Materiales MetlicosCarla CANTURRIAmin GARGOURIRodolfo VELEZ

PLOMOESTAOALEACIONES Pb/SnALEACIONES LIBRES DE Pb/SnSOLDADURAS

IntroduccinUna aleacin a baja punto fusin se define como una aleacin compuesto de dos hasta cuatro elementos que tiene una temperatura de fusin muy baja delante de otras aleaciones. La temperatura de fusin tiene que ser menor de 350C para entrar en las aleaciones a baja punto fusin.

Mena: Galena PbS

Cerusita PbCO3

Anglesita PbSO4

Chart1

16

14

12

9

6

6

5

32

Ventas

Hoja1

Ventas

Kazaquistn16

Australia14

Canad12

USA9

Mxico6

Per6

China5

Otros32

Lminas para recubrir depsitos de cido sulfrico.Tuberas de saneamiento y lminas para juntas de tejados en arquitectura.Revestimiento de cables conductores.xidos de Pb para pinturas anticorrosivas, Elemento de aleacin en aceros y otras aleaciones para mejorar la maquinabilidad.Par crear aleaciones de bajo punto de fusin,

Temperatura de fusin: 327CDensidad elevada, 11,36MaleabilidadRed CCC con un parmetro de red altoDuctilidad, alargamineto 50%Poca dureza (HB = 6,9)Poca resistencia a la traccinColor blanco azulado, brillantePresencia de xido de plomo en la superficie Punto de recristalizacin muy bajo, inferior a 0C, por lo que no puede endurecerse por trabajo en fro.Aire seco, el agua destilada y el agua de la lluvia oxidan al plomoAtmsferas normales o el agua potable, donde siempre hay sales disueltas (carbonatos, sulfatos,etc.), crean una costra superficial de sales de plomo, perfectamente adherida al plomo, queadems es dura y tenaz e impide la posterior oxidacin del plomo (fenmeno de pasivacin)

Horno de reverberoAlto hornoHornos elctricos

Con horno de reverberacin. El mineral desmenuzado se coloca en el lecho del horno. Se insufla aire a temperaturas elevadas. Entonces parte del PbS (s) se transforma en PbO (s) y parte se oxida a PbSO4 (s). 2 PbS(s) + 3 O2 (g) 2 PbO (s) + 2 SO2 (g) PbS (s) + 2O2 (g) PbSO4 (s) Se corta la entrada de aire y se eleva la temperatura. Entonces reaccionan tanto el PbO (s) como el PbSO4 (s) con el PbS (s) que est en exceso. Se obtiene plomo lquido. 2 PbO (s) + PbS (s) SO2 (g) + 3 Pb (l) PbSO4 (s) + PbS (s) 2 SO2 (g) + 2 Pb (l) El plomo obtenido en fase lquida contiene impurezas de azufre, arsnico, antimonio, silicio, hierro y cobre, fundamentalmente. Se insufla aire caliente en el plomo lquido y entonces: El silicio, el arsnico y el antimonio dan los xidos SiO2 , As2O3 y Sb2O3, slidos que sobrenadan al lquido metlico. El hierro y el cobre dan lugar inicialmente a xidos: CuO (s) y Fe2O3 (s) , que reaccionan con los xidos cidos de silicio, arsnico y antimonio generando silicatos, arsenitos y antimonitos, slidos que tambin flotan en el lquido metlico. El conjunto del material flotante se retira como escoria. El azufre da lugar a SO2 (g), que se desprende.

Se carga el alto horno con capas sucesivas de mena ( galena ),( hulla ) y caliza ( carbonato de calcio ). Se insufla aire caliente por las toberas. 2 PbS (s) + 3 O2 (g) 2 SO2 (g) + 2 PbO (s) 2 C ( hulla ) + O2 (g) 2 CO2 (g) y tanto el carbono como el monxido de carbono reducen al PbO(s), dando lugar a plomo (l). CO (g) + PbO (s) CO2 (g) + Pb (l) C( hulla ) + PbO (s) CO (g) + Pb(l) El plomo obtenido tiene las impurezas habituales , Fe, Cu, SiO2 , As2O3, S y Sb2O3. El hierro da lugar al tetraxido y posteriormente genera el metal: Fe3O4 (s) + 4 C ( hulla ) 4 CO (g) + 3 Fe (s) que reacciona con el PbS (s) en exceso, PbS (s) + Fe (s) FeS (s) + Pb (l) Los xidos de silicio, arsnico y antimonio dan silicatos, arsenitos y antimonitos. El cobre, inicialmente da xido de cobre (II) y luego se transforma en arsenitos y antimonitos, muy estables. Los silicatos, arsenitos y antimonitos de cobre y de calcio, junto al sulfuro de hierro (II) forman una masa fundida parecida al vidrio que flota en el plomo fundido y se retiran como escoria.

