Aleación fusible
Una aleación fusible es una aleación de metal que se puede fundir fácilmente , es decir, que se puede fundir fácilmente, a temperaturas relativamente bajas. Las aleaciones fusibles son comúnmente, pero no necesariamente, aleaciones eutécticas .
A veces se utiliza el término "aleación fusible" para describir aleaciones con un punto de fusión inferior a 183 °C (361 °F; 456 K). Las aleaciones fusibles en este sentido se utilizan para la soldadura .
Introducción
Las aleaciones fusibles suelen estar hechas de metales de bajo punto de fusión. Hay 14 elementos metálicos de bajo punto de fusión que son estables para su manejo práctico. Se dividen en 2 grupos distintos: Los 5 metales alcalinos tienen 1 electrón s y funden entre +181 (Li) y +28 (Cs) Celsius; Los 9 metales pobres tienen 10 electrones d y desde ninguno (Zn, Cd, Hg) hasta tres (Bi) electrones p, funden entre -38 (Hg) y +419 (Zn) Celsius. Desde un punto de vista práctico, las aleaciones de bajo punto de fusión se pueden dividir en las siguientes categorías:
- Aleaciones que contienen mercurio
- Sólo aleaciones que contienen metales alcalinos
- Aleaciones que contienen galio (pero ni metales alcalinos ni mercurio)
- Sólo aleaciones que contienen bismuto , plomo , estaño , cadmio , zinc , indio y, a veces, talio .
- Otras aleaciones (raramente utilizadas)
Una razón práctica aquí es que el comportamiento químico de los metales alcalinos es muy distinto al de los metales pobres. De los 9 metales pobres, Hg (pf -38 C) y Ga (pf +29 C) tienen cada uno sus propios problemas prácticos, y los 7 metales pobres restantes desde In (pf +156 C) a Zn (pf +419 C) pueden considerarse juntos. De los elementos que podrían considerarse relacionados pero que no comparten las propiedades distintivas de los metales pobres: Se estima que Po se funde a 254 C y podría ser un metal pobre por propiedades, pero es demasiado radiactivo (la vida media más larga es de 125 años) para su uso práctico; Por el mismo razonamiento que Po; Sb se funde a 630 C y se considera un semimetal en lugar de un metal pobre; Te también se considera un semimetal, no un metal pobre; de otros metales, el siguiente punto de fusión más bajo es Pu, pero su punto de fusión a 640 Celsius deja una brecha de 220 grados entre Zn y Pu, lo que hace que los "metales pobres" desde In a Zn sean un grupo natural.
Algunas aleaciones fusibles bastante conocidas son el metal de Wood , el metal de Field , el metal de Rose , el Galinstan y el NaK .
Aplicaciones
Las aleaciones fundidas se pueden utilizar como refrigerantes, ya que son estables al calor y pueden ofrecer una conductividad térmica mucho mayor que la mayoría de los demás refrigerantes, en particular con aleaciones fabricadas con un metal de alta conductividad térmica, como el indio o el sodio . Los metales con una sección transversal de neutrones baja se utilizan para enfriar reactores nucleares .
