www.wychowanietechniczne.prv.pl

Badania mikroskopowe cyny i ołowiu

Cyna

Cyna - pierwiastek z rodziny węglowców ma dwie odmiany alotropowe:

α (cyna szara) i β (cyna biała). Tylko cyna biała o strukturze A5 ma własności metaliczne. Nominalnie jest ona trwała w temperaturach >13,2°C, ale z powodu bardzo małej szybkości przemiany łatwo ulega przechłodzeniu. Przemiana Sn (3--~Sn a, może wystąpić dopiero podczas składowania w temperaturach poniżej zera

(-30 = -50°C). Zanieczyszczenia zwłaszcza Bi, Pb, Sb zmniejszają szybkość przemiany alotropowej tak, że w metalu technicznym nie zachodni ona powyżej-30°C.

Cynę otrzymuje się z rudy tlenkowej (kasyterytu Snoz) przez ogniową redukcję węglem. Produkt, w postaci cyny surowej (99%) podlega rafinacji ogniowej albo elektrolitycznej umożliwiającej otrzymanie metalu o czystości 99,3-99,9%. Cyna staje się metalem deficytowym, szczególnie w Polsce, z powodu małych zasobów złóż kasyterytu w skali światowej.

Ołów - pierwiastek z rodziny węglowców - ma strukturę A1 i wyraźnie metaliczne

Własności. Otrzymuje się go głównie z rud siarczkowych (blyszcz ołowiowy, czyli 1PnK Pb S), które podczas prażenia przechodzą w tlenki, redukowane ogniowo na ołów surowy o czystości 95-99%. Rafinacja ogniowa lub elektrolityczna umożliwia uzyskanie metalu o czystości 99,x-99,99%. Hutnictwo krajowe produkuje znaczne ilości ołowiu, przy czym wykorzystuje blendę cynkową, z której obok Zn uzyskuje się Pb, Cd i Ag.

Własności fizyczne Sn i Pb są bardzo zbliżone. Oba metale są niskotopliwe, bardzo miękkie i plastyczne. Odkształcenie plastyczne Sn następuje przez poślizg i bliźniakowanie, a Pb tylko przez poślizg, przy czym w obu przypadkach zgniot (w temperaturze otoczenia) nie powoduje umocnienia, ponieważ temperatury rekrystalizacji wynoszą 5-10°C.

Cyna jest odporna na korozję atmosferyczną, na działanie wody morskiej oraz kwasów, zwłaszcza organicznych, przy braku dostępu powietrza. Związki cyny nie są toksyczne. Ołów jest również odporny na działanie powietrza, dzięki pokrywaniu się ochronną warstewką zasadowego węglanu, oraz szczególnie odporny na działanie kwasu siarkowego. Pary (powyżej 700°C ciekły ołów intensywnie paruje), pyły i związki ołowiu są silnie toksyczne - powodują groźną chorobę - ołowicę.

Cyna techniczna zawiera zawsze zanieczyszczenia As, Fe, Cu, Pb, Bi, Sb, które ze względu na śladowe ilości nie wywierają poważniejszego wpływu na własności metalu. Stosowana jest na powłoki ochronne blach stalowych przeznaczonych na opakowania przetworów spożywczych (stosowana do tego celu folia cynowa jest obecnie zastępowana folią aluminiową), oraz na powłoki ochronne miedzianych przewodów elektrycznych zabezpieczając Cu przed działaniem siarki zawartej w gumowej izolacji przewodu. Ponadto cyna jest wartościowym składnikiem licznych stopów, głównie miedzi. Natomiast nie znalazła zastosowania jako materiał konstrukcyjny z powodu bardzo małej wytrzymałości i twardości.

Ołów techniczny zawiera zanieczyszczenia Ag, As, Sb, Fe, Zn, Bi, Cu. Spośród nich, zwłaszcza w ołowiu dodawanym do stopów Cu, szkodliwy jest Bi powodując kruchość i

Stopy ołowiu i antymonu

Ze względu na nadzwyczajnie małą twardość ołowiu ulega on łatwemu odkształceniu i zużyciu przez ścieranie. W celu poprawy jego własności mechanicznych wprowadza dodatek antyminu w ilości 1-9%. Twardość wzrasta wówczas do 17 HB, przy czym największy wzrost następuje do 5% SB. Stopy takie nazywane ołowiem twardym. Ich zastosowanie jest podobne jak czystego ołowiu (powłoki na kable, akumulatory itp.)

