電氣工程中的銅和鋁

沒有嚮導——無處可去

銅 (lat. Cuprum) — 古代已知的七種金屬之一。在美國、智利、俄羅斯（烏拉爾）、哈薩克斯坦（傑茲卡茲甘）、加拿大、贊比亞和扎伊爾發現了大量的銅礦石儲量。

銅是 150 多種礦物的一部分，其中 17 種已找到工業用途，包括：斑銅礦 (Cu5FeS4)、黃銅礦（銅黃鐵礦 — CuFeS2）、輝銅礦（銅光澤 — Cu2S）、銅藍礦 (CuS)、孔雀石 (Cu2 ( OH ) 2 [CO3])。硫化礦的加工提供了所有已開採銅的約 80%。

自然界中也存在當地蜂蜜。

純銅——具有延展性和柔軟的粉紅色脆性金屬，相當重，是熱和電的優良導體，易於進行壓力處理。正是這些品質使得在電氣工程中使用銅產品成為可能——目前生產的所有銅中有 70% 以上用於電氣產品的生產。對於具有最大導電性的產品，使用所謂的“無氧”銅。在其他情況下，含氧量為 0.02-0.04% 的商用純銅也適用。

銅的主要特性：比重 — 8.93 g / cm3，熔點 — 1083 °C，電阻 銅在 20°C 時為 0.0167 Ohm * mm2 / m。純銅具有很高的導電性（僅次於銀）。這種質量的銅在工業上用於用銅製造電氣母線。

銅母線按照 GOST 434-78 生產。銅母線交付給消費者的狀態：由無氧銅製成的未加熱（標記-T-硬）、退火（M-軟）和 TV-硬母線。

在變形狀態下，銅的強度高於退火金屬，導電率值降低。

通過向銅中加入添加劑，如鋅、錫、矽、鉛、鋁、錳和鎳，可以獲得增加強度和改善銅其他性能的合金。 30%以上的銅用於合金。

黃銅 - 銅與鋅的合金（銅含量為 60% 至 90%，鋅含量為 40% 至 10%）- 強度高於銅且不易氧化。黃銅中加入矽和鉛，增加了抗摩擦性能，加入錫、鋁、錳和鎳，增加了抗腐蝕能力。板材和鑄造產品用於機械製造，特別是化學工業、光學和儀器製造，以及紙漿和造紙工業網的生產。

青銅……以前，銅（80-94%）和錫（20-6%）的合金被稱為青銅。現在生產無腔青銅器，主要成分以銅命名。

鋁青銅含有 5-11% 的鋁，具有高機械性能和耐腐蝕性。

含鉛25-33%的鉛青銅主要用於生產在高壓和高滑動速度下運行的軸承。

含有 4-5% 矽的矽青銅被用作錫青銅的廉價替代品。

含鈹1.8-2.3%的鈹青銅具有硬化後硬度大、彈性高的特點。彈簧和彈簧製品就是用它們製成的。

鎘青銅——含少量鎘（最高 1%）的銅合金——用於製造手推車車廂、水管和煤氣管配件以及工程。

焊料 — 用於焊接以獲得整體焊縫的有色金屬合金。在硬焊料中，已知有銅銀合金（44.5-45.5% Ag；29-31% Cu；其餘為鋅）。

在俄羅斯，銅輪胎由多家工廠生產：OCM Kamensk-Uralsky、OCM Kolchuginsky、OCM Kirovsky。

2007年世界銅產量比2006年增長2.5%，達到1776萬噸。 2007年銅消費增長4%，其中中國銅消費同比增長25%，而美國銅消費大幅下降20%。

鋁及其合金

由於良好的導電性、耐腐蝕性、低比重，而且重要的是，與銅及其導電合金相比，鋁和以鋁為基礎的多種合金被用於電氣工程。

根據電阻的大小，鋁合金分為導電合金和高電阻合金。

根據國際標準，電工鋁牌號A7E和A5E的比電導率約為退火銅電導率的60%。工業鋁 AD0 和電工鋁 A5E 用於生產電線、電纜和輪胎。 Al-Mg-Si AD31、AD31E 系統的低合金鋁合金用於電氣工業。

地殼中含有8.8%的鋁。它是自然界中含量僅次於氧和矽的第三大元素，也是金屬中含量第一的元素。它是粘土、長石、雲母的一部分。已知有數百種鋁礦物（鋁矽酸鹽、鋁土礦、明礬石等）。最重要的鋁礦物——鋁土礦含有28-60%的氧化鋁——氧化鋁Al2O3。

純鋁是丹麥物理學家 H. Oersted 於 1825 年首次獲得的，儘管它是自然界中最常見的金屬。

鋁的生產是通過在 950°C 的溫度下在冰晶石熔體 NaAlF4 中電解氧化鋁 Al2O3 進行的。

鋁的主要特性：密度 — 2.7 × 103 kg / m3，鋁在 20 °C 時的比熱 — 0.21 cal / deg，熔點 — 658.7 °C，鋁的沸點 — 2000 °C，線膨脹係數為鋁（在約 20°C 的溫度下）：— 22.9 × 106 (1 / deg)

