Легкоплавкі сплави
Легкопла́вкі спла́ви (легкопла́вкі сто́пи) — це, зазвичай, евтектичні сплави, що мають низьку температуру плавлення, яка не перевищує температуру плавлення чистого олова (близько 232 °С). У склад легкоплавких сплавів можуть входити свинець, вісмут, олово, кадмій, талій, ртуть, індій, галій та інколи цинк.
Склад таких сплавів підбирають зазвичай таким чином, щоб забезпечити утворення багатофазної багатокомпонентної евтектики, що складалася б з двох, трьох і більше фаз.
Температуру плавлення нижчу за 100 °С мають також сплави з додаванням ртуті, що називають амальгамами і є сплавами системи Sn — Pb — Bi — Hg. Чиста ртуть і сплави системи Tl — Hg мають температуру плавлення нижчу за 0 °С. Найлегкоплавкіший з відомих сплавів — сплав з 8,56% Tl і 91,44% Hg — плавиться при температурі −61 °С, яку розглядають як нижню межу температури плавлення легкоплавких сплавів.
Сплави лужних металів також здатні до утворення легкоплавких евтектик і можуть бути віднесені до групи легкоплавких сплавів. Так сплави системи натрій-калій-цезій мають рекордно низьку температуру плавлення аж до −78 °C. Однак, використання цих сплавів утруднене через їхню високу хімічну активність.
Легкоплавкі сплави, що використовуються у світовій промисловості:
| Склад сплаву |
Tпл, °C |
Густина г/см³ |
Область викори- стання |
Примітки | Інші дані |
|---|---|---|---|---|---|
| вісмут 76,5%, талій 23,5% | 198 | Т, П | Кислототривкий | Евтектичний сплав | |
| олово 89%, цинк 11% | 198 | Т, П | |||
| вісмут 47,5%, талій 52,5% | 188 | Т | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 44,2%, свинець 9,8%, талій 48% | 186 | Т | Евтектичний сплав | ||
| олово 59…61%, свинець решта | сол.183/лікв.190 | 8,5 | Т, П | Евтектичний сплав, ПОС 61[1] | |
| олово 64%, свинець 36% | 181 | Т, П | |||
| натрій 70%, ртуть 30% | 181 | Т | Хім. акт, Токсичний | ||
| кадмій 32%, олово 68% | 177 (178) | Т, П | Токсичний | Евтектичний сплав | |
| свинець 32%, олово 68% | 177 | Т, П | |||
| вісмут 12,8%, свинець 49%, олово 38,2% | 172 | Т, П | |||
| калій 80%, талій 20% | 165 | Т | Хім. акт | ||
| вісмут 13,3%, свинець 46%, олово 40,1% | 165 | Т, П | |||
| вісмут 10,5%, свинець 42%, олово 47,5% | 160 | Т, П | |||
| вісмут 13,7%, свинець 44,8%, олово 41,5% | 160 | Т, П | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 16%, свинець 36%, олово 48% | 155 | Т, П | |||
| вісмут 18,1%, свинець 36,2%, олово 45,7% | 151 | Т, П | |||
| вісмут 25%, свинець 50%, олово 25% | 149 | Т, П | |||
| вісмут 62,5%, кадмій 37,5% | 149 | Т, П | Токсичний | ||
| вісмут 19%, свинець 38%, олово 43% | 148 | Т, П | |||
| вісмут 50%, свинець 50% | 145 | Т, П | |||
| вісмут 60%, кадмій 40% | 144 | Т, П | Токсичний | Евтектичний сплав | |
| свинець 42%, олово 37% | 143 | Т, П | |||
| олово 49…51%, кадмій 17…19%, свинець решта | сол.142/лікв.145 | 8,8 | Т, П | Токсичний | ПОСК 50-18[1] |
| вісмут 57%, талій 43% | 139 | Т | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 57%, олово 43% | 138 | Т, П | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 58%, олово 42% | 136,5 | Т, П | |||
| ртуть 70%, калій 30% | 135 | Т | Хім. акт, Токсичний | ||
| калій 90%, талій 10% | 133 | Т | Хім. акт | ||
| вісмут 28,5%, свинець 43%, олово 28,5% | 132 | Т, П | |||
| алюміній 75%, цинк 25% | 131 | Т, П | |||
| вісмут 56%, олово 40%, цинк 4% | 130 | Т, П | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 43%, свинець 43%, олово 13% | 128 | Т, П | |||
| вісмут 27,2%, свинець 44,5%, олово 33,3% | 127 | Т, П | |||
| вісмут 56,5%, олово 43,5% | 125 | Т, П | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 56%, свинець 44% | 125 | Т, П | |||
| олово 52%, індій 48% | 125 | П | ПОИн 52[2] | ||
| вісмут 55,5%, свинець 44,5% | 124 | Т, П | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 33,4%, свинець 33,3%, олово 33,3% | сол.120/лікв.130 | 9,5 | Т, П | ПОСВ 33[3] | |
| вісмут 36,5%, свинець 36,5%, олово 27% | 117 | Т, П | |||
| вісмут 40%, свинець 40%, олово 20% | 113 | Т, П | Вісмутовий припій[4] | ||
| вісмут 42,1%, свинець 42,1%, олово 15,8% | 108 | Т, П | |||
| вісмут 48%, свинець 28,5%, олово 14,5%, ртуть 9% | 105 | Т | |||
| вісмут 53%, олово 26%, кадмій 21% | 103 | Т, П | Токсичний | ||
| вісмут 54,4%, свинець 25,8%, олово 19,8% | 101 | Т, П | |||
| вісмут 50%, свинець 28%, олово 22% | 100 | Т, П | Сплав Розе[4] | ||
| вісмут 50%, свинець 40%, олово 10% | 100 | Т, П | |||
| вісмут 40%, свинець 20%, олово 40% | 100 | Т, П, М | |||
| вісмут 47%, свинець 35,3%, олово 17,7% | 98 | Т, П, М | |||
| вісмут 50%, свинець 31,2%, олово 18,8% | 96...97 | Т, П, М | Сплав Ньютона | ||
| вісмут 52,5%, свинець 32%, олово 12,5% | 96 | Т, П, М | |||
| вісмут 52%, свинець 32%, олово 16% | 96 | Т, П, М | |||
| вісмут 50%, олово 25%, кадмій 25% | 95 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 49,9%, свинець 43,4%, кадмій 6,7% | 95 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 50±0,5%, свинець 32±0,5%, олово 18±0,5% | сол. 93/лікв. 96 | Т, П, М | Сплав Розе чистий[5] | ||
| вісмут 50%, свинець 25%, олово 25% | сол. 90/лікв. 94 | Т, П, М | Сплав Розе, ПОСВ-50 | ||
| вісмут 50%, свинець 30%, олово 20% | 92 (91,6) | 9,6 | Т, П, М | Сплав Ліхтенберга[4] | |
| вісмут 52%, кадмій 8%, свинець 40% | 91,5 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 51,6%, кадмій 8,1%, свинець 40,3% | 91 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 55,2%, свинець 33,3%, талій 11,5% | 91 | Т | Евтектичний сплав | ||
| натрій 50%, ртуть 50% | 90 | Т | Хім. акт, токсичний | ||
| натрій 90%, ртуть 10% | 90 | Т | Хім. акт, токсичний | ||
| вісмут 53,2%, кадмій 7,1%, свинець 39,7% | 89,5 | Т, П, М | Токсичний | ||
| натрій 96,7%, золото 3,3% | 80 | Т | Хім.акт. | Евтектичний сплав | |
| натрий 80%, ртуть 20% | 80 | Т | Хім.акт, Токсичний | ||
| вісмут 35,3%, кадмій 9,5%, свинець 35,1%, олово 20,1% | 80 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 58%, індій 17%, олово 25% | 79 | Т, П, М | Евтектичний сплав. | ||
| натрій 90%, калій 10% | 77 | Т | Хім.акт | ||
| вісмут 50%, свинець 34,5%, олово 9,3%, кадмій 6,2% | 77 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 27,5%, кадмій 34,5%, свинець 27,5%, олово 10,5% | 75 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 33,7%, індій 65,3% | 72 | Т, П, М | Евтектичний сплав | ||
| вісмут 38,4%, свинець 30,8%, олово 15,4%, кадмій 15,4% | 71 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 49,5%, свинець 27,27%, олово 13,13%, кадмій 10,1% | 70 | Т, П, М | Токсичний | Евтектичний сплав | |
| вісмут 50%, свинець 26,3%, олово 13,3%, кадмій 10% | 70 | Т, П, М | Токсичний | ||
| натрій 70%, ртуть 30% | 70 | Т | Хім.акт, Токсичний | ||
| вісмут 48,8%, свинець 24,3%, олово 13,8%, кадмій 13,1% | 68,5 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 52,2%, свинець 26%, олово 14,8%, кадмій 7% | 68,5 | Т, П, М | Токсичний | ||
| вісмут 50,1%, свинець 22,6%, олово 13,3%, кадмій 10% | 68 | Т, П, М | Токсичний | Сплав Ліповиця[4] | |
| вісмут 50%, свинець 25%, олово 12,5%, кадмій 12,5% | 68 | Т, П, М | Токсичний | Сплав Вуда[4] | |
| вісмут 50,4%, свинець 25,1%, олово 14,3%, кадмій 10,2% | 67,5 | Т, П, М | Токсичний | Сплав Вуда | |
| вісмут 50,1%, свинець 24,9%, олово 14,2%, кадмій 10,8% | 65,5 | Т, П, М | Токсичний | Сплав Вуда | |
| натрій 99%, талій 1% | 64 | Т | Хім.акт | Евтектичний сплав | |
| індій 51%, вісмут 32,5%, олово 16,5% Sn | 62 | М, Д | сплав Філда | ||
| вісмут 50,0%, олово 12,5%, свинець 25%, кадмій 12,5% | 60,5 | Т, П, М, Ж | Токсичний | ||
| вісмут 53,5%, олово 19%, свинець 17%, ртуть 10,5% | 60 | Т | Токсичний | ||
| натрій 60%, ртуть 40% | 60 | Т | Хім. акт. Токсичний | ||
| натрій 80%, калій 20% | 58 | Т | Хім. акт. | ||
| вісмут 49,4%, індій 21%, свинець 18%, олово 11,6% | 57 | Т, П, М, Ж | Евтектичний сплав | ||
| ртуть 70%, натрій 30% | 55 | Т | Токсичний, реаг. з водою. | ||
| вісмут 42%, свинець 32%, ртуть 20%, кадмій 6% | 50 | Т | Токсичний | ||
| вісмут 36%, ртуть 30%, свинець 28%, кадмій 6% | 48 | Т | Токсичний | ||
| вісмут 47,7%, індій 19,1%, олово 8,3%, кадмій 5,3%, свинець 22,6% |
47 | Т, П, М, Ж | Токсичний | Евтектичний сплав | |
| вісмут 50%, олово 21,1%, кадмій 14,3%, свинець 20,5% | 45 | Т, П, М, Ж | Токсичний | Сплав Гутрі | |
| натрій 50%, ртуть 50% | 45 | Т | Хім. акт. | ||
| вісмут 40,2%, кадмій 8,1%, індій 17,8%, свинець 22,2%, олово 10,7%, талій 1% |
41,5 | Т, П, М, Ж | Токсичний | ||
| натрій 70%, калій 30% | 41 | Т | Хім.акт. | ||
| натрій 60%, калій 40% | 26 | Т | Хім. акт. | ||
| галій 95%, цинк 5% | 25 | 5,95 | Т | ||
| натрій 85,2%, ртуть 14,8% | 21,4 | Т | Хім.акт. | ||
| галій 92%, олово 8% | 20 | Т | |||
| натрій 56%, калій 44% | 19 | Т | Хім. акт. | ||
| калій 90%, натрій 10% | 17,5 | Т | Хім. акт. | ||
| галій 82%, олово 12%, цинк 6% | 17 | 6,13 | Т | ||
| галій 76%, індій 24% | 16 | 6,235 | Т | ||
| галій 67%, індій 29%, цинк 4% | 13 | 6,355 | Т | ||
| калій 50%, натрій 50% | 11 | Т | Хім. акт. | ||
| галій 67%, індій 20,5%, олово 12,5% | 10,6 | Т | |||
| калій 60%, натрій 40% | 5 | Т | Хім. акт. | ||
| галій 62%, індій 25%, олово 13% | 4,85 | 6,44 | Т | ||
| галій 61%, індій 25%, олово 13%, цинк 1% | 3 | 6,4 | Т | Російський сплав | |
| калій 70%, натрій 30% | −3,5 | Т, Л | Хім. акт. | ||
| рубідій 91,8%, натрій 8,2% | −4,5 | 1,485 | Т | Хім. акт. | |
| калій 80%, натрій 20% | −10 | 0,878 | Т, Л | Хім. акт. | |
| калій 78%, натрій 22% | −11,4 | Т, Л | Хім. акт. | ||
| калій 77,3%, натрій 22,7% | −12,5 | 0,882 | Т, Л, І | Хім. акт. | |
| цезій 93%, натрій 7% | −28 | 1,765 | Т, І | Хім. акт. | |
| цезій 94,5%, натрій 5,5% | −30 | 1,778 | Т, І | Хім. акт. | |
| ртуть 97,2%, натрій 2,8% | −48,2 | 13,16 | Т | Реаг. з водою. | |
| ртуть 91,44%, талій 8,56% | −61 | 13,45 | Т | Найлегкоплавкіша амальгама | |
| натрій 12%, калій 47%, цезій 41% | −78 | 1,28 | Т, І | Реаг. з водою. | Радянський сплав |
Примітка: Декілька різних Tпл для одного і того ж сплаву — результат різночитань джерел даних, а через косу риску вказані температури солідус і ліквідус.
Позначення:
- Т — теплоносій
- П — припій
- М — модельний ливарний сплав
- Ж — для датчиків пожежної сигналізації
- Л — лабораторний для абсолютування розчинників
- Д — у друкарській справі
- І — робоче тіло іонних ракетних двигунів
У всіх областях застосування легкоплавких сплавів головною витребуваною властивістю є задана низька температура плавлення. Ця властивість, зокрема, використовується при паянні мікросхем, які можуть вийти з ладу через перегрівання якщо паяти звичайними припоями. Крім того, ці сплави повинні мати певну густину, границю міцності, хімічну інертність, вакуумну щільність, теплопровідність тощо. Основними галузями застосування легкоплавких сплавів є:
- Виробництво і застосування рідиннометалевих теплоносіїв в енергетиці і машинобудуванні.
- Виготовлення моделей, що виплавляються у ливарній справі.
- Системи раннього оповіщення займань (датчики температури, клапани пожежогасіння та ін).
- Термометрія (робоче тіло для термометрів різних типів).
- Вакуумна техніка (защільнення, паяні шви тощо).
- Мікроелектроніка (припої, покриття, датчики температури, плавкі запобіжники тощо).
- Медицина (фіксація кісток при переломах, протезування тощо)
- Використання розплаву як мастила у вузлах тертя.
| Сплав | Температура плавлення | Евтектичний? | Бісмут % | Свинець % | Олово % | Індій % | Кадмій % | Талій % | Галій % | Стибій % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сплав Розе | 98 °C (208 °F) | Ні | 50 | 25 | 25 | — | — | — | — | — |
| Сплав Ньютона | 97 °C (207 °F) | 50 | 31,2 | 18,8 | — | — | — | — | — | |
| Сплав Ліхтенберга | 91,6 °C (197 °F) або 100 °C (212 °F) | 50 | 30 | 20 | — | — | — | — | — | |
| Cerrosafe[en] | 74 °C (165 °F) | Ні | 42,5 | 37,7 | 11,3 | — | 8,5 | — | — | — |
| Сплав Ліповиця[pl] | 70 °C (158 °F)—74 °C (165 °F) | 50 | 27 | 13 | — | 10 | — | — | — | |
| Сплав Вуда | 70 °C (158 °F) | Так | 50 | 26,7 | 13,3 | — | 10 | — | — | — |
| Сплав Філда | 62 °C (144 °F) | Так | 32,5 | — | 16,5 | 51 | — | — | — | — |
| Cerrolow 136[en] | 58 °C (136 °F) | Так | 49 | 18 | 12 | 21 | — | — | — | — |
| Cerrolow 117 | 47,2 °C (117 °F) | Так | 44,7 | 22,6 | 8,3 | 19,1 | 5,3 | — | — | — |
| Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl | 41,5 °C (107 °F) | Так | 40,3 | 22,2 | 10,7 | 17,7 | 8,1 | 1,1 | — | — |
| Галінстан | −19 °C (−2 °F) | Ні | <1,5 | — | 9,5–10,5 | 21–22 | — | — | 68–69 | <1,5 |
- 1 2 ГОСТ 21930-76 Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия.
- ↑ ТУ 48-0220-40-90 Сплавы и припои на основе олова, свинца и индия для полупроводниковой техники. Технические условия.
- ↑ ТУ 92-922-1-99-84 Особолегкоплавкий припой марки ПОСВ 33.
- 1 2 3 4 5 Коган, 1980.
- ↑ ТУ 6-09-4065-88 Сплав Розе чистый. Технические условия.
- Коган В. А. Справочник по металлам и сплавам для полиграфистов. — М. : Книга, 1980. — 208 с.
- Физические величины. Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М. : Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
- Рабинович В. А., Хавин В. Я. Краткий химический справочник. — Л. : Химия, 1991. — 432 с.
- Перельман В. И. Краткий справочник химика. — М. : Госхимиздат, 1963. — 624 с.
- Справочник по пайке / Под ред. И. Е. Петрухина. — изд 3-е, перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 2003. — 480 с.
- Легкоплавкі і м'які припої [Архівовано 25 вересня 2013 у Wayback Machine.] (рос.)
- Таблиці спеціальних сплавів і припоїв [Архівовано 14 грудня 2011 у Wayback Machine.](англ.)
- Сплав металів, у рідкому стані при кімнатній температурі [Архівовано 17 грудня 2013 у Wayback Machine.](англ.)
- Хімічний склад і температура плавлення деяких легкоплавких сплавів [Архівовано 25 вересня 2013 у Wayback Machine.] (рос.)
- Припої. Які бувають припої і які у них властивості? [Архівовано 23 вересня 2013 у Wayback Machine.] (рос.)