Что тверже медь или алюминий

Как отличить медь от алюминия

История сплавов алюминия с медью начинается с опытов Х. Эрстеда в 1825 году, когда он хотел получить чистый Al методом электролиза. В действительности он получил некий состав, в который входили и другие элементы, участвующие в эксперименте.

Дальнейшие опыты по открытию чистого алюминия провёл Ф. Велер в 1827 году, когда получил 30 грамм порошка Al, а в 1845 году — расплавленные шарики. Однако метод получения был слишком трудоёмким и требовал усовершенствования.

В 1856 году А. Девиль разработал со своей исследовательской группой промышленный метод получения алюминия и открыл первое его массовое производство. В 1886 году П. Эру и Ч. Холл открыли электролитический способ, который оказался дешевле и эффективнее химического.

С 1888 по 1895 в Нейгаузене (Швейцария) открываются предприятия по массовому производству Al.

В 1906 году А. Вильм на собственном предприятии начинает разрабатывать высокопрочные алюминиево-медные сплавы. Путем опытов он получил образец, который обладал свойством самоупрочнения. Его производство было продолжено в 1911 году в Германии.

Массовые исследования сплавов пришлись на период с 1920 по 1940 год в СССР, Германии, США. Стали явно разделяться два направления экспериментов — изучение чистых и легированных составов.

Определение магнитом

Совпадение по цвету – достоверный, но не достаточный способ идентификации. Вторым шагом самостоятельных экспериментов будет проба с магнитом. Химически чистая медь относится к диамагнетикам – т.е. к веществам, не реагирующим на магнитное воздействие. Если исследуемый материал притягивается к магниту, то это – сплав, в котором содержание основного вещества не более 50%. Однако, даже если образец не среагировал на магнит, радоваться рано, поскольку нередко под медным покрытием спрятана алюминиевая основа, которая тоже не магнитится (исключить подобное можно с помощью надпиливания или среза).

Состав и структура

Фазовая диаграмма состояния алюминиевых сплавов Al-Cu имеет следующие особенности:

1. Максимальная растворимость меди в алюминии в твёрдой фазе составляет 5,65%, которая снижается с понижением температуры. Это делает возможным проведение закалки и старения. Фаза CuAl2 играет роль упрочняющей по методу растворов, придаёт механическую и термическую прочность.
2. Эвтектическая точка находится на 33% концентрации меди, состоит из хрупкой, но прочной фазы CuAl2, которая делает материал непригодным для практического применения. Большое количество меди существенно повышает плотность образцов. Для литья используются сплавы с концентрацией от 1 до 1,5% (для получения упрочнения) и от 6 до 8% (чтобы исключить количество хрупкой фазы CuAl2).
3. Хорошая растворимость Cu в Al и низкая температура плавления эвтектики +5480С становятся причиной появления широкого интервала кристаллизации.

Низкая жидкотекучесть, образование пор, трещин, ликвация — характерные признаки необходимости поиска компромисса между литейными и прочностными свойствами.

Основным легирующим элементом является медь, которая приводит к созданию неравновесной эвтектической фазы. Поэтому при термообработке закалкой проводят ступенчатый нагрев расплава до +5300С с последующей выдержкой до получения стабильной фазы.

Значительное количество электронов проводимости в сплавах Cu-Al существенно снижают удельное электросопротивление до уровня менее 0,02 мкОм*м. Наличие примесей железа или легирующих элементов на данную величину практически не влияют.

Алюминий

personal-ua.com — всё о работе в Украине!

Медь характеризуется тремя отличительными параметрами: цветом, высокой пластичностью и устойчивостью к коррозии. Антикоррозийные свойства материалу обеспечивает тонкая оксидная пленка, покрывающая его поверхность.

Чистая медь обладает розовато-красным цветом. Рассматривать металл желательно при естественном свете. Искусственное освещение придает меди желто-зелёный оттенок. Исключением являются светодиодные лампы теплых цветовых температур — цвета меди они не меняют.

Важный момент: перед осмотром изделия удалите слой оксида, придающий голубовато-зеленый оттенок.

Зрительный метод идентификации меди, безусловно, самый доступный. Однако, к сожалению, не всегда действенный. Сходной с медью окраской характеризуется обогащенный медью алюминий, имеющий желтоватый цвет. Также сложности могут возникнуть при идентификации луженой меди (обладает серебристой окраской). Кстати, оба сплава используются для изготовления кабеля. Потому, если, например, возникнет ситуация, когда нужно будет узнать из чего сделан кабель, зрительный анализ не поможет.

Проще всего отличить медь от алюминия с помощью измерения сопротивления. У стометрового медного провода сопротивление составляет 4-8 Ом, а у алюминиевого — 12-20 Ом. Главным плюсом такого способа является отсутствие повреждений кабеля.

Отличить медь от алюминия можно также испробовав изделие на прочность. Если несколько раз согнуть и разогнуть медный кабель, то с ним ничего не произойдет, а алюминиевый от аналогичных действий сломается.

Еще один метод — подержать изделие в огне. Алюминий уже при 600 °C начинает плавиться, температура же плавления меди — 1083 °C. Кстати, при нагревании медь достаточно быстро изменит цвет, поскольку покроется оксидной пленкой. Потому, используя данный способ, вы сможете отличить медь от алюминия и по цвету.

Альтернативный метод идентификации меди — использование азотной кислоты. Налейте на поверхность предмета несколько капель реактива. Если исследуемое изделие состоит из меди, то в зоне контакта окрасится в сине-зеленый цвет. Алюминий же к воздействию азотной кислоты устойчив.

Как отличить медь от бронзы Как отличить медь от латуни Как отличить медь Сдать чугун на металлолом Классификация цветных металлов

Информация для соискателя: Разместите резюме, чтобы работодатель смог найти Вас: создать резюме |разместить резюме в интернете бесплатно

Работодателю на заметку: Чтобы повысить эффективность поиска кандидатов, которые отвечают требованиям вакансии, обязательно разместите вакансию: разместить объявление о вакансии | добавить вакансию и просматривайте резюме

Характеристики и свойства сплава

Применение алюминия в чистом виде не выгодно по причине его малой прочности. Даже в изготовлении электронных компонентов он практически не применяется.

Свойства алюминия при добавлении меди существенно улучшаются: сохраняется пластичность, повышается прочность. В однофазных сплавах отсутствует текучая жидкая фаза, которая способна заполнять пустоты, образуемых в процессе усадки, снимать внутренние напряжения. Трудные составы имеют сложный процесс твердения и необходимо применять особые меры в процессе литья.

Существуют такие виды сплавов:

• деформируемые, получаемые путём термической закалки и последующего старения — используются в средне нагружаемых конструкциях, выпускаются в виде проволоки, прутка, листов, профилей и труб;
• литейные — используются для отливки сложных конструкций, обладают высокой прочностью, плохо поддаются пайке.

Чтобы улучшить литейные свойства смеси, в состав добавляют немного кремния, который увеличивает текучесть, снижает вероятность растрескивания. Негативным фактором является понижение уровня пластичности.

Механические свойства сплавов с содержанием меди от 9 до 11%:

• высокая прочность от 500 МПа;
• износостойкость;
• самоупрочнение;
• жаростойкость.

Для улучшения характеристик используются легирующие элементы:

• марганец и титан формируют интерметаллиды, которые находятся по границам дендритных ячеек Cu-Al образуют твёрдый каркас, применяются для повышения жаропрочности образцов;
• кремний повышает механические свойства, на снижает литейные, может применяться без термической обработки.

