Нестойкий оловянный припой. О чуме, погубившей Роберта Скотта, и о других заразных болезнях

Олово — это металл, для которого характерны устойчивость к образованию коррозии и экологичность (нетоксичность). Благодаря этим качествам его широко используют в пищевой и электронной промышленности. Довольно часто олово выступает составляющим элементом металлосплавов. Оловянные сплавы по сфере применения классифицируются на подшипниковые, легкоплавкие и припои. На основе олова производятся баббиты, бронза, припои и пьютеры. Каждый из них имеет свой специфический химический состав, свойства и сферу применения.

Баббиты

Баббиты производятся на базе олова (или свинца). Их применяют как напыленный или залитый слой. На сегодняшний день существует несколько вариаций химического состава баббитовых сплавов. Наиболее применяемыми считаются следующие:

  • 90% олова и 10% меди — баббиты на основе олова с добавлением меди;
  • 89% олова, 7% сурьмы и 4 % меди — оловянный сплав с добавлением сурьмы и меди;
  • 80% свинца, 15% сурьмы и 5% олова. — баббиты на основе свинца с добавлением сурьмы и олова.

Легирующими присадками могут выступать в этих сплавах различные металлы.

Баббиты плавятся при температуре от 300 градусов Цельсия. Как уже было отмечено выше, в основе этих материалов лежит олово. Маркируются они как Б88, Б83, Б83С. Данные сплавы применяются в целях повышения вязкости и, напротив, снижения коэффициента трения. Если сравнить эти показатели у оловянного и свинцового баббита, то первый отличается большой стойкостью к появлению коррозии, теплопроводностью и прочностью к различного рода воздействиям.

Сплавы на основе свинца имеют высокие температуры применения (даже выше, чем у оловянных баббитов). Они используются при изготовлении подшипников для двигателей дизельного типа. Также свинцовые баббиты применяют в производстве прокатных станов.

Рисунок 1. Подшипник скольжения

Для всех баббитов характерен такой значительный минус, как малое сопротивление усталости. Незначительная степень прочности этих лигатур позволяет применять их лишь в производстве подшипников, которые, напротив, отличаются износостойким и надежным корпусом, выполненным из стали или бронзы. Долговечность подшипников напрямую зависит от толщины слоя баббитового сплава, залитого на вкладыш из стали. И, соответственно, чем тоньше баббитовый слой, тем меньше срок эксплуатации подшипника.

Рисунок 2. Оловянные баббиты

Бронзы

Другим распространенным видом оловянных сплавов является бронза – оловянно-медный сплав. В принципе, под бронзой подразумевают также и медные сплавы в сочетании с другими элементами. В составе любого типа бронзы содержатся незначительные пропорции различных добавок (цинка, свинца, фосфора и других элементов).

Известную всем бронзу человечество начало изготавливать еще в эпоху Бронзового века. Ее применяли достаточно долгий период времени. Осталась она востребованной и при Железном веке. Она плавится при 930—1140 °C. А плотность бронзы равна 7800-8700 кг/м3.

Если изначально в мире была востребована мышьяковая бронза, то с развитием гужевого транспорта и внешней экономики в ряде стран мира начали применять оловянную бронзу. Особенно актуально было использование данного сплава в стремительно развивающейся сфере крупной промышленности. Правда, в последние десятилетия ее начали вытеснять неоловянные сорта бронзы (алюминиевые, медные и др.). Считается, что они превосходят оловянный сплав по своим свойствам.

Что из себя представляет оловянная бронза? Это медно-оловянный сплав, в котором меди содержится в большем количестве, нежели олова. Положительными свойствами данного сплава можно назвать такие его качества, как:

  • Твердость;
  • Прочность;
  • Легкоплавкость.

Оловянная бронза обладает данными свойствами в большей степени, нежели чистая медь. Данный сплав устойчив к затачиванию и другим видам обработки. Это говорит о том, что он относится к литейным металлам. Усадка у бронзы сравнительно низкая. Она составляет всего 1% (к примеру, у латуни и чугуна она равна 1,5%, у стали – превышает 2%). Это позволяет применять оловянные бронзы для изготовления отливок.

Их плюсами являются такие качества, как устойчивость к образованию коррозии и отличные антифрикционные свойства. Это объясняет использование данных сплавов в химической промышленности. В частности, их применяют для изготовления литой арматуры. Не менее популярны оловянные бронзы и в других промышленных отраслях.

Легирующими компонентами в данных сплавах выступают такие элементы, как:

  • Цинк;
  • Никель;
  • Фосфор;
  • Свинец;
  • Мышьяк.

