Қорыш ұстамасы: төмен температурада қорыш заттардың бұзылуы. Бұл өздігінен жүретін процестің нәтижесі, электроникада маңызды мәселе. RoHS ережелерінен кейін пайда болды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тін бұйымдарының төмен температурада нашарлауы
Deterioration of tin objects at low temperature
Тін зиянкестері – қалай элементінің автокаталитикалық, аллотроптық түрленуі, ол қалай бұйымдарының төмен температурада нашарлауына себеп болады. Бұл құбылыс қалай ауруы, қалай көкпегі немесе қалай алапесі (lèpre d'étain) деп те аталады. Орта ғасырлардағы Еуропада салқын климатта орган құбырларының зақымдануы байқалған. Қалайдың ыдырауы басталған кезде, процесс жылдамдады. Еуропадағы Қауіпті заттарды шектеу туралы директиваның (RoHS) және басқа да елдердегі ұқсас регламенттердің қабылдануымен электрондық құрылғылардағы дәстүрлі қорғасын-қалайы қоспалары дерлік таза қалаймен алмастырылды, бұл қалай зиянкестері және қалай шашақтары сияқты мәселелерге әкелді.
Tin pest is an autocatalytic, allotropic transformation of the element tin, which causes deterioration of tin objects at low temperatures. Tin pest has also been called tin disease, tin blight or tin leprosy (lèpre d'étain). It was observed in medieval Europe that the pipes of pipe organs were affected in cool climates. As soon as the tin began decomposing, the process accelerated. With the adoption of the Restriction of Hazardous Substances Directive (RoHS) regulations in Europe, and similar regulations elsewhere, traditional lead/tin solder alloys in electronic devices have been replaced by nearly pure tin, introducing tin pest and related problems such as tin whiskers.
Аллотроптық трансформация
Төмен температурада және одан төменде, таза қалайы күміс түсті, серпімді металл аллотропы – β-қалайының ақ түрінен, алмаз текше құрылымы бар, сымбат, металл емес α-қалайының сұр түріне айналады. Трансформацияның басталуы жоғары белсендіру энергиясының салдарынан баяу жүреді, бірақ германийдің (немесе ұқсас пішін мен мөлшердегі кристалдық құрылымдардың) болуы немесе шамамен -30°C төмен температура басталуға көмектеседі. Фазалық өзгеріске байланысты шамамен 27% көлемнің артуы да байқалады, бұл төмен температурадағы металл емес аллотропқа тән. Осының салдарынан қалайыдан жасалған заттар (мысалы, түймелер) трансформация кезінде ұнтаққа айналып кетеді, содан оны "қалайының зиянкестігі" деп атайды. Бұл ыдырау өзін-өзі катализдейді, сондықтан реакция бір рет басталғаннан кейін жылдамдайды. Қалайының зиянкестігінің пайда болуы одан әрі оның таралуына әкеледі. Төмен температурада қалайыдан жасалған заттар жай ғана ыдырайды.
At and below, pure tin transforms from the silvery, ductile metallic allotrope of β form white tin to the brittle, nonmetallic, α form grey tin with a diamond cubic structure. The transformation is slow to initiate due to a high activation energy but the presence of germanium (or crystal structures of similar form and size) or very low temperatures of roughly −30 °C aids the initiation. There is also a large volume increase of about 27% associated with the phase change to the nonmetallic low temperature allotrope. This frequently makes tin objects (like buttons) decompose into powder during the transformation, hence the name tin pest. The decomposition will catalyze itself, which is why the reaction accelerates once it starts. The mere presence of tin pest leads to more tin pest. Tin objects at low temperatures will simply disintegrate.
Скотттың Антарктидаға экспедициясы
1910 жылы британдық поляр зерттеушісі Роберт Скотт Оңтүстік полюске бірінші болып жетуді үміттенеді, бірақ норвегиялық зерттеуші Роальд Амундсен одан озып кетті. Экспедиция Антарктиканың мұздай шөлдерін аяқпен жүріп кешіп, жолға орналастырылған азық-түлік пен керосин қоймаларына бет алды. 1912 жылдың басында, алғашқы қоймада керосин болмады; қалайымен біріктірілген ыдыстар бос еді. Ыдыстардың бос болуына қалайының бүлінуі себеп болуы мүмкін. Сол дәуірдегі формадағы түймелер қатардағы әскерилерге сүйектен, ал офицерлерге мыстан жасалған. Теорияны сынаушылар, қолданылған қалайының таза еместігіне және оның төмен температураға төзімді болуы мүмкін екеніне назар салады. Зертханалық сынақтар көрсеткендей, таза қалайының төмен температурада қалайының бүлінуінен зақымдануына 18 айға жуық уақыт қажет, бұл экспедиция ұзақтығынан екі еседен астам. Дегенмен, науқанға қатысқан кейбір полктерде қалайы түймелер болды және температура −40 °C немесе °F төмен мәнге жетті. Сонымен қатар, Наполеон армиясының қиын жағдайы, солдаттарды шаршаған тіңкелерге айналдырды.
In 1910 British polar explorer Robert Scott hoped to be the first to reach the South Pole, but was beaten by Norwegian explorer Roald Amundsen. On foot, the expedition trudged through the frozen deserts of the Antarctic, marching for caches of food and kerosene deposited on the way. In early 1912, at the first cache, there was no kerosene; the cans – soldered with tin – were empty. The cause of the empty tins could have been related to tin pest. Uniform buttons of that era were generally bone for enlisted, and brass for officers. Critics of the theory point out that any tin that might have been used would have been quite impure, and thus more tolerant of low temperatures. Laboratory tests of the time required for unalloyed tin to develop significant tin pest damage at lowered temperatures is about 18 months, which is more than twice the length of the invasion. Nevertheless, some of the regiments in the campaign did have tin buttons and the temperature reached sufficiently low values (below −40 °C or °F). and the desperate state of Napoleon's army, having turned soldiers into ragged beggars.
RoHS қабылданғаннан бері қазылған қаздың залалсыздандыруы
2006 жылы Еуропалық Одақта Қауіпті заттарды шектеу туралы директива (RoHS) ережелері қабылдануымен, Калифорния штатында қорғасынның көптеген қолданылуына тыйым салумен және басқа да елдерде ұқсас регламенттермен қалайының зиянды әсері мәселесі қайтадан туындады, себебі бұрын қалайы/қорғасын қоспаларын қолданған бірқатар өндірушілер енді көбінесе қалайы негізіндегі қоспаларды пайдаланады. Мысалы, кейбір электр және электрондық компоненттердің қосылғыштары таза қалайымен қапталған. Суық жағдайда бұл α модификациясының сұр қалайына айналуы мүмкін, ол электр тогын өткізбейді және қосылғыштардан түсіп қалады. Қайта қыздырғанда ол β модификациясының ақ қалайына қайта айналады, ол электр тогын өткізеді. Бұл цикл электрлік тұйықтар мен жабдықтың бұзылуына себеп болуы мүмкін. Мұндай мәселелер қалайы ұнтақтарының қозғалысымен байланысты үзіліспен пайда болуы мүмкін. Қалайының қатты фазасында ерітін аз мөлшердегі электрооң металдар немесе жартылай металдар, мысалы, антимон немесе висмут қосып, фазалық өзгерістің алдын алу арқылы қалайының зиянды әсерін болдырмауға болады.
With the 2006 adoption of the Restriction of Hazardous Substances Directive (RoHS) regulations in the European Union, California banning most uses of lead, and similar regulations elsewhere, the problem of tin pest has returned, since some manufacturers which previously used tin/lead alloys now use predominately tin based alloys. For example, the leads of some electrical and electronic components are plated with pure tin. In cold environments, this can change to α modification grey tin, which is not electrically conductive, and falls off the leads. After reheating, it changes back to β modification white tin, which is electrically conductive. This cycle can cause electrical short circuits and failure of equipment. Such problems can be intermittent as the powdered particles of tin move around. Tin pest can be avoided by alloying with small amounts of electropositive metals or semimetals soluble in tin's solid phase, e. g. antimony or bismuth, which prevent the phase change.