鋁合金是通過在其中加入銅、矽、鎂、鋅、錳等合金添加劑而獲得的，可提高其強度並改善其他性能。

硬鋁（duralumin，duralumin，源自合金工業生產開始的德國城市的名稱）- 鋁熔體（鹼）含銅（Cu：2.2-5.2%）、鎂（Mg：0.2-2.7%）、錳（Mn : 0.2-1%)。硬化和老化，通常襯有鋁。是航空和交通工程的結構材料。

Silumin — 鋁（基礎）與硅（Si：4-13%）的輕合金，有時高達 23% 和一些其他元素：Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Be）。它生產複雜配置的零件，主要用於汽車和航空工業。

Magnalia——含鎂（Mg：1-13%）等元素的鋁合金（基體），具有高耐蝕性、良好的焊接性、高塑性。它們用於製造模壓鑄件（鑄鎂）、板材、線材、鉚釘等。 （可變形木蘭花）。

就應用範圍而言，鋁合金僅次於鋼和鑄鐵。

關於鋁的一些有趣事實：

• 成人體內的鋁含量高達 140 毫克，

• 汽車每20萬公里使用1公斤鋁材可節省10多升汽油，

• 甚至蘋果也含有鋁 — 高達 150 毫克/千克，

• 構成我們星球上殼層的每 20 個原子中就有一個鋁原子，

• 成人每天對鋁的需求量估計為 2.45 毫克。

鋁導體合金具有較低的比電導率（約為退火銅的 56%），其用途與電工鋁相同。此類合金用於滿足高強度、蠕變和其他特殊要求。鋁製輪胎根據 GOST 15176-89 由合金 AD31 和 AD31T 生產，較少使用 AD0。

2007年世界原鋁消費量為3752萬噸，比2006年增加318.4萬噸（9.3%）。2007年世界原鋁產量比2006年增加402.4萬噸，達到3802萬噸。

銅製品製造商

俄羅斯市場上最大的銅生產商——MMC Norilsk Nickel

我國第二大蜂蜜生產商是 UMMC 控股公司。

俄羅斯市場的第三大參與者是俄羅斯銅業公司。 CJSC“俄羅斯銅業公司”包括在俄羅斯四個地區以及哈薩克斯坦境內運營的 11 家企業

市場上有幾家工廠生產的銅輪胎：Kamensk-Uralsky OCM、Kolchuginsky OCM、Artemovsky OCM、Kirovsky OCM。 Kirovsky 和 ​​Kolchuginsky OCM 是 OJSC UMMC 的一部分。

技術和價格

由於生產銅總線的技術是眾所周知的，並且在所有工廠中幾乎都是相同的，因此價格/質量比對消費者來說是最重要的。國內企業——行業龍頭目前生產優質產品，相互競爭，主要是價格。但談到銅母線的質量，值得注意的是雜質，即使是非常少量的雜質，也會顯著降低銅的導電性。因此，婚姻在這裡沒有立足之地。

與此同時，外國和本地企業提供創新的解決方案，使他們能夠生產具有明確定義的質量參數的產品。此外，在特別關鍵的時刻，銅輪胎的生產是根據我們自己的，有時是原創的解決方案進行的。

例如，OJSC «KUZOTSM» 生產銅銀合金集電帶。這種合金在操作特性上優於銅，而且與銅與鎘的合金不同，它對環境無害。該工廠還生產許多關鍵的電氣配置文件。特別是，這些是矩形銅電氣型材，例如半剛性輪胎、增加表面覆蓋率的實心輪胎：具有不同硬度的部分小邊全圓角的輪胎等。

半剛性輪胎是為了滿足英國BS1432表面質量要求而製造的，並獲得半剛性機械性能。輪胎由經過中間退火的兩個拉拔道次的壓製坯料製成，與傳統的實心輪胎製造方案相比，精加工的變形程度有所降低。

表面純度更高的輪胎，用於後續的銀電解塗層，在接觸點提供最高的導電性，這就對其表面粗糙度提出了特殊要求（根據 GOST 2789-73，Rz≤0.63 微米）。客戶要求的粗糙度指標是在 KUZOTsM 通過多種技術方法實現的——在拉拔過程中使用增加的總壓下量，在拉拔完成之前額外準備拉拔表面，以及對複合和整體模具的特殊形狀通道進行相應處理.上述保證的粗糙度水平（Rz≤0.63微米）允許在輪胎表面均勻地施加給定厚度的塗層。通過這種方式，可以創建具有低接觸電阻和高導電性的接觸表面。

截面小邊全圓的輪胎，即曲率半徑等於輪胎厚度的一半，與傳統輪胎相比具有一定的優勢：由於沒有彎曲，絕緣塗層的耐磨性增加在型材的拐角處，實現了銅的顯著節省，並且截面上當前負載分佈的指標是改進的輪胎。

幾個月後，俄羅斯電氣產品製造商與其外國競爭對手之間的關係將進入一個新階段。這是由於加入世貿組織。一方面，加入世貿組織為俄羅斯製造商打開了國外市場。另一方面，加入世貿組織意味著進口關稅的強制性減免，3-4年內應該減免近一倍半。主要的競爭將是產品的質量。

N.亞歷山德羅夫。金屬和價格