Почему олово и золото несовместимы

Опубликовано: 16.04.2024

Вы когда-нибудь слышали такое понятие как "оловянная чума"? Нет? Не подумайте ничего плохого. Это явление не имеет ничего общего с реальной чумой, которая погубила в свое время половину Европы. Это физическое явление проявляется с оловом при определенной температуре. Интересно? Тогда я вам расскажу сейчас про это явление поподробней.

Немного истории для лучшего понимания

Итак, прежде чем приступить к объяснению физики процесса, давайте немного углубимся в историю олова.

Данный метал известен человечеству не одну тысячу лет и в свое время являлся стратегически важным ресурсом. В силу своей пластичности при комнатной температуре его активно использовали, например, при производстве пуговиц для обмундирования, всевозможных украшений и т. д.

Например, в 1910 году полярный английский исследователь Р. Скотт организовал и лично возглавил полярную экспедицию на Южный полюс с целью покорить его. Поход растянулся на многие месяцы и идущая экспедиция оставляла небольшие схроны с провиантом и топливом в канистрах, запечатанных оловянными пробками.

В 1912 году исследователи все-таки покорили полюс, но оказались не первыми (их опередил Руаль Амундсен). Но не это самое важное. Отправившись обратно по ранее проложенному маршруту они обнаружили, что в ближайшем складе канистры с топливом вскрыты и пусты. Добравшись до следующего схрона увидели то же самое, канистры с топливом были пусты.

К сожалению, экспедиция просто напросто замерзла, так и не сумев согреться.

Другие факты

В конце 19-го столетия из Голландии в Российскую Империю был отправлен целый состав, загруженный чистейшим оловом в слитках. Как только поезд пришел в Москву, то при осмотре вагонов вместо олова там был лишь серый порошок.

Приблизительно в то же время была снаряжена экспедиция для изучения Сибири. Но при первом же сильном морозе случился казус, вся оловянная посуда превратилась в серый порошок.

Уже в 20-ом столетии на военном складе случилось ЧП, со всех мундиров пропали оловянные пуговицы. Вместо них все так же нашли серый порошок. Изучив его, был сделан вывод что металл был поражен так называемой оловянной чумой.

Ну как интересно стало? Что же это за явление такое: оловянная чума. Давайте перейдем к объяснению.

Что такое оловянная чума

Долгое время ученые не могли объяснить, что же такое оловянная чума и только после гибели полярной экспедиции было произведено масштабное исследование, которое разгадало секрет.

Структура металла

Только после тщательного исследования металлов с помощью рентгеновских лучей удалось рассмотреть кристаллическую решетку металлов. И было дано научное объяснение.

Было установлено, что абсолютно любой металл может обладать различной кристаллической формой. Наиболее устойчивой модификацией при температуре выше и равной комнатной является олово. Оно обладает вязкой и достаточно пластичной структурой.

Но как только температура опускается ниже -13 градусов по Цельсию кристаллическая структура, начинает претерпевать изменения.

При этом атомы начинают располагаться в пространстве на большем расстоянии, и формируется следующая модификация металла – серое олово.

При этом металл полностью утрачивает свои первоначальные свойства и, по сути, превращается в полупроводник. При этом начинают возрастать внутренние напряжения и это приводит к тому, что олово буквально распадается на порошок. Именно так протекает оловянная чума.

Скорость такой трансформации зависит от температуры. Так наиболее быстро распад происходит при температуре –33 градуса по Цельсию. Именно этот эффект стал причиной гибели экспедиции, полностью уничтожил вагон олова и разрушил много ценных экспонатов.

Как победили оловянную чуму

Научное сообщество долгое время билось над поиском «лекарства» от этого явления и наконец британской ассоциации производителей удалось найти решение.

Они просто создали новый сплав, в котором к олову добавили другие металлы, которые стабилизировали постоянные свойства олова.

