Reines Zinn schmilzt bei 231,93 Grad Celsius. Dieser Wert gilt aber nur für das reine Metall. Sobald ein zweites Element dazukommt, wird aus dem einen Punkt oft ein ganzer Temperaturbereich, bei Sn85Zn15 etwa ein Fenster von mehr als 60 Kelvin. Das Schmelzverhalten hängt also maßgeblich von der Zusammensetzung ab, und es macht einen großen Unterschied, ob Sie reines Zinn oder eine Zinnlegierung verwenden.
Reines Zinn und sein fester Schmelzpunkt
Bei reinen Metallen gibt es keinen Temperaturbereich zwischen fest und flüssig. Das Metall schmilzt bei genau einer Temperatur. Fachlich fallen hier die Temperatur, bei der das Erstarren beginnt, und die Temperatur, bei der es abgeschlossen ist, auf denselben Wert. Deshalb steht bei Reinzinn als Barren oder Granulat eine einzige Zahl und keine Spanne.
Für manche Metalle wie Zinn, Bismut, Indium oder Blei liegt dieser Wert bemerkenswert niedrig. Reines Blei schmilzt bei 327 Grad Celsius, Kupfer und Silber liegen um ein Vielfaches höher. Genau das macht Zinn für den Guss in der Werkstatt so zugänglich, denn die Temperatur ist mit einer Gasflamme oder einem kleinen Schmelzofen erreichbar. Der Siedepunkt liegt mit weit über 2.500 Grad Celsius so weit entfernt, dass er beim Arbeiten keine Rolle spielt.
Die Temperatur allein macht das Metall nicht flüssig. Am Schmelzpunkt muss zusätzlich Energie hineingehen, damit der Übergang überhaupt stattfindet, bei Zinn rund 7 Kilojoule je Mol. Diese Energie heißt Schmelzenthalpie. Sie tritt bei jedem Stoff auf und lässt sich bei reinen Stoffen besonders gut messen. Praktisch heißt das: Wenn die Temperatur bei etwa 232 Grad Celsius stehen bleibt und eine Weile nicht weiter steigt, ist nichts kaputt. Die zugeführte Wärme steckt dann im Übergang von fest zu flüssig.
Schmelzpunkt und Schmelzbereich bei Zinnlegierungen
Sobald Zinn legiert wird, gilt die Regel vom einen Schmelzpunkt nicht mehr automatisch. Zwischen der Temperatur, bei der eine Legierung zu erstarren beginnt, und der, bei der sie vollständig fest ist, liegen feste und flüssige Anteile nebeneinander vor. Die Masse ist dazwischen breiartig. Diesen Temperaturbereich nennt man Schmelzbereich. Je nach Legierung ist er nur wenige Kelvin breit oder deutlich breiter.
Eine Ausnahme gibt es. Bei einer ganz bestimmten Mischung, dem sogenannten eutektischen Punkt, fallen Beginn und Ende des Erstarrens wieder zusammen, und die Legierung verhält sich wie ein reines Metall. Das klassische Beispiel ist SnPb37 mit 63 Prozent Zinn und 37 Prozent Blei, das bei 183 Grad Celsius schmilzt, also deutlich unter beiden Ausgangsmetallen. Auch SnCu0,7 hat einen solchen festen Schmelzpunkt und ausdrücklich keinen Schmelzbereich. Beide sind wegen dieser Eigenschaft gern genutzte Elektrolote.
Ein sehr häufiger Irrtum, der uns in der Beratung begegnet, ist die Rechnung mit dem Durchschnitt. Rechnet man den Schmelzpunkt einer Legierung als gewichteten Mittelwert ihrer Bestandteile aus, liegt man völlig daneben. SnPb37 schmilzt eben nicht irgendwo zwischen 232 und 327 Grad Celsius, sondern bei 183 Grad Celsius. Bei der Dichte ist diese Rechnung grob brauchbar, beim Schmelzpunkt nicht.
