Studii
si cercetari asupra aliajelor de lipit
1. Aliaje de lipit
uzuale
Aliajele pentru lipirea materialelor metalice, ceramice sau produse
din sticla, in functie de
destinatia lor, trebuie sa aiba o temperatura de topire
relativ joasa, proprietati bune de umectare, o
aderenta perfecta, o mare capacitate de difuzie, permitand
in acelasi timp obtinerea unor imbinari suficient de rezistente.
De asemenea, aceste materiale metalice trebuie sa posede o fluiditate
foarte buna, pentru a umple toate interstitiile de lipit, o
stabilitate ridicata la coroziune, coeficienti de dilatare aproape
egali cu ai materialelor de imbinat, o rezistenta de contact cat mai
mica si o conductibilitate electrica cat mai ridicata (in
domeniul electronic, electrotehnic si radiotehnic), precum si un
pret de cost relativ scazut.
Dintre
aliajele de lipit ale staniului si plumbului, usor fuzibile, cele mai
raspandite in tehnica sunt pe baza urmatoarelor sisteme: Sn-Pb;
Sn-Pb-Cd; Sn-Pb-Zn si Pb-Ag, fiind utilizate pentru lipirea otelurilor,
cuprului, aluminiului si aliajelor lor, materialelor metalice cu
ceramica sau sticla, lipituri fine in electrotehnica,
radiotehnica, electronica, in instalatiile medicale etc.
2. Elaborarea si turnarea plumbului, staniului si
aliajelor lor
Plumbul, staniul si
aliajele lor se elaboreaza in creuzete de otel sau fonta,
incalzite cu combustibili lichizi sau gazosi (fig. 1). De obicei sunt
executate din fonta, care contine pana la 0,55% Cr si
0,270,37% Ni, avand o durata in exploatare de cel putin 100 de
incarcaturi. Capacitatea acestor agregate variaza, putand ajunge
pina la 10 tone.
Fig. 1. Cuptor cu creuzet cu
flacara pentru eleborarea aliajelor pe baza de plumb: 1 - carcasa metalica
(otel); 2 - injector (arzator); 3 - capruseala refractara; 4 - oala de fonta; 5
- agitator mecanic; 6 - hota.
Ca materie prima pentru elaborarea aliajelor de
plumb si staniu se utilizeaza in afara de metale primare si
prealiaje, diverse deseuri din productia proprie sau din exterior.
Nu se admite introducerea in agregat a deseurilor
sub forma de aschii, pilituri sau neidentificate, fara o
retopire prealabila.
Ca fondant de acoperire se foloseste manganul
calcinat, care are rolul de a proteja baia metalica de actiunea
gazelor oxidante din atmosfera cuptorului.
In functie de compozitia materialului
metalic elaborat, ordinea de introducere a componentilor incarcaturii
in agregat este diferita.
Astfel, la elaborarea aliajelor Pb-Sb-Cu, la inceput
se incarca in agregat, care in prealabil a fost incalzit, 3/4 din
cantitatea de plumb si deseuri din productia proprie. Dupa
supraincalzirea topifurii pana la temperatura de 550°C se introduce
stibiul sau prealiajul cupru-stibiu, iar la sfirsit restul de plumb
si deseuri din productia proprie.
Pentru indepartarea incluziunilor de oxizi
si de zgura, si pentru crearea unei atmosfere inerte la
suprafata, care sa previna oxidarea ulterioara in
timpul topirii, metalul se dezoxideaza.
Daca aliajul contine impuritati
nedorite (fier, nichel, zinc, aluminiu etc.), el se supune rafinarii cu
ajutorul vaporilor de apa sau al sulfului.
Astfel, zincul si aluminiul se
indeparteaza din baia metalica prin tratarea acesteia cu vapori
de apa, la temperatura de 500550°C, iar fierul, nichelul si
cuprul, prin introducerea sulfului in topitura supraincalzita la 600..
.700°C.
3.
Particularitatile turnarii aliajelor de plumb si staniu
Aliajele de
plumb au proprietati bune de turnare.
Piesele din aceste aliaje se toarna in forme din amestec de formare, in
cochile si sub presiune.
Formele din amestec de formare se executa din
amestecuri utilizate si in cazul aliajelor de cupru. Este necesar
insa sa se evite vopsirea formelor cu pulbere de grafit, recomandandu-se
faina de porumb, respectiv argila grasa calcinata
si fin macinata. Deoarece aliajele de plumb nu absorb gazele,
este posibila indesarea mai accentuata a amestecului de formare.
Uscarea foarte buna si preancalzirea
formelor pentru reproducerea corecta a cavitatii formei este
absolut necesara din cauza temperaturii joase de turnare.
Reproducarea precisa a cavitatii de
configuratie complicata se realizeaza mai bine pentru aliajele
cu continut de stibiu.
Aliajele de
staniu se toarna in forme din amestec de
formare, in cochile si sub presiune.
Aliajele de cuzineti pe baza de staniu
pentru lagare de alunecare pot fi utilizate numai sub forma unui strat
turnat pe cuzineti sau bucse din aliaje de cupru, fonta sau
otel. Aceste aliaje sunt rezistente la coroziune, se toarna usor
si se prelucreaza mecanic usor.
Cuzinetii pe care se toarna acest aliaj se
incalzesc la 250.. .270°C. Temperatura cochilei si a miezului este de
150.. .200°C, iar temperatura aliajului turnat este de 380°C.
