Сплав олова и свинца обладает особыми параметрами, позволяющими применять его в различных отраслях промышленного производства. Технические характеристики и физические свойства каждого металла определяют их использование для длительного хранения продуктов, пайки и обработки поверхности деталей с целью увеличения срока эксплуатации.
Сплав олова со свинцом используется для придания прочности изготавливаемым деталям
Физические свойства свинца
Свинец – продукт отходов переработки серебра – оказался очень полезным металлом в производстве
Археологические артефакты свидетельствуют о том, что этот химический элемент был известен человеку более 6000 лет назад. Его открытие связано с присутствием металла в рудах, содержащих серебро. При их выплавке материал выбрасывался в отходы, но со временем из него начали делать различные изделия: фигурки, водопроводные трубы. В настоящее время свинец применяется:
- для производства аккумуляторов;
- в кабельной промышленности — для создания защитной бесшовной оболочки;
- для изготовления красок и припоев;
- при строительстве защитных сооружений — для источников радиационного загрязнения (саркофагов);
- для производства сплавов на его основе (баббитов);
- для изготовления типографских составов;
- в медицине.
Главным потребителем свинца является автомобильная промышленность, где широко применяются баббиты. Производство свинцовых стартерных аккумуляторов постоянно растет, в разработки вносятся усовершенствования.
В химической промышленности материал используют для покрытия стальных изделий: аппаратов, резервуаров, трубопроводов. Так как железо и свинец между собой не соединяются, то на изделия предварительно наносят тонкий слой расплавленного олова. Такой процесс обработки называется лужением.
В производстве применяется не только чистый свинец, но и его соединения. Например, оксид свинца используется при изготовлении стекла. Незначительная добавка соединения в материал при плавке стекла позволяет придать хрустальным изделиям прозрачность естественного минерала — горного хрусталя.
СВИНЦА СПЛАВЫ
СВИНЦА СПЛАВЫ, сплавы на основе свинца. Осн. легирующие элементы -Sn, Sb, Cu, Bi, Hg. Характеризуются низкой т-рой плавления (48-320 °С), невысокими мех. прочностью и твердостью, йысокой пластичностью, коррозионной стойкостью в разбавл. р-рах к-т, в среде H2S, SO2, SO3 или С12 (при т-рах 100°С); имеют хорошие литейные св-ва, хорошо смачивают обычное и оцинкованное Fe, Ni, сплавы Fe и Си. Мн. металлы образуют с Рb эвтектику, нек-рые металлы (гл. обр. щелочные и щел.-зем.)- устойчивые ин-терметаллич. соед.-плюмбиды (напр., Na2Pb, Mg2Pb, La2Pb), тяжелые металлы-легкоплавкие эвтектики (напр., Pb-Bi, Pb-Cd, Pb-Sn); твердые р-ры с легирующими металлами образуются редко.
Получают свинца сплавы сплавлением исходных металлов или их лигатур (при введении тугоплавких легирующих элементов), а также восстановлением расплава СаС12 лигатурой Pb-Na. Свинца сплавы изготовляют в виде чушек, пластин, прутков, трубок, проволоки и ленты. Большинство свинца сплавов хорошо обрабатывается давлением (прокаткой, ковкой, прессованием) и резанием. Подразделяются на обрабатываемые и не обрабатываемые давлением.
К обрабатываемым давлением относят низколегированные свинца сплавы, содержащие один из элементов-Sn (до 2%), Sb (до 0,5%), Cd (до 0,25%) или Си и Fe (до 0,06% каждого). Используют такие свинца сплавы для изготовления оболочек элект-рич., телефонных и др. кабелей; в последние годы их заменяют более дешевыми А1 и полиэтиленом.
Не обрабатываемые давлением свинца сплавы по назначению делят на антифрикционные (баббиты), типографские, припои и легкоплавкие.
Баббиты — свинца сплавы, легированные Sn, Sb, Cu, Ca, Na и др. элементами (от 15-17% и менее). По т-ре плавления (240-320 °С), твердости (НВ 22-32), коэф. трения со смазкой (а 0,004-0,007) они близки к оловянным баббитам (см. Олова сплавы), уступая им в ~1,5 раза по теплопроводности и в ~1,5-2 раза по сопротивлению износу. Структура баббитов содержит твердую (соед. SnSb, Cu6Sn5, Pb3Ca и др.) и мягкую (твердый р-р на основе Рb) составляющие. Первая обеспечивает низкий коэф. трения, вторая-хорошую прирабатываемость в местах трения. Такие свинца сплавы-антифрикционные материалы, применяются в машиностроении в узлах трения малой и средней погруженности, на городском и железнодорожном транспорте, заменяя дорогие и дефицитные оловянные баббиты.