Изготовление

Медные сплавы с алюминием производят методом расплавления в электрических печах. Особенностью является возможность многократных циклов плавки и твердения, при которых не теряются основные свойства.

Сначала расплавляют алюминий, затем в него добавляют медь, а после получения однородного состава и легирующие элементы (железо, марганец, магний). Следующим этапом является закалка, которая позволяет избавиться от метастабильных фаз и добиться однородной плотности. Время выдержки выбирается на основе используемых легирующих компонентов и процентного содержания меди.

Определение по цвету

Итак, перед нами кусок неизвестного материала, который необходимо идентифицировать как медь. Упор на термин «материал», а не «металл», сделан специально, так как в последнее время появилось немало композитов, которые по внешним признакам и тактильным ощущениям очень похожи на металлы.

В первую очередь рассматриваем цвет. Это желательно делать при дневном свете или «теплом» светодиодном освещении (под «холодными» светодиодами красноватый оттенок меняется на желто-зеленый). Идеально, если для сравнения есть медная пластинка или проволока – в этом случае ошибка в цветовосприятии практически исключена.

Важно: старые медные изделия могут быть покрыты окислившимся слоем (зеленовато-голубым рыхлым налетом): в этом случае цвет металла нужно смотреть на срезе или спиле.

Где применяют сплав

Применение конструкций из алюминиево-медных сплавов:

• пищевая промышленность;
• автомобиле-, корабле- и самолётостроение;
• отделочные декоративные материалы;
• для защиты металлических изделий от коррозии;
• в электротехнике — радиоэлементы, высоковольтные линии передач, кабеля;
• в качестве отражателей света в лампах;
• для изготовления дорожных знаков, указателей, таблиц.

Изделия из сплава

Для тех, кто знаком с электротехникой

Очень часто в качестве лома цветных металлов сдаются медные жилы от электрических кабелей, и нередки случаи, когда при производстве электротехнической продукции используется медненый алюминий. Этот материал имеет значительно меньшую плотность, но из-за неправильной геометрической формы определить объем для расчета плотности довольно сложно. В этом случае определить медь можно по электрическому сопротивлению (естественно, при наличии соответствующих приборов – вольтметра, амперметра, реостата). Измеряем сечение и длину жилы, снимаем показания приборов, и – закон Ома вам в помощь. Удельное сопротивление – достаточно точная характеристика, по которой можно с высокой долей достоверности идентифицировать любой металл.

Достоинства и недостатки

• высокая прочность, пластичность;
• хорошая обрабатываемость —резание, штамповка, ковка, вытяжка, литьё;
• сохранение механических свойств до температуры +1750С;
• сверхпроводимость, позволяющая использовать образцы в научных исследованиях или применять в инновационных разработках;
• высокая коррозионная стойкость;
• возможность эксплуатации в деталях конструкций с повышенной взрывоопасностью;
• химическая нейтральность;
• простота сварки.

Основным недостатком является низкая коррозионная стойкость.

После закалки некоторое время сплав имеет отличную пластичность и ему можно придавать необходимую форму. Чтобы избежать чрезмерного образования дислокаций, требуется прогрев до +3500С с последующим остыванием в воздушной среде.

Твердость меди и алюминия

Медь – металл розово-красного цвета, относится к группе тяжелых металлов, является отличным проводником тепла и электрического тока. Электропроводность меди в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и в 6 раз выше, чем у железа.

Медь. Она имеет характерный красноватый цвет, в природе встречается в виде сернистых соединений, в окислах и очень редко в чистом виде. Медь маркируют буквой М. В зависимости от чистоты меди (ГОСТ 859-2001). Самая чистая медь – содержит 99,99% меди и 0,01% примесей. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Она обладает хорошей электропроводностью. Из нее изготовляют проводники электрического тока – провода и кабели.

Химические свойства меди

Медь – малоактивный металл, который не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако, медь растворяется в сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной).

Медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Однако, во влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, поверхность металла покрывается зеленоватым налетом (патиной).

Основные физические свойства меди

Температура плавления °C

Температура кипения °C

Плотность, γ при 20°C, кг/м³

Удельная теплоемкость при постоянном давлении, Ср при 20°C, кДж/(кг•Дж)

Температурный коэффициент линейного расширения, а•10 6 от 20 до 100°C, К -1

Удельное электрическое сопротивление, р при 20°C, мкОм•м

Теплопроводность λ при 20°C, Вт/(м•К)

Удельная электрическая проводимость, ω при 20°C, МОм/м

Механические свойства меди

Предел прочности на разрыв, σ МПа

Относительное удлинение после разрыва, δ ψ%

Относительное сужение, после разрыва, %

Твердость по Бринеллю, НВ

При отрицательных температурах медь имеет более высокие прочностные свойства и более высокую пластичность, чем при температуре 20°С. Признаков холодноломкости техническая медь не имеет. С понижением температуры увеличивается предел текучести меди и резко возрастает сопротивление пластической деформации.

Применение меди

Такие свойства меди, как электропроводность и теплопроводность, обусло- вили основную область применения меди – электротехническая промыш- ленность, в частности, для изготовления проводов, электродов и т. д. Для этой цели применяется чистый металл (99,98-99,999%), прошедший электролитическое рафинирование.

Медь обладает многочисленными уникальными свойствами: устойчивостью к коррозии, хорошей технологичностью, достаточно долгим сроком службы, прекрасно сочетается с деревом, природным камнем, кирпичом и стеклом. Благодаря своим уникальным свойствам, с древнейших времен этот металл используется в строительстве: для кровли, украшения фасадов зданий и т. д. Срок службы медных строительных конструкций исчисляется сотнями лет. Кроме этого, из меди изготовлены детали химической аппаратуры и инструмент для работы с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами.

Очень важная область применения меди – производство сплавов. Один из самых полезных и наиболее употребляемых сплавов – латунь (или желтая медь). Ее главные составные части: медь и цинк. Добавки других элементов позволяют получать латуни с самыми разнообразными свойствами. Латунь тверже меди, она ковкая и вязкая, потому легко прокатывается в тонкие листы или выштамповывается в самые разнообразные формы. Одна беда: она со временем чернеет.

С древнейших времен известна бронза. Интересно, что бронза более легкоплавка по сравнению с медью, но по своей твердости превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Если еще 30-40 лет назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, то сегодня уже известны алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые, хромовые, циркониевые бронзы.

Медные сплавы, так же как и чистая медь, с давних пор используются для производства различных орудий, посуды, применяются в архитектуре и искусстве.

Медные чеканки и бронзовые статуи украшали жилище людей с древних времен. До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

Алюминий, свойства, применение.

Алюминий. Алюминий – мягкий металл белого цвета. Он добывается путем электролиза из алюминиевой руды – бокситов и хорошо поддается прокатке и ковке. Особенностями алюминия являются легкость, хорошая электропроводность (60% электропроводности меди) и высокая коррозийная стойкость.

По ГОСТ 3549-55 алюминий выпускается нескольких марок. Самой высокой по чистоте является марка АВ0000, содержащая 99,996% алюминия. Из алюминия изготовляют провода, кабели, змеевики (испарители) в холодильниках и т. д. Окислы алюминия безвредны.

Алюминий характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью, морозостойкостью. Важнейшим свойством алюминия является его малая плотность (примерно 2.70 г/куб.см). Температура плавления алюминия около 660 С.

Физико-химические, механические и технологические свойства алюминия очень сильно зависят от вида и количества примесей, ухудшая большинство свойств чистого металла. Основными естественными примесями в алюминии являются железо и кремний. Железо, например, присутствуя в виде самостоятельной фазы Fe-Al, снижает электропроводность и коррозионную стойкость, ухудшает пластичность, но несколько повышает прочность алюминия.