И другие металлы. Содержание цинка в бронзах не превышает 10%. Такое незначительное содержание данного компонента никак не влияет на качества этих сплавов. При этом его использование помогает снизить расходы на изготовление оловянных бронз и повышает их устойчивость к коррозии. Добавление в качестве легирующих компонентов свинца и фосфора положительно сказывается на антифрикционные свойства данных сплавов. К тому же так оловянные бронзы легче поддаются резке и давлению.

Их маркировка представлена следующим образом:

  • Бр ОФ 6,5-0,15;
  • Бр.ОЦ 4-3;
  • Бр.ОЦ10-2;
  • Бр.ОФ 10-1;
  • Бр.ОНС 11-4-3.

Сегодня эти сплавы широко применяются в транспортной промышленности.

Устойчивость оловянных бронз к ржавчине и механическим повреждениям позволяет использовать их в производстве деталей машин. Производимые элементы относятся к расходным материалам, поскольку необходима их регулярная замена.

Бронза отличается долговечностью. Она устойчива к атмосферным осадкам и механическим воздействиям. Изделия, выполняющие декоративную функцию в театрах и дворцах, также производятся из бронз.

Рисунок 3. Изделия из бронзы для нефтегазового оборудования

Пьютер

Пьютером называется сплав олова с такими элементами периодической системы, как медь, сурьма и висмут. Иногда олово смешивают со свинцом. Сплав маркируется символами JJ. Пьютер плавится уже при 170-230 градусах. Следует отметить внешнюю эстетичность данных сплавов. Их легко полировать. Пьютеры необходимы при изготовлении декоративной посуды. Также сплавы используются в производстве различных украшений. Одним из существенных минусов изделий, изготавливаемых с применением пьютеров, является их низкая устойчивость перед так называемой оловянной чумой. Еще один не менее значимый недостаток данных сплавов – их токсичность. В некоторых странах (к примеру, в Англии) их запретили к использованию. Однако пьютер все же содержится в изделиях, относящихся к антиквариату.

Припои

Припои – это тоже лигатуры/сплавы.Они бывают легкоплавкими и твердыми. К первой группе относятся оловянно-свинцовые сплавы. В них также включают и другие элементы. Однако, как правило, их содержание в припоях бывает незначительно. Легирующие элементы обычно добавляют в данные сплавы для улучшения показателей тех или иных свойств (антикоррозийной защите, прочности и т.д.).

Легкоплавкие припои используются для монтажа и сборки радиоаппаратуры и различной электроники. Хотя они не такие прочные, как твердые сплавы, однако для данных целей они наиболее приемлемы. Их температура плавления составляет 300-450 градусов Цельсия (иногда меньше).

На сегодняшний день более популярной и востребованной считается припой марки ПОС. В маркировочных таблицах можно заметить несколько ПОС с различными номерами, следующими за данной аббревиатурой. Эти цифры являются показателями объема олова в них. К примеру, в припоях марки ПОС-40 количество олова составляет 40% от общего объема. Кстати, те сплавы, в которых содержится много олова, отличаются ярким металлическим блеском. Особенно значительно содержание данного элемента в марках ПОС-61 и ПОС–90. Те же сплавы, в составе которых преобладает свинец (а не олово), имеют матовую поверхность темно-серого цвета. Еще одна их отличительная особенность – хорошая пластичность. Те припои, в которых больше олова, жестки и прочны. Их невозможно легко и быстро погнуть.

Оловянно-свинцовые припои находят применение в самых разных отраслях промышленности. Так,

  • ПОС-90 используют при восстановлении пищевой посуды и медицинских приборов и устройств. Низкое содержание известного своей токсичностью свинца (10%) позволяет применять данные сплавы для вышеназванных целей;
  • ПОС-40 используется в процессе запаивания электроприборов и различных деталей из оцинкованного железа. Он подходит для ремонта радиаторов отопления и труб из латуни и меди;
  • ПОС-30. Часто используется в производстве кабелей и обработки листового цинка. Его полное плавление происходит при температуре в 220-265 градусов Цельсия;
  • ПОС-61. Аналогичен с ПОС-60. Практически один и тот же сплав. Применяется для запаивания печатных плат радиоприборов. Довольно часто используется при сборке электронного оборудования. Он начинает плавиться при 183 градусах Цельсия и выше. При 190 градусах припой расплавляется полностью.

Сплавы ПОС-40 и ПОС-90 также, как и ПОС-30, полностью расплавляются при 220-265 градусах Цельсия. Однако такую температуру «выдерживают» далеко не все электро- и радиоприборы. Поэтому оптимальным вариантом ля применения являются припои ПОС-61.

