Плавка свинца и олова, температуры плавления металлов

Свинец — легкоплавкий металл, поэтому расплавить его довольно просто, даже не имея специального оборудования. Главное, что нужно знать — какова температура плавления свинца. От этого зависит выбор емкости, в которой будет происходить плавка. Для свинца подойдет обычная консервная банка, так как жесть для нее изготавливают из стали, которая плавится при температуре в несколько раз больше, чем у выплавляемого металла.

Свинец и его свойства

Грязно-серый цвет этого металла — результат того, что в атмосфере на его поверхности за короткое время образуется окисная пленка. Именно она придает такой невзрачный вид свинцу. Однако, если несколько раз провести напильником по поверхности металла, то под тонким слоем оксидной пленки станет видна блестящая поверхность с голубоватым оттенком. Это очень мягкий и тяжелый материал, он почти в полтора раза тяжелее стали. Плотность свинца — 11,34 г/куб.см, а плотность железа — 7,80 г/куб.см.

Свинец был открыт в древности примерно 2019 — 2019 лет до нашей эры. В современной промышленности его получение происходит в основном металлургическим способом из свинцовых руд и концентратов.

У свинца низкая температура плавления — всего 327 °C, а температура кипения — 2019 °C. Следует учитывать токсичность свинцовых паров и то, что этот химический элемент плохо выводится из организма. Чем больше нагревается расплавленный свинец, тем больше он испаряется. Поэтому помещение, в котором происходит плавка, должно хорошо проветриваться.

Именно благодаря невысокой температуре плавления свинец используют при изготовлении мягких припоев вместе с оловом.

Характеристика олова

Плавится при 232 °C, кипит при 2019 °C, отлично сплавляется с разными металлами, благодаря высокой пластичности хорошо поддается ковке. Паяльное олово используется в качестве припоя, так как оно хорошо смачивает металлы. Промышленное получение олова значительно сложнее чем свинца, поэтому оно гораздо дороже.

В отличие от свинца олово выглядит гораздо привлекательнее. Этот серебристо-белый металл безопасен для здоровья человека. Оловом часто покрывают поверхности металлических изделий в местах, где они контактируют с пищей: посуду, консервную жесть, пищевую фольгу и другие. Однако оловянная пыль и пары при вдыхании могут вызвать опасное влияние на человеческий организм. Кроме производства тары для продуктов питания, олово широко используется в разных припоях и других сплавах, например, в антифрикционных и подшипниковых. Этот материал значительно легче свинца, его плотность 7,3 г/куб.см.

Олово полиморфно, то есть оно может существовать в различных модификациях в зависимости от температуры. При температуре ниже 13 °C белое олово (β-модификация) переходит в серое олово (α-модификацию). В результате этого фазового перехода блестящие оловянные изделия рассыпаются в порошок серого цвета. Причем при контакте с порошком белое олово как бы заражается от него и превращается в серое. Такое явление получило название «оловянная чума».

По некоторым данным, именно оно стало главной причиной гибели экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. Керосин, хранившийся на промежуточных складах, вытек из канистр, пропаянных по швам оловом, которое рассыпалось в порошок на морозах Антарктики. Таким образом, члены экспедиции остались почти без топлива.

Припои для пайки

Припои классифицируют по разнообразным характеристикам: степени плавления при пайке, способу изготовления, основному металлу, способности к флюсованию и др. По температуре расплавления припои бывают:

  1. Легкосплавные, плавятся при менее 145 °C.
  2. Мягкие, плавятся при температуре от 145 °C до 400 °C.
  3. Твердые, температура плавления выше 400 °C.

Легкосплавные применяют для пайки материалов критичных к перегреву, можно назвать такие марки, как сплав Ньютона, сплав Гутри, сплав Вуда, ПОСВ 32−15−53.

Мягкие применяют для лужения и пайки швов посуды, электроаппаратуры, печатных плат, трубок теплообменников. Самые распространенные из них это оловянно-свинцовые (см. табл.1).

Твердые припои дают высокую прочность соединения и применяются для пайки несущих конструкций. К этим припоям относятся медно-цинковые (ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54), серебряные (ПСр72, ПСр70, ПСр50, ПСр50Кд, ПСр12М) и другие.