Типографские свинца сплавы, известные более 500.дет, содержат до 20-23% Sb, 5-7% Sn, 1-4,5 As и 1% Си. Отличаются высокой жидкотекучестью и малой усадкой при кристаллизации, твердостью (НВ 17-28), постоянным составом после многократной переплавки; устойчивы против коррозии в контакте с красками и смывающими р-рами. Применяют их для отливки шрифтов ручного и машинного набора, пробельного материала, линеек и стереотипов.
Припои на основе свинца сплавов содержат Sn, Cd, Bi, Ag, In и Р (от 1,3-1,7 до 49-51%), имеют низкие т-ры плавления (от 90-142 °С с Sn, Cd, Bi и до 220-310 °С с Sn, Ag, In и P). Применяют при низкотемпературной пайке Fe, сталей, Ni, Си и ее сплавов. Места спайки с Си и сплавами Cu-Zn имеют низкую коррозионную стойкость во влажной атмосфере и при наличии конденсата используются только с лакокрасочными защитными покрытиями; места спайки с припоями, содержащими In и Р, в защите от коррозии не нуждаются. Отдельные припои, содержащие Ag, Sn, Cu и Ni, применяют для пайки изделий криогенной техники.
Легкоплавкие свинца сплавы (т. пл. 48-96 °С) содержат Bi, Sn, Cd и Hg; по составу отвечают тройным и более сложным эвтектикам. Напр., сплав Вуда (25% Рb, по 12,5% Sn и Cd, остальное-Bi) с т. пл. 69 °С близок по составу к четверной эвтектике (Pb3Bi + Bi + Cd + Sn). Используются в электротехнике, системах пожарной сигнализации (плавкие предохранители) и медицине.
Недостатки многих свинца сплавов-наличие в составе дорогих и дефицитных элементов (As, Sb, Sn и др.) и токсичность паров.
Лит.: Туркин В.Д., Румянцев М. В., Структура и свойства цветных металлов, М., 1947; Шпагин А. И., Антифрикционные сплавы, М., 1956; Мальцев М. В., Металлография промышленных цветных металлов и сплавов, 2 изд., М., 1970; Справочник по пайке, 2 изд., М., 1984. A.M. Захаров.
Технические параметры олова
Олово – от ложки до радиатора
Данный химический элемент известен более 3500 лет и изначально предназначался для изготовления столовых предметов. Современное потребление олова связано с консервной промышленностью.
Патент на способ хранения продуктов в жестяных банках принадлежит повару из Франции. С 1810 года человечество получило возможность долговременного хранения пищевых продуктов.
Олово является основным компонентом припоев, применяемых для пайки и лужения теплообменных аппаратов, радиаторов автомобильных двигателей, лужения медицинской и пищевой аппаратуры.
Материал используется для производства оловянной бронзы, обладающей отличными механическими, литейными, антикоррозионными свойствами. Такие сплавы применяются в деталях, предназначенных для эксплуатации в особых условиях и и при особой нагрузке.
Сплавом, обладающим низким коэффициентом трения, является баббит. Он содержит 83% олова, сурьму и медь. Его применяют в производстве подшипников. Благодаря устойчивому соединению сурьмы и меди сплав имеет высокую твердость.
Механизм работы подшипника и компоненты состава исключают возникновение механических повреждений на поверхности детали.
Олово обладает специфическими физическими свойствами:
- Его деформация сопровождается звуком, образованным в результате сдвига под воздействием силы.
- При температурах -39 °C и + 161°C олово превращается в порошок.
Истории известны случаи таких преобразований. Пуговицы, сделанные из чистого материала, на морозе теряли свою форму, а «оловянная чума» разрушала слитки металла.
История открытия свинца
Самыми древними артефактами, изготовленными человеком из свинца, считаются древнеегипетские статуэтки возрастом около 5 тысяч лет, хотя археологи находили более древние простые изделия из этого металла. Первый бум использования свинца случился во времена Римской Империи, когда из него стали изготавливать водопроводные трубы и даже использовали в гастрономических целях. Уже в те годы были подозрения, что это может быть вредным для здоровья. После падения Рима потребление свинца значительно снизилось, но применение токсичного материала в организации водоснабжения продержалось практически до 20-го века во многих странах.
Податливый металл активно использовали как соединительный материал в оконных рамах и покрытиях крыш. С промышленной революцией викторианской эпохи потребность в свинце многократно возросла, с каждым годом открывались новые возможности и сферы применения свинцовых соединений. Довольно быстро этот металл стал одним из важнейших элементов, необходимых для технического прогресса, и остается таким до сих пор.
