电气工程中的铜和铝

没有向导——无处可去

铜 (lat. Cuprum) — 古代已知的七种金属之一。在美国、智利、俄罗斯（乌拉尔）、哈萨克斯坦（杰兹卡兹甘）、加拿大、赞比亚和扎伊尔发现了大量的铜矿石储量。

铜是 150 多种矿物的一部分，其中 17 种已找到工业用途，包括：斑铜矿 (Cu5FeS4)、黄铜矿（铜黄铁矿 — CuFeS2）、辉铜矿（铜光泽 — Cu2S）、铜蓝矿 (CuS)、孔雀石 (Cu2 ( OH ) 2 [CO3])。硫化矿的加工提供了所有已开采铜的约 80%。

自然界中也存在当地蜂蜜。

纯铜——具有延展性和柔软的粉红色脆性金属，相当重，是热和电的优良导体，易于进行压力处理。正是这些品质使得在电气工程中使用铜产品成为可能——目前生产的所有铜中有 70% 以上用于电气产品的生产。对于具有最大导电性的产品，使用所谓的“无氧”铜。在其他情况下，含氧量为 0.02-0.04% 的商用纯铜也适用。

铜的主要特性：比重 — 8.93 g / cm3，熔点 — 1083 °C，电阻 铜在 20°C 时为 0.0167 Ohm * mm2 / m。纯铜具有很高的导电性（仅次于银）。这种质量的铜在工业上用于用铜制造电气母线。

铜母线按照 GOST 434-78 生产。铜母线交付给消费者的状态：由无氧铜制成的未加热（​​标记-T-硬）、退火（M-软）和 TV-硬母线。

在变形状态下，铜的强度高于退火金属，导电率值降低。

通过向铜中加入添加剂，如锌、锡、硅、铅、铝、锰和镍，可以获得增加强度和改善铜其他性能的合金。 30%以上的铜用于合金。

黄铜 - 铜与锌的合金（铜含量为 60% 至 90%，锌含量为 40% 至 10%）- 强度高于铜且不易氧化。黄铜中加入硅和铅，增加了抗摩擦性能，加入锡、铝、锰和镍，增加了抗腐蚀能力。板材和铸造产品用于机械制造，特别是化学工业、光学和仪器制造，以及纸浆和造纸工业网的生产。

青铜……以前，铜（80-94%）和锡（20-6%）的合金被称为青铜。现在生产无腔青铜器，主要成分以铜命名。

铝青铜含有 5-11% 的铝，具有高机械性能和耐腐蚀性。

含铅25-33%的铅青铜主要用于生产在高压和高滑动速度下运行的轴承。

含有 4-5% 硅的硅青铜被用作锡青铜的廉价替代品。

含铍1.8-2.3%的铍青铜具有硬化后硬度大、弹性高的特点。弹簧和弹簧制品就是用它们制成的。

镉青铜——含少量镉（最高 1%）的铜合金——用于制造手推车车厢、水管和煤气管配件以及工程。

焊料 — 用于焊接以获得整体焊缝的有色金属合金。在硬焊料中，已知有铜银合金（44.5-45.5% Ag；29-31% Cu；其余为锌）。

在俄罗斯，铜轮胎由多家工厂生产：OCM Kamensk-Uralsky、OCM Kolchuginsky、OCM Kirovsky。

2007年世界铜产量比2006年增长2.5%，达到1776万吨。 2007年铜消费增长4%，其中中国铜消费同比增长25%，而美国铜消费大幅下降20%。

铝及其合金

由于良好的导电性、耐腐蚀性、低比重，而且重要的是，与铜及其导电合金相比，铝和以铝为基础的多种合金被用于电气工程。

根据电阻的大小，铝合金分为导电合金和高电阻合金。

根据国际标准，电工铝牌号A7E和A5E的比电导率约为退火铜电导率的60%。工业铝 AD0 和电工铝 A5E 用于生产电线、电缆和轮胎。 Al-Mg-Si AD31、AD31E 系统的低合金铝合金用于电气工业。

地壳中含有8.8%的铝。它是自然界中含量仅次于氧和硅的第三大元素，也是金属中含量第一的元素。它是粘土、长石、云母的一部分。已知有数百种铝矿物（铝硅酸盐、铝土矿、明矾石等）。最重要的铝矿物——铝土矿含有28-60%的氧化铝——氧化铝Al2O3。

纯铝是丹麦物理学家 H. Oersted 于 1825 年首次获得的，尽管它是自然界中最常见的金属。

铝的生产是通过在 950°C 的温度下在冰晶石熔体 NaAlF4 中电解氧化铝 Al2O3 进行的。

铝的主要特性：密度 — 2.7 × 103 kg / m3，铝在 20 °C 时的比热 — 0.21 cal / deg，熔点 — 658.7 °C，铝的沸点 — 2000 °C，线膨胀系数为铝（在约 20°C 的温度下）：— 22.9 × 106 (1 / deg)

