Czysta cyna topi się w temperaturze 231,93 °C, ale w lutownictwie praktycznie nie stosuje się czystego metalu – zamiast tego używa się stopów cynowo-ołowiowych lub bezołowiowych, których temperatura topnienia bywa o kilkadziesiąt stopni niższa.
Cyna to jeden z najwcześniej poznanych i najszerzej stosowanych metali – znana człowiekowi od tysięcy lat, dziś pojawia się wszędzie tam, gdzie liczy się niska temperatura topnienia i odporność na korozję. Jeśli chcesz dowiedzieć się, w jakiej temperaturze topi się cyna, czym różni się od swoich stopów lutowniczych i dlaczego w praktyce rzadko korzysta się z czystego metalu, znajdziesz tu konkretne odpowiedzi.
Cyna – właściwości fizyczne i chemiczne
Cyna to pierwiastek chemiczny o symbolu Sn (z łacińskiego stannum), należący do grupy 14 układu okresowego. W normalnych warunkach występuje w odmianie β (beta) o gęstości 7,3 g/cm³, stabilnej powyżej 13,2 °C, z siecią krystaliczną w układzie tetragonalnym. Poniżej tej temperatury metal przechodzi w odmianę α (alfa) o gęstości zaledwie 5,85 g/cm³ – ta zmiana objętości prowadzi do charakterystycznego zjawiska zwanego zarazą cynową: metal kruszy się i zamienia w szary proszek.
Czysta, biała cyna jest ciągliwa, kowalna i odporna na korozję w zwykłych warunkach atmosferycznych. Naturalnie w przyrodzie stanowi około 0,004% masy skorupy ziemskiej. Najczęściej spotykanym izotopem jest 120Sn (około 33% udziału), a w sumie naturalnie występuje 10 izotopów tego pierwiastka. Sztucznie wytworzono dodatkowo 29 kolejnych.
Największe złoża cyny na świecie znajdują się w Chinach, Indonezji, Brazylii, Boliwii, Australii i Mjanmie (dawnej Birmie). Złoża śladowe odkryto również w Polsce – w Gierczynie, okolicach Czarnowa, Miedzianki i Starej Góry na terenie Sudetów.
Temperatura topnienia cyny i temperatura wrzenia
Czysta cyna topi się w temperaturze 231,93 °C i wrze w temperaturze 2602 °C. Na tle innych metali to stosunkowo niski punkt topnienia – dla porównania ołów topi się w 327 °C, a miedź dopiero powyżej 1083 °C.
Właśnie ta niska temperatura topnienia sprawia, że cyna jest cennym składnikiem stopów lutowniczych. Jednak w czystej postaci i tak rzadko trafia do lutownicy – w praktyce znacznie ważniejsze są temperatury topnienia gotowych stopów, a te bywają wyraźnie niższe niż sam metal.
Temperatury topnienia stopów cynowych w lutownictwie
W lutownictwie rzadko używa się czystej cyny – powód jest prosty: odpowiednio dobrane stopy topią się w niższych temperaturach, co ułatwia pracę i ogranicza ryzyko uszkodzenia lutowanych elementów. Różnice między stopami są na tyle istotne, że warto je znać przed wyborem spoiwa.
| Stop lutowniczy | Skład | Temperatura topnienia |
|---|---|---|
| Czysta cyna | Sn 100% | 231,93 °C |
| Sn63Pb37 (eutektyczny) | 63% Sn, 37% Pb | 183 °C |
| SAC305 (bezołowiowy) | 96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu | 217–220 °C |
| Sn34Pb20Bi46 (niskotemperaturowy) | 34% Sn, 20% Pb, 46% Bi | około 100 °C |
Stop eutektyczny Sn63Pb37 przez dekady był standardem w elektronice – topi się w 183 °C, czyli ponad 48 stopni poniżej punktu topnienia czystej cyny i niemal 145 stopni poniżej punktu topnienia ołowiu. To właśnie eutektyczny charakter tego stopu oznacza, że przechodzi ze stanu stałego w ciekły bez etapu plastycznego, co daje czyste i przewidywalne złącze lutownicze.
Od czasu wejścia w życie dyrektywy RoHS w Unii Europejskiej, ograniczającej stosowanie ołowiu w elektronice, dominującym standardem stał się bezołowiowy SAC305. Jego temperatura topnienia (217–220 °C) jest wyższa niż klasycznego stopu cynowo-ołowiowego, co wymaga odpowiednio ustawionej stacji lutowniczej.
Stopy z dodatkiem bizmutu, takie jak Sn34Pb20Bi46, topią się już w okolicach 100 °C i stosuje się je tam, gdzie lutowane elementy nie mogą być narażone na wyższe temperatury – np. przy montażu podzespołów termoczułych.
Zastosowania cyny poza lutownictwem
Niska temperatura topnienia i odporność na korozję sprawiają, że cyna ma znacznie szersze zastosowanie niż tylko elektronika. W przemyśle spożywczym cynowanie stali służy do produkcji puszek do konserw – cienka warstwa cyny skutecznie chroni metal przed korozją i jest bezpieczna w kontakcie z żywnością.
Cyna była też przez wieki składnikiem stopu drukarskiego, z którego odlewano metalowe czcionki. Inne historyczne zastosowania obejmują brąz (stop cyny z miedzią) oraz cynę naczyniową, z której wyrabiano zastawy stołowe, kielichy i ozdoby użytkowe już we wczesnym średniowieczu.
Przy wyborze spoiwa lutowniczego zwróć uwagę nie tylko na temperaturę topnienia, ale też na przeznaczenie złącza – do elektroniki użytkowej stosuj SAC305 lub inny stop bezołowiowy zgodny z RoHS, a do napraw starszego sprzętu możesz sięgnąć po Sn63Pb37, jeśli przepisy to dopuszczają.
Zaraza cynowa – kiedy temperatura robi różnicę?
Zjawisko zarazy cynowej pojawia się, gdy czysta cyna jest przez dłuższy czas narażona na temperatury poniżej 13,2 °C. Przemiana alotropowa z odmiany β w odmianę α powoduje wzrost objętości metalu o około 26%, co prowadzi do pękania i kruszenia materiału. Efekt jest szczególnie widoczny na przedmiotach wykonanych z czystej cyny – historycznie zdarzało się, że cynowe guziki żołnierzy lub naczynia rozpadały się w zimie.
Stopy cynowe stosowane w lutownictwie są znacznie mniej podatne na to zjawisko. Dodatek ołowiu, srebra, miedzi lub bizmutu stabilizuje strukturę krystaliczną i praktycznie eliminuje ryzyko zarazy cynowej w warunkach użytkowania.