Проводимость алюминия в электротехнической промышленности
По данным Международного института алюминия (IAI), мировой спрос на алюминий в электронной промышленности в ближайшие годы вырастет с 8 млн тонн до 12 млн тонн. В то же время спрос на медь, по прогнозам, достигнет аналогичного уровня - около 13 миллионов тонн. В связи с этим возникает важный вопрос: как на самом деле ведет себя алюминий в качестве проводящего материала? Для дизайнеров, разработчиков продукции и предприятий, стремящихся воспользоваться преимуществами экономичности и легкости алюминия, понимание его электропроводности имеет большое значение. В этой статье мы рассмотрим алюминиевые проводники, электрические характеристики алюминия и его потенциал в качестве альтернативы меди и другим проводящим металлам.
Металлические свойства алюминия
Знаете ли вы, что алюминий - самый распространенный металл на Земле и занимает 13-е место в периодической таблице? Несмотря на то что он распространен повсеместно, чистый алюминий в природе не встретишь - его приходится добывать из бокситовой руды с помощью промышленных процессов.
По способности проводить электричество алюминий занимает четвертое место после серебра, меди и золота. Не все сплавы алюминия одинаково проводят электричество, но природные свойства этого металла делают его отличным выбором для электротехнических применений. Алюминий легкий, легко обрабатывается и очень устойчив к коррозии. Это означает, что он легко формируется в провода и легко сваривается, что делает установку и обслуживание простым делом.
Забавный факт: число 13 не просто так - оно обозначает количество электронов, вращающихся вокруг атома алюминия. Именно то, как расположены эти электроны, обеспечивает алюминию впечатляющую электропроводность.
Электропроводность алюминия по сравнению с другими металлами
Испытания на электропроводность алюминия не только помогают определить марку сплава, но и определить, подвергался ли он термической обработке, поскольку термическая обработка изменяет уровень электропроводности. Каждый сплав и метод обработки имеет свой собственный рейтинг IACS (Международный стандарт отожженной меди).
Существуют различия в электропроводности как между алюминиевыми сплавами, так и между алюминием и другими металлами. В этой таблице из ResearchGate сравнивается электропроводность алюминия с электропроводностью нескольких известных металлов.
| Рейтинг | Металл | Электропроводность (S * m-1) |
|---|---|---|
| 1 | Серебро | 66.7 * 106 |
| 2 | Медь | 64.1 * 106 |
| 3 | Золото | 49.0 * 106 |
| 4 | Алюминий | 40.8 * 106 |
| 5 | Родий | 23.3 * 106 |
| 6 | Цинк | 18.2 * 106 |
Как измерить электропроводность
Электропроводность показывает, насколько хорошо металл проводит электричество, и измеряется в сименсах на метр (S/m). Чтобы проверить электропроводность алюминия, вот что нужно сделать: Сначала пропустите через образец алюминия ток известной силы. Затем, используя щупы, измерьте падение напряжения между двумя точками образца. Получив эти значения, вы можете легко рассчитать электропроводность по стандартной формуле. Это несложный процесс, который дает четкое представление о том, насколько эффективно алюминий проводит электрический ток.
Электропроводность алюминия
Алюминий известен как один из лучших металлов для проведения электричества, уступающий только чистой меди. Электропроводность проводников из чистого алюминия составляет 33,3×10⁷ С/м. Чтобы было проще сравнивать, мы обычно рассматриваем проводимость алюминия относительно чистой меди, которая используется в качестве промышленного стандарта, называемого Международным стандартом отожженной меди (IACS). Проводимость алюминия составляет около 61% IACS - это означает, что алюминий проводит электричество с эффективностью, равной 61% эффективности меди.
Благодаря своей экономичности и низкому электрическому сопротивлению алюминий широко используется в электрооборудовании. Стоит также отметить, что алюминий имеет небольшой вес - примерно 30% от плотности меди, что делает его идеальным выбором для воздушных силовых кабелей. Фактически, в большинстве линий электропередач используются алюминиевые проводники, и даже бытовое электричество обычно подается по алюминиевой проводке.
