Легкоплавкий сплав
Легкоплавкий сплав представляет собой металлический сплав , который легко плавится , т.е. легко плавится, при относительно низких температурах. Легкоплавкие сплавы обычно, но не обязательно, являются эвтектическими сплавами.
Иногда термин «легкий сплав» используется для описания сплавов с температурой плавления ниже 183 ° C (361 ° F; 456 К). Легкоплавкие сплавы в этом смысле используются для припоя .
Введение
[ редактировать ]Легкоплавкие сплавы обычно изготавливаются из легкоплавких металлов. В состав входят 14 легкоплавких металлических элементов, устойчивых к практическому использованию. Они разделены на две отдельные группы: 5 щелочных металлов имеют 1 с-электрон и плавятся при температуре от +181 (Li) до +28 (Cs) по Цельсию; 9 бедных металлов имеют 10 d-электронов и от нуля (Zn, Cd, Hg) до трех (Bi) p-электронов, они плавятся при температуре от -38 (Hg) до +419 (Zn) по Цельсию. С практической точки зрения легкоплавкие сплавы можно разделить на следующие категории:
- Ртутьсодержащие сплавы
- Только щелочные металлы. сплавы, содержащие
- Галлийсодержащие сплавы (но не щелочные металлы и ртуть)
- Только висмут , свинец , олово , кадмий , цинк , индий и иногда таллийсодержащие сплавы.
- Другие сплавы (используются редко)
Практическая причина здесь в том, что химическое поведение щелочных металлов сильно отличается от химического поведения плохих металлов. Из 9 бедных металлов Hg (т.пл. -38°С) и Ga (т.пл. +29°С) каждый имеет свои особые практические проблемы, а остальные 7 бедных металлов от In (т.пл. +156°С) до Zn (т.пл. +419°С) могут рассматриваться вместе. Из элементов, которые можно рассматривать как родственные, но не имеющие отличительных свойств бедных металлов: По оценкам, Po плавится при 254 C и может быть плохим металлом по свойствам, но слишком радиоактивен (самый длинный период полураспада 125 лет) для практического использования. По тем же соображениям, что и По Sb плавится при 630 C и считается полуметаллом, а не плохим металлом. Те также считается полуметаллом, а не плохим металлом. Из других металлов следующей самой низкой температурой плавления является Pu, но его температура плавления 640 градусов по Цельсию оставляет разницу в 220 градусов между Zn и Pu, что делает «бедные металлы» от In до Zn естественной группой.
Некоторые достаточно известные легкоплавкие сплавы — это металл Вуда , металл Филда , металл Роуза , Галинстан и NaK .
Приложения
[ редактировать ]можно использовать расплавленные сплавы, В качестве хладагентов поскольку они стабильны при нагревании и могут обеспечивать гораздо более высокую теплопроводность, чем большинство других хладагентов; особенно со сплавами, изготовленными из металлов с высокой теплопроводностью, таких как индий или натрий . Металлы с низким нейтронным сечением используются для охлаждения ядерных реакторов .
