Мідь і алюміній в електротехніці

Без провідників - нікуди

Мідь (лат. Cuprum) - один з семи металів, відомих з глибокої давнини. Значні запаси мідних руд знаходяться в США, Чилі, Росії (Урал), Казахстані (Джезказган), Канаді, Замбії і Заїрі.

Мідь входить до складу більше 150 мінералів, промислове застосування знайшли 17 з них, в тому числі: борніт (Cu5FeS4), халькопірит (мідний колчедан - CuFeS2), халькозин (мідний блиск - Cu2S), ковеллин (CuS), малахіт (Cu2 (OH ) 2 [CO3]). Переробка сульфідних руд дає близько 80% від всієї видобутої міді.

У природі Зустрічається і самородна мідь.

Чистий мідь - ковкий і м`який метал в зламі рожевого кольору, досить тяжкий, хороший провідник тепла і електрики, просто піддається обробці тиском. Саме ці чесноти дозволяють використовувати вироби з міді в електротехніці - в даний час більше 70% всієї виробленої міді йде на випуск електротехнічних вироби. Для виробів з максимальною електропровідністю, вживають так звану «безкисневого» мідь. В інших випадках придатна і технічно чиста мідь, що містить 0,02-0,04% кисню.

До основних рис міді: питома вага - 8,93 г / см3, температура плавлення - 1083 ° С, питомий електричний опір міді при 20 ° С 0,0167 Ом * мм2 / м. Чистий мідь володіє високою електронною провідністю (на другому місці після срібла). Саме ця якість міді вживають в промисловості для виробництва електротехнічних шин з міді.

Мідні шини робляться по ГОСТ 434-78. Стану в якому поставляються мідні шини споживачеві: чи не відпалений (маркування - Т-тверде), відпаленим (М-м`яке) і ТБ-тверді шини, зроблені з безкисневої міді.

У деформованому стані міцність міді вище, ніж у відпаленого металу, а значення електропровідності знижені.

Сплави, що підвищують міцність і поліпшують інші характеристики міді, отримують введенням в неї добавок, таких, як цинк, олово, кремній, свинець, алюміній, марганець, нікель. На сплави йде більше 30% міді.

Латуні - сплави міді з цинком (міді від 60 до 90% і цинку від 40 до 10%) - міцніше міді і менш схильні до окислення. При присадці до латуні кремнію і свинцю збільшуються її антифрикційні властивості, при присадці олова, алюмінію, марганцю та нікелю зростає протикорозійного стійкість. Листи, литі вироби вживаються в машинобудуванні, особливо в хімічному, в оптиці і приладобудуванні, у виробництві сіток для целюлозно-паперової промисловості.

Бронзи. Раніше бронзами називали сплави міді (80-94%) і олова (20-6%). В даний час створюють безолов`яні бронзи, звані по головному услід за міддю компоненту.

Алюмінієві бронзи містять 5-11% алюмінію, володіють високими механічними властивостями в поєднанні з антикорозійною стійкістю.

Свинцеві бронзи, що містять 25-33% свинцю, вживають головним чином для виробництва підшипників, що працюють при високому тиску і великих швидкостях ковзання.

Кремнієві бронзи, що містять 4-5% кремнію, використовують як дешеві замінники олов`яних бронз.

Берилієві бронзи, що містять 1,8-2,3% берилію, відрізняються твердістю після гарту і високою пружністю. Їх застосовують для виробництва пружин і пружних виробів.

Кадмієві бронзи - сплави міді з невеликим кількості кадмію (до1%) - вживають при виробництві тролеїв, для виробництва арматури водопровідних і газових ліній і в машинобудуванні.

Припої - сплави кольорових металів, що використовуються при пайку для отримання цільного паяного шва. Посеред жорстких припоев відомий мідносеребряних сплав (44,5-45,5% Ag- 29-31% Cu- інше - цинк).

У Росії мідні шини виготовляють декількох заводів: Каменськ-Уральський ОЦМ, Кольчугинский ОЦМ, Кіровський ОЦМ.

Світове виробництво міді в 2007 році зросла на 2,5% в порівнянні з 2006 р і склало 17,76 млн. Тонн. Споживання міді в 2007 році зросла на 4%, при цьому мідне споживання Китаю злетіло на 25% за рік, в той час як мідне споживання в США різко впало на 20%.