Estas aleaciones se utilizan para fabricar los tapones fusibles que se insertan en las coronas de los hornos de las calderas de vapor , como medida de seguridad en caso de que el nivel del agua baje demasiado. Cuando esto sucede, el tapón, al no estar cubierto por agua, se calienta a una temperatura tal que se funde y permite que el contenido de la caldera escape al horno. En los rociadores automáticos contra incendios, los orificios de cada rociador se cierran con un tapón que se mantiene en su lugar mediante un metal fusible, que se funde y libera el agua cuando, debido a un brote de fuego en la habitación, la temperatura aumenta por encima de un límite predeterminado. [1]
El bismuto, al solidificarse, se expande aproximadamente un 3,3 % en volumen. Las aleaciones con al menos la mitad de bismuto también muestran esta propiedad. [2] Esto se puede utilizar para el montaje de piezas pequeñas, por ejemplo, para mecanizado, ya que se sujetarán firmemente. [ cita requerida ]
Aleaciones de bajo punto de fusión y elementos metálicos
Aleaciones conocidas
| Aleación | Punto de fusión | ¿Eutéctico ? | Bismuto % | Dirigir % | % de estaño | Indio % | Cadmio % | Talio % | Galio % | Antimonio % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| El metal de la rosa | 98 °C (208 °F) | No | 50 | 25 | 25 | – | – | – | – | – |
| Cerro seguro | 74 °C (165 °F) | No | 42,5 | 37.7 | 11.3 | – | 8.5 | – | – | – |
| El metal de la madera | 70 °C (158 °F) | Sí | 50 | 26.7 | 13.3 | – | 10 | – | – | – |
| El metal del campo | 62 °C (144 °F) | Sí | 32.5 | – | 16.5 | 51 | – | – | – | – |
| Cerro bajo 136 | 58 °C (136 °F) | Sí | 49 | 18 | 12 | 21 | – | – | – | – |
| Cerro bajo 117 | 47,2 °C (117 °F) | Sí | 44.7 | 22.6 | 8.3 | 19.1 | 5.3 | – | – | – |
| Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl | 41,5 °C (107 °F) | Sí | 40.3 | 22.2 | 10.7 | 17.7 | 8.1 | 1.1 | – | – |
| Galio | 30,0 °C (86 °F) | Metal puro | - | - | - | - | - | - | 100 | – |
| Galinstan | -19 °C (-2 °F) | No | <1,5 | – | 9,5–10,5 | 21–22 | – | – | 68–69 | <1,5 |
Otras aleaciones
Comenzando con una tabla de elementos componentes y sistemas binarios y múltiples seleccionados ordenados por punto de fusión:
| Composición en porcentaje de peso | Punto de fusión | ¿Eutéctico? | Nombre o comentario |
|---|---|---|---|
| Cs 73.71, K 22.14, Na 4.14 [3] | -78,2 °C (-108,8 °F) | Sí | "CsNaK", reactivo con agua y aire |
| Hg 91,5, Ti 8,5 | -58 °C (-72 °F) | Sí | Se utiliza en termómetros de lectura baja. |
| Hg100 | -38,8 °C (-37,8 °F) | (Sí) | |
| Cs 77,0, K 23,0 | -37,5 °C (-35,5 °F) | ||
| K 76,7, Na 23,3 | -12,7 °C (9,1 °F) | Sí | |
| K 78,0, Na 22,0 | -11 °C (12 °F) | No | No puedo |
| Ga 61, In 25, Sn 13, Zn 1 | 8,5 °C (47,3 °F) | Sí | |
| Ga 62,5, In 21,5, Sn 16,0 | 10,7 °C (51,3 °F) | Sí | Aleación de galinstan |
| Ga 69,8, In 17,6, Sn 12,5 | 10,8 °C (51,4 °F) | No | Aleación de galinstan |
| Ga 68,5, In 21,5, Sn 10 | 11 °C (52 °F) | No | Aleación de galinstan |
| Ga 75,5, En 24,5 | 15,7 °C (60,3 °F) | Sí | |
| Cs100 | 28,6 °C (83,5 °F) | (Sí) | |
| Ga 100 | 29,8 °C (85,6 °F) | (Sí) | |
| 100 rublos | 39,30 °C (102,74 °F) | (Sí) | |
| Bi 40,3, Pb 22,2, In 17,2, Sn 10,7, Cd 8,1, Tl 1,1 | 41,5 °C (106,7 °F) | Sí | |
| Bi 40,63, Pb 22,1, In 18,1, Sn 10,65, Cd 8,2 | 46,5 °C (115,7 °F) | ||
| Bi 44,7, Pb 22,6, In 19,1, Cd 5,3, Sn 8,3 | 47 °C (117 °F) | Sí | Cerrolow 117. Se utiliza como soldadura en física de baja temperatura. [4] |
| Bi 49, Pb 18, In 21, Sn 12 | 58 °C (136 °F) | Aleación desoldadora ChipQuik . [5] Cerrolow 136. Se expande ligeramente al enfriarse y luego muestra una ligera contracción en un par de horas. Se utiliza como soldadura en física de baja temperatura. [4] Aleación para lentes 136 , utilizada para montar lentes y otros componentes ópticos para esmerilado. [6] Se utiliza para montar componentes pequeños, delicados y de formas irregulares para mecanizado. | |