Оловянно-свинцовые припои

Сплав олова со свинцом с содержанием олова от 10 до 90% называется припоем ПОС. Можно привести следующие обозначения марок таких припоев:

  • ПОС40 — содержит 40% олова, остальное — свинец, плавится при 235 градусах, применяется в промышленности для лужения и пайки электроаппаратуры, изделий из оцинкованной стали;
  • ПОС90 — 90% олова, 10% свинца, расплавляется при 222 градусах, нашел свое применение при изготовлении посуды и медицинской аппаратуры;
  • ПОССу 30−0,5 — 30% олова, 0,5% — сурьма, остальное — свинец, жидким становится при 255 градусах, служит для лужения и пайки листов цинка, обычной и нержавеющей стали, проводов, радиаторов.

В зависимости от процентного соотношения олова и свинца изменяется температура плавления разных марок припоя.

Температуры плавления припоев (в °С). Таблица 1

Плавление металлов

Плавление — это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. В отличие от сплавов, у чистых металлов плавление и затвердевание (кристаллизация) происходит при неизменной строго определенной температуре. По ней различают металлы:

  • легкоплавкие, плавятся при температурах до 600 °C;
  • среднеплавкие — от 600 °C до 2019 °C;
  • тугоплавкие — свыше 2019 °C.

В таблице 2 указано, при какой температуре плавится свинец, при какой температуре плавится олово и другие металлы.

Температуры плавления металлов (в °С). Таблица 2

Одним из наиболее распространенных металлов во всем мире можно назвать олово. Оно использовалось кузнецами на протяжении многих столетий для изготовления самых различных вещей. Еще до появления металлургической промышленности кузнецы знали, при какой температуре плавится олово, какими физико-химическими свойствами оно обладает. Важным моментом является то, что сплав олова и меди можно считать первым проявлением развития металлургии как отдельной отрасли. Первое искусственное соединение, созданное человеком, во многом зависело от достаточно низкой температуры плавления соединяемых металлов.

Получение и применение

В чистом виде рассматриваемый элемент не встречается. Он входит в состав касситерита в виде оксида. Много столетий назад этот металл добывался в открытых шахтах, но сегодня подобные месторождения практически не разрабатываются. Для получения олова проводится очистка руды. Концентрация элемента составляет 1%. Для получения 1 килограмма рассматриваемого металла приходится перерабатывать около центнера руды.

Температура плавления свинца и олова относительно невысокая, что определяет возможность использования этих материалов в домашних условиях на момент проведения пайки. Продаются металлы в виде небольшого прутка.

Тот факт, что температура плавления олова и свинца примерно одинаковая, определяет смешивание этих элементов для получения сплава с более привлекательными эксплуатационными качествами. Кроме этого, в олово могут добавлять серебро, медь и другие элементы.

Проведение плавки металла

У олова температура плавления во многом зависит от того, есть ли примеси. Температура, при которой металл становится пластичным или жидким, может варьировать в пределе от 145 до 250 градусов Цельсия в зависимости от состава. При необходимости можно провести расплавку большого количества металла для его заливки по форме.

При выборе материала для создания формы учитываются нижеприведенные моменты:

  1. Структура не должна смачиваться жидким оловом. В противном случае форма может изменить свои размеры.
  2. Используемый материал должен выдерживать воздействие температуры не ниже 250 градусов Цельсия. В противном случае после заливки форма потеряет свои основные эксплуатационные качества.

Стоит учитывать, что в жидкой форме рассматриваемый металл может окисляться при контакте с воздухом. Твердое вещество, наоборот, обладает повышенной устойчивостью к кислородной коррозии.

Довольно большое распространение в электротехнике получил трехкомпонентный сплав, основой которого стал свинец. В качестве дополнительных компонентов могут использоваться олово и серебро. При производстве подобного сплава уделяется внимание тому, что концентрация металла не должна быть менее 95%. При подобном варианте сочетание веществ температура плавления составляет около 220 градусов Цельсия.

Изготовление припоя

Для того чтобы повысить эксплуатационные характеристики припоя, в его состав добавляется небольшое количество сурьмы. Подобный вариант исполнения припоя применяется для пайки различных радиодеталей, особенно ответственных участков.

При выборе припоя следует уделить внимание и сплаву с серебром в составе. Его эксплуатационными качествами можно назвать:

  1. Существенно повышается срок эксплуатации. За счет серебра структура становится более устойчивой к процессу окисления.
  2. За счет повышения концентрация серебра появляется возможность использовать припой при изготовлении различных деталей промышленной техники. Однако серебро существенно повышает стоимость сплава, а также изготавливаемого изделия. Именно поэтому сплавы с высокой концентрацией серебра используют для изготовления важных деталей.