Алюміній і його сплави

Алюміній і ряд сплавів на його основі знаходять застосування в електротехніці, завдяки непоганій електропровідності, корозійної стійкості, маленькому питомій вазі, і, що важливо, найменшою ціною, в порівнянні з міддю і її провідниковими сплавами.

Залежно від величини питомого електроопору, алюмінієві сплави поділяють на провідникові і сплави з підвищеним електронним опором.

Питома електронна провідність електротехнічного алюмінію марок А7Е і А5Е становить близько 60% від провідності отожженной міді з міжнародного стандарту. Технічний алюміній ПЕКЛО0 і електротехнічний А5Е вживають для виробництва проводів, кабелів і шин. Застосування в електротехнічній промисловості отримали низьколеговані сплави алюмінію системи Al-Mg-Si АД31, АД31.

У земній корі міститься 8,8% алюмінію. Це 3-ий за поширеністю в природі елемент після кисню і кремнію і перший - посеред металів. Він входить до складу глин, польового шпату, слюди. Відомо кілька сотень мінералів Al (алюмосилікати, боксити, алуніти і інші). Важливий мінерал алюмінію - боксит містить 28-60% глинозему - оксиду алюмінію Al2O3.

У чистому вигляді алюміній в перший раз був отриманий датським фізиком Х. Ерстед в 1825 році, хоча і є найпоширенішим металом в природі.

Створення алюмінію здійснюється електролізом глинозему Al2O3 в розплаві кріоліту NaAlF4 при температурі 950 ° C.

До основних рис алюмінію: щільність - 2,7 × 103 кг / м3, питома теплоємність алюмінію при 20 ° C - 0,21 кал / град, температура плавлення - 658,7 ° C, температура кипіння алюмінію - 2000 ° C, коефіцієнт лінійного розширення алюмінію (при температурі близько 20 ° C): - 22,9 × 106 (1 / град)

Сплави алюмінію, що підвищують його міцність і поліпшують інші характеристики, отримують введенням в нього легуючих добавок, таких, як мідь, кремній, магній, цинк, марганець.

Дуралюмин (дюраль, дюралюміній, від назви німецького містечка, де було почато промислове виробництво сплаву) - плав алюмінію (база) з міддю (Cu: 2,2-5,2%), магнієм (Mg: 0,2-2,7 %) марганцем (Mn: 0,2-1%). Піддається загартуванню і старіння, нерідко плакируют алюмінієм. Є конструкційним матеріалом дла авіаційного і транспортного машинобудування.

Силумін - легкі ливарні сплави алюмінію (база) з кремнієм (Si: 4-13%), час від часу до 23% і деякими іншими елементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). З нього виготовляють деталі складної конфігурації, головним чином в авто- і авіабудуванні.

Магналії - сплави алюмінію (база) з магнієм (Mg: 1-13%) і іншими елементами, які володіють високою корозійною стійкістю, непоганий сваріаемостью, найвищої пластичністю. З них виготовляють фасонні виливки (ливарні магналії), листи, дріт, заклепки і т. Д. (Деформуються магналії).

За широтою впровадження сплави алюмінію займають 2-е місце після сталі та чавуну.

Кілька цікавих фактів про алюміній:

• в тілі дорослої людини знаходиться до 140 мг алюмінію,
  

• 1 кг алюмінію в автомобілі зберігає більше 10 л бензину на кожні 200 тисяч км,

• алюміній міститься навіть в яблуках - до 150 мг / кг,
  

• кожен 20-й з атомів, що складають верхню оболонку нашої планети - це атом алюмінію,

• Добова потреба дорослої людини в алюмінії оцінюється в 2,45 мг.

При більш низькій питомій провідності (близько 56% від отожженной міді), алюмінієві провідникові сплави мають той же призначення, що і електротехнічний алюміній. Такі сплави використовують для забезпечення вимог високої міцності, повзучості і ін. Спеціальних вимог. Алюмінієві шини виготовляють по ГОСТ 15176-89 зі сплавів АД31 і АД31Т, рідше ПЕКЛО0.