Такие сплавы используются для изготовления плавких пробок, вставляемых в своды топок паровых котлов , в качестве защиты на случай, если уровень воды упадет слишком низко. При этом пробка, уже не покрытая водой, нагревается до такой температуры, что плавится и позволяет содержимому котла уйти в топку. В автоматических спринклерах отверстия каждого спринклера закрыты пробкой, удерживаемой легкоплавким металлом, который плавится и выделяет воду, когда вследствие возникновения пожара в помещении температура поднимается выше заданного предела. [ 1 ]
Висмут при затвердевании расширяется примерно на 3,3% по объему. Сплавы, содержащие по крайней мере половину висмута, также обладают этим свойством. [ 2 ] Его можно использовать для крепления мелких деталей, например, для механической обработки, поскольку они будут плотно удерживаться. [ нужна ссылка ]
Легкоплавкие сплавы и металлические элементы
[ редактировать ]Известные сплавы
[ редактировать ]| Сплав | Температура плавления | Эвтектика ? | Висмут % |
Вести % |
Полагать % |
Индий % |
Кадмий % |
Таллий % |
Галлий % |
Сурьма % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Металл Роуз | 98 ° С (208 ° F) | нет | 50 | 25 | 25 | – | – | – | – | – |
| Серросафе | 74 ° С (165 ° F) | нет | 42.5 | 37.7 | 11.3 | – | 8.5 | – | – | – |
| Металл Вуда | 70 ° С (158 ° F) | да | 50 | 26.7 | 13.3 | – | 10 | – | – | – |
| Полевой металл | 62 ° С (144 ° F) | да | 32.5 | – | 16.5 | 51 | – | – | – | – |
| Церролов 136 | 58 ° С (136 ° F) | да | 49 | 18 | 12 | 21 | – | – | – | – |
| Церролов 117 | 47,2 ° С (117 ° F) | да | 44.7 | 22.6 | 8.3 | 19.1 | 5.3 | – | – | – |
| Би-Pb-Sn-Cd-In-Tl | 41,5 ° С (107 ° F) | да | 40.3 | 22.2 | 10.7 | 17.7 | 8.1 | 1.1 | – | – |
| Галлий | 30,0 ° С (86 ° F) | Чистый металл | - | - | - | - | - | - | 100 | – |
| Эта запись | −19 ° C (−2 ° F) | нет | <1,5 | – | 9.5–10.5 | 21–22 | – | – | 68–69 | <1,5 |
Другие сплавы
[ редактировать ]| Состав в массовых процентах | Температура плавления | Эвтектика? | Имя или замечание |
|---|---|---|---|
| Cs 73.71, К 22.14, Na 4.14 [ 3 ] | −78,2 °С (-108,8 ° F) |
да | «ЦсНаК», реагирует с водой и воздухом. |
| Ртуть 91,5, Tl 8,5 | −58 °С (-72 ° F) |
да | используется в термометрах с низкими показаниями |
| рт.ст. 100 | −38,8 °С (-37,8 ° F) |
(да) | |
| Чт 77.0, Ср 23.0 | −37,5 °С (-35,5 ° F) |
||
| К 76,7, На 23,3 | −12,7 °С (9,1 °Ф) |
да | |
| К 78,0, На 22,0 | −11 °С (12 °Ф) |
нет | НаК |
| Ga 61, In 25, Sn 13, Zn 1 | 8,5 °С (47,3 °Ф) |
да | |
| Гал 62,5, Ин 21,5, Sn 16,0 | 10,7 °С (51,3 °Ф) |
да | В этом сплаве |
| Гал 69,8, Ин 17,6, Sn 12,5 | 10,8 °С (51,4 °Ф) |
нет | В этом сплаве |
| Гал 68,5, Ин 21,5, Sn 10 | 11 °С (52 °Ф) |
нет | В этом сплаве |
| Га 75,5 и 24,5 | 15,7 °С (60,3 °Ф) |
да | |
| CS 100 | 28,6 °С (83,5 °Ф) |
(да) | |
| Вот 100 | 29,8 °С (85,6 °Ф) |
(да) | |
| руб. 100 | 39,30 °С (102,74 °Ф) |
(да) | |
| Bi 40.3, Pb 22.2, In 17.2, Sn 10.7, Cd 8.1, Tl 1.1 | 41,5 °С (106,7 ° F) |
да | |
| Bi 40.63, Pb 22.1, In 18.1, Sn 10.65, Cd 8.2 | 46,5 °С (115,7 ° F) |
||
| Bi 44.7, Pb 22.6, In 19.1, Cd 5.3, Sn 8.3 | 47 °С (117 °Ф) |