Полученный сплав стали называть «Пьютер» и он состоит из 95% олова, 2% меди и 3% сурьмы. Вновь полученный сплав активно используется при производстве различных украшений, предметов быта и т. п.

Так, например, знаменитая статуэтка "Оскар" выполнена из этого сплава и покрыта золотым напылением.

Это все, что я хотел вам рассказать о таком интересном явлении как оловянная чума. Если вам понравился материал, то поставьте лайк и поделитесь статьей в социальных сетях. Спасибо за внимание!

На сегодняшний день технологический уровень производства электронных компонентов и их монтажа на печатную плату стал таков, что источником отказов слаботочной техникиявляются, в основном, механические компоненты – кнопки, разъёмы и соединители. В полупроводниковых приборах и пассивных компонентах стало просто нечему ломаться. Выбирая процессор или операционный усилитель, разработчик ставит на карту функциональные возможности устройства. Ошибка при выборе разъёма может обернуться снижением надёжности.

В каталогах ведущих производителей представленомножество разнообразных разъёмов и соединителей как с позолоченными контактами, так и с контактами, покрытыми оловом. В пользу позолоченных контактов говорят их надёжность и низкое сопротивление, в пользу контактов, покрытых оловом – меньшая стоимость. Если нет желания заниматься сложными расчётами экономической целесообразности применения того или иного разъёма, то в выборе можно опереться на эмпирическое правило «трёх полусотен»: Если в разъёме меньше 50 контактов, если за время жизни прибора предполагается размыкать разъём не более 50 раз, и если допустимо электрическое сопротивление контактов, превышающее 50 мОм,то выбор разъёма, покрытого оловом, оправдан. По сравнению с позолоченными контактами контакты, покрытые оловом, требуют для достижения приемлемых электрических характеристик большего механического усилия (порядок величины 2 Н). Из-за этого в эмпирическом правиле и появилось ограничение на максимальное количество контактов в разъёме. Разъёмы с контактами, покрытыми оловом, имеют ряд ограничений по применению:

— в аналоговых цепях покрытые оловом контакты создают помехи;

— покрытые оловом контакты приходятв негодность при работе во влажной или загрязнённой атмосфере;

— в разъёмах с шагом контактов меньше 1ммдеформация слоя олова или появление продуктов химических реакций может привести к короткому замыканию;

Последняяособенность луженных контактов часто проявляет себяв промышленной электронике после долгих лет эксплуатации.

Нередко один и тот же разъём существует и в позолоченной и в более бюджетной версии, поэтому вопрос использования разъёма с одним покрытием контактов, а ответной части для него — с другим, лежит не в теоретической, а в практической плоскости. Какимихарактеристиками будет при этом обладать пара контактов? Олово и золото – это два разных металла. Стандартный электродный потенциал золота +1.5В, стандартный электродный потенциал олова +0.15В. Из разницы потенциалов следует, что точка контактаолова и золота будет подвержена коррозии. Наглядный пример такой электрохимической реакции можно увидеть на медной водосточной трубе, в том месте, где медь контактирует с каким-либо другим металлом. Производители разъёмов даже не рассматривают возможность совместного применения золотых и покрытых припоем контактов. Многочисленные сложные физические и химические испытания, тесты на вибро- и термо устойчивость, исследования поверхностной, местной и межкристаллической коррозии не проводятся для пар золото-оловянных контактов. В связи с этим информации по данной теме мало, и вся она сводится к тому, что совместное использование оловянных и золотых контактов крайне нежелательно.