В зависимости от степени очистки первичный алюминий разделяют на алюминий высокой и технической чистоты (ГОСТ 11069-2001). К техническому алюминию относятся также марки с маркировкой АД, АД1, АД0, АД00 (ГОСТ 4784-97). Технический алюминий всех марок получают электролизом криолит-глиноземных расплавов. Алюминий высокой чистоты получают дополнительной очисткой технического алюминия. Особенности свойств алюминия высокой и особой чистоты рассмотрены в книгах

Важнейшее свойство алюминия – высокая электропроводность, по которой он уступает только серебру, меди и золоту. Сочетание высокой электропроводности с малой плотностью позволяет алюминию конкурировать с медью в сфере кабельно-проводниковой продукции.

На электропроводность алюминия кроме железа и кремния сильно влияет хром, марганец, титан. Поэтому в алюминии, предназначенном для изготовления проводников тока, регламентируется содержание ещё нескольких примесей. Так, в алюминии марки А5Е при допускаемом содержании железа 0.35%, а кремния 0.12%, сумма примесей Cr+V+Ti+Mn не должна превышать всего лишь 0.01%.

Электропроводность зависит от состояния материала. Длительный отжиг при 350 С улучшает проводимость, а нагартовка проводимость ухудшает.

Величина удельного электрического сопротивления при температуре 20 С составляет Ом*мм 2 /м или мкОм*м :

0.0277 – отожженная проволока из алюминия марки А7Е

0.0280 – отожженная проволока из алюминия марки А5Е

0.0290 – после прессования, без термообработки из алюминия марки АД0

Таким образом удельное электросопротивление проводников из алюминия примерно в 1.5 раза выше электросопротивления медных проводников. Соответственно электропроводность (величина обратная удельному сопротивлению) алюминия составляет 60-65% от электропроводности меди. Электропроводность алюминия растет с уменьшением количества примесей.

Температурный коэффициент электросопротивления алюминия (0.004) приблизительно такой же, как у меди.

Теплопроводность алюминия при 20 С составляет примерно 0.50 кал/см*с*С и возрастает с увеличением чистоты металла. По теплопроводности алюминий уступает только серебру и меди (примерно 0.90), втрое превышая теплопроводность малоуглеродистой стали. Это свойство определяет применение алюминия в радиаторах охлаждения и теплообменниках.

Другие физические свойства.

Алюминий имеет очень высокую удельную теплоемкость (примерно 0.22 кал/г*С). Это значительно больше, чем для большинства металлов (у меди – 0.09). Удельная теплота плавления также очень высока (примерно 93 кал/г). Для сравнения – у меди и железа эта величина составляет примерно 41-49 кал/г.

Отражательная способность алюминия сильно зависит от его чистоты. Для алюминиевой фольги чистотой 99.2% коэфициент отражения белого света равен 75%, а для фольги с содержанием алюминия 99.5% отражаемость составляет уже 84%.

Коррозионные свойства алюминия.

Сам по себе алюминий является очень химически активным металлом. С этим связано его применение в алюмотермии и в производстве ВВ. Однако на воздухе алюминий покрывается тонкой (около микрона), пленкой окиси алюминия. Обладая высокой прочностью и химической инертностью, она защищает алюминий от дальнейшего окисления и определяет его высокие антикоррозионные свойства во многих средах.

Высокая пластичность алюминия позволяет производить фольгу (толщиной до 0.004 мм), изделия глубокой вытяжкой, использовать его для заклепок.

Алюминий технической чистоты при высоких температурах проявляет хрупкость.

Обрабатываемость резанием очень низкая.

Температура рекристаллизационного отжига 350-400 С, температура отпуска – 150 С.

Трудности сварки алюминия обусловлены 1) наличием прочной инертной окисной пленки, 2) высокой теплопроводности.

Тем не менее алюминий считается хорошо свариваемым металлом. Сварной шов имеет прочность основного металла (в отожженном состоянии) и такие же коррозионные свойства. Подробно о сварке алюминия см., например, www.weldingsite.com.ua.

Из-за низкой прочности алюминий применяется только для ненагруженных элементов конструкций, когда важна высокая электро- или теплопроводность, коррозионная стойкость, пластичность или свариваемость. Соединение деталей осуществляется сваркой или заклепками. Технический алюминий применяется как для литья, так и для производства проката.

Сплавы на основе меди, марки, применение.

В настоящее время считается, что бронзовому веку предшествовал период, когда оружие и инструменты человек делал из меди. В то же время из употребления не исчезли еще кремниевые орудия, поэтому его называют каменно-медным веком.

Трудно установить точно, когда именно люди начали добывать и обрабатывать металлы. Можно лишь предположить, какие из металлов первыми нашли применение. Очевидно, это были металлы, которые в природе встречаются в виде самородков. К таким наиболее распространенным металлам относятся медь и золото. Скорее всего, золото и было первым металлом, который люди начали использовать. Однако из-за низких механических свойств изготовлять орудия труда или оружие было нецелесообразно. Поэтому, очевидно, первые мелкие изделия, такие как наконечники для стрел и копий, выковывали из найденных самородков меди. Было обнаружено, что при холодной ковке медь не только принимает нужную форму, но и становится тверже. Затем люди открыли, что упрочненный ковкой металл можно снова сделать мягким, нагрев его на огне. В дальнейшем люди научились плавить медь и отливать ее в определенные формы.

Однако медь при всех своих достоинствах имела существенный недостаток – медные орудия труда и инструменты быстро затуплялись. Даже в холодноупрочненном состоянии свойства меди были не настолько высоки, чтобы заменить изделия из камня.

Решающую роль в этом направлении сыграли сплавы меди с другими элементами (бронзы). Основными преимуществами сплавов по сравнению с медью были их лучшие литейные свойства, значительно более высокие твердость и прочность, более сильное упрочнение при холодной деформации.

Наиболее распространенными леги­ру­ющими элементами в меди являются цинк, алюминий, олово, железо, кремний, мар­га­нец, бериллий, никель, которые существен­но повышают ее прочностные свойства. На рис. 66 показано влияние некоторых ле­гирующих элементов на предел прочности меди s_в, МПа. Легирующие элементы, по­вы­шая прочность, практически не снижают, а некоторые из них (алюминий, цинк, олово) даже повышают пластичность.

Медные сплавы, как и сплавы на основе алюминия, подразделяются на де­фор­ми­ру­емые и литейные, термически неупрочняемые. Однако наиболее часто медные спла­вы делят на латуни и бронзы (рис. 67).

Латунями называются сплавы на основе меди, в которых главным легирующим элементом является цинк. Бронзы – все сплавы меди (кроме латуней) с легирующими элементами.

Обозначение медных сплавов. Медные сплавы маркируются по химическому составу. Для этого используются буквы (табл. 12), обозначающие легирующие элементы и числа, показывающие количество элементов в массовых процентах (мас. %).

Латунь – сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк (от 5 до 45%). Марка латуни составляется из буквы "Л", указывающей тип сплава – латунь, и двузначной цифры, характеризующей среднее содержание меди. Например, марка Л80 – латунь, содержащая 80% Cu и 20% Zn. Латунь подразделяют на двойные и многокомпонентные. Двойные медно цинковые сплавы – простые или двойные латуни, многокомпонентные – специальные латуни. Двойные латуни, содержащие 88 – 97% меди, называют томпаком , а содержащие 79 – 80% меди – полутомпаком . Так же, в названиях латуней могут быть дополнительные обозначения характеризующие содержание других добавок (кроме меди и цинка). Например, ЛАЖМц66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66% Cu, 6% Al, 3% Fe и 2% Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23%. Такие латуни называются многокомпонентными.
Дополнительные добавки придают определённые свойства латуням:

Без проводников — никуда

Медь (лат. Cuprum) — один из семи металлов, известных с глубокой древности. Значительные запасы медных руд находятся в США, Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире.

