оловянных сплавов, содержащие лишь 5% олова, значительно лучше, чем свинцовые покрытия защищают от коррозии в морской среде. Сплавы с содержанием Sn-Pb 50/50 проявляют наибольшую химическую стойкость. Лучшие антифрикционные свойства обеспечивает сплав состава 8-12 % Sn. Такие покрытия выполняют также роль смазки при штамповке деталей из листовой стали.
Применение покрытия ПОС-60 (олово 60%, свинец 40%) позволяет интенсифицировать процесс пайки за счет снижения температуры плавления сплава до 183 ºС
2.4 Оловянирование сплавом олово-цинк.
Сплав Sn-Zn отличаются более высокими защитными свойствами в условиях атмосферной коррозии по сравнению с чистым цинком. Допускается его эксплуатация при высокой влажности и значительных колебаниях температуры. Наилучшей коррозионной устойчивостью обладает сплав, содержащий 20-25% цинка. Он электрохимически является анодным по отношению к стали, а пористость его, по сравнению с чистым оловом, значительно ниже. При увеличении содержания цинка в сплаве до 50% коррозионная стойкость приближается к чистому цинковому покрытию. При содержании в сплаве 10% цинка и меньше покрытие приобретает катодный характер по отношению к стали и перестает защищать его электрохимически.
Сплав с содержанием 20% цинка легко паяется и пригоден к пайке дольше, чем цинк. Он также легко поддается полировке.
2.5 Оловянирование сплавом олово-никель.
Покрытие сплавами олово-никель рекомендуется для придания свойств паяемости поверхности медных и стальных деталей кислотными флюсами при одновременной защите их от коррозии. Также, покрытие сплавом, содержащим 35-40% никеля, может применяться вместо хромовых покрытий. Микротвердость осадков сплава находится в пределах 4000-6000 МПа, износостойкость в несколько раз выше, чем износостойкость никелевого покрытия.
Покрытие имеет высокие декоративные характеристики и, в виду низкой пористости, может применяться с одним медным подслоем, без промежуточного никелирования. При соблюдении определенных условий электролиза, покрытие может получаться блестящим непосредственно из ванны, без применения блескообразующих добавок. Сплав может применяться вместо лужения, когда требуются более высокие механические характеристики, чем у оловянного покрытия.
Весьма целесообразно применение сплава олово-никель для деталей, подлежащих запрессовыванию в пластмассы.
Электролитический сплав Sn-Ni (65% Sn) представляет собой интерметаллическое соединение, устойчивое до 300 ºС. Такое покрытие не рекомендуется применять для деталей, которые подвергаются многократным перегибам или работают как пружины, так как оно склонно к шелушению и растрескиванию, ввиду высоких внутренних напряжений.
Испытания на пористость показали, что стальные образцы, покрытые сплавом Sn-Ni толщиной 15 мкм с подслоем меди толщиной 20 мкм, практически не имеют пор и обладают высокой коррозионной стойкостью в среде солевого тумана, при переменном нагреве. Кроме того, было установлено, что покрытие в течение нескольких месяцев сохраняет паяемость соответствующую свежеосажденному покрытию. После двухлетнего хранения прочность спайки у покрытия олово-никель уменьшилось на 20%, а у оплавленного олова на 60%
2.6 Оловянирование сплавом олово-висмут.
2.7 Оловянирование сплавом олово-сурьма.
Сплав олово-сурьма (5-10% Sb) по свойствам идентичен олово-висмуту. Термические сплавы олово-сурьма с содержанием сурьмы до 0,5% не подвержены «оловянной чуме». Главное достоинство олово-сурьмянистого сплава состоит в том, что в нем не содержатся высокотоксичные элементы, такие как висмут или свинец, но это не ухудшает его эксплуатационных свойств.
2.8 Сплавы олова, редко применяемые в гальванике.
2.8.1 Сплав кадмий-олово.
Сплавы кадмий-олово представляют собой простую эвтектическую смесь.