Cuzinetii mici se toarna vertical, iar cei
mari in sifon. Temperatura aliajului nu trebuie sa fie prea inalta,
deoarece se va obtine o structura cu graunti mari.
4. Aliaje
staniu-plumb - caracterizare structrala
Conform diagramei de echilibru prezentata in
figura 2, intre aceste doua metale se formeaza un eutectie si
doua solutii solide a si b. Eutecticul de compozitia 61,9% Sn + 38,1% Pb are o
temperatura de topire de 183°C si se caracterizeaza printr-o
buna fluiditate.
Fig. 2. Diagrama de echilibru Pb-Sn.
Avand in vedere aceasta caracteristica,
materialele metalice cu o compozitie apropiata de eutectic se
utilizeaza pentru lipirea pieselor care nu trebuie sa se
incalzeasca prea mult sau unde sunt interstitiile numeroase
si extrem de fine si poate sa patrunda numai un aliaj
foarte fluid.
Solutia
solida a contine la
tempcratura eutecticului 19,2% Sn, iar la tem-peratura mediului ambiant
solubilitatea staniului in plumb se micsoreaza, ajungand la 1,9% Sn.
Aliajele care la temperatura eutecticului au o structura monofazica (a) sunt moi si
poseda un interval de solidificare ridicat. Din aceasta cauza ele se
folosesc in special pentru imbinarea subansamblurilor care nu sunt supuse la
solicitari mari.
Solutia solida b contine la temperatura eutecticului 2,5% Pb, iar la
tem-peratura mediului ambiant solubilitatea plumbului in staniu se
micsoreaza, ajungand la 0.4 %. Materialele metalice cu structura
b au proprietatea de a lipi in bune conditiuni majoritatea
otelurilor si aliajelor de cupru. Ele au o temperatura
scazuta de topire, o buna stabilitate la coroziune si,
datorita continutului mic de plumb sunt inofensive pentru organism
si ca atare se pot utiliza in calitate de materiale metalice dc lipit in
industria alimentara si la aparatura medicala.
Adaosurile de stibiu in aliajele Sn-Pb, de ordinul 16%,
maresc rezistenta si duritatea acestora, insa la un
continut mai ridicat provoaca fragilitatea materialului metalic, ii
reduce stabilitatea la coroziune si intr-o serie de cazuri
micsoreaza rezistenta lipiturii.
Cadmiul micsoreaza temperatura de topire a
aliajelor Sn-Pb, deoarece poate sa apara in sistem - asa cum se
constata in diagrama din figura 3, eutccticul ternar, cu compozitia
50% Sn, 32% Pb si 18% Cd, avand temperatura de topire de 145°C.
Totodata, acest element
imbunatateste caractcristicile mecanice, tensiunea
superficiala si inlocuieste staniul. Conform cercetarilor
experimentale, un procent de cadmiu confera materialului metalic aceleasi
proprietati ca 35% Sn.
Fig. 3. Diagrama de echilibru Sn-Pb-Cd.
Prezenta argintului in aliajele de lipit Sn-Pb, in
cantitati relativ mici (1,73%), in special ca inlocuitor al
staniului, bismutului sau cadmiului, le mareste rezistenta la
oboseala.
Un grup de aliaje mai diferit este cel pe baza sistemului Pb-Sn-Bi,
destinat pentru imbinarea sticlei cu alama, la seringile medicale. In
ultimul timp sunt utilizate aliajele pe baza sistemului Sn-Pb-In, ultimul
pana la 25%, imbunatatindu-se rezistenta la coroziune
in agenti bazici. Daca continutul de indiu este de 40%,
aderenta pe sticla devine perfecta, ceea ce permite folosirea
lipiturilor in instalatiile cu vid.
In tabelul 4.1. au fost prezentate compozitia chimica,
caracteristicile mecanice si fizice ale celor mai importante aliaje de
lipit pe baza de staniu si plumb.
x
150
Fig. 4. Aliaj 70 Sn - 30 Pb. Atac 2% HCl + 5 % HNO3
in apa. Dendrite de
solutie solida bogata in staniu (alb) intr-o matrice de eutectic Sn-Pb. Structura
eutectica poate fi
observata mai bine in imagine urmatoare.
x 375
Fig. Aliaj 70 Sn - 30 Pb. Atac 2% HCl + 5 % HNO3
in apa. Aceeasi
structura observata la o magnitudine marita. Se poate
observa structura eutecticului Sn-Pb. Liniile negre bine conturatesunt
formate din eutectic dispersat.
x 375
Fig. 6. Aliaj 63
Sn - 37 Pb. Atac natal 2%. Solutie solida bogata in Plumb de
forma globulara (culoare neagra).Structura dendritica
fina in matrice de staniu.
x 375
Fig. 7. Aliaj 63
Sn - 37 Pb. Atac natal 2%. Aceeasi structura ca in imaginea
anterioara, doar ca topitura incalzita a fost
racita lent. Strucura prezinta lamele de staniu (alb) si solutie
solida bogata in plumb (negru).
x 150
Fig. 8. Aliaj 60
Sn - 40 Pb. Atac natal 2%. Structura:
mici dendrite de solutie
solida bogata in plumb, aflate intr-o matrice eutectica fina de forma globulara.
x 150
Fig. 9. Aliaj 50
Sn - 50 Pb. Atac natal 2%. Dendrite de solutie solida bogata in
plumb (negru), intr-o matrice fina de eutectic lamelar de
solutie solida bogata in plumb (negru) si staniu (alb).