Медь входит в состав более 150 минералов, промышленное применение нашли 17 из них, в том числе: борнит (Cu5FeS4), халькопирит (медный колчедан — CuFeS2), халькозин (медный блеск — Cu2S), ковеллин (CuS), малахит (Cu2(OH)2[CO3]). Переработка сульфидных руд дает около 80% от всей добываемой меди.

В природе Встречается и самородная медь.

Чистая медь — ковкий и мягкий металл в изломе розоватого цвета, достаточно тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, легко подвергается обработке давлением. Именно эти качества позволяют применять изделия из меди в электротехнике — в настоящее время более 70% всей производимой меди идет на выпуск электротехнических изделия. Для изделий с максимальной электропроводностью, используют так называемую «безкислородную» медь. В иных случаях годна и технически чистая медь, содержащая 0,02-0,04% кислорода.

Основные характеристики меди: удельный вес — 8,93 г/cм3, температура плавления — 1083°С, удельное электрическое сопротивление меди при 20°С 0,0167 Ом*мм2/м. Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра). Именно это качество меди используют в промышленности для изготовления электротехнических шин из меди.

Медные шины изготавливаются по ГОСТ 434-78. Состояния в котором поставляются медные шины потребителю: не отожженная (маркировка — Т-твердое), отожженным (М-мягкое) и ТВ-твердые шины, изготовленные из бескислородной меди.

В деформированном состоянии прочность меди выше, чем у отожженного металла, а значения электропроводности понижены.

Сплавы, повышающие прочность и улучшающие другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни — сплавы меди с цинком (меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) — прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы . Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

Свинцовые бронзы , содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Кремниевые бронзы , содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

Бериллиевые бронзы , содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

Кадмиевые бронзы — сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) — используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои — сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное — цинк).

В России медные шины изготавливают нескольких заводов: Каменск-Уральский ОЦМ, Кольчугинский ОЦМ, Кировский ОЦМ.

Мировое производство меди в 2007 году выросло на 2,5% по сравнению с 2006 г. и составило 17,76 млн. тонн. Потребление меди в 2007 году выросло на 4%, при этом медное потребление Китая взлетело на 25% за год, в то время как медное потребление в США резко упало на 20%.

Алюминий и его сплавы

Алюминий и ряд сплавов на его основе находят применение в электротехнике, благодаря хорошей электропроводности, коррозионной стойкости, небольшому удельному весу, и, что немаловажно, меньшей стоимостью, по сравнению с медью и ее проводниковыми сплавами.

В зависимости от величины удельного электросопротивления, алюминиевые сплавы подразделяют на проводниковые и сплавы с повышенным электрическим сопротивлением.

Удельная электрическая проводимость электротехнического алюминия марок А7Е и А5Е составляет порядка 60% от проводимости отожженной меди по международному стандарту. Технический алюминий АД0 и электротехнический А5Е используют для изготовления проводов, кабелей и шин. Применение в электротехнической промышленности получили низколегированные сплавы алюминия системы Al-Mg-Si АД31, АД31Е.

В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния и первый — среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60% глинозема — оксида алюминия Al2O3.

В чистом виде алюминий впервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и является самым распространенным металлом в природе.

Производство алюминия осуществляется электролизом глинозема Al2O3 в расплаве криолита NaAlF4 при температуре 950°C.

Основные характеристики алюминия: плотность — 2,7×103 кг/м3, удельная теплоемкость алюминия при 20°C — 0,21 кал/град, температура плавления — 658,7°C, температура кипения алюминия — 2000°C, коэффициент линейного расширения алюминия (при температуре около 20°C) : — 22,9 × 106(1/град)

Сплавы алюминия, повышающие его прочность и улучшающие другие свойства, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава) — плав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин — легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Из него изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

Магналии — сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Из них изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т. д. (деформируемые магналии).

По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Несколько интересных фактов про алюминий:

в теле взрослого человека присутствует до 140 мг алюминия,

1 кг алюминия в автомобиле экономит более 10 л бензина на каждые 200 тысяч километров,

алюминий содержится даже в яблоках — до 150 мг/кг,

каждый 20-й из атомов, слагающих верхнюю оболочку нашей планеты — это атом алюминия,

суточная потребность взрослого человека в алюминии оценивается в 2,45 мг.

При более низкой удельной проводимости (около 56% от отожженной меди), алюминиевые проводниковые сплавы имеют то же назначение, что и электротехнический алюминий. Такие сплавы используют для обеспечения требований высокой прочности, ползучести и др. специальных требований. Алюминиевые шины изготавливают по ГОСТ 15176-89 из сплавов АД31 и АД31Т, реже АД0.

Мировое потребление первичного алюминия в 2007 г. составило 37,52 млн. тонн, что на 3,184 млн. тонн (или на 9,3%) больше, чем в 2006 г. Мировое производство первичного алюминия выросло в 2007 г. на 4,024 млн. тонн по сравнению с 2006 г. и достигло 38,02 млн. тонн.

Производители медной продукции

Крупнейший производитель меди на российском рынке — ГМК «Норильский никель»

Второй по величине производитель меди в нашей стране — холдинг УГМК.

Третий крупный игрок российского рынка — «Русская медная компания». В состав ЗАО «Русская медная компания» входят 11 предприятий, действующих в четырех областях России, а также на территории Казахстана

На рынке присутствуют медные шины нескольких заводов: Каменск-Уральского ОЦМ, Кольчугинского ОЦМ, Артемовского ОЦМ, Кировского ОЦМ. Кировский и Кольчугинский ОЦМ входят в состав ОАО «УГМК».

Технологии и цены

Так, как технология изготовления медных шин известна, и на всех заводах практически одинакова, для потребителя на первый план выступает соотношение цена/качество. Отечественные предприятия — лидеры отрасли в настоящее время выпускают качественную продукцию и соревнуются между собой, в основном, по цене. Но, говоря о качестве медных шин, стоит отметить, что примеси даже в очень незначительных количествах существенно снижают электропроводность меди. Поэтому браку здесь не место.

В то же время зарубежными и отечественными предприятиями предлагаются новаторские решения, позволяющие выпускать продукцию с четко заданными параметрами качества. Более того, в особо ответственных моментах изготовление медных шин происходит по собственным, иногда оригинальным, решениям.

Например, ОАО «КУЗОЦМ» выпускает коллекторные полосы из сплава меди с серебром. Такой сплав превосходит медь по эксплуатационным характеристикам, а в отличие от сплава меди с кадмием является экологически чистым. Завод производит и целый ряд электротехнических профилей ответственного назначения. В частности это — медные прямоугольные электротехнические профили, такие, как полутвердые шины, твердые шины с повышенной чистотой поверхности: шины с полным закруглением малых сторон сечения различной твердости и др.

Шины полутвердые выпускаются для удовлетворения требований ВS1432 британских стандартов по качеству поверхности и получения механических свойств, отвечающих полутвердому состоянию. Шины изготавливаются из прессованной заготовки за два прохода волочения с промежуточным отжигом, а чистовое волочение проводится с пониженной степенью деформации по сравнению с традиционной схемой изготовления твердых шин.