Специалист Molex, гуру в вопросах физики и электрохимии контактирующих поверхностей, прокомментировал золото-оловянные пары контактов таким образом:

«Рекомендую избегать применения контактов из разных металлов. Соединитель с лужеными контактами с одной стороны и с позолоченными контактами – с другой, не оправдает себя ни в каком случае. Ситуацию не исправят даже специальные противокоррозионные смазки.Если вы спрашиваете о золото-оловянных парах контактов всерьёз, то для ответа на вопрос нужно проводить длительные испытания. На данный момент мне неизвестно, как золотой контакт деформирует поверхность припоя, насколько глубоко он в неё погрузится,как молекулы золота будут диффундировать внутрь оловянной поверхности и наоборот. Ненадёжность золото-оловянной пары контактов для меня очевидна.Что касается позолоченных и покрытых оловом разъёмов, то при соблюдении всех рекомендаций производителя они окажутся одинаково надёжны. Под «соблюдением всех рекомендаций» я подразумеваю герметизацию прибора, а ещё лучше – заполнение корпуса атмосферой из инертного газа. Если такой возможности нет, продукты коррозии на оловянных контактах появятся в любом случае. Повлияют ли они на работоспособность прибора, будет зависеть от конструкции разъёма, вибрационных нагрузок, температурного режима. Если вам нужна максимальная надёжность и лучшие характеристики, используйте позолоченные контакты, они не проигрывают оловянным ни по одному из показателей. Луженые контактыпри соблюдении ряда условий и проведении соответствующих испытаний также могут обеспечить долгую безотказную работу. Соединение оловянных и позолоченных контактовне рекомендуется».

Пример современных высокотехнологичных соединителей с очень маленьким шагом контактов – это плоские FFCкабели. Серийно выпускаемые модели имеют контакты, покрытые припоем, с шагом от 0.2 до 2.54 мм. Выпуск FFC кабелей с позолоченными контактами пока не налажен ни одним производителем. И вместе с тем на рынке представлены ответные разъёмы с контактами, покрытыми золотом.Такой FFC разъём подойдёт для подключения гибкой или гибко-жёсткой печатной платы – в случае, если контакты на ней также покрыты золотом. Применять позолоченный FFC разъём совместно со стандартным FFC кабелем не следует.

по материалам
Bishop & Associates Inc.

Елена Голодаева, компания «Петрозолото», Санкт-Петербург, Россия

«Ложка дегтя портит бочку меда»

(русская пословица)

В российской ювелирной промышленности при производстве изделий редко пользуются сплавами, изготовленными на специализированном предприятии, в основном, из-за дороговизны металла. Большинство предприятий предпочитает проводить легирование благородного металла непосредственно на своем производстве. Это предъявляет определенные квалификационные требования к технологическому персоналу данного предприятия.

Как правило, технологи хорошо осведомлены о влиянии легирующих компонентов на технологические свойства сплавов. Влиянию же микропримесей, по моим наблюдениям, не уделяется должного внимания. Меж тем игнорирование этого факта нередко приводит к весьма плачевным последствиям в виде массового брака изделий. В этой статье рассматриваются вопросы влияния примесей на свойства сплавов золота и серебра.

Напомним основные примеси драгоценных металлов и их влияние на технологические свойства сплавов. ГОСТ 30649-99 [1] устанавливает предельное содержание в сплавах золота и серебра четырех металлических примесей: железа, свинца, сурьмы, висмута. Эти элементы содержатся в природном металле.

Свинец. Образует с золотом и серебром интерметаллические соединения, располагающиеся вокруг зерен металлической решетки, и охрупчивает сплав, делая его непригодным для прокатки и гибки. Последующий нагрев приводит к еще большей хрупкости.

Аналогичным действием характеризуются также сурьма и висмут.

Железо. Вследствие легкой окисляемости железо в сплавах золота и серебра присутствует в виде инородных включений. Это не оказывает влияния на обработку сплава давлением, но значительно осложняет обрабатываемость металла резанием и при доводочных операциях.

Из неметаллических примесей ГОСТ устанавливает максимальное содержание кислорода. Последний активно поглощается из атмосферы расплавленным серебром и окисляет легирующие компоненты сплава, в основном медь. Образующаяся закись меди вызывает охрупчивание сплава. [2,3]

Вышеупомянутые эффекты проявляются уже при содержании нескольких сотых долей процента этих примесей. Естественно, что при использовании оборотного металла из обратимых отходов предприятия, вредные примеси концентрируются, качественный состав их расширяется за счет внесения новых, попавших в металл в процессе выполнения различных технологических операций.