Как алюминий проводит электричество
Способность алюминия проводить электричество обусловлена его атомной структурой и способом соединения атомов. По сути, электричество - это поток заряда, часто электронов, через материал. В атоме алюминия центр (ядро) заполнен протонами и нейтронами, а внешние электроны удерживаются лишь слабо. Эти внешние электроны могут свободно перемещаться.
Когда атом алюминия теряет один из своих внешних электронов, он превращается в положительно заряженный ион алюминия. В куске алюминия атомы упакованы вплотную друг к другу, и их внешние электроны образуют так называемое "море свободных электронов". Когда на кусок алюминия подается напряжение, эти свободные электроны устремляются к положительному концу. Это движение электронов и создает электрический ток - вот основная причина, по которой алюминий так хорошо проводит электричество.
Почему медь является лучшим проводником, чем алюминий?
Несмотря на то, что алюминий является отличным проводником электричества, медь по-прежнему остается лучшим выбором для большинства проводов. На это есть несколько причин: медь более пластична, имеет характерный внешний вид, а также прочнее и тверже алюминия. Но самое главное, с точки зрения электричества, медь имеет более низкое удельное электрическое сопротивление, поэтому при одинаковой длине и размере медный провод просто лучше проводит электричество, чем алюминиевый.
Все дело в том, как электроны перемещаются по каждому металлу. В меди свободные электроны имеют меньше "фононных столкновений" - это крошечные прерывания, вызванные вибрациями в атомах, которые могут рассеивать электроны и замедлять ток. Несмотря на то, что в алюминии больше свободных электронов, его электроны с большей вероятностью будут рассеяны этими колебаниями, что увеличивает сопротивление. Именно поэтому медь остается лучшим вариантом, когда требуется самая высокая проводимость.
Марки алюминиевых сплавов и электропроводность
Хотя чистый алюминий является отличным проводником, в большинстве реальных применений используется алюминий, прошедший обработку, легированный или с добавлением примесей. Алюминиевые сплавы сортируются по сортам, начиная с серии 1000 и заканчивая серией 8000. Серия 1000 имеет самую высокую чистоту и, следовательно, самую лучшую проводимость. Например, алюминий марки EC (например, 1350 Al), входящий в серию 1000, обладает отличной электрической и тепловой проводимостью, с проводимостью около 61% IACS. Другие марки, такие как AA-8006 и AA-8011, также являются хорошими проводниками и широко используются в алюминиевой проволоке и строительстве. Серия 2000 в основном включает медные сплавы, а серия 6000 сочетает магний и кремний с алюминием.
Как обработка поверхности влияет на проводимость алюминия
Способ обработки поверхности алюминия может изменить его электрическое поведение. Естественно, алюминий образует очень тонкий оксидный слой, который является непроводящим. Для повышения долговечности алюминий часто анодируют, что приводит к утолщению этого оксидного слоя и повышению коррозионной стойкости, но при этом создается изолирующий слой, который не проводит электричество. Другие виды обработки, такие как порошковое покрытие, термообработка, покраска или пластиковые покрытия, также могут влиять на проводимость. Иногда анализ соотношения измеренной электропроводности проводника и его значения IACS помогает определить, какому типу термообработки он подвергался.
Где используется алюминий в электротехнической и электронной продукции
Провода и кабели
Алюминиевые провода популярны для воздушных линий электропередачи, поскольку они гораздо легче медных - примерно на треть веса, что позволяет минимизировать провисание кабеля. В то время как медь по-прежнему предпочитают использовать в домах и на стройплощадках, алюминий широко применяется в промышленности и на электростанциях. Высокопроизводительные алюминиевые провода серии 8000 в некоторых случаях используются даже для домашней проводки.
Электрические компоненты
Благодаря хорошей проводимости и небольшому весу алюминия, от маленьких разъемов до крупных электронных устройств, его предпочитают использовать для изготовления многих электрических компонентов. Он также широко используется в электромобилях, где алюминиевые корпуса двигателей и другие детали помогают компенсировать большой вес батарей.