Шины с повышенной чистотой поверхности, предназначенные для последующего электролитического покрытия их серебром, обеспечивающего наибольшую электропроводность в месте контакта, и это диктует особые требования к шероховатости их поверхности (Rz≤0,63 мкм по ГОСТ 2789-73). Требуемый заказчиком показатель шероховатости достигнут на КУЗОЦМ целым рядом технологических приемов — применением повышенных суммарных обжатий при волочении, дополнительной подготовкой поверхности протяжки перед чистовым волочением, соответствующей обработкой канала специальной формы составных и монолитных волок. Указанный выше гарантированный уровень шероховатости (Rz≤0,63 мкм) позволяет обеспечить нанесение покрытий заданной, однородной по поверхности шины толщины. Тем самым удается создать контактные поверхности, обладающие малым переходным сопротивлением и высокой электропроводностью.

Шины с полным закруглением малых сторон сечения, то есть с радиусом закругления, равным половине толщины шины обладают определенными преимуществами по сравнению с традиционными: повышается износостойкость изоляционного покрытия вследствие отсутствия его изгибов в углах профиля, достигается существенная экономия меди, улучшаются показатели распределения токовой нагрузки по сечению шины.

Через несколько месяцев отношения российских производителей электротехнической продукции и их зарубежных конкурентов должны перейти в новую стадию. Это связано со вступлением в ВТО. С одной стороны, вступление в ВТО открывает перед российскими производителями внешний рынокС другой стороны, вступление в ВТО означает обязательное снижение ввозных экспортных пошлин, которые должны уменьшиться за 3-4 года чуть ли не в полтора раза. И главная конкуренция будет в качестве продукции.

Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 1

Привет гиктаймс! Я решил опубликовать по частям свое руководство по материалам, используемым не только в электротехнике, но и вообще в технике, в том числе самодельщиками. С описанием, примерами применения, заметками по работе. Руководство написано максимально просто, и будет понятно всем, от школьника до пенсионера.

В этой части начинаем разбирать проводники — Серебро, Медь, Алюминий.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Введение, которое обычно никто не читает

Ковыряясь в поисках ответов на свои вопросы в разных учебниках по материаловедению, методичках, научпоп книгах я ужасался, насколько академический стиль изложения возводит стену между желающим узнать и знаниями. Насколько стремление авторов обойти острые грани, тёмные места превращает учебники в однородную бескрайнюю пустыню скуки и отчаяния. При этом запредельный уровень абстракции делает крайне сложным для неофита использование полученных знаний в практике. Поэтому я решил сделать свое руководство, с блекджеком и блудными девицами.

Это руководство — живое, по мере получения новых материалов, уточнений, комментариев от вас, дорогие читатели оно будет дополняться, изменяться, становиться лучше. Всегда самая свежая версия руководства лежит у меня на сайте в бложике Я обеими руками поддерживаю движение Open Source и Open Hardware, считаю, что обмен знаниями должен быть свободным, это принесет пользу для всех, поэтому пособие распространяется под лицензией Creative Commons 3.0 BY-NC-SA, что значит, вы можете делать с ним что угодно: выкладывать, распространять, модифицировать, соблюдая только три ограничения:

• Ссылка на меня обязательна (в.т.ч. производных работах).
• Зарабатывать на моем пособии без договоренности со мной нельзя (запрет на использование в коммерческих целях).
• Все производные работы должны распространяться на тех же условиях.

• Весь текст написан мной, и дополнен замечательными людьми, упомянутыми в разделе Благодарности. Я не включал информацию, в достоверности или актуальности которой я бы сомневался. Поэтому доля брехни по тексту в среднем ниже, чем в маркетинговых текстах перепродавцов-поставщиков, но выше, чем в хорошем советском учебнике.
• Большую часть материалов я хотя бы щупал, использовал в своих конструкциях, а не видел только на картинке.
• Пособие полностью (Чтобы быть до конца честным — за исключением одной картинки, которую пришлось рисовать в чем умел.) подготовлено с использованием OpenSource продуктов (Linux, GIMP, LibreOffice, context). Просто из спортивного интереса.
• Некоторые разделы имеют пункт «Источники» — советы по поиску материалов — где купить, под какими названиями искать. Конечно, всё можно купить на Алиэкспресс и на Ebay, поэтому такой вариант не указывается. Пункт может быть полезен если материал нужен «здесь и сейчас».

Проводники:
*Серебро
*Медь
*Алюминий
*Железо
*Золото
*Никель
*Вольфрам
*Ртуть
Так себе проводники:
*Углерод
*Нихромы
*Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений
*Припои
*Олово
*Легкоплавкие припои
Прочие проводники
*Термопарные сплавы
*Оксид Индия-Олова
Диэлектрики (Совсем не проводники):
*Неорганические диэлектрики
**Фарфор
**Стекло
**Слюда
**Алюмооксидные керамики
**Асбест
**Вода
*Органические диэлектрики полусинтетические
**Бумага, картон
**Шёлк
**Воск, парафин
**Трансформаторное масло
**Фанера, ДСП
*Органические диэлектрики синтетические
**Материалы на базе фенол-формальдегидных смол
**Карболит (бакелит)
**Гетинакс
**Текстолит
**Стеклотекстолит
**Лакоткань
**Резина
**Эбонит
**Полиэтилен
**Полипропилен
**Полистирол, АБС-пластик
**Фторопласт-4 (политетрафторэтилен PTFE)
**Поливинилхлорид — ПВХ
**Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)
**Силиконы
**Полиимид
**Полиамиды
**Полиметилметакрилат — ПММА
**Поликарбонат
*График истории промышленного применения полимеров
*Изоленты
**Прорезиненная тканевая изолента
**Тканевые изоленты
**Резиновые самовулканизирующиеся изоленты
**Силиконовые самослипающиеся ленты
**Полиимидная лента
**ПВХ изоленты
**Канцелярская липкая лента «скотч»
*Изоляционные трубки
**Трубка из ПВХ — «кембрик»
**Фторопластовая трубка
**Стеклотканевая с силиконом
**Термоусадочная трубка
*Дополнительные сведения о полимерах

Проводники

Двадцатый век — век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических полимерных материалов, человек использовал в конструировании металлы и материалы природного происхождения — дерево, кожу и т.д. Сегодня мы завалены пластмассовыми изделиями, начиная от одноразовой посуды, заканчивая тяжелонагруженными деталями двигателей автомобилей. Пластмассы во многом превосходят металлы, но никогда не вытеснят их полностью, поэтому рассказ начнется с металлов. Металлам посвящены сотни книг, дисциплина, посвященная им, называется «металловедение».

Нас интересуют металлы с точки зрения электронной техники. Как проводники, как часть электронных приборов. Все остальные применения — например такие, как конструкционные материалы, в данное пособие пока не вошли.

Главное для электронной техники свойство металлов — это способность хорошо проводить электрический ток. Посмотрим на таблицу удельного сопротивления различных металлов:

Металл	Удельное сопротивление Ом*мм2/м
Серебро	0,015. 0,0162
Медь	0,01724. 0,018
Золото	0,023
Алюминий	0,0262. 0,0295
Иридий	0,0474
Вольфрам	0,053. 0,055
Молибден	0,054
Цинк	0,059
Никель	0,087
Железо	0,098
Платина	0,107
Олово	0,12
Свинец	0,217. 0,227
Титан	0,5562. 0,7837
Висмут	1,2

Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.