Главные страны-производители свинца
Львиная доля мирового объема производства свинца приходится на Евросоюз, но стоит отметить, что 60% металла они получают от вторичной переработки, а не прямой добычей — такая тенденция набирает популярность и в других странах. Следующие 3 места делят между собой США, Россия и Китай, с небольшими отрывами друг от друга. На постсоветском пространстве высокие показатели производства свинца традиционно демонстрируют Украина и Казахстан. Последний также обладает одними из крупнейших в мире разведанных запасов этого металла.
Важнейшие соединения свинца и их применение
Свинец, будучи легкоплавким тяжелым металлом, издревле и по сей день применяется для изготовления боеприпасов, в том числе и гражданского назначения. Другая особенность свинца — способность поглощать радиацию, обусловила его широкое использование в атомной энергетике и медицинской технике. Но гораздо более обширные возможности открывают различные соединения свинца с другими веществами и сплавы металлов. Без них сложно представить какую-либо отрасль жизнедеятельности человека. Химическая промышленность и сельское хозяйство, военное дело и аккумуляторы, машиностроение и литография, геология и многое другое — во всех этих сферах задействованы соединения свинца.
Воздействие свинца на человека
Самым частым виновником отравления тяжелыми металлами является именно свинец. Долгое время свинцовые присадки использовались для этилирования бензина, что приводило к тяжелейшим загрязнениям воздуха в крупных городах. Сегодня использование свинца для повышения октанового числа топлива запрещено почти по всему миру (в Российской Федерации — с 2002 года). Другие возможные источники отравления:
- промышленные выбросы;
- загрязненная тяжелыми металлами аграрная продукция;
- предметы обихода с содержанием свинца;
- работа на вредных производствах.
Попадая в организм, свинец оказывает сильное токсическое действие. Особенно опасным является отравление металлом в детском возрасте. Интоксикация ребенка свинцом приводит к отставанию в физическом и умственном развитии, а когнитивные нарушения могут проявляться в течение всей последующей жизни. У взрослых постоянный контакт со свинцом или регулярное вдыхание его паров вызывает хроническое отравление, нарушает функцию мозга и в разы увеличивает вероятность тяжелых заболеваний, в том числе онкологических.
Оксиды свинца
Оксид свинца (PbO) – представляет собой слаборастворимые в воде кристаллы, желтоватого или алого цвета. Применяется в изготовлении стеклянных изделий, хрусталя, глянцевых эмалей и лаков. Распространенный компонент кислотно-свинцовых аккумуляторов. Сырье для других соединений.
Диоксид свинца — ядовитый бурый порошок с характерным запахом. Важный катализатор множества химических реакций и процессов, ни одна исследовательская лаборатория не обходится без этого вещества. При добавлении в состав красок ускоряет процесс их высыхания, чем активно пользуются производители лако-красочной продукции.
Тетраоксид свинца, он же сурик — нерастворимый порошок оранжево-красного цвета. Редко, но встречается в природном виде. Широкое применение получил в качестве пигмента для антикоррозийных покрытий при строительстве зданий, мостов, кораблей и других крупных объектов. Когда некоторые детали недостроенного судна кажутся «ржавыми» — это эффект от свинцового сурика в составе защитных эмульсий.
Отдельно стоит упомянуть ЦТС — оксид соединения цирконатов и титанатов свинца. Ценнейшее вещество, способное при деформирующем воздействии индуцировать заряд, или же выдавать обратную реакцию — под влиянием тока деформироваться. Без него было бы невозможным создание многих видов электроакустических устройств и конденсаторов.
Соли свинца
Нитрат свинца — получают растворением свинцовых пластин в азотной кислоте. Известен более 400 лет, но коммерческое производство начато лишь в 19-м веке. В спокойном состоянии представляет собой бесцветный порошок, хорошо растворимый в воде. Применяется в качестве подавителя реакций в нейлоновых полимерах и улучшителя при цианировании золота. Некоторое время использовался в качестве пестицида и окислителя в органической химии, но из-за сильной токсичности применение фактически сошло на нет. В настоящее время служит сырьем для получения более сложных соединений свинца и других веществ.
Азид свинца — соль азотистоводородной кислоты, чрезвычайно ядовита. Распространенное взрывчатое вещество, используемое в качестве инициатора (в детонаторах). Будучи очень чувствительным к физическому и температурному воздействию, требует особых мер осторожности при обращении.
Хлорид свинца — получается при реакции с соляной кислотой. Изредка встречается в природе (коттунит) с относительно малым количеством примесей. При этом имеет умеренную радиоактивность, некоторых ученых это наводит на мысли о метеоритном происхождении минерала. Широко используется в аккумуляторах, как катод.
Сульфат свинца — он же свинцовый купорос. Ядовит, опасен для здоровья людей. Часто встречается в природе (англезит). Синтезируется как побочное вещество при реакциях в аккумуляторах и является одним из главных загрязняющих факторов. В промышленности нашел применение в качестве пигментирующего материала.
