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鄭州電纜廠家|鋁合金電纜：以鋁合金代銅的前景如何呢？

發布時間：

2020-07-13

人類對銅的使用歷史這可以追溯到10000年前。在伊拉克的北部曾經出土一件8700年前的文物——銅耳杯，中國在4000多年前的夏禹時代就有了青銅器。銅作為導體的應用在18世紀末隨著電的發現和應用已經走過了200多年的歷史。鋁做為一種年輕的金屬，在19世紀中期，它被稱作“銀色的金子”，比黃金還珍貴，直到1886年由美國科學家霍爾獨立研究出電解鋁法，才開始能夠后工業化生產。鋁用作導體從1896年開始，英國人科利在博爾頓架設了世界上第一根架空鋁絞線。1910年美國鋁業協會胡普斯發明了鋼芯鋁絞線，架設于尼亞加拉大瀑布上空。此后，架空高壓輸電線逐步被鋼芯鋁絞線取代。另外，歐美工業發達國家于1910年開始使用鋁導體替代銅導體作為配電線。現在，全世界生產的鋁約14%用作電工材料。我國電工部門的用鋁量約占全國鋁消耗總量的三分之一，主要用于高壓輸電，而配電使用鋁導體的比例低于5%。使用銅或者鋁作為導體受歷史、國情、資源狀況等等因素的影響。

上世紀五十年代，銅價高速攀升，世界電線電纜行業提出以鋁代銅，要達到同樣的電氣性能，鋁導體的截面積需要比銅導體大一至兩個規格等級或者增大50%。上世紀六、七十年代，我國同樣受國情、資源狀況、政治因素等原因提出以鋁代銅，由于材料技術原因，未能普及鋁導體。多年來，國人一直期望能開發出一種可利用鋁資源的導體，能繼續推行以鋁代銅，但始終未能從技術上取得突破，因而一直未能實現這歷史性的革命。針對純鋁作為電纜導體存在的眾多不足，美國、澳大利亞和加拿大等發達國家率先在這方面做了大量的研究。于20世紀60年末開發出了鋁合金[有色商機:ADC12]導體，鋁合金導體在北美地區至今已運用近50年的時間，得到美國、澳大利亞和加拿大等發達國家廣大用戶的一致認可，北美地區90%的民用及商業建筑使用的都是鋁合金電纜。2005年迄今我國再次提出以鋁代銅，隨著科技的進步，這次的以鋁代銅應該理解為主要是以鋁合金代銅。以鋁合金代銅的前景如何呢？我們需要對鋁合金、銅和鋁的性能有更多的了解。

一、鋁、鋁合金作為導體材料有其自身優勢

1、鋁合金、鋁和銅一樣，一直是IEC和GB規定的導體材料。

2、鋁、鋁合金作為導體資源豐富

鋁和銅相比有其獨特優勢,鋁在地殼中的分布量在全部化學元素中僅次于氧和硅，占第三位，在全部金屬元素中占第一位。

3、重量較輕

在電阻值大致相同時，鋁、鋁合金線芯的質量僅為銅線芯的一半。

4、價格低廉

鋁在國際上被廣泛應用于電纜、母排、母線槽、變壓器等產品領域，據收集資料如下：高壓線纜國際上幾乎100％使用鋁或鋁合金導體。而低壓鋁線纜在北美已基本由鋁合金電纜取代。

二、我國曾經有過一段以鋁代銅的短暫歷史

回顧歷史，中國在50——70年代曾經推行過“以鋁代銅”的政策。但由于當時的純鋁導體及產品質量的限制，發生事故的概率很大，導致80年代以后，中國的中低壓電纜幾乎全部使用銅導體。

棄用鋁電纜的原因

中國當時所使用的純鋁電纜，被棄用的原因正是純鋁導體的一些物理性能導致故障的概率增大。

1、純鋁導體的抗拉強度、延伸率、柔韌性等機械性能較低，往往會承受不起在安裝過程中的牽、拉、彎、折，導致不同程度的損傷，埋下事故隱患。

2、接頭易引發火災，原因不外如下幾條：

（1）鋁熱膨脹率比銅大39％，在與連接器連接時，因長期的熱循環而容易產生蠕變、進而產生很大的電阻而引發火災。

（2）容易在與銅連接器連接處產生電化學腐蝕。

（3）純鋁抗蠕變性能極低

純鋁在受熱和受壓下容易變形，導致在接頭處不能壓緊或熱循環過程中蠕變、接頭產生氧化膜，電阻加急劇增大，這是導致純鋁電纜不安全的重要原因。

如前所述，純鋁由于其機械性能的缺陷，使其無法應用于中低壓電纜。所幸的是，鋁的最顯著特點是它的多功能性，采用不同的合金配方和加工工藝，可以得到物理性能迥異的鋁合金材料。鋁合金電纜正是解決了上述鋁電纜存在的安全隱患，而成為一種理想的解決方案。