Für die Praxis ist diese Unterscheidung wichtiger als die Zahl selbst. Ein Lot mit festem Schmelzpunkt wird schlagartig flüssig und erstarrt ebenso schnell wieder. Ein Lot mit breitem Bereich bleibt länger breiartig und lässt sich in diesem Zustand formen, wie gut das gelingt, unterscheidet sich je nach Sorte. Genau danach sind auch die beiden Lotkategorien getrennt, die eutektisch erstarrenden Zinnlote auf der einen Seite und die breiartig erstarrenden Lote auf der anderen.
Wenn ein Metall in einer fremden Schmelze landet Kupfer löst sich in einer Zink-Aluminium-Schmelze bereits unterhalb seines eigenen Schmelzpunkts. Bei einem fremden Metall in einer Schmelze genügt dessen Schmelzpunkt als Auskunft also nicht. Klären Sie so einen Fall besser vorher mit uns.
Schmelzpunkte von Lötzinn im Überblick
Die folgenden Werte stammen aus den Produktangaben der Legierungen, die wir führen. Sie zeigen, wie weit die Temperaturen auseinanderliegen und welche Legierung einen festen Punkt hat, welche einen Bereich.
| Legierung | Schmelzpunkt oder Schmelzbereich | Erstarrung |
|---|---|---|
| Sn99,9 (Reinzinn) | 231,93 Grad Celsius | fester Punkt |
| SnCu0,7 | 229 Grad Celsius | fester Punkt |
| SnAg3 | 221 bis 224 Grad Celsius | schmaler Bereich |
| SnAg4 | 220 Grad Celsius | fester Punkt |
| Sn91Zn9 | 199 Grad Celsius | fester Punkt |
| Sn85Zn15 | 199 bis 260 Grad Celsius | breiter Bereich |
| SnPb40 | 183 bis 190 Grad Celsius | schmaler Bereich |
| SnPb37 | 183 Grad Celsius | fester Punkt |
Noch tiefer liegt BiSn42 aus den Bismut-Zinn-Legierungen, es wird bereits bei 138 Grad Celsius flüssig. Für kleine Gussteile ist das praktisch, das Metall ist allerdings spröde und kaum kalt verformbar.
Zwei Zeilen lohnen einen zweiten Blick. Sn91Zn9 und Sn85Zn15 bestehen beide aus Zinn und Zink und beginnen beide bei 199 Grad Celsius zu schmelzen, trotzdem verhalten sie sich beim Erstarren unterschiedlich. Sn85Zn15 als Lötstab hat mit dem höheren Zinkanteil einen Schmelzbereich bis 260 Grad Celsius. Das Dachdeckerzinn Sn91Zn9 dagegen ist eutektisch und schmilzt bei genau 199 Grad Celsius, ohne Schmelzbereich. Sn85Zn15 enthält mehr Zink, als das Eutektikum braucht, und erstarrt deshalb über einen Bereich.
Karosseriezinn und sein breiter Schmelzbereich
Bei einem Teil der Karosseriezinne soll das Material gerade nicht schlagartig fest werden, sondern über einen weiten Temperaturbereich pastös bleiben, damit es sich auf dem Blech verstreichen und modellieren lässt. Der breite Bereich ist dort also die gesuchte Eigenschaft und nicht ein in Kauf genommener Nebeneffekt. Wie breit das Fenster ausfällt, unterscheidet sich je nach Sorte deutlich.
Das bleifreie Sn92Zn5Cu3 schmilzt zwischen 210 und 300 Grad Celsius und bleibt darin lange pastös, es lässt sich also gut verstreichen und modellieren. Sn92Cu8 hat mit 230 bis 350 Grad Celsius einen noch breiteren Schmelzbereich und bleibt ebenfalls gut pastös, braucht aber höhere Temperaturen. Verarbeitet wird es mit 350 bis 400 Grad Celsius. Das klassische bleihaltige Pb74Sn25Sb1 wird bei 200 bis 350 Grad Celsius verarbeitet. Bei diesen beiden richten Sie die Wärmequelle nach der angegebenen Arbeitstemperatur ein. Bleihaltige Legierungen verkaufen wir nur an gewerbliche Kunden.