Алюминий. С повышением концентрации алюминия пластичность сплавов возрастает. Это означает, что алюминий действует как легирующий компонент и как раскислитель (очищает металл от газов и закиси меди). Однако в результате раскисления образуется Al₂O₃ и уже при содержании 0,01% прокат имеет значительные дефекты на поверхности.

Олово. Снижает прочность и твердость сплавов, пластичность не изменяется. При содержании олова более 0,008% качество поверхности проката резко ухудшается: появляются вздутия и плены.

Фосфор растворим только в меди и имеет ограниченную растворимость в золоте и серебре. Фосфор действует как раскислитель, повышая пластичность сплава. Твердость сплава минимальна, глубина вытяжки и число перегибов максимальны. При содержании не более 0,08% сохраняется хорошая поверхность проката, однако, структура сплава ухудшается.

Сера, растворяясь в расплавах золота и серебра, меди, не образует твердых растворов с этими металлами. Поэтому при затвердевании сплава слиток «кипит» уже при содержании 0,02% серы, характеризуется наличием газовой пористости и к прокату непригоден. При содержании серы 0,004-0,01% металл по механическим характеристикам близок к сплавам, легированным алюминием: повышается прочность при снижении пластичности. Сера попадает в сплавы золота и серебра при плавке и отжиге под слоем древесного угля, содержащего серу, из атмосферы, загрязненной промышленными газами, с остатками серной кислоты после травления изделий.

Особо следует остановиться на кремнии. Все исследования советского периода утверждают, что кремний исключительно вредная примесь, так как, не растворяясь в золоте и серебре, а только в меди, он значительно охрупчивает сплавы, снижая глубину вытяжки и количество перегибов [4]. Содержание кремния в сплавах они рекомендовали ограничить 0,003%. Однако, в последние годы большинство предприятий ювелирной промышленности России стали использовать при легировании готовые лигатуры импортного производства. Это оказалось значительно легче и дешевле проверенного «дедовского» способа составления сплава из чистых металлов. Оказалось, что эти лигатуры содержат кремний, в количествах, превышающих установленный ранее предел его содержания. Выяснилось, что в трех- и более компонентных системах кремний растворяется несколько лучше, чем в чистых металлах, увеличивая, как показали данные рентгеноструктурного анализа, периметр кристаллической решетки твердого раствора. За более детальным изучением вопроса о влиянии кремния на свойства золотых сплавов автор отсылает читателя к основательным работам [5,6]. Заметим, что в этом случае кремний следует считать не примесью, а легирующим компонентом согласно [7]. Введение кремния в сплавы дало два заметных преимущества: снижение окислительной способности сплава и снижение толщины обогащенного слоя на поверхности изделий, что позволило ликвидировать очень трудоемкую и экологически вредную операцию анодного травления отливок. Теперь вполне можно обойтись магнитной галтовкой.

Однако сия благая идея, понесясь по рытвинам и колдобинам российского бизнеса, понемногу стала превращаться в нечто крайне неудобоваримое. Большинство российских предприятий закупают лигатуру у поставщиков, действующих на территории России. И взаимоотношения с ними, в основном, разыгрываются по сценарию: «Зоя Ивановна, примите у этих граждан брак и выдайте им новый».

Поясню свою мысль. Дело в том, что партии лигатуры одной и той же марки, будучи запущенными в производство, иногда резко отличаются по своим технологическим свойствам, приводя к нестабильности технологического процесса и доставляя массу забот технологу: как ему угадать пути корректировки техпроцесса, чтобы выпустить качественное изделие, а не перерабатывать металл впустую.