Серебро

Ag — Серебро. Драгоценный металл. Серебро — самый дешевый из драгоценных металлов, но, тем не менее, слишком дорог, чтобы делать из него провода. На 5% лучшая электропроводность по сравнению с медью, при разнице в цене почти в 100 раз.

Примеры применения

В виде покрытий проводников в СВЧ технике. Ток высокой частоты, из-за скинэффекта течет по поверхности проводника, а не в его толще, поэтому тонкое покрытие волновода серебром дает бОльший прирост проводимости, чем покрытие серебром проводника для постоянного тока.

В сплавах контактных групп. Контакты силовых, сигнальных реле, рубильников, выключателей чаще всего изготовлены из сплава с содержанием серебра. Переходное сопротивление такого контакта получается ниже медного, он меньше подвержен окислению. Так как контакт обычно миниатюрен, стоимость этой малой добавки серебра к стоимости изделия незначительно. Хотя при утилизации большого количества реле, стоимость серебра делает целесообразным работу бокорезами по отделению контактов в кучку для последующего аффинажа.

Контакты силового реле на 16 Ампер. Согласно документации производителя
контакты содержат серебро и кадмий.

Различные реле. Верхнее реле имеет даже посеребренный корпус с характерной патиной. Содержание драгметаллов в изделиях, выпущенных в СССР было указано в паспортах на изделия.

В качестве присадки в припоях. Качественные припои (как твёрдые так и мягкие) часто содержат серебро.

Проводящие покрытия на диэлектриках. Например, для получения контактной площадки на керамике, на неё наносится суспензия из серебряных частиц с последующим запеканием в печи (метод «вжигания»).

Компонент электропроводящих клеев и красок. Электропроводящие чернила часто
содержат суспензию серебряных частиц. По мере высыхания таких чернил, растворитель
испаряется, частицы в растворе оказываются всё ближе, слипаясь и создавая проводящие
мостики, по которым может протекать ток. Хорошее видео с рецептом по созданию таких
чернил.

Недостатки

Несмотря на то, что серебро — благородный металл, он окисляется в среде с содержанием
серы:
4Ag + 2H₂S + O₂ → 2Ag₂S + 2H₂O

Образуется темный налет — «патина». Также источником серы может служить резина, по-
этому провод в резиновой изоляции и посеребренные контакты — плохое сочетание.
Потемневшее серебро можно очистить химически. В отличии от чистки абразивными пастами (в том числе зубной пастой) это самый нежный способ чистки, не оставляющий царапин.

Cu — медь. Основной металл проводников тока. Обмотки электродвигателей, провода в изоляции, шины, гибкие проводники — чаще всего это именно медь. Медь нетрудно узнать по характерному красноватому цвету. Медь достаточно устойчива к коррозии.

Примеры применения

Провода. Основное применение меди в чистом виде. Любые добавки снижают электропроводность, поэтому сердцевина проводов обычно — чистейшая медь.

Гибкие многожильные провода различного сечения.

Гибкие тоководы. Если проводники для стационарных устройств можно в принципе изготовить из любого металла, то гибкие проводники делают почти всегда только из меди, алюминий для этих целей слишком ломкий. Содержат множество тоненьких медных жилок.

Теплоотводы. Медь не только на 56% лучше алюминия проводит ток, но ещё имеет почти вдвое лучшую теплопроводность. Из меди изготавливают тепловые трубки, радиаторы, теплораспределяющие пластины. Так как медь дороже алюминия, часто радиаторы делают составными, сердцевина из меди, а остальная часть из более дешевого алюминия.

Радиаторы охлаждения процессора. Центральный стержень изготовлен из меди, он хорошо отводит тепло от кристалла процессора, а алюминиевый радиатор с развитым оребрением уже охлаждает сам стержень.

При изготовлении фольгированных печатных плат. Печатные платы, в любом электронном устройстве изготовлены из пластины диэлектрика, на который наклеена медная фольга. Все соединения между элементами печатной платы выполнены дорожками из медной фольги.

Техника сверхвысокого вакуума. Из металлов и сплавов только нержавеющая сталь и медь пригодны для камер сверхвысокого вакуума в таких приборах, как ускорители элементарных частиц или рентгеновские спектрометры. Все остальные металлы в вакууме слегка испаряются и портят вакуум.

Аноды рентгеновских трубок. В рентгеноструктурном анализе требуется монохроматическое рентгеновское излучение. Его источником зачастую является облучаемая электронами медь (спектральная линия Cu Kα), которая к тому же прекрасно отводит тепло. Если же требуется другое излучение (Co или Fe), его получают от маленького кусочка соответствующего металла на массивном медном теплоотводе. Такие аноды всегда охлаждаются проточной водой.

Интересные факты о меди

• Медь — достаточно дорогой металл, поэтому недобросовестные производители стараются экономить на нем. Занижают сечение проводов (когда написано 0,75 мм2, а фактически 0,11 мм2). Окрашивают алюминий «под медь» в обмотках, внешне обмотка выглядит как медная, а стоит соскрести изоляцию — оказывается, что она сделана из алюминия. Этим грешат и китайские, и отечественные производители, кабель сечением 2,5 мм2 вполне может оказаться сечением 2,3 мм2, поэтому запас прочности и входной контроль не будут лишними. Разумеется, надежность контакта в электроарматуре жилы сечением 2,3 мм2, рассчитанной на жилу 2,5 мм2, будет невысокой.
• Медь окрашивает пламя в зелёный цвет, это свойство использовали для обнаружения меди в руде, когда не был доступен химический анализ. Зеленый след в пламени — показатель наличия меди. (но не всегда, зеленую окраску пламени могут давать ионы бора)

Алюминий

Al — Алюминий. «Крылатый металл» четвертый по проводимости после серебра, золота и меди.
Алюминий хоть и проводит ток почти в полтора раза хуже меди, но он легче в 3,4 раза и в три
раза дешевле. А если посчитать проводимость, то эквивалентный медному проводник из
алюминия будет дешевле в 6,5 раз! Алюминий бы вытеснил медь, как проводник везде, если
бы не пара его противных свойств, но об этом в недостатках.

Чистый алюминий, как и чистое железо, в технике практически не применяется (исключения
— провода и фольга). Любой «алюминиевый» предмет состоит из какого-нибудь сплава алюминия. Сплавы могут содержать кремний, магний, медь, цинк и другие металлы. Их свойства отличаются очень сильно, и это необходимо учитывать при обработке. Ниже перечислены несколько самых распространенных марок алюминия:

• 1199. Чистый 99,99% алюминий. Бывает почти исключительно в виде фольги.
• 1050 и 1060. Чистый 99,5% и 99,6% соответственно. Из-за высокой теплопроводности иногда используется как материал для радиаторов. Мягок, легко гнется. Провода, пищевая фольга, посуда.
• 6061 и 6082. Сплавы: 6061 — Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 — Si, Mg, Mn. Первый более распространен в США, второй — в Европе. Легко точить, фрезеровать. Наилучший материал для самоделок. Прочен. Легко поддается сварке, паяется твердыми припоями. Легко анодируется. Плохо гнется. Не годится для литья.
• 6060. Состав: Mg, Si. Более мягок, чем 6061 и 6082, при обработке резанием слегка «пластилиновый», за что его не любят токари. Распространен и дешев, других особых преимуществ не имеет. Дешевый алюминиевый профиль из непонятного сплава имеет хорошиешансы оказаться им.
• 5083. Сплав с магнием (>4% Mg). Отличная коррозионная стойкость, устойчив в морской воде. Один из лучших вариантов для деталей, работающих под дождем. Тоже может встретиться в магазине стройматериалов, наряду с другими подобными марками.
• 44400, он же «силумин». Сплав с большим процентом кремния (Si >8%). Литейный. Низкая температура плавления, при пайке твердыми припоями риск расплавить саму деталь. Хрупок, при изгибе ломается. На изломе видны характерные кристаллы.
• 7075. 2,1-2,9% Mg, 5,1-6,1% Zn, 1,2-1,6% Cu. Очень своеобразный сплав, отличается даже цветом (пленка окислов слегка золотистая). Неожиданно твердый для алюминия, по твердости сравним с мягкой сталью. Плохо анодируется. Не паяется вообще. Не сваривается вообще. Не гнется и не куется вообще. Не годится для литья. Резанием обрабатывает ся отлично, прекрасно полируется. Хорош для ответственных деталей. Используется для винтов в велосипедах, в оружии (материал многих деталей винтовки M16).

