Ultimamente mi sono dedicato alla ricerca su diversi argomenti, tra cui uno dei miei preferiti è quello delle leghe per saldatura. Per molto tempo la maggior parte delle leghe per saldatura (quasi tutte) era costituita da una lega eutettica di stagno e piombo. Tutti si trovavano perfettamente a proprio agio nell’utilizzare questa lega fino a quando la direttiva RoHS e altri cambiamenti normativi hanno iniziato a far pendere l’ago della bilancia a favore delle leghe senza piombo, richiedendo un nuovo approccio ai materiali e ai processi di saldatura. Da allora, il settore ha privilegiato l’uso di leghe stagno-argento-rame (SAC) di varie composizioni; tuttavia, nessuna di queste è riuscita a eguagliare tutte le proprietà offerte dalla lega stagno-piombo. Infatti, una delle caratteristiche più dirompenti delle leghe SAC è stata l’aumento della temperatura richiesta per il riflusso, con conseguente aumento dei requisiti di temperatura per i componenti e le schede.
Per ottenere proprietà migliorate e colmare le nicchie che il SAC non riesce a soddisfare, si sta conducendo una ricerca sull’aggiunta di dopanti alle leghe di saldatura a base di SAC. È qui che ho iniziato a interessarmi al bismuto. Più leggevo, più mi sembrava di imbattermi in questo strano metallo di cui non sapevo molto (ricordate, sono nuovo nel mondo della saldatura). Questo mi ha spinto a fare una piccola ricerca che ha portato alla luce alcuni fatti affascinanti:
· Il bismuto è un metallo fragile, che spesso presenta una tonalità rosata dovuta all’ossido presente sulla sua superficie
· Il bismuto ha una bassa temperatura di fusione (271 °C)
· Il bismuto si espande quando si solidifica, un po’ come l’acqua
· Il bismuto è il metallo più pesante presente in natura nella tavola periodica che non sia radioattivo (anche se forse considerato leggermente radioattivo)
· Il bismuto non viene solitamente estratto come minerale a sé stante, ma è piuttosto un sottoprodotto dell'estrazione di piombo, stagno, argento e altri metalli
· Il bismuto è il più diamagnetico di tutti i metalli
· Il bismuto presenta la conduttività termica più bassa tra tutti i metalli, ad eccezione del mercurio
· I cristalli di bismuto presentano un arcobaleno di colori riflettenti a causa dello spessore variabile dello strato di ossido presente sulla superficie
· Il subsalicilato di bismuto, che è il principio attivo contenuto in Pepto Bismol, è vietato in Francia (a causa di timori ormai superati che possa causare encefalopatia)
La caratteristica più interessante del bismuto, dal punto di vista dei materiali per l'elettronica, è che, quando viene legato con altri metalli, dà origine a leghe con bassa temperatura di fusione leghe. In particolare, quando viene legato con lo stagno nella composizione eutettica, la lega fonde a 138 °C e presenta proprietà paragonabili a quelle dell’eutettico stagno-piombo. La fragilità del bismuto rappresenta il principale problema quando lo si utilizza per la saldatura; tuttavia, questo effetto può essere mitigato aggiungendo alla lega metalli più malleabili, quali argento. Molte delle leghe più diffuse contenenti bismuto presentano un’elevata percentuale di questo elemento, ma sono in corso studi su concentrazioni inferiori, che consentono di ottenere proprietà diverse. Sebbene la temperatura di fusione non venga abbassata in modo così drastico, il bismuto a concentrazioni inferiori ha il potenziale di migliorare le prestazioni nei test di caduta e di shock termico.
Considerate le crescenti preoccupazioni relative al costo dei metalli, il bismuto potrebbe diventare una scelta sempre più interessante nella ricerca di leghe di saldatura alternative. Ho iniziato a considerare il bismuto come un mio nuovo alleato, perché ritengo che offra una nuova strada da esplorare e sembri promettente per lo sviluppo di leghe a bassa temperatura migliorate.
