Совместимость металлов и сплавов

Совместимость металлов и сплавов таблица

Вопрос определения совместимости разных металлов может возникнуть в нескольких случаях. В их числе стоит упомянуть следующие варианты непосредственного контакта:

· совместная работа деталей из разных сплавов в химически агрессивной среде, морской или пресной воде;

· соединение электрических проводников из разных металлов;

· в результате пайки элементов электронных схем и приборов;

· при изготовлении печатных плат и сборке микросхем.

При касании разнородных несовместимых металлов обычно образоваться гальванические пары, вызывающие усиленную коррозию, а воздух, влага и агрессивные среды значительно ускоряют процесс.

Самой известной гальванической парой являются соединения алюминия и меди. Место контакта начинает нагреваться, ускоряя окисление. При этом, чем выше влажность воздуха, тем быстрее произойдет образование окислов. И даже если полного разрушения не произойдет, то окисные пленки, в зависимости от толщины, очень плохо проводят электрический ток или вообще станут изоляторами.

Образовавшиеся в результате контакта окислы несовместимых металлов и сплавов имеют способность к диссоциации. Так называют процесс распада вещества на заряженные ионы. Процесс диссоциации значительно ускоряется при наличии влаги, которая практически всегда присутствует в воздухе. При этом ионы окислов несовместимых металлов создают течение тока, и образуется электролиз. В результате этого процесса ионы не только переносят электрические заряды, но и перемещаются сами. Начинается разрушение самого металла, и в нем образуются раковины и пустоты. В таком состоянии невозможно обеспечить надежный электрический контакт или целостность детали. Мало того, плохой контакт начинает нагреваться. В итоге ситуация еще больше ухудшается, вплоть до момента возгорания в месте контакта.

Информация о стандартах и нормативах

Несовместимые пары металлов не ограничиваются только медью и алюминием. В производстве и монтаже широко используются разные стали, олово, никель, хром, цинк и их сплавы. И некоторые из них так же не могут работать совместно даже при нормальных условиях, не говоря уже о высоких температурах, влажности, морской воде и химически агрессивных средах.

Полная информация о совместимости пар металлов и сплавов приведена в ГОСТ 9.005-72. Однако его таблицы содержать более 1000 вариантов и ориентироваться там довольно сложно. Стандарт содержит три основных таблицы несовместимости металлов в зависимости от условий эксплуатации:

1. для нормальных атмосферных условий;

2. для жестких и очень жестких условий;

3. для работы соединений в морской воде.

Кроме однозначно недопустимых контактов норматив отмечает моменты ограниченно допустимые при средних атмосферных условиях. Что это означает не совсем понятно.

Более простое решение

Чтобы упростить понимание совместимости металла, здесь приведена таблица наиболее часто встречающихся сочетаний, работающих при нормальных (комнатных) атмосферных условиях.

В нее вошли самые распространенные в производстве, монтаже и строительстве материалы.

Материал	Алюминий	Бронза	Дюраль	Латунь	Медь	Никель	Олово	Сталь	Цинк
Алюминий	С	Н	С	Н	Н	Н	Н	С	С
Бронза	Н	С	Н	С	С	С	П	Н	Н
Дюраль	С	Н	С	Н	Н	Н	Н	С	С
Латунь	Н	С	Н	С	С	С	П	Н	Н
Медь	Н	С	Н	С	С	С	П	Н	Н
Никель	Н	С	Н	С	С	С	П	С	С
Олово	Н	П	Н	П	П	П	С	С	С
Сталь	С	Н	С	Н	Н	С	С	С	С
Цинк	С	Н	С	Н	Н	С	С	С	С

Условные обозначения к таблице:

· С – совместимые;

· Н – несовместимые;

· П – совместимость только при пайке.

Если же вам требуется узнать о возможном применении пар металлов не указанных в таблице, то придется искать сочетание в указанном выше стандарте.

Самая сложная ситуация в электронике

То, что медные и алюминиевые провода соединять напрямую нельзя, знают многие. А вот что медную или латунную шину нельзя крепить стальными или оцинкованными винтами известно далеко не всем. И это не единственный запрещенный вариант, который приходится учитывать разработчикам электронной аппаратуры. Если коррозия нарушит контакт, то дорогостоящее оборудование перестанет работать, даже если все детали схемы будут исправны.

А если это соединение с заземлением корпуса или элементом защиты, то прибор продолжит работу, но станет небезопасен. Открытая медная или алюминиевая деталь может совсем рассыпаться в труху даже при низковольтном напряжении. Поэтому при сборке и креплении плат приходится учитывать не только материал элементов под пайку, но и материал крепежа, который должен соответствовать месту установки.

Как обеспечить защиту от контактной коррозии

Если отказаться от нежелательного контакта металлов никак нельзя по конструктивным соображениям или это приводит к значительному удорожанию, то гальваническую коррозию можно уменьшить одним из следующих способов:

· покрасить оба металла по месту их соприкосновения;

· установить прокладку из диэлектрического материала;

· изолировать соединение от воздействия внешней среды;

· обеспечить надежную электрическую изоляцию;

· установить вставку из третьего металла совместимого с обоими исходниками.

Многолетняя практика показала, что пренебрежение требованиями к допустимости контактов разных металлов обходится очень дорого, а иногда становится опасным для жизни людей.

Ошибочная компоновка контактных пар приводит к выходу из строя узлов крепления, металлоконструкций, элементов безопасности и дорогого оборудования.