三、導體鋁合金新材料的解決方案

1、機械性能大幅提高

抗拉強度約是純鋁的150%，延伸率較純鋁提高約10倍，自重承載力比銅高44％，柔韌性能高于銅的25％，而彎曲半徑僅為電纜外徑的7倍，連接端子采用先進的鋁合金銅摩擦焊接工藝，可解決電化學腐蝕問題，鋁合金導體抗蠕變性能較純鋁導體提高300％。

導體鋁合金的特殊合金配方與熱處理工藝大大提高了金屬在受熱、受壓下的抗蠕變性能，保證了電纜本身連接的穩定性。事實上，這是合金電纜在北美40多年應用中未發生任何故障的重要原因。在美國國家規范中規定中、低壓電纜必須采用AA8000系列鋁合金而不能采用純鋁電纜。

2、正在研發之中的鋁合金電纜應用技術——接頭處理技術：

在與所選用的鋁合金電纜相同化學成分、電氣性能、機械性能、抗壓蠕變性能的鋁合金銅連接端子產品技術突破、面市之前，國內的鋁合金電纜應用，作為過渡解決辦法，通常是向用戶提供原用于鋁電纜連接的銅鋁過渡端子和近來某些國內廠家僅為了提高端子導電性能或其它性能而推出的所謂的微合金化合金銅過渡端子（該種微合金銅過渡端子的化學成分、電氣性能、機械性能、抗壓蠕變性能等與連接的鋁合金電纜性能不能匹配）。另外，還要提供專用壓接工具來解決目前沒有與鋁合金電纜性能一致的鋁合金銅連接端子的難題。當前明知錯誤但又無奈而采用的原來用于連接鋁電纜的銅鋁過渡端子及所謂的高導電或其它性能的微合金化合金銅過渡端子連接方案，即使通過專業檢測機構的端子連接1000次熱循環測試，并嚴格按照規范施工，也不能保證解決連接安全問題。因為端子連接1000次熱循環測試畢竟是在實驗室端子進行規范壓接后的實驗，且試驗時間短，該檢測其實無法真正反映鋁材料蠕變傾向等特性。若銅鋁過渡端子和微合金化合金銅過渡端子連接方案沒有經過專業檢測機構嚴格的端子連接1000次熱循環測試，沒有嚴格按照規范施工，則安全隱患問題就更嚴重。

我們知道，鋁合金電纜因解決了鋁電纜存在的致命安全問題，才體現了鋁合金電纜的優勢和價值，但目前連接方案中的銅鋁連接端子中的鋁及微合金化合金銅過渡端子中與鋁合金電纜性能不匹配的所謂合金的存在，實際上使鋁合金電纜的優勢和價值難以體現，這與直接用鋁電纜有何區別？畢竟電纜的應用，眾所周知，安全問題通常主要都出在連接上。據悉，現針對適用于中國市場亟待解決的與鋁合金電纜性能相同的鋁合金銅連接端子相關應用技術問題，據一位來自美國鋁合金電纜巨頭的中國工廠負責人透露，其北美的研發中心正在研究試制之中，近期有望獲得技術突破。若技術突破后，鋁合金電纜在應用中使用與鋁合金電纜性能一致的鋁合金銅連接端子，則連接就能安全、穩定、完美。

3、防腐性能

有時會聽到鋁耐腐蝕性較差的說法，但這不是事實。在大多數環境條件下，包括在空氣、鹽水、石油化學和很多化學體系中，鋁能顯示比銅更優良的抗腐蝕性，其原因是鋁表面與空氣接觸時立即形成的薄、致密、堅固而耐受各種形式腐蝕的氧化膜。這也能解釋為什么在許多惡劣環境中，鋁比其他金屬如銅、鋼更耐腐蝕。經合金化處理后的導體鋁合金防腐性能更優于純鋁。

四、當新材料導體鋁合金解決了原來純鋁的致命性問題之后，它的優勢就顯現出來：

1、與銅導體一樣安全可靠。

2、電纜本體較銅電纜更為經濟。

3、由于其重量較輕、柔韌性高等因素，減少了安全施工和運輸等費用。

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