Сплавы, содержащие 25% олова и 75% кадмия, проявляют высокие защитные свойства в среде солевого тумана. Имеются данные, что кадмиево-оловянные покрытия (40-60% кадмия), поддаются пассивированию в хромовокислом растворе с повышением стойкости против коррозии. Испытания показали, что кадмиево-оловянные покрытия в среде тепла и влаги, не уступают по коррозионной стойкости покрытиям сплавами Cd-Zn и Sn-Zn. В ходе испытаний на поверхности покрытия Cd-Sn образуются плотные нестирающиеся пленки продуктов коррозии, повышающие их защитные свойства.
Особый интерес представляет использование сплава кадмий-олово для защиты от коррозии стальных деталей авиационного оборудования. Коррозионная среда, в данном случае, особенно агрессивна ввиду резкого перепада температур, конденсации влаги на поверхности деталей, а так же воздействия летучих продуктов пластмасс, изоляционных материалов, смазочных масел и топлива.
2.8.2 Сплав медь-цинк-олово.
На практике электролитический сплав Cu-Zn-Sn сложно контролировать по процентному соотношению компонентов. Сплав может быть получен различного цвета: от серебристо-стального до золотистого. Цвет осадка может варьироваться температурой раствора и регулировкой плотности тока.
Сплавы подобного состава в течение длительного времени сохраняют способность к пайке, имеют достаточно высокую твердость и износостойкость. В промышленности могут применяться для защиты от коррозии резьбовых и точных деталей, для которых не допускается большая толщина покрытия. Покрытия золотистого цвета можно применять для декоративной имитации золота. Сплавы медь-цинк-олово и медь-кадмий-олово в процессе исследования были подвергнуты испытаниям в тропическом влажном климате. Испытания показали, что данные трехкомпонентные сплавы хуже защищают сталь, чем покрытия двойными сплавами Zn-Cd, Sn-Zn и Sn-Cd с соответствующей пассивацией.
2.8.3 Сплав свинец-олово-цинк.
Введение третьего компонента в свинцово-оловянный сплав позволяет дополнительно улучшить защитные, антифрикционные и другие функциональные свойства покрытий. Для снижения расхода олова при покрытии деталей двигателей внутреннего сгорания предложено использование трехкомпонентного сплава: 91-93% свинца; 6-8% олова; 0,5-5 % цинка. Применение свинцовых и цинковых покрытий для таких деталей не эффективно вследствие их низкой коррозионной стойкости по отношению к органическим соединениям и повышенным температурам. Оловянные и кадмиевые покрытия в этих условиях надежно защищают детали от коррозии, но Sn и Cd относятся к числу дефицитных и дорогостоящих металлов.
Покрытие Pb-Sn-Zn имеет наиболее высокую коррозионную стойкость при содержании цинка не свыше 1%. В этом случае защитные свойства покрытия в условиях среды высокой температуры и органических соединений, намного выше, чем у оловянных и кадмиевых покрытий. Кроме того, выраженные защитные свойства трехкомпонентного сплава позволяют применять покрытия небольшой толщины (3-5 мкм).
2.8.4 Сплав свинец-олово-медь.
Осажденный сплав содержит около 90-93 % свинца; 6-9% олова и 0,75-2% меди. Сплав рекомендуется для покрытия подшипников и для обеспечения прирабатываемости, так как проявляет отличные антифрикционные свойства и стойкость в среде органических соединений.
2.8.5 Сплав свинец-олово-сурьма.
Его целесообразно применять для улучшения антифрикционных свойств вкладышей подшипников, имеющих пористое хромовое покрытие. Покрытие трехкомпонентным сплавом толщиной 20-30 мкм значительно улучшает прирабатываемость хромированных вкладышей и повышает их коррозионную стойкость.
2.8.6 Сплав свинец-олово-индий.
Для вкладышей подшипников, работающих при повышенных удельных давлениях и высоких скоростях скольжения, рекомендуются покрытия сплавами, в состав которых входит индий. Возможно использовать для этих целей покрытие, содержащее 42% свинца, 42% олова и 16% индия.
2.8.7 Сплав олово-никель-кобальт.
В литературе есть упоминания о возможности получения трехкомпонентного сплава, состава 42-90% Sn, 4-7% Ni, остальное Co. Сплав пока не нашел применения в промышленности, так как его свойства недостаточно изучены.