да | Церролов 117 . Используется как припой в физике низких температур. [ 4 ] |
| Би 49, Пб 18, Ин 21, Sn 12 | 58 °С (136 °Ф) |
ChipQuik . для демонтажа Сплав [ 5 ] Церролов 136 . Немного расширяется при охлаждении, через пару часов дает небольшую усадку. Используется как припой в физике низких температур. [ 4 ] Линзовый сплав 136 , используется для крепления линз и других оптических компонентов при шлифовке. [ 6 ] Используется для крепления небольших хрупких деталей необычной формы для механической обработки. | |
| Би 32,5, И 51,0, Sn 16,5 | 60,5 °С (140,9 ° F) |
да | Полевой металл |
| К 100 | 63,5 °С (146,3 ° F) |
(да) | |
| Bi 50, Pb 26,7, Sn 13,3, Cd 10 | 70 °С (158 °Ф) |
да | Керробенд. Используется в физике низких температур в качестве припоя. [ 4 ] |
| Bi 49,5, Pb 27,3, Sn 13,1, Cd 10,1 | 70,9 °С (159,6 ° F) |
да | сплав Липовица |
| Bi 50,0, Pb 25,0, Sn 12,5, Cd 12,5 | 71 °С (160 °Ф) |
да | Металл Вуда |
| И 66,3, Би 33,7 | 72 °С (162 °Ф) |
да | [ 7 ] |
| Bi 42,5, Pb 37,7, Sn 11,3, Cd 8,5 | 74 °С (165 °Ф) |
нет | Серросафе |
| Би 57, Ин 26, Sn 17 | 79 °С (174 °Ф) |
да | [ 7 ] |
| Би 54, Ин 29,7, Sn 16,3 | 81 °С (178 °Ф) |
да | [ 7 ] |
| Би 56, Сн 30 и 14 | 79–91 °С (174–196 ° F) |
нет | Сплав для демонтажа ChipQuik, не содержит свинца. |
| Bi 50, Pb 30, Sn 20, Примеси | 92 °С (198 °Ф) |
нет | сплав Лихтенберга, [ 8 ] также называемый легкоплавким сплавом лука [ 9 ] |
| Би 52,5, Pb 32,0, Sn 15,5 | 95 °С (203 °Ф) |
да | |
| Би 52, Pb 32.0, Sn 16 | 96 °С (205 °Ф) |
да | Би52 . Хорошее сопротивление усталости в сочетании с низкой температурой плавления. Разумная прочность на сдвиг и усталостные свойства. Сочетание со свинцово-оловянным припоем может значительно снизить температуру плавления и привести к разрушению соединения. [ 10 ] |
| Би 50,0, Pb 31,2, Sn 18,8 | 97 °С (207 °Ф) |
нет | Металл Ньютона |
| это 100 | 97,8 °С (208,0 ° F) |
(да) | |
| Би 50,0, Pb 28,0, Sn 22,0 | 94–98 °С (201–208 ° F) |
нет | Металл Роуз |
| Би 55,5, Pb 44,5 | 125 °С (257 °Ф) |
да | |
| Би 58, Сн 42 | 138 °С (280 °Ф) |
да | Би58 . Разумная прочность на сдвиг и усталостные свойства. Сочетание со свинцово-оловянным припоем может значительно снизить температуру плавления и привести к разрушению соединения. [ 10 ] Низкотемпературный эвтектический припой высокой прочности. [ 11 ] Особо прочный, очень хрупкий. [ 12 ] Широко используется в по технологии сквозных отверстий сборках IBM в мэйнфреймах , где требовалась низкая температура пайки. Может использоваться в качестве покрытия из частиц меди для облегчения их соединения под давлением/теплом и создания проводящего металлургического соединения. [ 13 ] Чувствителен к скорости сдвига. Хорошо подходит для электроники. Используется в термоэлектрических приложениях. Хорошие показатели термической усталости. Предел текучести 7119 фунтов на квадратный дюйм (49,08 МПа), предел прочности на разрыв 5400 фунтов на квадратный дюйм (37 МПа). [ 14 ] |
| Би 57, Сн 43 [ 15 ] | 139 °С (282 °Ф) |
да | |
| Через 100 | 157 °С (315 °Ф) |