| Bi 32,5, In 51,0, Sn 16,5 | 60,5 °C (140,9 °F) | Sí | El metal del campo |
| K100 | 63,5 °C (146,3 °F) | (Sí) | |
| Bi 50, Pb 26,7, Sn 13,3, Cd 10 | 70 °C (158 °F) | Sí | Cerrobend. Se utiliza en física de baja temperatura como soldadura. [4] |
| Bi 49,5, Pb 27,3, Sn 13,1, Cd 10,1 | 70,9 °C (159,6 °F) | Sí | Aleación de Lipowitz |
| Bi 50,0, Pb 25,0, Sn 12,5, Cd 12,5 | 71 °C (160 °F) | Sí | El metal de la madera |
| En 66,3, Bi 33,7 | 72 °C (162 °F) | Sí | [7] |
| Bi 42,5, Pb 37,7, Sn 11,3, Cd 8,5 | 74 °C (165 °F) | No | Cerro seguro |
| Bi 57, En 26, Sn 17 | 79 °C (174 °F) | Sí | [7] |
| Bi 54, In 29,7, Sn 16,3 | 81 °C (178 °F) | Sí | [7] |
| Bi 56, Sn 30, En 14 | 79–91 °C (174–196 °F) | No | Aleación desoldadora ChipQuik, sin plomo |
| Bi 50, Pb 30, Sn 20, Impurezas | 92 °C (198 °F) | No | Aleación de Lichtenberg, [8] también llamada aleación fusible de cebolla [9] |
| Bi 52,5, Pb 32,0, Sn 15,5 | 95 °C (203 °F) | Sí | |
| Bi 52, Pb 32,0, Sn 16 | 96 °C (205 °F) | Sí | Bi52 . Buena resistencia a la fatiga combinada con un bajo punto de fusión. Resistencia al corte y propiedades de fatiga razonables. La combinación con soldadura de plomo y estaño puede reducir drásticamente el punto de fusión y provocar fallas en la unión. [10] |
| Bi 50,0, Pb 31,2, Sn 18,8 | 97 °C (207 °F) | No | El metal de Newton |
| En 100 | 97,8 °C (208,0 °F) | (Sí) | |
| Bi 50,0, Pb 28,0, Sn 22,0 | 94–98 °C (201–208 °F) | No | El metal de la rosa |
| Bi 55,5, plomo 44,5 | 125 °C (257 °F) | Sí | |
| Bi 58, Sn 42 | 138 °C (280 °F) | Sí | Bi58 . Resistencia al corte y propiedades de fatiga razonables. La combinación con soldadura de plomo-estaño puede reducir drásticamente el punto de fusión y provocar fallas en la unión. [10] Soldadura eutéctica de baja temperatura con alta resistencia. [11] Particularmente fuerte, muy frágil. [12] Se utiliza ampliamente en ensamblajes con tecnología de orificio pasante en computadoras centrales IBM donde se requería una temperatura de soldadura baja. Se puede utilizar como revestimiento de partículas de cobre para facilitar su unión bajo presión/calor y crear una unión metalúrgica conductora. [13] Sensible a la velocidad de corte. Bueno para la electrónica. Se utiliza en aplicaciones termoeléctricas. Buen rendimiento de fatiga térmica. Límite de fluencia 7119 psi (49,08 MPa), resistencia a la tracción 5400 psi (37 MPa). [14] |
| Bi 57, Sn 43 [15] | 139 °C (282 °F) | Sí | |
| En 100 | 157 °C (315 °F) | (Sí) | In99 . Se utiliza para la fijación de matrices de algunos chips. Es más adecuado para soldar oro ; la velocidad de disolución del oro es 17 veces más lenta que en las soldaduras a base de estaño y se puede tolerar hasta un 20 % de oro sin una fragilización significativa. Buen rendimiento a temperaturas criogénicas . [16] Humedece muchas superficies, incluido el cuarzo, el vidrio y muchas cerámicas. Se deforma indefinidamente bajo carga. No se vuelve quebradizo ni siquiera a bajas temperaturas. Se utiliza como soldadura en física de baja temperatura; se une al aluminio. Se puede utilizar para soldar películas metálicas delgadas o vidrio con un soldador ultrasónico . [4] |
| 100 años | 180,5 °C (356,9 °F) | (Sí) | |
| Estaño 62,3, Plomo 37,7 | 183 °C (361 °F) | Sí | |