Lutowia

Lutowanie ma na celu łączenie metali bez ich utleniania. Powinno zapewniać dobre zwilżenie łączonych powierzchni oraz możliwie wąski zakres temperatur topnienia lutowania dzielimy na:

Miękkie, o niskiej temperaturze topnienia 180-300 ⁰C i małej wytrzymałości złącza

R_m MPa; są to głównie stopy Pb-Sn ujęte w normie PN-76/M-69401 lub rzadziej stopy Sn-Sb-Pb

Cyna i ołów tworzą układ eutektyczny. Obydwa metale wykazują rozpuszczalność, z tym że ołów w cynie rozpuszcza się tylko do 2,5%, natomiast rozpuszczalność cyny w ołowiu jest większa i wynosi. 19%. Eutektyka o zawartości 38,1% Pb krzepnie w temp. 183^oC. Jako lutowia

Są wykorzystywane stopy z całego zakresu stężeń.

Twarde, o wyższej temp. topnienia i lepszej wytrzymałości ujęte w normie. Są to miedź

z dodatkiem ok. 1% Ag lub ok. 8% P, mosiądze o zawartości ok. 60% Zn, brązy cynowe oraz spoiwa niklowe zawierające 2% Mn.

Stopy niskotopliwe

Są to na ogół wieloskładnikowe osiągające temperatury topnienia niższe od 100^oC. W skład tych stopów wchodzą zwykle oprócz cyny i ołowiu takie składniki, jak Bi Cd In. Znajdują one zastosowanie na bezpieczniki przeciwpożarowe, odlewy precyzyjny oraz do inkludowania zgładów metalograficznych. Najniżej topliwy jest stop nie ujęty w PN, o składzie 44,7%Bi, 22,6%Pb, 8,3%Sn, 5,3% Cd,m 19,1% In.

Stopy drukarskie

W przemyśle poligraficzny stosuje się stopy ołowiu z dodatkiem antymonu i cyny, niekiedy również stopy cynku z dodatkiem Al., Cu, Mg. Ołów tworzy z antymonem układ eutektyczny z ograniczoną rozpuszczalnością składników. Maksymalna rozpuszczalność ołowiu w antymonie nie jest ściśle określona. W temperaturze otoczenia wzajemna rozpuszczalność składników prawie nie następuje. Eutektyka o zawartości 11,3% Sb krzepnie w temp. 251^oC.

Stopy łożyskowe

Dużą rolę w technice odgrywają stopy używane do wylewania panewek łożysk ślizgowych w parowozach, parowozach, samochodach, wagonach. Muszą one spełniać wiele wymagań, z których najważniejszym jest wielofazowa struktura złożona albo z miękkiej i plastycznej osnowy, w której są zawarte twarde kryształy dające odporność na ścieranie i spełniające rolę cząstek nośnych albo odwrotnie- z miękkiego składnika w twardej osnowie. Faza miękka łatwiej się wyciera i dzięki temu między twardymi cząstkami gromadzi się smar zmniejszający współczynnik tarcia. Poza tym stopy łożyskowe powinny mieć dobre własności odlewnicze i niezbyt wysoką temperaturę topnienia.

Najlepsze własności mają stopy na osnowie cyny z dodatkiem miedzi i antymonu, które zaczęto stosować jeszcze w ubiegłym stuleciu, zwane babbitami. Mogą one przenosić wysokie naciski powierzchniowe przy prędkości obwodowej ponad 1,5m/s.

Babbity cynowe zawierające do 11% Sb i 6% Cu. Struktura tych stopów składa się z twardych kryształów Sn₃Sb₂ mających przeważnie kształt sześcianów o płaskich ścianach. Oprócz tego występują iglaste kryształy Cu₆Sn_2, które wydzielają które wydzielają się z ciekłego roztworu tworząc szkielet uniemożliwiający segregacje grawitacyjną. Osnowę stanowi najpóźniej krzepnąca drobnoziarnista eutektyka bogata w cynę, o najniższej twardości. Strukturę babbitu cynowego.

Babbity ołowiowe i cynowo-ołowiowe zawierają również dodatki miedzi i antymonu. Miedź wprowadzona do tych stopów w ilości do 2% tworzy fazę Cu₂Sb i zapobiega segregacji grawitacyjnej. Oprócz tego występują twarde kryształy struktury Sn₃Sb₂spełniające rolę elementów nośnych odpornych na ścieranie.

W dążeniu do wyeliminowaniu cyny opracowano stopy zawierające 98%Pb z dodatkiem pierwiastków alkalicznych Na, Ca, Li. Wapń i bar tworzą z ołowiem twarde fazy, podczas gdy sód i lit rozpuszczają się w ołowiu zwiększając jego twardość. Stopy te podlegają starzeniu w wyniku czego ich twardośc ulega zwiększeniu . Wada- zła przyczepność do podłoża.

---