Состав лигатур производитель обычно не сообщает заказчику, прикрываясь пресловутым «ноу-хау». Однако в нашем мире «промежпланетных сообщений» и высоких химических технологий, известных даже в отсталой в технологическом плане России это «ноу-хау» доживет только до первого грамотного химика. Тем не менее, некоторые поставщики лигатур частично знакомят своих клиентов с составами используемых ими лигатур. Таким образом и попала ко мне эта табличка.

Таблица 1 Состав лигатур Leg Or

Артикул	Химический состав, масс. %
Артикул	Ag	Cu	Zn	Ni	In	Pd	Si
Лигатура для белого золота
WD 481 CW	7	58	16	19
WD 480 C	60	20	20
WH 80 B2	56	16	28
OB 304 R	66	13	21
OB 307 W1	2	58	20	20
OB 325 F	50	16	30	4
OB 302 F	58	18	23
OB 306 A	58	19	23
OB 585 QP	58	14	28
Лигатура для желтого золота
OG 602 A	22	58	20
OG 604 O	25	55	10
OG 604 Z	46	45	9
OG 606 C4	58	37	5
Лигатура для красного золота
C 145 N	17	81	2
OR 125 A	5	93,4	1,6
OR 138 C	14	84	2
0R 127 C	13	85	2
0R 129 C	17	81	2
OR 129 W	17	81	2
Лигатуры для серебра
SCS3DEOX	79	20	1
SCS3DEOX	80	20
SF 928 CH	72,8	25	2	0,2
SF 928 DY	74	25	1
AG 103	92	8
Исходный сплав для припоев
LSA 425 (серебро)	48	30	20
LSR 490 (красн.)	5	73	2	20
LSR 489 (красн.)	10	80	5	5
LSG 409 (жел.-зел.)	30	33	25	12
LSG 413 (желт.)	33	35	24	8
LSG 412 (желт.)	33	33	25	9
LSB 455 (белое)	24	35	23	10	8
LSB 475 (белое)	12	43	29	7	9

Как видно из этой таблицы, кремний, как легирующий компонент показан только для серебряной лигатуры SF 928 DY.

(Любопытно, что при приготовлении припоев совсем не используется так повсеместно применяемый в России кадмий. Кадмий – крайне вредный компонент, этот металл часто является виновником развития рака. Источник)

Вооружившись этими данными, мы приступили к анализу закупленных нами лигатур. Результаты в сравнении с данными таблицы 1 представлены в следующей таблице.

Какие металлы используют в украшениях?

Самый частый ответ: золото, серебро, платина. Иногда ещё называют медь, реже – латунь. Но есть один металл, про который не вспоминают почти никогда. Это олово.

Вот уже шесть лет я делаю украшения, используя в качестве металла олово. И то, что его ставят в этом ряду на последнее место, а часто вообще никуда не ставят, мне кажется большой несправедливостью, которую нужно поскорее исправить. И сейчас я постараюсь это сделать.

Олово – металл замечательный во многих отношениях. Но поскольку я занимаюсь украшениями, сначала расскажу о нем именно в той связи.

Кто-то, возможно, считает, что олово – это что-то серое, тусклое, совсем неинтересное. Это не так – олово очень красивый металл. Рискуя вызвать гнев «настоящих ювелиров», возьмусь утверждать, что оно очень похоже на серебро. Настолько, что иногда эти два металла невозможно различить.

Вот, например, на этих двух фото серебро и олово. Сможете узнать, где какой металл?

(Анна F. Ручные украшения)

Эти металлы, и правда, так похожи, что мне иногда не верят, что мои украшения не из серебра.

А в чем-то олово даже интереснее серебра. Например, при пайке оно образует очень красивые наплывы, им можно создавать самые разные фактурные поверхности, при известной ловкости рук им даже можно рисовать.

(Анна F. Ручные украшения)

(Мария Буланова. Бохо украшения)

Олово можно по-разному патинировать — и оно приобретает цвет старого благородного серебра, прямо-таки даже совсем старинного.
А если покрывать патинированную поверхность антиоксидантом, лаком, ювелирным воском — она тоже смотрится совсем по-разному и тоже очень красиво.