Afino electroltico del plomo. El electrolito usado es el hexaflorsilicato de plomo PbO(s)+SiO2(s)+6 HF(ac) Pb[ Si F6 ] (ac) + 3 H2O (l) Acta como nodo una lmina de plomo impuro y como ctodo un electrodo de plomo puro. En la electrolisis se producen las siguientes reacciones: Pb[Si F6] (ac) Pb2+ (ac) + [ SiF6]2- (ac) [Si F6]2- (ac) + H2O (l) 2 H+ (ac) + [SiF6]2- (ac) + O2 (g) + 2 e El anin fluorsilicato ataca a todos los metales ( fundamentalmente plomo ) de la lmina de plomo impuro que constituye el nodo. [SiF6]2- (ac) + M (s) [SiF6]2- (ac) + Mn+ (ac) + n e - por lo que los metales se solubilizan en forma de cationes. El Pb2+ emigra al ctodo y se transforma en plomo puro que se adhiere al electrodo. El resto de los cationes evolucionan segn el proceso re-dox: Mn+ (ac) + Pb (s) Pb2+ (ac) + M (s) De forma que si son ms reductores que el plomo, quedarn en la disolucin; y si son menos reductores que el plomo, se obtendrn como metales y se depositarn en el fondo de la cuba electroltica. Si todava pudiera haber alguna impureza de silicio, arsnico o antimonio, stos se transformaran en xidos que precipitaran. La operacin termina cuando todo el plomo ha pasado de un electrodo a otro.

Directiva 82/884/CEE del Consejo, de 3 de diciembre de 1982Artculo 11. La presente Directiva fija un valor lmite para el plomo contenido en la atmsfera con el fin de contribuir especficamente a la proteccin de los seres humanos contra los efectos del plomo en el medio ambiente . 2. La presente Directiva no se aplicar a la exposicin profesional .Artculo 2 1. Con arreglo a la presente Directiva , se entender por valor lmite la concentracin de plomo contenido en la atmsfera , que no deber ser superada en las condiciones detalladas a continuacin 2. El valor lmite ser de 2 g de plomo/m3 expresado como concentracin media anual . 3. Los Estados miembros podrn , en todo momento , fijar un valor ms bajo que el previsto en la presente Directiva .

La NTP N 165 del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de Espaa establece:40 microgramos/m3 (trabajador expuesto)75 microgramos/m3 (nivel de accin)150 microgramos/m3 (valor lmite ambiental)Lmite biolgico de plumbemia establecido es de 70 microgramos/dl.

EspaaCEEACGIHOSHANIOSHOMSValores de exposicinPlomo en sangre70 - 8070 - 8030506040 H30 Mef.Plomo ambiental1501505050100Plomo en sangre = gramos/100 ml.Plomo ambiental = gramos/m3.H = Hombres.Mef = Mujeres en edad frtil.

PROPIEDADESMaleabilidadColorVariantes alotrpicasVariantes isotpicasGrito del estaoPeste del estaoEXTRACTIVAEFECTOS MEDIOAMBIENTALESLegislacin

Mineral del Sn ms importante: Casiterita SnO2Temperatura de fusin: 232CPresencia de xido de estao en la superficie

-Estao o Estao gris cbicoT

IstopoAbundancia naturalPerodo de SemidesintegracinMDED (MeV)PD112Sn0,97%Sn es estable con 62 neutrones114Sn0,66%Sn es estable con 64 neutrones115Sn0,34%Sn es estable con 65 neutrones116Sn14,54%Sn es estable con 66 neutrones117Sn7,68%Sn es estable con 67 neutrones118Sn24,22%Sn es estable con 68 neutrones119Sn8,59%Sn es estable con 69 neutrones120Sn32,58%Sn es estable con 70 neutronesEstado metaestable 0,006 MeV55 aTI 0,006 0,394121Sb122Sn4,63%Sn es estable con 72 neutrones124Sn5,79%Sn es estable con 74 neutrones126SnSinttico~1 105 aos-0,380126Sb

Transformacin -Estao a -EstaoFormacin a temperaturas inferiores a T=13,2CTasa mxima de formacin [30C-40C]Aceleracin con presencia de Al y ZnPrevencin Con Bi, Sb y Pb

Representa el 0,001 % del contenido en minerales de la corteza terrestrePrincipales pases productores

Produccin de estao y reservas (por pases)

Proceso

Compuestos inorgnicos de estaoCompuestos orgnicos de estaoTrietlicosTributlicosTrifenlicos

SoldaduraHojalataBronce y LatnVidrioQumico

DescensoChina (apertura econmica)Bolivia (nacionalizacin)AumentoAumento demandaIndonesia (estancamiento produccin)China (estancamiento exportaciones)Expectativa futuras de consumo

OrigenConsecuenciasSoluciones

Pb-Sn:La aleacin que permite obtener el punto de fusin ms bajo (183C): aleacin eutctica (63% en estao - 37% en plomo)

Utilizacin principal: Industria de la electrnica para el ensamble de tarjetas o circuitos electrnicos.

Los primeros elementos de referencia sobre los cuales fundamentaremos nuestra eleccin de aleacin para soldadura son: El precio Punto de fusin < 350C Temperatura de refusin baja Baja toxicidad Conductibilidad trmica y elctrica cerca de SnPb Compatibilidad con las otras metalizaciones Formacin limitada de intermetlico

Diagrama de fase Pb-Sn

Definiciones importantes para seleccionar una aleacin de soldadura

Problemtica Alternativas

VentajasInconvenientesPlataMejora las propiedades mecnicasDisponible fcilmentePrecioCobreDisminuye la temperatura de fusinDisponible fcilmenteSoluble en el SnPrecioZincBaratoFcilmente disponibleDiminuye la temperatura de fusinFormacin rpida de xidoxido estableCorrosinIndiumReduce sensiblemente el punto de fusinBuenas propiedades fsicasCaroAbastecimiento limitadoBismutoReduce el punto de fusinBuenas propiedades fsicaDisponibilidad limitadaMal conductor trmico y elctrico

Diagrama de fase Sn-Ag

Diagrama de fase Sn-Cu

Diagrama de fase Sn-Zn

Diagrama de fase Sn-In

Diagrama de fase Sn-Bi

Influencia de la velocidad de enfriamiento en aleaciones:

La soldadura constituye una unin fija entre dos o ms piezas metlicas, por lo general de igual material, las cuales por medio de calor entregado a las mismas, y casi siempre a un material adicional de aporte, se funden y se combinan resultando una unin.Soldaduras Fuertes: Unin por Cohesin. Oxiacetilnica (autgena), soldadura elctrica por arco voltaico, soldadura aluminotrmica y por resistencia elctrica y presin.Soldaduras Blandas: Unin por Adhesin.Aleaciones de estao y plomo, el material aportado es de menor resistencia y dureza que los que se unen Soldaduras con aporte de material: Unin por fusin de los materiales o del material de aporteSoldaduras sin aporte de material: Adems de la fusin necesitan presin para la soldadura.Soldaduras:

La resistencia de la soldadura depende de: Calidad del metal de aportacin Espesor de la junta Tersura de las superficies Tipos de materiales a soldar Temperatura del soldado Duracin del contacto entre la soldadura y la parte a la temperatura de soldado.

Valores ptimos del refuerzo en cortante: (valores ltimos) Soldadura blanda:Cobre:41.46 MPa (422.7 kg/cm2)Acero dulce:64.55 MPa (352.3 kg/cm2)Latn:27.64 MPa (281.8 kg/cm2)

Soldadura Fuerte:Bronce:345.47 MPa (3522.7 kg/cm2)

Soldadura por puntosLos dos electrodos generalmente son cilndricos y enfriados interiormente por agua, con un dimetro D en el cuerpo del electrodo y d en la punta de contacto.Para materiales delgados:d = 0,25 + 2tpara materiales gruesos:d = (2.54.t)1/2Longitud de solape:L = d +2eemax = d Se utilizan voltajes del 2V a 10V y corrientes de 3.000 A a 50.000 A, con fuerzas desde 10 N a los 100 N

Soldadura por CosturaEs una serie de soldaduras por puntos en forma continua hechos por un electrodo circular que rueda sobre las piezas a unir al mismo tiempo que se aplica una tensin elctrica y una fuerza mecnica.Las dimensiones son las mismas que para la soldadura por puntos.Los electrodos estn constituidos por dos ruedas o rodillos de cobre de dimetros que varan, segn el espesor del material a soldar, de 5 cm a 60 cm o ms.

Soldadura con resaltosPara piezas fabricadas en serieSoldadura a topeEn aceros de bajo carbono, metales no ferrosos como cobre, aluminio y aleaciones de cobre y zinc Soldadura por ChisporroteoIgual a la anterior, excepto que se separan para producir el calor. La soldadura queda sin impurezasPara aceros de alto carbono.

En Espaa la produccin ha disminuido notablemente, desde que a finales del siglo XIX fuese la primera productora mundialproduccin mundial del orden de 3,5.106 toneladas al ao. *Incremento de la actividad industrialIncremento de la demanda de ChinaAccidentes en dos yacimientos*Inicialmente se empleaban hornos de reverberacin, que se construyen con una bveda superior de material sumamente refractario; ste acta como reflector del calor puesto en juego en los procesos de reduccin de los minerales. As se consigue un buen ahorro de energa. Posteriormente se adecu la tecnologa de la siderometalurgia y se utilizaron altos hornos parecidos a los que manufacturaban aceros. En la actualidad se utilizan hornos elctricos, mucho menos voluminosos y mucho ms eficaces. *una de las pocas sales de plomo (II) solubles. Se ha utilizado esta sal debido el cido fluorsilcico es muy estable y no es oxidante.

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