Für das Vorverzinnen der Fläche gibt es außerdem Verzinnungspaste. Beim Arbeiten damit entsteht Lötrauch, dafür ist eine wirksame Absaugung oder Frischluftzufuhr nötig.
Beim Löten selbst entscheidet mehr als die Temperatur. Nehmen Sie immer das passende Flussmittel und putzen Sie die Flächen vorher blank. Flussmittelreste entfernen Sie bald nach dem Löten mit Wasser und etwas Spülmittel, weil dabei oft Salzsäure entsteht, die das Werkstück angreift.
Warum die Gießtemperatur über dem Schmelzpunkt liegt
Wer eine Form füllen will, gießt nicht knapp über dem Schmelzpunkt. Manche Schmelzen werden beim Erkalten zähflüssig, und zähflüssiges Metall erreicht feine Konturen nicht mehr, was Fehlstellen begünstigt. Die Temperaturreserve hält die Schmelze auf dem Weg in die Form dünnflüssig.
Wie groß diese Reserve ausfällt, hängt an der Legierung, an der Form und am Werkstück. Eine allgemeine Spanne gibt es deshalb nicht, wohl aber Angaben zu den einzelnen Legierungen. Für Sn95Sb3Cu2, im Shop als SnSb3Cu2 geführt, empfehlen wir eine Gießtemperatur von 300 Grad Celsius, während der Schmelzbereich bei 248 Grad Celsius endet. Sn98Sb2, im Shop als SnSb2 geführt, wird mit 280 bis 300 Grad Celsius vergossen. Es hat den geringeren Schmelzbereich und neigt weniger zu Seigerungen, also zur Entmischung der Legierung beim Erstarren. Seine Festigkeit liegt zwischen Reinzinn und Sn95Sb3Cu2. Für die festere Figur empfehlen wir Sn95Sb3Cu2, das sich für Figuren sehr gut eignet. Für Figuren, mit denen gespielt wird oder die oft in die Hand genommen werden, raten wir zu bleiarmen oder bleifreien Legierungen, weil Blei gesundheitlich bedenklicher ist als Zinn.
Wer Reinzinn in Barrenform gießt, tastet sich an der eigenen Form an die passende Temperatur heran und gießt zuerst ein Probestück. Planen Sie beim Formbau außerdem ein, dass Zinn und Zinnlegierungen beim Erstarren stark schrumpfen, ähnlich wie Aluminium. Sie neigen deshalb zu Lunkern, also Hohlräumen im Gussteil.
Eine Grenze verdient dabei besondere Aufmerksamkeit, wenn eine Silikonform im Spiel ist. Für unseren Silikonkautschuk HB liegt die Belastungsgrenze bei 400 Grad Celsius, und daran orientiert sich die Gießtemperatur. Die 450 Grad Celsius, die die Form beim Eingießen kurzzeitig aushält, sind der Spitzenwert und kein Zielwert. Überschreiten Sie ihn auch beim Eingießen nicht. Die Weißmetalle aus den Zinnlegierungen für den Formguss reichen genau in diesen Bereich hinein. WM89 wird bei etwa 390 bis 440 Grad Celsius vergossen und ist für die Silikonform nur am unteren Ende seines Bereichs zu vertreten. WM80 beginnt mit 450 Grad Celsius an der kurzzeitigen Grenze und reicht bis 520 Grad Celsius darüber hinaus. Für Silikonformen sind deshalb die Legierungen mit der niedrigeren Gießtemperatur die erste Wahl.