Поскольку припои выпускаются в тюбиках, то их состав можно прочитать на самих упаковках. Там бывает четко обозначено процентное соотношение олова и других элементов в данном сплаве.

Существует еще один сорт оловянных припоев. Речь идет о марке ПОССу. Этот сплав содержит в себе олово, свинец и сурьму. Его используют в производстве автотранспорта и холодильников, а также в целях запаивания обмоток машин электрического типа, электроники и кабелей. Содержание сурьмы в таких припоях варьируется от 0,5 % до 2%. ПОССу плавится при 189 градусах Цельсия.

И, пожалуй, наиболее «оловянным» можно назвать припой марки ПОССу 95-5. Олова и свинца в данном сплаве соответственно 95 к 5 процентам. Он плавится при 234-240 градусах.

Существуют также низкотемпературные припои. Это те сплавы, которые вследствие своей низкой температуры плавления можно без опасений использовать при запайке чувствительных к высоким температурам деталей приборов. Один из таких припоев – ПОСК-50-18. Он расплавляется при 142-145 градусах Цельсия. В данном сплаве олово составляет половину от всего содержимого припоя. В ПОСК–50-18 также бывает добавлен кадмий, который увеличивает его антикоррозийную устойчивость. Однако этот же легирующий компонент повышает токсичность данного сплава.

Таким образом, олово способно сочетаться в сплавах с другими металлами. Полученные металлопродукты отличаются высокой устойчивостью к появлению коррозии и внешней эстетичностью (яркий металлический блеск). В те или иные оловянные сплавы нередко добавляют легирующие компоненты для улучшения их свойств. Благодаря большому разнообразию соединений такого рода олово нашло применение в ряде отраслей промышленности.

Сплавы представляют собой вещества структурно однородные и содержащие в своем составе из двух или нескольких химических элементов в основном металлы. Базой для изготовления большинства сплавов используется до несколько металлических материалов с добавлением модифицирующих и легирующих примесей. Кроме того, сплав может содержать оставшиеся включения естественного, случайного и технологического происхождения.

 Прецизионный сплав
Бронзовый сплав
Медно-никелевый сплав
Латунный сплав

   В зависимости от технологии производства выделяют две категории сплавов:

1. Литые. Для их изготовления используется достаточно популярный метод – кристаллизация однородной консистенции на основе горячих частиц.

2. Сплавы порошковые. Формируются в результате воздействием пресса на смесь различных порошков, которые отправляются в специальную печь и проходят цикл высокотемпературной обработки. Для исходного сырья используют металлический порошок и нескольких химических соединений. К примеру, производство твердых сплавов подразумевает использование карбидов вольфрама или титана.

   С учетом способа получения готового материала выделяют 2 разновидности сплавов:

1. Литейные (к ним относятся чугуны и силумины).

2. Деформируемые (порошковые сплавы и стальные).

В разных промышленных отраслях применяется множество подвидов сплавов – инструментальные, специальные, конструкционные. В зависимости от сфер применения их разделяют на несколько типов. К конструкционным сплавам относят чугунные заготовки, сталь, дюралюминий и составы с особыми свойствами, к примеру, антифрикционные характеристики и устойчивость к искрению.

   Также в эту категорию входят такие материалы:

1. Латунь.

2. Бронза.

3. Сплавы для изготовления подшипников.

4. Баббит.

5. Сплавы для электронагревательного и измерительного оборудования.

6. Нихром.

7. Манганин.

8. Заготовки для производства режущих инструментов.

9. Победит.

Также для промышленных целей подходят устойчивые к коррозии, термостойкие, легкоплавкие, температурно-электрические, магнитные и аморфные сплавы. Количество разновидностей, которые используются в настоящее время достаточно большое и постоянно увеличивается. Сплавы классифицируют по двум признакам:

1. Материалы на базе железа.

2. Цветные сплавы металлов.

Ниже представлены самые популярные и важные сплавы для промышленного производства с основными сферами их эксплуатации.

Сталь.

Под сталью подразумевается соединение железа с углеродом (концентрация последнего составляет 2%). Из-за включении различных легирующих примесей как ванадий, хром или никель, стал приобретает легированные свойства.

Их всех существующих разновидностей сплавов по объемам поставок и производства, стали занимают ведущие места. Области их эксплуатации очень широкие, поэтому указать все сферы достаточно сложно.

Малоуглеродистые стали куда входит до 0,25% углерода, используются для конструкционных целей, а те, где процент значительно выше (от 0,55) применяются в производстве низкоскоростных режущих аппаратов, сверл и бритвенных лезвий. Легированные подвиды востребованы в машиностроительной отрасли и при изготовлении быстрорежущего оборудования.