| Estaño 63,0, plomo 37,0 | 183 °C (361 °F) | No | Soldadura eutéctica . Sn63 , ASTM63A , ASTM63B . Común en electrónica; excepcionales propiedades de estañado y humectación, también buena para acero inoxidable. Una de las soldaduras más comunes. Bajo costo y buenas propiedades de unión. Se utiliza tanto en electrónica SMT como de orificio pasante. Disuelve rápidamente el oro y la plata, no se recomienda para ellos. [11] Sn 60 Pb 40 es un poco más barato y a menudo se usa en su lugar por razones de costo, ya que la diferencia de punto de fusión es insignificante en la práctica. Con un enfriamiento lento , da uniones ligeramente más brillantes que Sn 60 Pb 40. [17] Resistencia al límite elástico 3950 psi (27,2 MPa), resistencia a la tracción 4442 psi (30,63 MPa). [18] |
| Estaño 91,0, Zinc 9,0 | 198 °C (388 °F) | Sí | KappAloy9 Diseñado específicamente para soldadura de aluminio con aluminio y aluminio con cobre . Tiene buena resistencia a la corrosión y a la tracción. Se encuentra entre la soldadura blanda y las aleaciones de soldadura fuerte de plata, evitando así daños a componentes electrónicos críticos y la deformación y segregación del sustrato. La mejor soldadura para cables de aluminio con buses de cobre o cables de cobre con buses o contactos de aluminio. [19] UNS #: L91090 |
| Estaño 92,0, Zinc 8,0 | 199 °C (390 °F) | No | Papel de aluminio |
| Número de serie 100 | 231,9 °C (449,4 °F) | (Sí) | Sn99 . Buena resistencia, no se opaca. Se utiliza en equipos de procesamiento de alimentos, estañado de cables y aleaciones. [20] Susceptible a las plagas del estaño . |
| 100 años | 271,5 °C (520,7 °F) | (Sí) | Se utiliza como soldadura no superconductora en física de baja temperatura. No humedece bien los metales y forma una unión mecánicamente débil. [4] |
| TL100 | 304 °C (579 °F) | (Sí) | |
| CD 100 | 321,1 °C (610,0 °F) | (Sí) | |
| Plomo 100 | 327,5 °C (621,5 °F) | (Sí) | |
| Zinc 100 | 419,5 °C (787,1 °F) | (Sí) | Para soldar aluminio. Buena humectabilidad del aluminio, relativamente buena resistencia a la corrosión. [21] |
Luego, organizado por grupo práctico y símbolos alfabéticos de los componentes: La mayoría de los diagramas de fases por pares de sistemas metálicos de 2 componentes tienen datos disponibles para su análisis, como en https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/diagrams.php Tomando las aleaciones por pares de los 7 metales pobres distintos de Hg y Ga, y ordenando los pares (21 en total) por orden alfabético de estos elementos Bi, Cd, In, Pb, Sn, Tl, Zn son los siguientes:
- Bi-Cd https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Bi-Cd.php eutéctico simple (Bi a 271 C, Cd a 321, eutéctico a 146)
- Bi-In https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Bi-In.php ha ordenado fases, eutécticas a +72 - en la tabla anterior
- Bi-Pb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Bi-Pb.php eutéctico a +125 - en la tabla anterior
- Bi-Sn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Bi-Sn.php eutéctico a +139 - en la tabla anterior
- Bi-Tl https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Bi-Tl.php una aleación intermetálica y el eutéctico de menor punto de fusión a +188
- Bi-Zn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Bi-Zn.php eutéctico al +255
- Cd-In https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cd-In.php eutéctico al +128
- Cd-Pb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cd-Pb.php eutéctico al +248
- Cd-Sn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cd-Sn.php eutéctico al +176
- Cd-Tl https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cd-Tl.php eutéctico al +204
- Cd-Zn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cd-Zn.php eutéctico al +266
- In-Pb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/In-Pb.php NO es eutéctico porque la solución sólida de Pb en In solo aumenta el punto de fusión.
- In-Sn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/In-Sn.php eutéctico a +120
- In-Tl https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/In-Tl.php tampoco es eutéctico porque la solución sólida de Tl en In eleva el punto de fusión.
- In-Zn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/In-Zn.php eutéctico al +143
- Pb-Sn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Pb-Sn.php eutéctico a +183 - en la tabla anterior
- Pb-Tl https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Pb-Tl.php tampoco es eutéctico porque la solución sólida tiene un punto de fusión más alto que los componentes.
- Pb-Zn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Pb-Zn.php eutéctico al +318
- Sn-Tl https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Sn-Tl.php eutéctico al +168
- Sn-Zn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Sn-Zn.php eutéctico a +198 - en la tabla anterior
- Tl-Zn https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Tl-Zn.php eutéctico al +292
Considerando los sistemas binarios entre metales alcalinos: Li solo tiene solubilidad apreciable en pares
- Li-Na https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Li-Na.php eutéctico al +92
Los otros tres metales alcalinos:
- K-Li https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/K-Li.php
- Li-Rb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Li-Rb.php
- Cs-Li https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cs-Li.php
El litio prácticamente no se disuelve incluso cuando está líquido y por lo tanto su punto de fusión no disminuye por la presencia de litio. El Na en fase líquida es miscible con los tres metales alcalinos más pesados, pero al congelarse forma compuestos intermetálicos y eutécticos:
- K-Na https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/K-Na.php eutéctico a -12,6 - en la tabla anterior
- Na-Rb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Na-Rb.php eutéctico a -4,5
- Cs-Na https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cs-Na.php eutéctico a -31,8
Los tres sistemas binarios entre los tres metales alcalinos más pesados son todos miscibles en estado sólido en el punto de fusión, pero todos forman soluciones sólidas pobres que tienen mínimos de punto de fusión. Esto es distinto del eutéctico: en el punto eutéctico coexisten dos fases sólidas y, cerca del punto eutéctico, la temperatura del líquido aumenta rápidamente ya que solo se separa una, mientras que en el mínimo del punto de fusión de una solución sólida pobre, hay una sola fase sólida y, lejos del mínimo, la temperatura del líquido aumenta solo lentamente.
- K-Rb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/K-Rb.php solución sólida mínimo pf +34
- Cs-K https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cs-K.php solución sólida mínimo pf -38 - en la tabla anterior
- Cs-Rb https://himikatus.ru/art/phase-diagr1/Cs-Rb.php solución sólida mínimo pf +10
Véase también
Referencias
- ^ Una o más de las oraciones anteriores incorporan texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chisholm, Hugh , ed. (1911). "Metal fusible". Encyclopædia Britannica . Vol. 11 (11.ª ed.). Cambridge University Press. pág. 369.
- ^ "Preguntas frecuentes" Archivado desde el original el 7 de agosto de 2004.
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Enlaces externos
- Aleaciones fusibles (de baja temperatura)
- Aleaciones fusibles. Archivado desde el original el 12 de octubre de 2012.
- Jenson, WB "Pregúntele al historiador: la aleación fusible de Onion" Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine.