Ausrüstung für das Schmelzen von Zinn
Vor der Ausrüstung steht die Trockenheit. Trifft eine Schmelze auf Feuchtigkeit, dehnt sich das Wasser schlagartig zu Dampf aus, der Druck steigt stark an und die Schmelze spritzt. Solange das Metall flüssig ist, kommen deshalb weder Form noch Metall mit Wasser in Berührung, und Werkzeug wird vor dem Eintauchen getrocknet. Zur Grundausstattung gehören außerdem eine Schutzbrille und nicht brennbare, wärmeisolierende Handschuhe. Für Stahlwerke und Gießereien sieht der Arbeitsschutz beides vor, und in der Werkstatt zu Hause ist das eine sinnvolle Orientierung.
Die eigentliche Ausrüstung fällt bei Zinn erfreulich klein aus. Für den Einstieg reicht ein einfacher Schmelztiegel aus Grafit, die günstigen Varianten ohne Ausguss eignen sich wegen des Preis-Leistungs-Verhältnisses besonders für Anfänger. Unsere Gießlöffel sind bis etwa 800 Grad Celsius einsetzbar, also weit jenseits dessen, was Zinn verlangt. Direkt im geschlichteten Löffel schmelzen lässt sich bis etwa 400 bis 500 Grad Celsius, für Zinn reicht das gut. Schlichten Sie Stahllöffel zum Schutz immer ein. Wird das Metall nicht im Löffel selbst geschmolzen, sondern im Tiegel bereitgestellt, sollte der Löffel vorher auf die Temperatur der Schmelze gebracht werden, etwa indem er kurz darin verbleibt. Bei den niedrigschmelzenden Legierungen auf Zinn-, Blei- und Bismutbasis brauchen Sie keinen Schlackebinder.
Wie aus der Schmelze ein fertiges Werkstück wird, zeigt unsere Anleitung zum Zinnfigurengießen Schritt für Schritt. Wenn Sie eine Legierung mit einem bestimmten Schmelzbereich suchen, die so nicht im Sortiment steht, fragen Sie danach. Zuschnitte, Sonderformen und Speziallegierungen bieten wir auf Anfrage an oder beschaffen sie. Niedrigschmelzende Sonderlegierungen stellen wir meist selbst her, andere über Partner.
Häufige Fragen zum Schmelzpunkt von Zinn
Bei welcher Temperatur wird Zinn flüssig?
Einen teigigen Zustand zwischen fest und flüssig durchläuft reines Zinn nicht, es wird bei 231,93 Grad Celsius vollständig flüssig. Teigig werden nur Legierungen mit Schmelzbereich. SnPb40 wird ab 183 Grad Celsius teigig, Sn85Zn15 ab 199 Grad Celsius und das Karosseriezinn Sn92Zn5Cu3 ab 210 Grad Celsius. Erst am oberen Ende ihres Bereichs sind sie ganz flüssig.
Schmilzt bleifreies Lötzinn bei höherer Temperatur als bleihaltiges?
Bei den gängigen Loten ja, auch bei allen Loten in der Tabelle, der Abstand fällt aber sehr unterschiedlich aus. SnCu0,7 wird erst bei 229 Grad Celsius flüssig, SnPb37 schon bei 183 Grad Celsius, das sind 46 Grad Unterschied. Zwischen dem bleifreien Sn91Zn9 mit 199 Grad Celsius und SnPb40 mit bis zu 190 Grad Celsius liegen dagegen nur wenige Grad. Eine Ausnahme sind bleifreie Bismut-Zinn-Legierungen wie BiSn42, das schon bei 138 Grad Celsius flüssig wird. Maßgeblich ist der Wert der konkreten Legierung.
Schadet Kälte dem Zinn?
Unterhalb von 13,2 Grad Celsius kann sich silberweißes Zinn in graues Alpha-Zinn umwandeln, bekannt als Zinnpest. Knapp unterhalb dieser Grenze ist die Neigung dazu noch gering, sie wächst mit sinkender Temperatur. Bei starker Kälte läuft die Reaktion dafür immer langsamer. Am schnellsten geht es deshalb bei rund minus 48 Grad Celsius. In beheizten Räumen ist Zinnpest kein Thema.
