Kalay ve Kalay Alaşımları

Kalay alçak sıcaklıkta eriyen, dayanımı çok düşük, buna karşın kimyasal kararlılığı iyi olan bir ağır metaldir. Yiyecek ve içeceklerle temas sonucu meydana gelebilecek bileşikleri zehirsizdir. Ayrıca döküm, sıvama, çekiçleme ve lehimleme gibi yöntemlerle basitçe işlenebilir. Dolayısıyla geçmiş dönemlerde kap kacak yapımı için kalaya büyük ilgi duyulmuştur. Günümüzde çok sınırlı olan bu tür uygulamaların sadece el sanatları bakımından değer taşıdığı söylenebilir (antimon ve bakırlı kalay alaşımı, DIN 17810). Org borusu gibi bazı müzik aleti parçalarını kalaydan imal geleneği ise henüz terk edilmemiştir. 

Halen elde edilen kalayın yarıdan fazlası konserve kutuları için teneke üretiminde, yani az karbonlu ince çelik sacların kaplanmasında kullanılmaktadır. Geri kalan miktarın büyük bir bölümünden de lehim, yatak metali ve bronzlarda alaşım elementi olarak yararlanma yoluna gidilir. 
 

Kalay minerallerinin en önemlisi olan kassiterit (Sn0₂) yatakları en çok Güney Doğu Asya ve Bolivya'da toplanmıştır. Kalay cevherinin zenginleştirme ve izabe işlemleri genellikle çıkarıldığı ülkede yapılır. Dünyada yaklaşık 300.000 t/yıl olan toplam tüketimin 250.000 tonu cevherden karşılanırken, 50.000 tonu da hurdadan geri kazanılmaktadır. 

%99 ila 99,95 saflıkta üretilen standart kalay türlerindeki başlıca katışkılar kurşun, antimon, bakır, bizmut, demir ve arseniktir (DIN 1704).Kalayın iki allotrop modifikasyonu vardır. Beyaz renkli metalsel kalay tetragonal kafese sahip olup, kolayca soğuk şekillendirilebilir. Bu kristal kafesi 13,2°C' tan erime sıcaklığına kadar kararlıdır; 13,2°C'ın altında ise kübik duruma dönüşür. Ancak belirgin bir aşırı soğuma ile başlayan ve çok yavaş gerçekleşebilen dönüşme, ayrıca antimon ve bizmut gibi katışkılarla da engellenir. 

Kübik kristal yapıla gri kalayın yoğunluğu beyaz kalayınkinden daha küçük olduğundan, ilk önce dönüşüme uğrayan yerlerde sivilceye benzer kabartılar ortaya çıkar. Eskiden metalürjik bilgilerin yetersizliğinden ötürü, söz konusu olay bir tür hastalık sanılarak "kalay vebası" diye adlandırılmıştır. 

Kalay alçak erime noktalı bir metal olarak, oda sıcaklığının altında bile yeniden kristalleştiği için, haddeleme, presleme, çekme gibi şekil verme işlemleri sırasında pekleşmez. 

Özellikle zayıf organik asitlerde korozyon hızı çok düşük, ürünleri de zehirsiz ve tat değiştirmeyen türden olan kalay, en başta gıda endüstrisi için kaplama malzemesi olarak büyük önem taşır.

Yüzey/hacim oranı küçük dolu parçalar çoğunlukla erimiş metale daldırılarak sıcak kaplanır. Örneğin teneke üretiminde uygulanan elektrolitik yöntemde ise, daha ince olan kaplamanın gözenekleri ayrıca "parlatma eritmesi" ile kapatılmalıdır.

Dökme demir parçalarda sürekli bir tabaka elde etmek için, kalaylamadan önce yüzeydeki grafit lamellerinin karbonsuzlaştırma tavı ile giderilmesi gerekir.

Önerilen Makale: Paslanmaz çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için paslanmaz çelik nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Kalay Alaşımları Nelerdir

En önemli kalay alaşımları yatak metalleri ve yumuşak lehimlerdir.

Yatak metallerinin (beyaz metallerin) içyapısı genellikle sert ve aşınmaya dayanıklı adacıklar ile bunların arasındaki yumuşak ve sünek ana kütleden oluşur. LgSn80'de sert parçacıklar iğnemsi Cu₆Sn₅ ve köşeli SnSb kristalleri, ana kütle ise kurşun içeren ötektiktir. Bu alaşımların, yatağın yağsız kalması halinde bir süre sarmadan çalışabilmesini sağlayacak özelliklere ve basınç uygulayan mille uyum için yeterli plastikliğe sahip olması istenir. Çelik zarflı yataklarda, önceden kalaylanmış zarf yüzeyine dökülen ve ısıyı çelik kadar iyi iletmeyen beyaz metal tabakasının ince tutulması, sürtünme ısısını daha kolay uzaklaştırma amacına yöneliktir. Yüksek miktarda kurşun içeren yatak alaşımları için savurma döküm sırasında ağırlık segregasyonu söz konusu olabilir.

Yumuşak lehimler bileşimlerine göre farklı katılaşma davranışı gösterirler. L-Sn60Pb alaşımı yaklaşık %95 ötektik olarak hemen hemen sabit sıcaklıkta ve birden katılaşır. Akıcılığından ötürü ince delik ve kanalları doldurabildiği için öncelikle elektroteknikte kullanılmaktadır. Katılaşma aralığı geniş olan L-PbSn30 alaşımı ise kablo kılıfları ve teneke kutular gibi büyük yüzeylerin lehimlenmesinde tercih edilir.