Чугун.

Сплав железа с 2-4% углерода называется чугуном. Еще одним незаменимым элементом этого материала является кремний. Чугунные сплавы используются при изготовлении различной продукции с утилитарными функциями, к примеру, крышки канализационных люков, арматура трубопроводов, двигательные блоки цилиндров. Грамотно отлитое изделие обладает улучшенными механическими характеристиками.

Медные сплавы.

Эта категория сплавов представлена различными подвидами латуни, т.е. материалами на основе меди с включением от 5 до 45% цинка. Если к латуни добавляется от 5 до 20% цинка, ее называют красной (томпаком), а при концентрации цинка в пределах 20-36%, сплав получает название желтая латунь (альфа-латунь).

Данная разновидность широко востребована при изготовлении мелких деталей, которые нуждаются в особой обрабатываемости и точности.

Кроме того, для промышленных целей используют сплавы меди с добавлением алюминия, кремния и олова или бериллия.

К примеру, фосфористая и кремнистая бронза (сплав медный с добавлением кремнием) имеет отличные прочностные характеристики и используются при производстве мембран и пружин.

Свинцовые сплавы.

Незаменимые материалы для процесса пайки. В обычном припое содержится 1 часть свинца и 2 части олова. Металлический сплав востребован для пайки электропроводов и составляющих трубопроводов.

На основе сурьмяно-свинцовых сплавов изготавливают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумулятора. Сплавы, использующие кадмий, олово и висмут, обладают точкой плавления, которая намного ниже показателя кипения жидкости (70°C). Из-за этой особенности их применяют при производстве клапанов противопожарного оборудования спринклерных систем.

Сплав пьютер, незаменим для изготовления декоративной кухонной утвари и ювелирных изделий, состоит на 85-90% из олова. Оставшаяся часть состава – свинец. Также свинец добавляют при разработке так называемых баббитов, которые являются подшипниковыми сплавами. В составе свинцовых сплавов также присутствует мышьяк, олово и сурьма.

Легкие сплавы.

В машиностроении востребованы легкие сплавы с улучшенными прочностными свойствами, устойчивостью к высоким температурам и механическим воздействиям. В качестве исходного сырья для изготовления материала используют бериллий, магний, титан и алюминий. Не все сплавы из магния и алюминия подходят для эксплуатации в высокотемпературной и агрессивной среде.

Алюминиевые сплавы.

В эту категорию входят литейные сплавы (алюминий и кремний), для литья под высоким давлением (магний и алюминий), и сплавы интенсивного закаливания высокой прочности на основе алюминия и меди.

Основным преимуществом алюминиевых сплавов является их невысокая стоимость и прочность при невысоких температурах, а также легкость обработки. Заготовку достаточно просто ковать, штамповать или использовать для волочения, экструдирования и глубокой вытяжки.

Материал легко поддаются сварке и обрабатывается при помощи металлорежущего оборудования. Эксплуатационные характеристики алюминиевых сплавов теряются при повышении температуры до 175°C. Но за счет формирования оксидной пленки на поверхности, они не боятся коррозийных процессов при нахождении в различных агрессивных условиях.

Сплав не плохо проводит электрическую энергию и тепло, характеризуется усиленными отражательными свойствами, немагнитностью и безвредностью для здоровья человека при взаимодействии с продуктами питания (изделия из алюминия не подвергаются появлению ржавчины, не имеют какого-либо цвета и вкуса). Кроме того, сплавы алюминия защищены от взрыва, т.к. они не образуют искр и могут подавлять энергию ударов.

За счет перечисленных особенностей алюминиевые сплавы широко применяются в автомобилестроении, вагоно- и самолетостроении, в строительстве, для монтажа линий электропередач высокого напряжения и в пищевой промышленности. Наличие незначительного количества железа в составе сплавов повышает запас прочности при высокотемпературном воздействии, но негативно сказывается на устойчивости к коррозии и пластичности при комнатной температуре.

Магниевые сплавы.

Данный тип сплавов отличается небольшим весом и прочностью, а еще улучшенными литейными свойствами. Обрабатывать материал достаточно легко методом резания. В связи с этим, магниевые сплавы нашли применение в ракето- и авиастроительной сферах, где их используют для производства двигателей, колес, корпусов, топливных баков и прочих комплектующих.

Отдельные разновидности сплавов характеризуются повышенным коэффициентом вязкостного демпфирования, из-за этих свойств их применяют при производстве движущихся элементов средств транспортных и составляющих конструкций, которые используются в условиях высоких вибраций.