Світове споживання первинного алюмінію в 2007 році склало 37,52 млн. Тонн, що на 3,184 млн. Тонн (або на 9,3%) більше, ніж у 2006 р Світове виробництво первинного алюмінію виросло в 2007 р на 4,024 млн. тонн в порівнянні з 2006 р і досягло 38,02 млн. тонн.

Виробники мідної продукції

Найбільший виробник міді на російському ринку - ГМК «Норільський нікель»

2-ий за величиною виробник міді в нашій країні - холдинг УГМК.

3-ий великий гравець російського ринку - «Російська мідна компанія». До складу ЗАТ «Російська мідна компанія» входять 11 підприємств, що діють в чотирьох областях Росії, а також на території Казахстану

На ринку знаходяться мідні шини декількох заводів: Каменськ-Уральського ОЦМ, Кольчугинского ОЦМ, Артемівського ОЦМ, Кіровського ОЦМ. Кіровський і Кольчугинский ОЦМ входять до складу ВАТ «УГМК».

Технології та ціни

Так, як розробка виробництва мідних шин відома, і на всіх заводах фактично схожа, для споживача на перший план виступає співвідношення ціна / якість. Російські підприємства - лідери галузі в даний час випускають якісну продукцію і змагаються між собою, в основному, за ціною. Але, кажучи про якість мідних шин, необхідно відзначити, що домішки навіть в дуже незначних кількостях значно знижують електропровідність міді. Тому шлюбу тут не місце.

У той же час зарубіжними і вітчизняними підприємствами пропонуються новаторські рішення, що дозволяють випускати продукцію з чітко заданими параметрами властивості. Більш того, в особливо відповідальних моментах виготовлення мідних шин відбувається за власними, час від часу незвичайним, рішенням.

Наприклад, ВАТ «КУЗОЦМ» випускає колекторні смуги зі сплаву міді з сріблом. Такий сплав перевершує мідь за експлуатаційними характеристиками, а на відміну від сплаву міді з кадмієм є екологічно чистим. Завод виробляє і цілий ряд електротехнічних профілів відповідального призначення. Зокрема це - мідні прямокутні електротехнічні профілі, такі, як напівтверді шини, тверді шини з підвищеною чистотою поверхні: шини з повним заокругленням малих сторін перетину різної твердості і ін.

Шини напівтверді випускаються для задоволення вимог ВS1432 британських еталонів за якістю поверхні і отримання механічних параметрів, що відповідають напівтвердих станом. Шини робляться з пресованої заготовки за два проходи волочіння з проміжним відпалом, а чистове волочіння проводиться зі зниженою ступенем деформації в порівнянні з традиційною схемою виробництва жорстких шин.

Шини з підвищеною чистотою поверхні, створені для наступного електролітичного покриття їх сріблом, що забезпечує найбільшу електропровідність в місці контакту, і це диктує особливі вимоги до шорсткості їх поверхні (Rz≤0,63 мкм по ГОСТ 2789-73). Необхідний замовником показник шорсткості досягнутий на КУЗОЦМ цілим рядом технологічних прийомів - застосуванням завищених сумарних обтиснень під час волочіння, додатковою підготовкою поверхні протягання перед чистовим волочінням, відповідної обробкою каналу спеціальної форми складових і монолітних волочив. Позначений вище гарантований рівень шорсткості (Rz≤0,63 мкм) дозволяє забезпечити нанесення покриттів даної, однорідної по поверхні шини товщини. Тим вдається зробити контактні поверхні, що володіють малим перехідним опором і високою електропровідністю.

Шини з повним заокругленням малих сторін перетину, тобто з радіусом заокруглення, рівним половині товщини шини володіють певними перевагами в порівнянні з традиційними: збільшується зносостійкість ізоляційного покриття внаслідок відсутності його вигинів в кутах профілю, досягається значна економія міді, поліпшуються характеристики розподілу струмового навантаження по перетину шини.

Через кілька місяців справи російських виробників електротехнічної продукції і їх зарубіжних суперників повинні перейти в нову стадію. Це пов`язано зі вступом в СОТ. З одного боку, вступ до СОТ відкриває перед вітчизняними виробниками зовнішній ринокС іншого боку, вступ до СОТ означає неодмінна зниження ввізних експортних мит, які повинні зменшитися за 3-4 роки мало не в півтора рази. І головна конкуренція буде в якості продукції.

Н. Александров. Метали і ціни