铝合金电线的优缺点分析

2020年9月23日 评论 415 1763字

散漫说,线束轻量化设计是线束工程师一直考虑的问题,其中铝导线的应用也一直是我们关注的问题。相比铜导线,铝合金的电线有哪些缺点,哪些优点呢。

1 铝合金电线的缺点:

铝合金的传导性能是不如铜。固态铝导热率 237W/mK, 铜的热传导率为397W/mK,比率接近1:2。

铝合金的机械性能差,拉伸强度不如铜。工业纯铝的抗拉强度为80~100MPa,铜(即黄铜)的抗拉强度为200~300MPa。铝合金的抗拉强度由于添加了特殊的化学成分并采用了特殊的加工工艺得到了很大的提高,延伸率比铝提高了30%,但依旧不如铜。

使用的最高温度不如铜。铝的熔点为660摄氏度,铜的熔点为1083.4摄氏度。

载流能力弱,导电性能不如铜,铝线电阻率更大,电阻率铝2.83 ×10⁻⁸(Ω m)  ,铜1.75 ×10⁻⁸(Ω m) 。铝合金的导电性能由于添加了稀土、镁、铜、化学元素降低了它的导电能力。

体积大,因为铝合金的导电性能不如铜,故要达到和铜一样的导电性能需要加大铝合金导体的截面,这样电缆就会更粗。(ρ=RS/l,ρ为电阻率,R为电阻,S为截面积,l为长度)。另外铝导线所需的绝缘料和屏蔽料也更多。体积加大会带来一系列的电线铺设问题,比如占用的空间更大,比如因线束变粗转弯半径也变大了。

膨胀系数大,铝的膨胀系数是23.5,铜是16.6。在反复热循环之后,铝导线和铜端子的结合界面将会产生空隙,导致阻抗增加,进而在实际工作中造成温升过高。

2 铝合金电线的优点:

铝合金更轻,纯铝的密度(ρ=2.7g/cm3),铜的密度8.960g/cm³(固态);8.920g/cm³(熔融液态),铝铜的密度比为1:3, 在航空航天领域,铝的这个优势秒杀铜而被广泛应用。

铝的耐腐蚀性比铜好,而铝合金的耐腐蚀性能比纯铝更好,铝合金里面加入了稀土等化学元素增强了铝的耐腐蚀性能。

便宜。两根导电性能差不多的铝合金电缆和铜电缆,算上所有的成本,铝合金电缆比铜电缆要便宜很多。这点非常具有竞争力。铝的价格大约是铜的价格的1/4。

重量轻,两根导电性能差不多的铝合金电缆和铜电缆,铝合金电缆比铜电缆要便宜很多。

3 铝合金的发展

重量与价格优势是铝线取代铜线主要的价值驱动因素,但是相比铜线,铝线依旧存在固有的物理性能劣势,为了缩小铝线与铜线的性能差异,相比纯铝,当前铝合金的特性发展主要有以下几个方面:

1、抗蠕变

铝合金导体的合金材料和退火工艺降低了导线在加热和压力下的"蠕变"倾向,与纯铝相比,抗蠕变性能提高300%,避免了由冷流或蠕变引起的松弛问题。

2、抗拉强度和伸长性

与纯铝导体相比,铝合金导体的抗拉强度大大提高,由于加入了特殊成分和特殊的加工工艺,延伸率提高到30%,使用起来更加安全可靠。

3、连接性能

铝合金电气连接与铜导线连接一样安全、稳定。铝合金的成分大大改善了其结合性能。当导体退火时,添加的铁会产生高强度的抗蠕变能力,即使接头超载过热很长一段时间,也能保证连接的稳定性。

4、自重承载力

铝合金能提高纯铝的抗拉强度。铝合金电缆能承受4000米的自重,铜电缆只能支撑2750米。

5、铝的固有防腐性能是由于铝表面与空气接触时形成了一层薄而强的氧化层,特别是抗各种形式的腐蚀。在合金中加入稀土元素可以进一步提高铝合金的耐蚀性,特别是电化学腐蚀。铝可以承受恶劣的环境,因此它被广泛地应用于电缆导线的托盘,以及许多工业部件和容器中。腐蚀通常与不同金属在潮湿环境中的连接有关,可以采取适当的保护措施来防止腐蚀,例如润滑剂、抗氧化剂和保护涂层。"碱性土壤和某些类型的酸性土壤环境对铝具有较强的腐蚀性,因此直接埋铝导线应采用绝缘或模塑护套来防止腐蚀。在铁路隧道等含硫环境中,铝合金的耐蚀性明显优于铜。

6、柔性铝合金具有良好的弯曲性能,其独特的合金配方、加工工艺大大提高了柔性,铝合金的柔韧性比铜高30%,回弹率比铜低40%,铜电缆弯曲半径为10×20倍,而铝合金电缆弯曲半径仅为7倍,便于连接

目前,铝合金电缆产品使用已相当普遍,北美国家市场占有率达到80%,但国内使用量并不大,统计数据显示,铜芯线缆仍占超过90%的市场份额。

我国富铝缺铜,合理利用丰富的铝矿资源、科学选用铝合金电缆,在满足电缆电气性能的前提下,可以节约成本,产生巨大的经济效益和环境效益。

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