Из недостатков магниевых сплавов выделяют мягкость, неустойчивость к износу и недостаточную пластичность. Однако заготовку легко формировать путем термической обработки. Кроме того, сплавы магния подходят для обработки газовой, электродуговой и контактной сварки. Для качественной защиты сплавов от коррозии их покрывают специальной оболочкой.

Титановые сплавы.

По эксплуатационным характеристикам титановые сплавы в разы лучше магниевых и алюминиевых, в области прочности и степени упругости. При увеличенной плотности они характеризуются особой стойкостью к механическим воздействиям, уступая только бериллиевым сплавам.

В составе титановых сплавов присутствует минимальная концентрация азота, углерода и кислорода, учитывая это они достаточно пластичны. За счет невысокой электрической проводимости и низкого коэффициента проводимости тепла, сплавы титана устойчивы к износу и истиранию, да и прочность их гораздо выше, чем у других из группы магниевых сплавов.

Ползучесть отдельных сортов при среднем напряжении достигает 90 МПа, оставаясь на этом уровне при нагреве до 600°C, что намного выше предельной отметки у магниевых и алюминиевых сплавов. Сохраняют ковкость сплавы с титаном до температуры 1150°С, поэтому для их обработки разрешено использование электродуговой сварки с инертным газом или точечной и шовной сварки.

Обрабатывать материал с помощью технологии резания неоправданно, что объясняется быстрым схватыванием режущего приспособления. Плавку сплавов титана выполняют в вакуумных условиях или управляемой атмосфере для исключения проблемы выброса врезных примесей кислорода и азота в среду окружающую.

Титановые сплавы, как известно широко применяются в космической и авиационной промышленности. На их основе производятся различные механизмы и детали, которые эксплуатируются в температурных пределах от 150 до 430°C. Также из титана изготовляются составляющие специализированного химического оборудования.

Из титано-ванадиевых сплавов разработана уникальная легкая броня для техники и кабин летчиков в боевых самолетах. А для изготовления реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов основным материалом является сплав алюминия, титана и ванадия.

Бериллиевые сплавы.

Имея прекрасную пластичность, бериллиевый сплав превосходит другие металлические сплавы по удельной прочности. Для его производства используется принцип добавления хрупких зерен бериллия в мягкую пластичную основу, например, в разогретое серебро.

Являясь материалом с низкой плотностью, бериллиевый сплав активно применяется при разработке систем наведения ракет. Модуль его упругости выше, чем у стали или бериллиевой бронзы, что позволяет использовать материал для производства пружин и контактов в электрических схемах.

В чистом виде сплав применяется в качестве замедлителя и отражателя нейтронов в ядерных реакторах. За счет возможности формирования защитной оксидной пленки, он сохраняет свои эксплуатационные показатели при воздействии высоких температур.

Основная сложность при обработке сплава связана с его токсичностью. Пары от разогретого бериллия способствуют развитию опасных проблем со здоровьем, включая заболевания органов дыхания и дерматит.

Металлические изделия на основе различных сплавов вы можете купить через наш сайт. Промышленная компания «Кварто» включает большое количество российских поставщиков металлопродукции из разных регионов. На складах нашего предприятия в Московской области хранится цветной и нержавеющий прокат, продукция из специализированных сплавов и сталей, а также уникальное сырье металлургической промышленности.

Кроме того, мы занимаемся резкой, литьем металла на основе предоставленных заказчиком чертежей и документации. В процессе производства предусматривается строгий контроль с применением ультразвукового и химического оборудования.

Минерал меди

Металл, имеющий розовато-красный цвет и температуру плавления – 1083 °С, называется медью. Для этого химического элемента не свойственно содержать полиморфные соединения. Его кристаллизация происходит в гранецентрированной решетке. Влага и углекислый газ оказывает медленное воздействие, вещество обретает зеленый цвет после покрытия пленкой. Этот налет служит в качестве защиты для меди от коррозии.

Где используется медь и ее сплавы? В технике при низких температурах медь и ее сплавы выступают в качестве традиционных материалов. Также, как и для серебра, химического элемента, существенно иметь высокие механические свойства и теплопроводность, обладать коррозийной стойкостью.

Механические и технологические свойства такого элемента, как сплавы на основе меди нарушаются под влиянием вредных примесей таких, как серы и кислорода, висмута и свинца.

Основные технологические процессы получения металла:

1. Для обогащения руды используют метод флотации, при помощи которой соединения меди и пустой породы проходят смачивание. Отдельно подготавливается суспензия с флотационным агентом и соединяется с размельченной рудой. В качестве флотационного агента можно использовать пихтовое масло, благодаря которому на поверхности рудных частичек образуется пленка. На поверхности руды собираются пузырьки, они появляются от продувки воздухом, затем образуется пена. На дно опускается пустая порода, не прошедшая смачивания маслом. До 30% меди находится в собранной и высушенной пене – концентрате.