Примеры применения

Слева старый алюминиевый провод. Справа алюминиевые кабели различного сечения,
пригодные для укладки в грунт. В частности кабелем справа был подключен к электроэнергии целый этаж здания. Кабель помимо наружной резиновой оболочки имеет бронирующую стальную ленту, для защиты нижележащей изоляции от повреждений, к примеру лопатой при раскопке.

Теплоотводы. Не только домашние батареи делают из алюминия, но и радиаторы у
микросхем, процессоров, делают из алюминия.

Различные алюминиевые радиаторы.

Корпуса приборов. Корпус жёсткого диска в вашем компьютере отлит из алюминиевого сплава. Небольшая добавка кремния улучшает прочностные качества алюминия, сплав силумин — это корпуса жёстких дисков, бытовых приборов, редукторов и т. д.

Анодированный алюминий (алюминий, у которого электрохимическим путем окисная пленка
на поверхности сделана потолще и прочнее) хорошо окрашивается и просто красив. Окисная
пленка (Al₂O₃ — из того же вещества состоят драгоценные камни рубины и сапфиры) достаточно твёрдая и износостойкая, но к сожалению алюминий под ней мягок, и при сильном воздействии ломается как лёд на воде.

Экраны. Электромагнитное экранирование часто делается из алюминиевой фольги или тонкой алюминиевой жести. Можете провести простой эксперимент, мобильный телефон
завернутый в фольгу потеряет сеть — он будет заэкранирован.

Отражающее покрытие у зеркал. Тонкая пленка алюминия на стекле отражает 89% падающего света (примерное значение, зависит от условий) (Серебро 98%, но на воздухе темнеет из-за сернистых соединений). Любой лазерный принтер содержит вращающееся зеркало, покрытое тонким слоем алюминия.

Зеркала от оптической системы планшетного сканера. Обратите внимание, оптические зеркала имеют металлизацию стекла снаружи, в отличии от привычных бытовых зеркал, где отражающее покрытие для защиты за стеклом. Бытовые зеркала дают двойное отражение — от поверхности стекла и от отражающего покрытия, что не так критично в быту, как защищенность отражающего покрытия.

Электроды обкладок конденсаторов. Алюминиевая фольга, разделенная слоем диэлектрика и туго свернутая в цилиндр — часть электрических конденсаторов (впрочем, для уменьшения габаритов конденсаторов фольгу заменяют алюминиевым напылением). Тот факт, что пленка оксида алюминия тонкая, прочная и не проводит ток, используется в электролитических конденсаторах, обладающими огромными для своих габаритов электрическими емкостями.

Недостатки

Алюминий — металл активный, но на воздухе покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет металл от разрушения и скрывает его активную натуру. Если не дать алюминию формировать стабильную защитную пленку, например капелькой ртути, алюминий активно реагирует с водой. В щелочной среде алюминий растворяется, попробуйте залить алюминиевую фольгу средством для прочистки труб — реакция будет бурная, с выделением взрывоопасного водорода. Химическая активность алюминия, в паре с большой разницей в электрооотрицательности с медью делает невозможным прямое соединение проводов из этих двух металлов. В присутствии влаги (а она в воздухе есть почти всегда) начинает протекать гальваническая коррозия с разрушением алюминия.

Два идентичных трансформатора от микроволновых печей. Левый вышел из строя по причине алюминиевых обмоток — отгорел провод от контакта — алюминий плохо паяется мягкими припоями, попытка обеспечить контакт также как и у медного провода привела к поломке.

Алюминий ползуч. Если алюминиевый провод очень сильно сжать, он деформируется
и сохранит новую форму — это называется «пластическая деформация». Если сжать его не
так сильно, чтобы он не деформировался, но оставить под нагрузкой надолго — алюминий
начнет «ползти» меняя форму постепенно. Это пакостное свойство ведет к тому, что хорошо
затянутая клемма с алюминиевым проводом спустя 5-10-20 лет постепенно ослабнет и будет
болтаться, не обеспечивая былого электрического контакта. Это одна из причин, почему ПУЭ
запрещает тонкий алюминиевый провод для разводки электроэнергии по потребителям в
зданиях. В промышленности не сложно обеспечить регламент — так называемая «протяжка»
щитка, когда электрик периодически проверяет затяжку всех клемм в щитке. В домашних же условиях, обычно пока розетка с дымом не сгорит — никто и не озаботится качеством контакта. А плохой контакт — причина пожаров.

Алюминий, по сравнению с медью, менее пластичный, риска от ножа на жиле, при сьёме изоляции с провода быстрее приведет к сломавшейся жиле, чем у меди, поэтому изоляцию с алюминиевых проводов надо счищать как с карандаша, под углом, а не в торец.

Интересные факты об алюминии

• Алюминий — хороший восстановитель, что используется для восстановления других металлов, например титана из состояния диоксида. Теодор Грей (Настоятельно рекомендую книги Теодора Грея «Элементы. Путеводитель по периодической таблице», «Научные опыты с периодической таблицей», «Эксперименты. Опыты с периодической таблицей». Они очень хорошо сделаны визуально, и опыты в них не приторно безопасные, как в большинстве современных пособий, могут и бабахнуть.) в домашних условиях проводил такой опыт. В смеси с окислом железа алюминиевая пудра образует термит— адская смесь, которая горит разогреваясь до 2400°С при этом восстанавливается железо и весело стекает вниз, что используется для сварки рельсов, иным способом такой кусок железа качественно и быстро не прогреть. Термитные карандаши позволяют в полевых условиях сваривать провода, а бравый спецназовец термитной горелкой пережжет дужку самого крепкого замка.
• Чтобы сделать бисквит нежным и воздушным используется пекарский порошок. Такой же порошок есть для того, что бы сделать пористым бетон — Алюминий + щелочь.
• Алюминий — активный металл, но он быстро покрывается окисной пленкой, которая защищает его от разрушения. Рубин, сапфир, корунд — это всё названия одного и того же вещества — оксида алюминия Al₂O₃ Белые точильные круги и бруски состоят из электрокорунда — оксида алюминия.

Источники

В крупных строительных магазинах (OBI, Leroy Merlin, Castorama) обычно есть в наличии алюминиевый профиль разных размеров и форм. Неплохим источником может послужить штампованная алюминиевая посуда — она очень дешева и существует разных форм. Но обратите внимание на марки. Если нужен 6061 и тем более 7075, придется покупать его у фирмы, специализирующейся по металлам.

Алюминий или медь, вечное противостояние

Использование меди в электротехнике получило распространение в прокладке коммуникаций, конструировании электрооборудования – двигателей и в качестве обмотки трансформатора.
В некоторых случаях использование меди не имеет альтернативы за счет ее преимуществ.