铝合金是通过在其中加入铜、硅、镁、锌、锰等合金添加剂而获得的，可提高其强度并改善其他性能。

硬铝（duralumin，duralumin，源自合金开始工业生产的德国城市的名称）- 铝熔体（碱）含铜（Cu：2.2-5.2%）、镁（Mg：0.2-2.7%）、锰（Mn : 0.2-1%)。硬化和老化，通常衬有铝。是航空和交通工程的结构材料。

Silumin — 铝（基础）与硅（Si：4-13%）的轻合金，有时高达 23% 和一些其他元素：Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Be）。它生产复杂配置的零件，主要用于汽车和航空工业。

Magnalia——含镁（Mg：1-13%）等元素的铝合金（基体），具有高耐蚀性、良好的焊接性、高塑性。它们用于制造模压铸件（铸镁）、板材、线材、铆钉等。 （可变形木兰花）。

就应用范围而言，铝合金仅次于钢和铸铁。

关于铝的一些有趣事实：

• 成人体内的铝含量高达 140 毫克，

• 汽车每20万公里使用1公斤铝材可节省10多升汽油，

• 甚至苹果也含有铝 — 高达 150 毫克/千克，

• 构成我们星球上壳层的每 20 个原子中就有一个铝原子，

• 成人每天对铝的需求量估计为 2.45 毫克。

铝导体合金具有较低的比电导率（约为退火铜的 56%），其用途与电工铝相同。此类合金用于满足高强度、蠕变和其他特殊要求。铝制轮胎根据 GOST 15176-89 由合金 AD31 和 AD31T 生产，较少使用 AD0。

2007年世界原铝消费量为3752万吨，比2006年增加318.4万吨（9.3%）。2007年世界原铝产量比2006年增加402.4万吨，达到3802万吨。

铜制品制造商

俄罗斯市场上最大的铜生产商——MMC Norilsk Nickel

我国第二大蜂蜜生产商是 UMMC 控股公司。

俄罗斯市场的第三大参与者是俄罗斯铜业公司。 CJSC“俄罗斯铜业公司”包括在俄罗斯四个地区以及哈萨克斯坦境内运营的 11 家企业

市场上有几家工厂生产的铜轮胎：Kamensk-Uralsky OCM、Kolchuginsky OCM、Artemovsky OCM、Kirovsky OCM。 Kirovsky 和 ​​Kolchuginsky OCM 是 OJSC UMMC 的一部分。

技术和价格

由于生产铜总线的技术是众所周知的，并且在所有工厂中几乎都是相同的，因此价格/质量比对消费者来说是最重要的。国内企业——行业龙头目前生产优质产品，相互竞争，主要是价格。但谈到铜母线的质量，值得注意的是杂质，即使是非常少量的杂质，也会显着降低铜的导电性。因此，婚姻在这里没有立足之地。

与此同时，外国和本地企业提供创新的解决方案，使他们能够生产具有明确定义的质量参数的产品。此外，在特别关键的时刻，铜轮胎的生产是根据我们自己的，有时是原创的解决方案进行的。

例如，OJSC «KUZOTSM» 生产铜银合金集电带。这种合金在操作特性上优于铜，而且与铜与镉的合金不同，它对环境无害。该工厂还生产许多关键的电气配置文件。特别是，这些是矩形铜电气型材，例如半刚性轮胎、增加表面覆盖率的实心轮胎：具有不同硬度的部分小边全圆角的轮胎等。

半刚性轮胎是为了满足英国BS1432表面质量要求而制造的，并获得半刚性机械性能。轮胎由经过中间退火的两个拉拔道次的压制坯料制成，与传统的实心轮胎制造方案相比，精加工的变形程度有所降低。

表面纯度更高的轮胎，用于后续的银电解涂层，在接触点提供最高的导电性，这就对其表面粗糙度提出了特殊要求（根据 GOST 2789-73，Rz≤0.63 微米）。客户要求的粗糙度指标是在 KUZOTsM 通过多种技术方法实现的——在拉拔过程中使用增加的总压下量，在拉拔完成之前额外准备拉拔表面，以及对复合和整体模具的特殊形状通道进行相应处理.上述保证的粗糙度水平（Rz≤0.63微米）允许在轮胎表面均匀地施加给定厚度的涂层。通过这种方式，可以创建具有低接触电阻和高导电性的接触表面。

截面小边全圆的轮胎，即曲率半径等于轮胎厚度的一半，与传统轮胎相比具有一定的优势：由于没有弯曲，绝缘涂层的耐磨性增加在型材的拐角处，实现了铜的显着节省，并且截面上当前负载分布的指标是改进的轮胎。

几个月后，俄罗斯电气产品制造商与其外国竞争对手之间的关系将进入一个新阶段。这是由于加入世贸组织。一方面，加入世贸组织为俄罗斯制造商打开了国外市场。另一方面，加入世贸组织意味着进口关税的强制性减免，3-4年内应该减免近一倍半。主要的竞争将是产品的质量。

N.亚历山德罗夫。金属和价格