Подробнее о методе флотации

2. Сернистый газ получается в результате обжига концентрата. Таким образом, получается обожженный медный концентрат и серная кислота, без содержания алюминия. Затем в отражательных печах получается медный штейн, ингредиент, в состав которого входит сульфид железа и медь.

Заливка штейна в конвертер

3. Для продувки штейна предусмотрены конвертеры с кислородом, в них получается черновая медь. У такого ингредиента содержится 1,5% примеси без серебра и алюминия. Во время продувки участвует кварцевый песок, окись железа образуется благодаря переходящим сульфидам, после этого образуется шлак. Серная кислота получается благодаря поступлению сернистого газа.

4. Черновая медь очищается при помощи огневого или электролитического метода. Деревянные жерди используются при огневом способе, а затем происходит пропускание воздуха. Примеси выводятся благодаря окислению жердей кислородом воздуха. Электролитический метод включает в себя установление меди в качестве анода, а медные листы служат в виде катода. Анод начинается растворяться, когда проходит ток, при этом на дне происходит оседание меди на катоде. Изделия из меди и серебра, имеющие вес 60-90 кг можно получить в течение 10 дней. В это время дно ванны наполняется шламом – осадком примеси. Чаще всего шлам состоит из серебра – 35%, золота – 1% и селена – 6%, без железа и свинца, а вот алюминия здесь не обнаружено.

Сплавы химического элемента – меди

Латунь

На основе меди получается двойной или многокомпонентный сплав – латунь, мягче и легче стали. В ней легирует главный ингредиент – цинк. В отличие от меди у металла больше прочности, устойчивости перед коррозиями, а также лучшая обрабатываемость, как у железа и стали. Химический элемент, как алюминий с легкостью можно разрезать, или разлить. Цинк в латуни содержится до 45%, а вот серебра и железа нет. Чем больше металл находится в составе, тем становится менее прочным. Сплавы на основе меди не содержат легирующие ингредиенты больше 7-9%.

Технологический признак металла состоит из литейных и деформируемых веществ. Из этих элементов изготавливают фасонные отливки, они выглядят в форме чушки.

Изделия из латуни

Из деформируемых латуней делают простые элементы. Проволока, прутки, полосы, ленты, трубы, листы, и другие прокатные, а также прессованные изделия считаются полуфабрикатами латуни, напоминающие изделия из алюминия. В общем, и химическом машиностроении металл, так как и бронза широко используется.

Немного о бронзе

Бронза

Бронза — это сплав меди, в который добавляется олово, марганец, алюминий, свинец, кремний, бериллий, чего нет в стали. Бронза, наподобие серебра, она устойчивая перед коррозией, у нее высокие антифрикционные и хорошие литейные свойства, её легко можно обработать резанием. Чтобы улучшить механические характеристики, а также придать особые свойства металлу — бронза, для легирования используют никель, железо, цинк, титан, фосфор.

Химический состав и механические свойства некоторых бронз

Если к химическому элементу добавить марганец, у элемента появится устойчивость к коррозии, при добавлении никеля, бронза становится пластичней. Чтобы изделие сделать прочным, наподобие стали, рекомендуется добавить немного железа. Улучшит литейные свойства элемента цинк. С помощью свинца, бронза станет более обрабатываемая.

Сплав – никель и медь

Медноникелевым сплавом называется соединение, в котором основой является медь, а легирующий элемент – это никель, алюминия и свинца не обнаружено. В основном используют электротехническими и конструкционными сплавами.

Соединение, состоящее из меди, никеля и алюминия принято называть куниали. Его основными элементами является никель – 6-13%, немного алюминия – 1,5-3%, все остальное занимает медь. В отличие от серебра, это изделие проходит термическую обработку. Из металла изготавливают детали, имеющие повышенную прочность, к ним относятся электротехнические изделия, а также пружины, как изготавливают из стали.

Изделие, которое представляет собой сплав меди с цинком и никелем носит необычное название – нейзильбер. В его составе содержится никель – 15%, цинк – 20%, весь остальной состав принадлежит меди, и нет свинца. Металл, в отличие от стали, обладает приятным белым цветом, который приближен к окраске серебра. Химический элемент, как и бронза, хорошо выдерживает атмосферную коррозию, он служит неотъемлемой частью приборостроения, а также при производстве часов.