(Анна F. Ручные украшения)

(Мария Буланова. Бохо украшения)

Ну и, конечно, олово заметно дешевле серебра, что тоже очень приятно.

А ещё с оловом связано много разного интересного.

Например, только начав работать с ним, я узнала о том, что такое оловянная свадьба. И на самом деле это всегда трогательно и приятно, когда на 10-ю годовщину свадьбы мужчина заказывает своей жене кольцо из олова, ну или какое-то другое украшение. Женщины, кстати, тоже иногда заказывают, и мне потом всегда бывает интересно, понравилось ли.

Все, конечно, знают сказку об оловянном солдатике. Но не все знают, что оловянные игрушки делают и сейчас.

(Антикварный набор оловянных солдатиков "Мушкетеры короля")

(Фигурка рыцаря — современный мастер СК Новый век (skwsu)
И не только игрушки. Например, вот такие рюмки с оловянным основанием. На мой взгляд, очень красиво.

А раньше делали посуду, пуговицы, самые разные предметы быта.

Эта посуда произведена в начале прошлого века на немецкой фабрике «Кайзер и сыновья», знаменитой именно изделиями из олова.

(Кайзер и сыновья)

Но в какой-то момент чистое олово использовать практически перестали. Почему? Люди эрудированные ответят: виновата «оловянная чума». Это когда олово (чистое, без примесей и добавок) рассыпается на морозе — просто превращается в горку серого порошка.

С этим, например, некоторые историки связывают поражение Наполеона под Москвой – оловянные пуговицы французских солдат рассыпались на морозе.

«Оловянная чума» виновата в гибели экспедиции капитана Роберта Скотта к Южному полюсу – паяные оловом баки прохудились на морозе и весь керосин вытек.

Но все эти трагические случаи остались в прошлом: когда люди разобрались в химической и физической сторонах этого процесса, чистое олово использовать перестали.

Сейчас олово применяют преимущественно в сплавах. Но затрагивать эту тему я не буду – она практически безгранична. Скажу лишь, что многие из этих сплавов абсолютно нетоксичны, гипоаллергенны и вообще безвредны – настолько, что их используют, например, при изготовлении упаковки для продуктов.

И для производства самых разных декоративных предметов.

И, конечно, олово (с небольшими добавками меди или серебра) можно использовать для создания украшений. Что я и делаю.

Так что, если вам нужно дорого и пафосно – это драгоценные металлы, если просто красиво – можно и олово))

(Анна F. Ручные украшения)

(Мария Буланова. Бохо украшения)

В общем, если отбросить в сторону печальные случаи из истории, можно с полным правом утверждать, что олово — совершенно замечательный металл.

Я надеюсь, что мне удалось вас в этом убедить.

Какие металлы используют в украшениях?

Вот, например, на этих двух фото серебро и олово. Сможете узнать, где какой металл?

(Анна F. Ручные украшения)

Эти металлы, и правда, так похожи, что мне иногда не верят, что мои украшения не из серебра.

(Анна F. Ручные украшения)

(Мария Буланова. Бохо украшения)

(Анна F. Ручные украшения)

(Мария Буланова. Бохо украшения)

Ну и, конечно, олово заметно дешевле серебра, что тоже очень приятно.

А ещё с оловом связано много разного интересного.

Все, конечно, знают сказку об оловянном солдатике. Но не все знают, что оловянные игрушки делают и сейчас.

(Антикварный набор оловянных солдатиков "Мушкетеры короля")

А раньше делали посуду, пуговицы, самые разные предметы быта.

(Кайзер и сыновья)

И для производства самых разных декоративных предметов.

Так что, если вам нужно дорого и пафосно – это драгоценные металлы, если просто красиво – можно и олово))

(Анна F. Ручные украшения)

(Мария Буланова. Бохо украшения)

Я надеюсь, что мне удалось вас в этом убедить.

Читайте также: