Het element tin: Eigenschappen en toepassingen

Tin is een buigzaam, kneedbaar zilverachtig-wit metaal, bestand tegen zee- en zoet water. De relatief zachte metalen tin en koper worden gelegeerd tot het veel hardere brons. Het Romeinse rijk is voor een belangrijk deel gefundeerd op brons voor wapens en gereedschap. Tin wordt wegens zijn laag smeltpunt toegepast als soldeer. Wegens zijn corrosievastheid en inert gedrag in contact met voedsel worden conserven blikken vervaardigd uit vertind staalplaat.

De bases eigenschappen van tin

Tinerts

De economisch rendabele tin-houdende erts is cassiteriet (SnO2) en die wordt vooral in Zuidoost-Azië gevonden. Het erts wordt bij hoge temperatuur in ovens gereduceerd met koolstof volgens het eindresultaat:
SnO2 + C >> Sn+CO2

Toeppassing van tin

• Tin wordt aangebracht als beschermlaag op andere metalen. Blik is vertind ijzer en de bekendste toepassing is het conservenblikje.
• Tin is een belangrijke legeringselement. Brons is een koper/ tin legering en soldeer een tin/lood legering..
• Tin is vroeger gebruikt om borden, bekers, kannen en bestek te maken omdat het niet door voedsel aangetast wordt, nu worden deze producten als decoratie gegoten.
• Tin is hoofd legeringselement In witmetaal (babbitmetaal).
• Tinzout wordt op glas gespoten als elektrisch geleidbare coating (licht)panelen en schermen.
• Tinzout op glas gespoten voor (wind)schermen die niet bevriezen.

Soldeertin

Soldeertin is een eutectische metaallegering op bases van tin met een laag smeltpunt. Een eutectische legering heeft een lager smeltpunt dan zijn samenstellende componenten en smelt als een zuivere stof bij een vaste temperatuur (smeltpunt) anders als een normale niet eutectisch mengsel van metalen dat een brei-achtige fase (stoltraject) heeft.

Afhankelijk van de toepassing kunnen aan het soldeertin verschillende legeringselementen worden toegevoegd zoals lood, zink, zilver, bismut en koper. Veel gesoldeerde metalen zijn: koper, brons, messing, nieuwzilver, zilver, goud, lood, zink en aluminium.

Loodvrije soldeertin

In het soldeertin is lood op tin na het belangrijkste legeringselement. Loodverbindingen zoals loodoxide zijn echter giftig en vanaf 2006 is de toevoeging van lood verboden. Loodvrije soldeer heeft echter nadelen zoals verbrossing van de verbinding en een hogere verwerkingstemperatuur die kan leiden tot vormverandering en beinvloeding van de mechanische eigenschappen van de te verbinden metalen. Om die reden mag voor speciale toepassingen, als er geen direct contact met de mens en zijn voedsel optreedt, onder voorwaarden nog steeds lood aan het tinsoldeer worden toegevoegd.

De invloed van legeringselementen in soldeertin

• Tin (Sn) is het hoofdlegeringselement
• Antimoon (Sb) verhoogt de sterkte en vermindert de krimp
• Zilver (Ag) vermindert de zilverafname in te solderen zilverhoudende legeringen
• Bismuth (Bi) verlaagt de smelttemperatuur van het soldeer en dus de werktemperatuur
• Lood (Pb) verbetert de vloeibaarheid en verlaagt de smelttemperatuur en dus de werktemperatuur

Toepassing van solderen als functie van het tin-gehalte

• 50 % tin: solderen van dunne staalplaat (blik)
• 20-40% tin: solderen van producten uit koper, lood en zink
• 60 -63 % tin: solderen en vertinnen van elektrische leidingen en printplaten
• >90 % tin: solderen van conservenblikken

Tinpest

Tinpest is een aantasting van tin, het is geen corrosie maar gevolg van verandering van atoomrooster. Bij kamertemperatuur komen twee tin-isotopen voor. Het eerste is het grijs tin het is stabiel onder 13 °C, boven 13°C is wit tin stabiel. Wit tin is de toestand van het tin zoals wij dat kennen. Wit tin verandert in grijs tin bij temperaturen beneden 13°C. Het volume van grijs tin is veel groter als van wit tin en drukt bij zijn groei bij vriestemperatuur, de kristallen in zijn omgeving letterlijk tot poeder, er ontstaat een 'koolachtig gezwel'. De aantasting verdwijnt niet als het materiaal dor temperatuur stijging terugkeert naar de toestand van wit tin. Dit omklappen van atoomrooster wordt voorkomen door toevoeging van kleine hoeveelheid antimoon of bismut die als anker werken en de transformatie in de kristalstructuur blokkeren. Wanneer aangetast tin in contact komt met ander tin, begint de rot ook daar.

Witmetaal of Babbitmetaal

Babbittmetaal of witmetaal is een vooral op tin gebasseerde glijlager metaal met een lage wrijvingscoëfficiënt, uitgevonden in 1839 door Babbitt. Heden wordt de naam gebruikt voor een aantal legeringen van de elementen, tin, koper, antimoon en eventueel lood. Het principe is gebaseerd op planeren van de as in een oliebad.

Samenstelling van enkele witmetaal legeringen

• 90% tin, 4,5% koper, 4,5% antimoon, max 0,35% lood
• 86% tin, 5,5% koper, 6,75% antimoon, max 0,35% lood
• 60% tin, 3% koper,10,5% antimoon, 26% lood

Toevoeging van extra lood bij as-snelheid en een zwaardere belasting.
De microstructuur van witmetaal
De structuur van witmetaal bestaat uit harde metallische Sb/Sn deeltjes, gebed in een zachter grondmetaal. Als het zachte metaal weg slijt, komen de harde kristallen aan de oppervlakte waar de smeerolie tussen door beweegt. De smeerolie film draagt de as. Het witmetaal wordt als laag aangebracht in de stalen lagerschalen die in het glijlager huis passen. Vickershardheid grondmetaal circa 100 N/mm2, hardheid ingebedde kristallen is circa 450 N/mm2. Witmetaal wordt in het algemeen gebruikt voor minder zwaar belaste snel draaiende assen. Bij oververhitting (overbelasting) smelt de witmetaal voering en wordt tijdig vervangen zonder dat de machine vernield wordt. Het witmetaal werkt in dat geval dus ook als (smelt)zekering.