(да) | В99 . Используется для крепления некоторых чипов. Более подходит для пайки золота , скорость растворения золота в 17 раз медленнее, чем в припоях на основе олова, и до 20% золота можно переносить без значительного охрупчивания. Хорошие характеристики при криогенных температурах. [ 16 ] Смачивает многие поверхности, в т.ч. кварц, стекло и многие виды керамики. Бесконечно деформируется под нагрузкой. Не становится хрупким даже при низких температурах. Используется в качестве припоя в физике низких температур, склеивается с алюминием. Может использоваться для пайки тонких металлических пленок или стекла ультразвуковым паяльником. [ 4 ] |
| эти 100 | 180,5 °С (356,9 ° F) |
(да) | |
| Sn 62.3, Pb 37.7 | 183 °С (361 ° Ф) |
да | |
| Sn 63.0, Pb 37.0 | 183 °С (361 ° Ф) |
нет | Эвтектический припой . Сн63 , АСТМ63А , АСТМ63Б . Распространен в электронике; исключительные свойства лужения и смачивания, также хороши для нержавеющей стали. Один из самых распространенных припоев. Низкая стоимость и хорошие клеящие свойства. Используется как в SMT, так и в сквозной электронике. Быстро растворяет золото и серебро, не рекомендуется для тех. [ 11 ] Sn 60 Pb 40 немного дешевле и часто используется вместо него из соображений экономии, поскольку на практике разница в температуре плавления незначительна. При медленном охлаждении швы становятся немного более яркими, чем Sn 60 Pb 40 . [ 17 ]
Предел текучести 3950 фунтов на квадратный дюйм (27,2 МПа), предел прочности на разрыв 4442 фунтов на квадратный дюйм (30,63 МПа). [ 18 ] |
| Sn 91,0, Zn 9,0 | 198 °С (388 °Ф) |
да | KappAloy9 Разработан специально для пайки алюминия с алюминием и алюминия с медью . Он обладает хорошей коррозионной стойкостью и прочностью на разрыв. Находится между мягким припоем и серебряными припоями, что позволяет избежать повреждения критической электроники, деформации и сегрегации подложки. Лучший припой для алюминиевого провода с медными шинами или медного провода с алюминиевыми шинами или контактами. [ 19 ] США#: L91090 |
| Sn 92,0, Zn 8,0 | 199 °С (390 °Ф) |
нет | Оловянная фольга |
| Sn 100 | 231,9 °С (449,4 ° F) |
(да) | Сн99 . Хорошая прочность, нетупящая. Используется в оборудовании пищевой промышленности, лужении проволоки и легировании. [ 20 ] Восприимчив к оловянному вредителю . |
| со 100 | 271,5 °С (520,7 ° Ф) |
(да) | Используется в качестве несверхпроводящего припоя в физике низких температур. Плохо смачивает металлы, образует механически слабое соединение. [ 4 ] |
| турецких лир 100 | 304 °С (579 °Ф) |
(да) | |
| Кд 100 | 321,1 °С (610,0 °Ф) |
(да) | |
| Пб 100 | 327,5 °С (621,5 ° F) |
(да) | |
| Цин 100 | 419,5 °С (787,1 ° F) |
(да) | Для пайки алюминия. Хорошая смачиваемость алюминия, относительно хорошая коррозионная стойкость. [ 21 ] |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Одно или несколько предыдущих предложений включают текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : Чисхолм, Хью , изд. (1911). « Легкий металл ». Британская энциклопедия . Том. 11 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 369.
- ^ «Часто задаваемые вопросы» Архивировано из оригинала 7 августа 2004 г.