Нейзильбер часто используется как конструкционный материал

Металлы, содержащие медь с никелем в небольшом количестве и марганец, не превышающий 1%, называются мельхиорами. У этих изделий, как и у стали, повышена устойчивость перед коррозией, на них не оказывает влияние морская вода. Металлы чаще всего применяют при изготовлении теплообменных аппаратов, из них делают чеканные и штамповые изделия.

Для изготовления термопар пользуются специальным термоэлектродным сплавом, который называется – копелем. В состав химического элемента входит никель с медью и составляет 43%, а также марганец, в количестве 0,5%.

Марганцовистая бронза — манганин

Сплав, у которого есть высокое удельное электрическое сопротивление, носит название – манганин. Это изделие состоит из марганца, который составляет 12% и меди с никелем, на них отводится 3%, серебра и железа не обнаружено. При изготовлении электронагревательных приборов в отличие от алюминия и стали, медь и бронза используется чаще.

Важным преимуществом такого металла, как медь и бронза является то, что ее применяют в электротехнической промышленности. Металл широко используют при изготовлении электрических проводов. Чем чище химическое изделие, тем высоко его преимущество. Проводимость электричества упадет на 10%, если в меди будет обнаружено 0,02% алюминия.

В определенной области производства изделия из меди, стали и серебра считаются лучшим материалом. Механические детали производственного оборудования не могут быть изготовлены из другого металла, алюминия или железа. Кроме меди и стали в современном мире высоко ценится бронза. А вот сплав меди с оловом считается прочным металлом, в котором сохранена пластичность.

Видео: Добыча Меди

Металл олово был открыт раньше железа, а его сплав с медью — самый первый, созданный людьми.

Люди отметили значимость бронзы, назвав эпоху своего развития Бронзовым веком.

Неизвестная история

История открытия олова и сплавов из него покрыта пылью времен. Никто не назовет имени первооткрывателя металла, никто не знает — кто догадался первым сплавить олово с медью. Зато известно, что еще 6000 лет назад люди пользовались изделиями из металла.

image

Происхождение латинского названия ученые выводят из санскритского sta — прочный.

Русское наименование относят к греческим корням. Alophoys по-гечески белый, что указывает на цвет металла.

Свойства Sn

imageStannum (Sn) — латинское наименование этого гибкого, пластичного, легкоплавкого металла. Имеет № 50 в периодической таблице Менделеева.

По химическим свойствам металл подобен своим «соседям» — германию и свинцу.

В реакциях проявляет степени окисления +2, +4.

С водой или воздухом не реагирует. Причина этому — пленка оксида на поверхности металла.

Растворяется в разбавленных кислотах; с неметаллами реагирует при нагреве.

Физические свойства олова:

  • плотность β-Sn 7,3 г/см3;
  • плотность жидкого олова 6,98 г/см³;
  • удельная электропроводность 8,69 МСм/м.

Металл обладает редким свойством: плавится при низкой температуре (232°С), а кипит при высокой (2620°С).

В природном олове 10 стабильных изотопов — это рекорд среди всех элементов таблицы Менделеева.

Свойства атома
Название, символ, номер О́лово / Stannum (Sn), 50
118,710(7)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Kr] 4d10 5s2 5p2
Радиус атома 162 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 141 пм
Радиус иона (+4e) 71 (+2) 93 пм
Электроотрицательность 1,96 (шкала Полинга)
Электродный потенциал −0,136
Степени окисления +4, +2
 708,2 (7,34) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 7,31 г/см³
Температура плавления 231,91 °C[2]
Температура кипения 2893 K, 2620 °C[3]
Уд. теплота плавления 7,19[2]; кДж/моль
Уд. теплота испарения 296[4] кДж/моль
Молярная теплоёмкость 27,11[4] Дж/(K·моль)
Молярный объём 16,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки тетрагональная
Параметры решётки a=5,831; c=3,181 Å
Отношение c/a 0,546
Температура Дебая 170,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 66,8 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-31-5

Рекомендуем:  МАГНИЙ — огненный металл

Аллотропные свойства олова

Аллотропия — свойство элемента менять свою кристаллическую решетку при изменении температуры. Модификация альфа (серое олово) устойчиво при низких температурах (ниже 13 °С). Имеет кубическую решетку, по типу алмаза. Практического применения не имеет.

Бета-модификация (белое, металлическое олово), из которого делают солдатиков, им же покрывают консервные банки. Кристаллическая структура тетрагональная.

image Серое и белое олово

В гамма-модификацию металл переходит при температуре 161-232°С.

Печально: в музее А.В. Суворова случилось несчастье. В запаснике, где хранилась ценная коллекция оловянных солдатиков, зимой лопнули трубы отопления, и коллекция просто рассыпалась в пыль.

