Алюминий в электротехнике

Проводниковые алюминиевые сплавы

В целом ряде случаев в электротехнике использование проводникового алюминия затруднено, а часто и просто невозможно из-за его низкой механической прочности. Упрочненный холодной деформацией проводниковый алюминий теряет свою прочность при температурах около 100° С.

Повышение механической прочности алюминия возможно за счет введения легирующих добавок, т. е. создания сплавов. В этом случае механическая прочность возрастает, вызывая заметное повышение электрического сопротивления.

При создании проводниковых сплавов необходимо выполнение следующих основных требований.

Выбирать такие легирующие элементы (или добавки), которые наряду с увеличением прочностных свойств, мало повышали бы электрическое сопротивление алюминия.

Легирующие добавки должны повышать температуру рекристаллизации алюминия и его устойчивость от воздействия температур.

Введение легирующих добавок должно быть направлено на улучшение его технологических свойств: способности к сварке, пайке и др.

Для удовлетворения нужд электротехнической промышленности необходим целый ряд сплавов с различным сочетанием свойств прочности, пластичности и электропроводности. В этом отношении определяющее значение имеет сумма легирующих добавок.

Влияние различных легирующих элементов на изменение физико-механических свойств проводникового алюминия

Основным фактором в упрочнении твердого раствора алюминия считается степень и характер искажения его кристаллической решетки. Степень искажения кристаллической решетки зависит от разницы атомных диаметров алюминия и легирующего элемента: чем больше отличается атомный диаметр элемента, тем сильнее он искажает кристаллическую решетку алюминия.

При введении в алюминии магния и циркония (имеющих больший атомный диаметр) параметр решетки твердого раствора увеличивается. Обратная картина наблюдается при введении таких легирующих добавок, как цинк, медь, кремний.

Упрочнение твердого раствора на основе алюминия зависит также от предела растворимости легирующего элемента; чем больше предел растворимости, тем интенсивнее упрочнение. М. Захаров и Т. Лисовская, исследуя влияние различных легирующих элементов на электропроводность и прочность алюминия, показали, что наибольший рост твердости отмечается при введении малорастворимых легирующих элементов: железа циркония, марганца, хрома, титана, кальция, магния. Эти элементы существенно отличаются по атомным диаметрам от алюминия. Хорошо растворимые цинк и серебро оказывают меньший эффект на упрочнение, что показано на рис. 3-1.

Так как электропроводность является основным параметром проводникового материала, то легирующие элементы следует выбирать с учетом их влияния на изменение электрического сопротивления.

М. Захаров и Т. Лисовская все исследованные ими легирующие элементы (для алюминия) условно разбили на три группы.

<34 м/ом мм 2 —это хром, литий, марганец, бериллий, цирконий, титан.

м/ом-мм2)—кремний, цинк, медь, олово, кальций, железо, серебро, висмут, церий, никель, сурьма, молибден.

— магний и вольфрам.

Изменение электропроводности алюминия по данным этих авторов показано на рис. 3-2.

.

Из всех исследованных авторами легирующих добавок меньшее повышение электрического сопротивления вызывают добавки церия (табл. 3-1).

Вводимые в качестве упрочнителей легирующие элементы повышают устойчивость алюминия к нагревам, другими словами, повышают температуру рекристаллизации. В табл. 3-2 приведены данные температуры рекристаллизации алюминия в зависимости от введения некоторых легирующих элементов. Максимальная температура рекристаллизации отмечена у алюминия с добавками циркония.