- ^ Оше, Р.В. (редактор), «Справочник по термодинамическим и транспортным свойствам щелочных металлов», Оксфорд. Великобритания, Blackwell Scientific Publications Ltd, 1985, с. 987
- ^ Перейти обратно: а б с д и Уайт, Гай Кендалл ; Мисон, Филип Дж. (2002). Экспериментальные методы в физике низких температур . Кларендон. стр. 207–. ISBN 978-0-19-851428-2 .
- ^ Johnson Manufacturing Co, Паспорт безопасности материалов для сплава Chip Quik со свинцом . Проверено 6 февраля 2015 г.
- ^ «Сплав для блокировки линз 136 58oC» . Архивировано из оригинала 17 октября 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Руководство по низкотемпературным припоям | Indium Corporation® | Блоги Indium Corporation | Индий | Припои» . indium.com . Проверено 8 октября 2022 г.
- ^ Франсуа Кардарелли (19 марта 2008 г.). Справочник материалов: краткий настольный справочник . Springer Science & Business Media. стр. 210–. ISBN 978-1-84628-669-8 .
- ^ Дженсен, Уильям Б. (1 октября 2010 г.). «Происхождение названия «Луковый легкоплавкий сплав» » . Журнал химического образования . 87 (10): 1050–1051. Бибкод : 2010JChEd..87.1050J . дои : 10.1021/ed100764f . ISSN 0021-9584 .
- ^ Перейти обратно: а б Джон Х. Лау (1991). Надежность паяных соединений: теория и приложения . Спрингер. п. 178. ИСБН 0-442-00260-2 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Перейти обратно: а б Рэй П. Прасад (1997). Технология поверхностного монтажа: принципы и практика . Спрингер. п. 385. ИСБН 0-412-12921-3 .
- ^ Чарльз А. Харпер (2003). Электронные материалы и процессы . МакГроу-Хилл Профессионал. стр. 5–8. ISBN 0-07-140214-4 .
- ^ Карл Дж. Путтлиц, Кэтлин А. Сталтер (2004). Справочник по технологии бессвинцовой пайки микроэлектронных сборок . ЦРК Пресс. ISBN 0-8247-4870-0 .
- ^ Квалитек. Технический паспорт Sn42/Bi58, сплошная проволока, ред. A, 03/14 (PDF) . Проверено 3 мая 2018 г.
- ^ «Университет штата Орегон» . Университет штата Орегон . Проверено 6 апреля 2022 г.
- ^ TQ Collier (май – июнь 2008 г.). «Выбираем лучшую задницу за вложенные деньги» . Расширенная упаковка . 17 (4): 24. ISSN 1065-0555 .
- ^ msl747.PDF . (PDF). Проверено 6 июля 2010 г.
- ^ Квалитек. Технический паспорт Sn42/Bi58, сплошная проволока, ред. A, 03/14 (PDF) . Проверено 3 мая 2018 г.
- ^ «Оловянно-цинковые припои алюминия с алюминием и медью» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Архивировано из оригинала 16 июля 2013 года . Проверено 23 октября 2012 г.
- ^ Мадара Огот, Гюль Окудан-Кремер (2004). Инженерное проектирование: практическое руководство . Траффорд Паблишинг. п. 445. ИСБН 1-4120-3850-2 .
- ^ Ховард Х. Манко (8 февраля 2001 г.). Припои и пайка: материалы, проектирование, производство и анализ надежного соединения . МакГроу-Хилл Профессионал. стр. 396–. ISBN 978-0-07-134417-3 . Проверено 17 апреля 2011 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- ASTM B774 — Стандартные спецификации для сплавов с низкой температурой плавления . АСТМ Интернешнл . 1900. дои : 10.1520/B0774 .
- Уист, Р.С., «Справочник CRC по химии и физике», 55-е изд., CRC Press, Кливленд, 1974, стр. Ф-22
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Плавкие (низкотемпературные) сплавы
- Легкоплавкие сплавы . Архивировано из оригинала 12 октября 2012 г.
- Дженсон, Всемирный банк «Спросите историка - легкоплавкий сплав лука». Архивировано 4 марта 2016 г. в Wayback Machine.