Проводится добавление в состав цинка, но подобные сплавы пользуются меньшей популярностью. Это связано с достаточно высокой химической активностью цинка. За счет взаимодействия с окружающей средой подобный сплав быстро разрушается. На основе цинкосодержащей смеси производятся припайные пасты, которые имеют относительно небольшой срок службы. Температура плавления в этом случае составляет 200 градусов Цельсия.

На протяжении многих лет используется и чистое олово в качестве полупроводникового припоя. Температура плавления этого элемента в чистом виде составляет 240 градусов Цельсия. Применяются они исключительно в промышленности, что связано с высокой стоимостью. В чистом виде из-за существенного повышения температуры структура олова перестраивается, на поверхности появляются черные пятна, которые указывают на существенное ухудшение основных качеств.

Олово — один из самых изученных человеком металлов. Оно было открыто еще в доисторические времена. Уже древний человек знал, какова температура плавления олова, физико-химические свойства этого металла и диапазон его применения в повседневной жизни. Сплав олова и меди является первым опытом человека в металлургии, первым искусственным металлическим соединением, созданным руками человека.

Олово в природе

Важнейшие природные соединения – это касситерит, в который входит оксид олова, и станнин (оловянный колчедан). В древности этот металл добывали в открытых шахтах, но в современном мире открытых месторождений олова практически не осталось. В промышленных масштабах его выплавляют из руд, содержащих около 1 % этого вещества. Таким образом, чтобы получить 1 кг чистого олова, нужно переработать центнер руды.

Использование олова

Одно из наиболее известных применений олова – пайка. Невысокая температура плавления позволяет паять в домашних условиях. Для пайки этот металл продается в виде небольших прутков диаметром до 10 мм.

Достаточно часто предлагаются сплавы с различными добавками – со свинцом, серебром, медью, индием и другими. Температура плавления олова и свинца ниже, чем чистого олова, поэтому процесс пайки проходит быстрее.

Благодаря физическим характеристикам этот металл можно хранить в нормальных условиях в жидком виде. Низкая температура плавления олова позволяет запаивать металлическую жидкость в стеклянные ампулы для лабораторных или других исследований.

Плавка олова

Олово достаточно легко расплавить в больших количествах и отлить в форму из графита или любого другого материала. Средняя температура плавления олова не превышает 240°C. Основные требования к материалу для форм заключаются в следующем:

  • вещество не должно смачиваться жидким оловом;
  • материал должен выдерживать температуру в 250°C, не разрушаясь и не меняя своей формы.

Расплавленный металл способен окисляться на открытом воздухе, а твердое вещество довольно устойчиво к кислородной коррозии. Иногда это свойство используется для нанесения металлического слоя на жестяные изделия. Но в отличие от цинкового напыления, оловянное не придает изделию электрохимическую защиту – в случае царапины коррозия быстрее разъест поверхность с оловянным покрытием, а не с цинковым.

Олово для пайки

Температура плавления зависит от количества и состава примесей в прутке. О том, какая температура плавления олова, можно узнать из таблицы наиболее распространенных сплавов.

В электротехнике хорошо зарекомендовали себя трехкомпонентные сплавы на основе свинца, серебра и олова. Процентное соотношение примесей в припое различно: стандарты по добавкам до сих пор не выработаны. Все производители сходятся в одном – содержание олова в сплаве не должно быть меньше 95 %. Температура плавления припоя олова в этой композиции колеблется в диапазоне 217-221° C.

Для улучшения характеристик припоя в него вводят небольшое количество сурьмы. Данная композиция применяется для пайки радиодеталей в наиболее ответственных участках.

Хорошо зарекомендовали себя сплавы с содержанием серебра. Наличие этого благородного металла улучшает технические характеристики готового изделия и повышает срок его эксплуатации. Сплавы с большим содержанием серебра применяются в различных средствах связи и в промышленной технике.

Цинкосодержащие сплавы не слишком хорошо распространены. Причиной такой нелюбви является повышенная химическая активность цинка. Из-за его взаимодействия с окружающей средой цинкосодержащие соединения довольно быстро разрушаются, к тому же при работе с ними необходимо использовать активные флюсы. Припойные пасты с содержанием этой добавки не предназначены для длительного хранения. Температура плавления олова для пайки с содержанием цинка достаточно высока. Например, известное соединение Sn91Zn9 плавится при температуре 200°C.