Теплоотводы
Отличная теплопроводность алюминия делает его идеальным материалом для изготовления радиаторов, которые помогают охлаждать электронику, такую как компьютеры, процессоры, осветительные приборы и усилители. Максимально эффективно рассеивая тепло, алюминиевые радиаторы обеспечивают бесперебойную и эффективную работу устройств.
Возможности обработки алюминиевых профилей
Как ведущий производитель алюминиевой экструзии Располагаясь в Китае, мы стремимся обеспечить высококачественные алюминиевые профили для широкого спектра отраслей промышленности. Наши возможности начинаются с разработки и изготовления пресс-форм на заказ, обеспечивая точную экструзию форм, отвечающих конкретным потребностям наших клиентов. От экструзии сырья до финишной обработки поверхности и передовой механической обработки - наши полностью интегрированные производственные процессы позволяют нам поставлять алюминиевые профили, которые отвечают строгим стандартам и удовлетворяют уникальным требованиям каждого проекта.
На нашем производстве установлено более 40 современных экструзионных линий, оснащенных передовым оборудованием, таким как мощный 6000-тонный экструзионный пресс. Это позволяет создавать алюминиевые профили различных размеров и форм, начиная от стандартных промышленных применений и заканчивая специализированными изделиями, такими как профили с терморазрывом для элитных дверей и окон. Гибкость наших возможностей по экструзии позволяет нам обслуживать широкий спектр отраслей, включая строительство и точное машиностроение.
Мы обладаем опытом разработки и производства экструзионных пресс-форм на собственном производстве, что обеспечивает точность и эффективность изготовления алюминиевых профилей. Наша опытная команда работает в тесном сотрудничестве с клиентами, разрабатывая индивидуальные пресс-формы на основе чертежей или образцов, обеспечивая оптимальную производительность в соответствии с их конкретными требованиями. Как правило, процесс изготовления пресс-формы занимает около 7 дней, после чего мы предоставляем образцы для подтверждения клиентом перед началом полномасштабного производства.
Для повышения долговечности и визуальной привлекательности мы предлагаем различные решения по обработке поверхности. К ним относятся анодирование для повышения коррозионной стойкости, порошковое покрытие для получения яркой отделки, фторуглеродное покрытие для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям и технология передачи текстуры древесины для создания элегантных, естественных дизайнов. Эти виды обработки могут настраиваться в соответствии с конкретными эстетическими и функциональными потребностями, гарантируя, что профили не только хорошо работают, но и выглядят исключительно привлекательно.
Чтобы обеспечить комплексные решения по производству алюминиевых профилей, мы предлагаем широкие возможности по дальнейшей обработке. Наши услуги включают обработку на станках с ЧПУ, фрезерование, нарезание резьбы, сверление, прецизионную резку, штамповку, сварку и сборку. Такой спектр возможностей изготовления позволяет нам поставлять готовые к использованию профили, соответствующие точным спецификациям проекта, обеспечивая непревзойденную гибкость и надежность для наших клиентов.
Экструзия алюминия на заказ от нас
На сайте НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ HTSМы специализируемся на изготовлении алюминиевых экструзионных профилей на заказ, отвечающих вашим уникальным требованиям. Располагая современными производственными мощностями и более чем 40 экструзионными линиями, мы поставляем высококачественные, точно спроектированные профили для широкого спектра отраслей промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную, строительную и другие.
Наши услуги по экструзии на заказ включают в себя:
- Индивидуальные сечения: Создавайте уникальные алюминиевые профили с помощью наших экспертных возможностей по изготовлению штампов, адаптированных к конкретным потребностям вашего проекта.
- Разнообразные виды отделки поверхности: Улучшите внешний вид и долговечность ваших профилей с помощью таких опций, как анодирование, порошковое покрытие, полировка и др.
- Прецизионная обработка: Обеспечьте точность размеров с помощью резки, сверления, фрезерования и расширенной обработки.
- Гибкие температуры: Выберите из множества видов термообработки, включая T5, T6 и другие, чтобы добиться идеальных механических свойств для вашего применения.
Партнерство с НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ HTS для инновационных, экономически эффективных и надежных решений в области алюминиевой экструзии на заказ, которые обеспечат успех вашего проекта.
Сопутствующие изделия из алюминия
