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	T_пл, °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^[англ.].
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 T_пл 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

Ссылки

Видеоролик, показывающий сплав Вуда в «действии» (плавление в кипятке)
Легкоплавкие и мягкие припои
«Таблицы специальных сплавов и припоев» (англ.) (3 pdf-файла, ∑_{размеров} = 340 КБайт)
«Сплав металлов, жидкий при комнатной температуре» (англ.)
Самый легкоплавкий низкотемпературный сплав

[1] 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

[2] 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

[1]

[2]