Олово и свинец

Как и олово, свинец в виде сплавов и добавок используется человеком с незапамятных времен. Этот недорогой и распространенный металл обладает свойствами, повышающими качество припоя и его эксплуатационные характеристики.

Припои, в состав которых входит свинец, называются свинцовосодержащими. Соединения свинца очень вредны для здоровья, поэтому применение соединений этого металла весьма ограничено. В прошлом широкое распространение свинцовых припоев было обусловлено хорошими эксплуатационными характеристиками сплава и его низкой температурой обработки. Температура плавления олова и свинца не превышает 190°C. Несмотря на строгие ограничения, припои со свинцом широко используются в отдельных отраслях промышленности, например в оборонном производстве и в секторе ядерной энергетики.

Использование чистого олова

Полупроводниковая промышленность использует припои с высоким содержанием чистого олова, в котором на один атом стороннего металла припадает 999999 атомов чистого металла. Температура плавления олова в чистом виде 240°С. Но в бытовых условиях такие припои не пользуются спросом: дело в том, что при понижении температуры этот металл преобразует свою структуру, на поверхности изделия появляются серые пятна –так называемая оловянная чума. Добавки различных компонентов изменяют эту температуру и придают оловянным сплавам большую устойчивость.

Свинец, обозначаемый символом Pb (плюмбум), относится к тем металлам, которые были известны человечеству издавна. Свинцовые находки в виде бусин датируются 2019 лет до нашей эры. В Древнем Риме делали свинцовые водопроводы, посуду, пока не была доказана токсичность свинцовых соединений.

Сейчас это металл стратегический, он используется в оборонной промышленности. Из него делают взрывчатые вещества, источники тока. Производство свинца недорогое, металл добывают из распространенных в природе минералов. Сначала получают черновой сплав, затем чистый.

Расплавить свинец в домашних условиях несложно, температура плавления у свинца и его сплавов не выше +330–450°С, припоев не выше +230°С. Металл не подвержен коррозионным разрушениям, пластичный, ковкий, применяется во многих промышленных сферах. Из него делают бытовые предметы, рыбацкие снасти, припои своими руками, заполняя формы жидким свинцом.

Характеристики и особенности свинца

Металл грязно-серебристого или серебристо-синеватого цвета имеет большой удельный вес – 11,34 г/см3. Прочность на разрыв не более 18 МПа. на сжатие в пределах 50 МПа. Из-за высокой пластичности поддается многим видам механической обработки, его подвергают холодной прокатке до состояния фольги, штампуют, режут, подвергают нагартовке. При волочении свинец рвется, проволоку из него делают продавливанием заготовок в фильерах.

При охлаждении до -266°С свинец становится сверхпроводником, несмотря на невысокую электропроводность при комнатной температуре (удельное сопротивление 0,22 Ом*мм2/м). На воздухе свинец быстро тускнеет на срезе, пассируется, покрывается оксидной пленкой, характеризующейся низкой химической активностью. Сам металл тоже стоек к коррозионным разрушениям, поэтому из свинца и сплавов делают кислотостойкие сосуды, емкости. Pb— последний элемент в периодической таблице Менделеева со стабильными изотопами. Металл способен удерживать радиоактивное излучение.

Кубическая, гранецентрированная структурная решетка обеспечивает вязкость металла, его сложно разломить, но он хорошо режется, его легко исцарапать, смять. При нагревании структура становится текучей, исходная вязкость снижается.

Температура плавления свинца

Плавка предусматривает фазовый переход под термическим влиянием. Легкоплавкие свинцовые сплавы льют при +400–450°С, технологическая температура достигается в домашних условиях на открытом пламени горелки, конфорке электро- или газовой плиты. В справочной литературе указывают температуру плавки свинца равной +327, 4°С. Для сплавов показатели иные, они зависят от физических характеристик компонентов, входящих в состав сплавов. У припоев с оловом и кадмием температура плавления на 40–60 градусов ниже в зависимости от концентрации добавки.

При +700°С свинцовый расплав испаряется, образуя токсичный аэрозоль. Вскипает металл при +1750°С. Оксидный слой претерпевает фазовые изменения из твердого в жидкое состояние только при нагреве до +850°С.

Область применения

Несмотря на токсичность, свинец ценится за коррозионную устойчивость, способность задерживать γ -излучение. Он остается незаменимым во многих отраслях.

До 75% получаемого свинца используется в электротехнике для аккумуляторных пластинок и трансформаторных сверхпроводниковых систем, силового кабеля. Баббит – сталь, легированная Рb, отличается антифрикционными свойствами. Сплавы, содержащие олово и кадмий, используют для припоев.

Плюмбум входит в состав антикоррозионных покрытий, красителей. Из него отливают пули и дробь, печатный шрифт, статуэтки, грузила. Листами металла экранируют рентгеновые установки, атомные реакторы, бункеры на полигонах. Пластины вшивают в фартуки, жилеты, другую защитную одежду. Свинцовые плиты снижают вибрацию, сейсмические толчки. Их используют в строительстве для уплотнения кладки, фундамента, мостовых опор. Из нитрата производят взрывчатые вещества с большой детонацией.

В чем плавить свинец

На заводах в качестве плавильных емкостей используют:

  • специальные тигли из огнеупорной керамики или тугоплавких металлов, их помещают в электропечи, обеспечивающие необходимый термальный режим;
  • нагревательные ванны, они снабжены встроенными тенами, поддерживают необходимую температуру металла по всему периметру.

Плавить свинец самостоятельно дома, во дворе, гараже или мастерской можно в жестяной банке, она заменит тигель. На одной стороне жестянки делают желоб для заливки металла в форму. Края формы подгибают, чтобы они надежно фиксировались в зажиме. Вместо прихваток горячую емкость надежнее придерживать пассатижами, плавильня не будет прожигать руки по время заполнения формы.

Можно воспользоваться для плавки свинцового лома старой домашней утварью: кастрюлями, сковородами, нержавеющими или эмалированными чайниками, или другой жаропрочной посудой. Шлаковый слой удаляют специальной ложкой с длинной ручкой. Делают это непосредственно перед заливкой металла в подготовленные формочки.

Процесс плавки

В качестве источника тепла для расплавления лома используют:

  • костер, над ним устанавливают подставку для плавильни;
  • паяльную лампу, ее фиксируют в стационарном положении;
  • газовую горелку, ей металл разогревают и снизу, и сверху, попеременно;
  • кухонную плиту (газовую или электрическую).

Важно!

Емкость устанавливают так, чтобы языки пламени не выходили за площадь дна.

Плавка свинца начинается с подготовительного этапа: нужно приготовить плавильную емкость, измельчить лом. Его очищают от примесей, возможной влаги, загрязнений. Затем разрезают на небольшие кусочки ножом или ножницами по металлу. Ломать свинцовые куски сложно, они отлично гнутся. Чем мельче будет лом, тем быстрее он расплавится. Его рекомендуют закладывать в плавильную емкость постепенно. Когда кусочки загружают в расплав, снижается риск перегрева расплава до температуры летучести. Не стоит разогревать кусочки до красноватого оттенка, это сигнал, что образуют ядовитые летучие соединения.

Если для расплава используют емкость с толстыми стенками, ее предварительно прогревают. Жесть достаточно просушить. Плавильню заполняют не более, чем на половину, лучше на 1/3. Толстый слой равномерно не прогреется.

Плавильня должна устойчиво стоять на горелке, не шататься. После расплавления лома на поверхности образуется шапка шлака. Ее снимают перед розливом расплава в форму. Ее предварительно прогревают, чтобы не было резкого температурного контраста. В холодную форму расплав заливается неравномерно. На поверхности литья образуются рытвины, складки, другие дефекты.

Техника безопасности

Занимаясь плавлением свинца в изолированном помещении, важно позаботиться:

  • о вентиляции, необходимо принудительно нагнетать воздух вентилятором, чтобы концентрация горячего аэрозоля была минимальной, свинцовые соединения пагубно влияют на мозг, печень, почки;
  • о защите органов дыхания (нужен респиратор), зрения (стоит надеть рабочие очки), одежде с длинным рукавом из натуральных материалов, синтетика при случайном попадании плавится, увеличивается площадь ожога;
  • пожарной безопасности, под руками необходимо держать огнетушитель.

Жидкий свинец обладает высокой текучестью. При попадании на влажную поверхность сильно разбрызгивается. Возможны выплески расплава во время нагрева свинцового лома. В рабочей зоне необходимо убрать или изолировать легко возгораемые предметы.