Легкоплавкие сплавы
Легкоплавкие сплавы — это, как правило, эвтектические металлические сплавы, имеющие низкую температуру плавления, не превышающую температуру плавления олова (231,9 °C). Для получения легкоплавких сплавов используются свинец, висмут, олово, кадмий, таллий, ртуть, индий, галлий и иногда цинк.[1] За нижний предел температуры плавления всех известных легкоплавких сплавов принимается температура плавления амальгамы таллия (−61 °C), за верхний предел взята температура плавления чистого олова.
Сплавы щелочных металлов также способны к образованию легкоплавких эвтектик и могут быть отнесены к группе легкоплавких сплавов. Так сплавы системы натрий-калий-цезий имеют рекордно низкую температуру плавления: Советский сплав плавится при −78 °C. Однако, применение этих сплавов затруднено из-за их высокой химической активности.
Виды и составы легкоплавких сплавов
Легкоплавкие сплавы применяемые в современной мировой промышленности:
| Состав сплава |
Tпл, °C |
Плот- ность г/см³ |
Область приме- нения |
Примечание | Другие сведения |
|---|---|---|---|---|---|
| висмут 76,5 %, таллий 23,5 % | 198 | Т, П | Кислотоупорен | Эвтектический сплав | |
| олово 89 %, цинк 11 % | 198 | Т, П | |||
| висмут 47,5 %, таллий 52,5 % | 188 | Т | Эвтектический сплав | ||
| висмут 44,2 %, свинец 9,8 %, таллий 48 % | 186 | Т | ∑? | Эвтектический сплав | |
| олово 62 %, свинец 38 % | 183 | 8,5 | Т, П | ~ПОС 61 | |
| олово 64 %, свинец 36 % | 181 | Т, П | Эвтектический сплав, ~ПОС 63 | ||
| натрий 70 %, ртуть 30 % | 181 | Т | Хим. акт., Токсичен. | ||
| кадмий 32 %, олово 68 % | 177 (178) | Т, П | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| свинец 32 %, олово 68 % | 177 | Т, П | |||
| висмут 12,8 %, свинец 49 %, олово 38,2 % | 172 | Т, П | |||
| калий 80 %, таллий 20 % | 165 | Т | Хим. акт. | ||
| висмут 13,3 %, свинец 46 %, олово 40,1 % | 165 | Т, П | ∑? | ||
| висмут 10,5 %, свинец 42 %, олово 47,5 % | 160 | Т, П | |||
| висмут 13,7 %, свинец 44,8 %, олово 41,5 % | 160 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| висмут 16 %, свинец 36 %, олово 48 % | 155 | Т, П | |||
| висмут 18,1 %, свинец 36,2 %, олово 45,7 % | 151 | Т, П | |||
| висмут 25 %, свинец 50 %, олово 25 % | 149 | Т, П | |||
| висмут 62,5 %, кадмий 37,5 % | 149 | Т, П | Токсичен. | ||
| висмут 19 %, свинец 38 %, олово 43 % | 148 | Т, П | |||
| висмут 50 %, свинец 50 % | 145 | Т, П | |||
| свинец 32 %, олово 50 %, кадмий 18 % | 145 | Т, П | Токсичен. | ||
| висмут 60 %, кадмий 40 % | 144 | Т, П | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| свинец 42 %, олово 37 % | 143 | Т, П | ∑? | ||
| кадмий 18,2 %, свинец 30,6 %, олово 51,2 % | 142 | 8,8 | Т, П | Токсичен. | ~ПОСК 50-18 |
| висмут 57 %, таллий 43 % | 139 | Т | Эвтектический сплав | ||
| висмут 57 %, олово 43 % | 139 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| ртуть 70 %, калий 30 % | 135 | Т | Хим. акт., Токсичен. | ||
| калий 90 %, таллий 10 % | 133 | Т | Хим. акт. | ||
| висмут 28,5 %, свинец 43 %, олово 28,5 % | 132 | Т, П | |||
| висмут 56 %, олово 40 %, цинк 4 % | 130 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| висмут 43 %, свинец 43 %, олово 13 % | 128 | Т, П | ∑? | ||
| висмут 27,2 %, свинец 44,5 %, олово 33,3 % | 127 | Т, П | ∑? | ||
| висмут 56,5 %, свинец 43,5 % | 125 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| олово 52 %, индий 48 % | 125 | П | ~ПОИн 52 | ||
| висмут 33,4 %, свинец 33,3 %, олово 33,3 % | 123 | Т, П | ~ПОСВ 33 | ||
| висмут 36,5 %, свинец 36,5 %, олово 27 % | 117 | Т, П | |||
| висмут 40 %, свинец 40 %, олово 20 % | 113 | Т, П | Висмутовый сплав | ||
| висмут 42,1 %, свинец 42,1 %, олово 15,8 % | 108 | Т, П | |||
| висмут 48 %, свинец 28,5 %, олово 14,5 %, ртуть 9 % | 105 | Т | |||
| висмут 53 %, олово 26 %, кадмий 21 % | 103 | Т, П | Токсичен. | ||
| висмут 50 %, олово 25 %, кадмий 25 % | 95 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 49,9 %, свинец 43,4 %, кадмий 6,7 % | 95 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 50 %, свинец 31,2 %, олово 18,8 % | 97 | Т, П, М | Сплав Ньютона | ||
| висмут 50 %, свинец 25–28%, олово 22–25 % | 94–98 | Т, П, М | Сплав Розе | ||
| висмут 52,5 %, свинец 32,0 %, олово 15,5 % | 95 | Т, П, М | Эвтектический сплав | ||
| висмут 51,6 %, кадмий 8,1 %, свинец 40,3 % | 91 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 55,2 %, свинец 33,3 %, таллий 11,5 % | 91 | Т | Эвтектический сплав | ||
| натрий 50 %, ртуть 50 % | 90 | Т | Хим. акт., Токсичен. | ||
| натрий 90 %, ртуть 10 % | 90 | Т | Хим. акт., Токсичен. | ||
| висмут 53,2 %, кадмий 7,1 %, свинец 39,7 % | 89,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| натрий 96,7 %, золото 3,3 % | 80 | Т | Хим. акт. | Эвтектический сплав | |
| натрий 80 %, ртуть 20 % | 80 | Т | Хим. акт., Токсичен. | ||
| висмут 35,3 %, кадмий 9,5 %, свинец 35,1 %, олово 20,1 % | 80 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 58 %, индий 17 %, олово 25 % | 79 | Т, П, М | Эвтектический сплав. Сплав Филдса. | ||
| висмут 50 %, свинец 34,5 %, олово 9,3 %, кадмий 6,2 % | 77 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 50 %, свинец 34,4 %, олово 9,4 %, кадмий 6,2 % | 76,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 27,5 %, кадмий 34,5 %, свинец 27,5 %, олово 10,5 % | 75 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 33,7 %, индий 65,3 % | 72 | Т, П, М | ∑? | Эвтектический сплав | |
| висмут 38,4 %, свинец 30,8 %, олово 15,4 %, кадмий 15,4 % | 71 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 49,5 %, свинец 27,27 %, олово 13,13 %, кадмий 10,1 % | 70 | Т, П, М | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| висмут 50 %, свинец 26,3 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % | 70 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| натрий 70 %, ртуть 30 % | 70 | Т | Хим. акт., Токсичен. | ||
| висмут 48,8 %, свинец 24,3 %, олово 13,8 %, кадмий 13,1 % | 68,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 52,2 %, свинец 26 %, олово 14,8 %, кадмий 7 % | 68,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 50,1 %, свинец 26,6 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % | 68 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Липовица | |
| висмут 50 %, свинец 25 %, олово 12,5 %, кадмий 12,5 % | 68 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Вуда | |
| висмут 50,4 %, свинец 25,1 %, олово 14,3 %, кадмий 10,2 % | 67,5 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Вуда | |
| висмут 50,1 %, свинец 24,9 %, олово 14,2 %, кадмий 10,8 % | 65,5 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Вуда | |
| натрий 99 %, таллий 1 % | 64 | Т | Хим. акт. | Эвтектический сплав | |
| висмут 50,0 %, олово 12,5 %, свинец 25 %, кадмий 12,5 % | 60,5 | Т, П, М, Ж | Токсичен. | ||
| висмут 53,5 %, олово 19 %, свинец 17 %, ртуть 10,5 % | 60 | Т | токсичен | ||
| натрий 60 %, ртуть 40 % | 60 | Т | Хим. акт. Токсичен. | ||
| висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 % | 57 | Т, П, М, Ж | Эвтектический сплав | ||
| ртуть 70 %, натрий 30 % | 55 | Т | токсичен, реаг. с водой. | ||
| висмут 42 %, свинец 32 %, ртуть 20 %, кадмий 6 % | 50 | Т | токсичен | ||
| висмут 36 %, ртуть 30 %, свинец 28 %, кадмий 6 % | 48 | Т | токсичен | ||
| висмут 47,7 %, индий 19,1 %, олово 8,3 %, кадмий 5,3 %, свинец 22,6 % |
47 | Т, П, М, Ж | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| натрий 50 %, ртуть 50 % | 45 | Т | Хим. акт. | ||
| висмут 40,2 %, кадмий 8,1 %, индий 17,8 %, свинец 22,2 %, олово 10,7 %, таллий 1 % |
41,5 | Т, П, М, Ж | Токсичен. | ||
| галлий 95 %, цинк 5 % | 25 | 5,95 | Т | ||
| натрий 85,2 %, ртуть 14,8 % | 21,4 | Т | Хим. акт. | ||
| галлий 92 %, олово 8 % | 20 | Т | |||
| галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 % | 17 | 6,13 | Т | ||
| галлий 76 %, индий 24 % | 16 | 6,235 | Т | ||
| галлий 67 %, индий 29 %, цинк 4 % | 13 | 6,355 | Т | ||
| Галлий 67 %, индий 20,5 %, олово 12,5 % | 10,6 | Т | |||
| галлий 62 %, индий 25 %, олово 13 % | 4,85 | 6,44 | Т | ||
| галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 % | 3 | 6,4 | Т | Русский сплав | |
| рубидий 91,8 %, натрий 8,2 % | −4,5 | 1,485 | Т | Хим. акт. | |
| калий 77,3 %, натрий 22,7 % | −12,5 | 0,882 | Т, Л, И | Хим. акт. | Эвтектический сплав NaK |
| цезий 93 %, натрий 7 % | −28 | 1,765 | Т, И | Хим. акт. | |
| цезий 94,5 %, натрий 5,5 % | −30 | 1,778 | Т, И | Хим. акт. | |
| ртуть 97,2 %, натрий 2,8 % | −48,2 | 13,16 | Т | Реаг. с водой. | |
| ртуть 91,44 %, таллий 8,56 % | −61 | 13,45 | Т | Токсичен | Наиболее легкоплавкая амальгама |
| натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % | −78 | 1,28 | Т, И | Реаг. с водой. | Советский сплав |
Примечание: Несколько различных Tпл для одного и того же сплава — результат разночтений источников данных.
Обозначения:
- Т — теплоноситель
- П — припой
- М — модельный литейный сплав
- Ж — для датчиков пожарной сигнализации
- Л — лабораторный для абсолютирования растворителей
- И — рабочее тело ионных ракетных двигателей
↕
Области применения легкоплавких сплавов
Во всех областях применения легкоплавких сплавов главным востребованным свойством является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем, которые могут выйти из строя из-за перегрева при пайке обычными припоями. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическая инертность, вакуумоплотность, теплопроводность. В настоящий момент основными областями применения легкоплавких сплавов являются:
- Производство и применение жидкометаллических теплоносителей в энергетике и машиностроении.
- Литейное дело (производство выплавляемых моделей).
- Системы раннего оповещения возгораний (датчики температуры, клапаны пожаротушения и др.).
- Термометрия (рабочее тело для термометров различных типов).
- Вакуумная техника (уплотнения, паяные швы и др.).
- Микроэлектроника (припои, покрытия, датчики температуры, предохранители и др.).
- Медицина (фиксация костей, протезирование и др.).
- Использование в качестве расплавляемой металлической смазки.
Литература
- [2]
- Физические величины. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991.
- В. Я. Хавин. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1991.
- В. И. Перельман. Краткий справочник химика. — М.—Л.: Химия, 1964.
- Справочник по пайке. — изд 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1984.
См. также
Примечания
- ↑ Никольский Б.П., Григоров О.Н., Позин М. Е. и др. Справочник химика / под ред. Никольского Б.П.. — Химия, 1966. — Т. 1. — С. 1062. — 1072 с. — 20 000 экз. Архивная копия от 14 июня 2022 на Wayback Machine
- ↑ Мальцева Т.В., Озерец Н.Н., Левина А.В., Ишина Е.А. Цветные металлы и сплавы / науч. ред. М. А. Филиппов. — Екатеринбург: ИПЦ УрФУ, 2019. — 176 с. — ISBN 978-5-7996-2598-6. Архивная копия от 14 июня 2022 на Wayback Machine