Маркировка металла

Промышленность выпускает металл в проволоке, чушках, прутках.

Марки олова Форма выпуска, содержание Sn
ОВЧ-000 Допустимо не более 0,001% примесей
О1пч

О1

Содержание Sn 99,915%

Примесей не более 0,1%

О2 99,565% Sn
О3 Содержит 98,49% олова
О4 Самое «грязное» олово; допустимо содержание примесей до 3,5%

Месторождения оловянных руд

Д.И. Менделеев писал:

«Олово встречается в природе редко, в жилах древних пород, почти исключительно в виде окиси SnO2, называемой оловянным камнем».

Олово относится к редким рассеянным металлам. В природе среди элементов занимает 47-е место по распространенности.

Мировые запасы оловянных руд расположены в:

  • Китае;
  • Малайзии;
  • Индонезии;
  • Бразилии;
  • Перу;
  • Австралии.

Значимые месторождения российских оловянных руд сосредоточены на Дальнем Востоке (в Приморском крае, в Якутии, в Хабаровском крае). Добыча металла большей частью происходит в подземных шахтах.

Основные руды:

  • оловянный камень, касситерит — содержит до 78% металла; image Кристаллы касситерита
  • оловянный колчедан (станин), 27,5% олова;
  • тиллит.

Печально: по подсчетам ученых, оловосодержащих минералов на Земле осталось лет на 30. Потом придется добывать его из лома, или искать замену…

Сплавы

По своей классификации оловянные сплавы делятся на припои, подшипниковые и легкоплавкие.

  1. Баббиты. В них добавляют свинец, медь, сурьма. Баббиты могут иметь легирующие присадки. Маркировки баббитов: Б88, Б83, Б83С.
  2. Бронза — сплав меди с оловом. Любая бронза содержит небольшие добавки фосфора, цинка, свинца, никеля и других элементов. Марки бронзы: Бр ОФ 6,5-0,15; Бр.ОЦ 4-3; Бр.ОЦ10-2; Бр.ОФ 10-1; Бр.ОНС 11-4-3.
  3. Пьютер. Сплав с висмутом, сурьмой, медью, изредка со свинцом.
  4. Припои. Бывают твердые и легкоплавкие. В сплав добавляют свинец и другие элементы. Марки припоев: ПОС-30, ПОС-40, ПОС-90.

Плюсы и минусы олова

К достоинствам относим:

  1. Нетоксичность, это позволяет использовать металл в пищевой промышленности, в производстве посуды.
  2. Достойная антикоррозионная устойчивость в агрессивных средах.
  3. Не реагирует с серой; поэтому используют везде, где металл «завернут» в резиновую или пластиковую изоляцию.

Недостатки:

  1. Подвержен «оловянной чуме».
  2. Довольно высокая стоимость ограничивает широкое применение металла.
  3. Невысокая температура плавления (всего 232°С).

Производство изделий из олова и его сплавов

Продукция из олова была востребована с давних времен. Дети играют в оловянных солдатиков уже 4000 лет.

Познавательно: в музеях Санкт-Петербурга хранятся крупные коллекции оловянных солдатиков.

  • Электроника с ее платами сейчас повсюду, и любые контакты соединяются припоем из олова и его сплавов. Оловянное напыление для медных проводов полезно, это защита от воздействия серы (она входит в состав резиновой изоляции).
  • Оловянные сплавы баббиты обладают прекрасными антифрикционными свойствами. Ни один из механизмов (от велосипеда до могучего КРАЗа) не обходится без подшипников.
  • Используют металл в типографском сплаве гарте. Полиграфическое производство невозможно без оловянных сплавов.

image Расплавленное олово Воздействие на организм оловянных изделий минимально. Поэтому применение металла в пищевой промышленности вполне оправдано.

Простая консервная банка и гибель полярной экспедиции

Французский повар Франсуа Аппер придумал, как долго хранить пищу. Он предложил герметично закрывать продукты в банки из белой жести (это тонкий лист из железа, покрытый оловянным напылением). Теперь мы не можем представить жизни без баночки вкусных консервов.

Но те же консервные банки (вернее, «оловянная чума») способствовали гибели экспедиции Р. Скотта к Южному полюсу. Из баков, запаянных оловянным припоем, вылилось горючее. Металл перешел в альфа-модификацию и просто раскрошился на морозе.

Стоимость олова

Главная мировая площадка инвесторов в металлы находится в Лондоне. Это LME (Лондонская биржа металлов).

Цена тонны олова на LME составляла 15590,0 US$ за тонну (данные на 28.05.2020).

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий