Gente,
Peccato per il fonditore dell'età del rame del 3000 a.C.. Doveva portare il fuoco a legna a 1085°C per fondere il rame, ma a volte non riusciva a raggiungere una temperatura così alta. Anche quando ci riusciva, il rame non scorreva bene ed era morbido.
Ma in quel periodo soffiavano i venti del cambiamento, e le notizie sullo stagno erano nell'aria. Quando lo stagno viene mescolato con circa il 90% di rame, la temperatura di fusione del bronzorisultante scendea 850°C. Questo calo di temperatura, di oltre 200°C, è un fatto importante. Non solo la temperatura più bassa rendeva più facile la fusione del bronzo, ma il bronzo scorreva meglio negli stampi. Inoltre, la resistenza e la durezza del bronzo sono molte volte superiori a quelle del rame. Dalla figura qui sopra, si può notare che un'aggiunta del 10% di stagno al rame produce un bronzo con una resistenza allo snervamento 3 volte superiore. L'età del bronzo erainiziata. Potete immaginare la gioia dei primi fabbri nel passare dal rame al bronzo: non solo il bronzo era più duro e resistente, ma era anche molto più facile da lavorare e richiedeva meno legno prezioso nelle fornaci. Il rovescio della medaglia è che lo stagno era allora, ed è tuttora, più raro del rame, per cui il costo del bronzo è più alto del solo rame. Il bronzo dei poveri è l'ottone (rame e zinco). Poiché lo zinco è più economico del rame, l'ottone è meno costoso, ma dal grafico (a sinistra), le proprietà dei materiali sono tipicamente più deboli del bronzo.
Grazie alla sua maggiore resistenza e durezza, il bronzo era un materiale importante per la guerra. Se aveste la stessa capacità di combattere del vostro nemico e lui avesse una spada e uno scudo di bronzo rispetto alle vostre armi di rame, perdereste sempre. Quindi la fusione e la produzione del bronzo erano probabilmente un segreto militare.
Un vantaggio altrettanto importante dello stagno è che, quando lo stagno fu legato al piombo, si creò un materiale a bassissima fusione in grado di legarsi al bronzo e ad altri metalli. Era stata inventata la saldatura. Quelli di noi che usano la saldatura tutti i giorni spesso non riconoscono il miracolo della saldatura. Quando saldiamo i componenti elettronici a un PWB, stiamo essenzialmente incollando rame a rame (che fonde a 1085°C) a una temperatura inferiore a 250°C. Questo incollaggio metallurgico avviene in presenza di una plastica termicamente delicata. Senza le saldature, quindi, non avremmo l'industria elettronica così come esiste oggi.
Lo stagno svolge tutto il "lavoro" di saldatura. È lo stagno che forma le intermetalliche Cu6Sn5 e Cu3Sncon il rame. Gli altri elementi di lega della saldatura, come il piombo, l'argento e il rame, svolgono un ruolo importante nella bagnatura, nella diffusione e nella resistenza finale del legame, ma solo lo stagno interagisce metallurgicamente con il rame.
Quindi, quando oggi prenderete in mano il vostro cellulare, scriverete al computer o guarderete la TV, ricordatevi che senza il "miracolo della saldatura" non sareste in grado di farlo!
Salute,
Dr. Ron
L'immagine è tratta da Askeland Scienza e ingegneria dei materiali.