Положительные моменты

Не каждому электрику известны значения физических показателей меди. Но сравнение с алюминием определяет сильные стороны Cu:

1. Проводимость, которая не меняется из-за времени использования.
2. Срок службы. В домашних условиях надежная эксплуатация составляет не менее 50 лет.
3. Механическая прочность. Жила выдержит изгибание или скручивание до 10-15 раз.
4. Простота монтажа. Это преимущество связано с легкостью изгибания кабеля при прокладке, фиксации в разъемах розеток и выключателей.

Стоит помнить, что у меди вдвое меньше коэффициент теплового расширения по сравнению с алюминием. Это позволяет избегать деформации в точке крепления кабеля.

Негативные особенности

Повсеместное распространение меди не происходит по причине высокой стоимости Cu. Чаще медь выбирают, когда требуется долгосрочная проводка, способная выдержать большую нагрузку.
В качестве альтернативы рекомендуется выполнить силовой ввод из меди, а разводку для освещения доверить алюминиевым проводам.

В продаже также присутствует электропроводная продукция на основе сплава цинка, покрытого напылением меди. Такой кабель немного проигрывает по физическим параметрам «чистой» меди.

Еще одной слабой стороной красного металла является большая удельная масса по сравнению с Al. Показатель кратности составляет 1,85 к алюминию.

Свойства алюминия

В алюминии заложено редкое сочетание таких свойств, как:

• небольшой вес;
• пластика, электропроводность;
• возможность образовывать сплавы с другими металлами.

Поверхность алюминия всегда покрыта тончайшей оксидной плёнкой, которая является очень прочной и не позволяет алюминию подвергаться коррозии. Этот материал и в горячем, и в холодном состоянии легко поддаётся обработке давлением. Такие методы обработки, как прокатка, штамповка, волочение часто производятся на предприятии при производстве тех или иных деталей.

Ещё одна ценность алюминия заключается в том, что он не токсичен, не подвержен горению и не нуждается в дополнительной окраске: это делает его применение в авто- и авиастроении незаменимым элементом. Ковкость алюминия удивляет: из него удалось изготовить лист и очень тонкую проволоку толщиной всего в 4 микрона, а толщины фольги — добиться в три раза тоньше волоса человека.

Благодаря возможности алюминия образовывать соединения с большой группой химических элементов появилась большая группа сплавов. Например, сочетание алюминия и цинка используется в создании корпусов различных видов планшетов и телефонов, алюминий в сочетании магния и кремния используется при производстве различных типов двигателей, в составе элементов шасси и всевозможных двигателей. Различные сплавы применяются и в электроэнергетике.

Современная наука продолжает изучать и изобретать новейшие типы алюминиевых сплавов. Сегодня не существует ни одной отрасли промышленности, где бы не использовался алюминий. Можно с уверенностью сказать, что такие виды промышленности, как авиационная, космическая, энергетическая, автомобильная, пищевая, электронная получили своё современное развитие благодаря алюминию и его сплавам.

Нельзя не упомянуть о таком важном свойстве, как теплопроводность. Ведь именно это свойство металла требуется при производстве систем отопления, электропродукции, в авто- и авиастроении, при изготовлении тормозных систем и тому подобных. Теплоёмкость — это процесс переноса тепловой энергии в физических телах или их частицах от горячих объектов к холодным на основе закона Фурье. Конкурентом алюминия в данной области является медь.

Так какой же металл имеет большую теплопроводность? Это не совсем однозначный вопрос. Известно, что алюминий по теплопроводности уступает меди при средних температурах, но когда заходит речь о низких температурах, а именно при 50 К, тогда теплопроводность алюминия значительно возрастает, в то время как у меди теплопроводность становится ниже. Температура плавления алюминия составляет 933,61 К, это примерно 660 °C, в этот момент свойства Al, такие как теплопроводность и плотность, уменьшаются.

Алюминиевая проводка

Преимущественное использование легкого металла характерно для зданий постройки 60-х – 70-х годов двадцатого века. Основным критерием выбора серебристого металла называют доступность.

Еще алюминий не случайно называют крылатым металлом. О его небольшой удельной массе известно всем. Но не только это определяет долголетие в использовании этого элемента в электротехнике.

Достоинства

Небольшой вес алюминия используется при прокладке высоковольтных линий. В сравнительном аспекте принята пропорция, когда алюминий на 60 % легче, чем медная токопроводящая шина.
Среди прочих достоинств выделяются:

1. Невысокая стоимость. Цена играет роль, если учесть протяженность проводки в доме. Только для среднего коттеджа потребуется несколько километров кабеля.
2. Химическая стойкость к окислению. Эта особенность актуальна с учетом закрытия стержня пластиковой оплеткой.
3. Стойкость открытых участков алюминия. На поверхности металла образована защитная пленка, предохраняющая металл от внешних воздействий.

Незаменим Al и при изготовлении контактов в осветительных установках. Здесь металл вытеснил применявшуюся латунь.

Недостатки

Повсеместное использование алюминия не произошло по причине весомых недостатков, присущих металлу:

1. Высокое удельное сопротивление и вытекающая склонность к нагреву. С учетом этого свойства не допускается применять провод сечением менее 16 мм2.

1. Подверженность ослаблению металла в местах контакта при сильной нагрузке. Это связано с периодическим нагревом и последующим остыванием места крепления.
2. Проблематичность соединения участков алюминиевого кабеля. Препятствием – защитная пленка на поверхности.
3. Хрупкость. Даже без периодического нагрева склонна к переломам, в местах изгиба. Ресурс ограничен 25-30 годами.

Какое сопротивление меди и алюминия

Алюминий — это легкий металл, который легко поддается обработке и литью. Обладает высокой электропроводностью: он стоит на 4 месте после серебра, меди и золота.

Важно! Несмотря на ряд достоинств (невысокую стоимость, малый вес, простоту обработки и другие) в долгосрочной перспективе алюминиевые провода менее выгодны, чем медные.

В электротехнике значение имеют 2 термина:

• Электропроводность: отвечает за передачу тока от одной точки к другой. Чем выше проводимость металла, тем лучше он передает электричество. При +20 градусах проводимость меди составляет 59,5 миллионов сименс на метр (См/м), алюминия — 38 миллионов См/м. Проводимость медного кабеля практически не зависит от температуры.
• Электросопротивление: чем выше это понятие, тем хуже вещество будет пропускать ток. Удельное сопротивление меди составляет 0,01724-0,0180 мкОм/м, алюминия — 0,0262-0,0295.

Вам это будет интересно Особенности химических источников

Алюминиевые кабели востребованы не меньше медных

Иными словами, медь обладает более высокой проводимостью и меньшим сопротивлением, чем алюминий.

Почему нельзя соединять старую алюминиевую проводку и медные провода

При длительной эксплуатации возникает необходимость замены части электрического кабеля. Также в ходе ремонта проводится дополнительное разветвление проводки ради получения дополнительных точек электропитания.
В этой ситуации возникает необходимость стыковки алюминиевого и медного элементов.

Проблема соединения связана с двумя факторами:

1. Различное удельное сопротивление у двух металлов. Даже надежная скрутка будет подвергаться внешнему воздействию из-за большего теплового расширения алюминия.
2. Наличие оксидных пленок. Такие элементы есть у обоих веществ, но имеют различное сопротивление. Это способствует еще большему повышению температуры в месте соединения.

При эксплуатации под нагрузкой в точке контакта появляется искрение, что препятствует нормальной проводимости тока и создает условия для возникновения возгорания.

Несмотря на такую ситуацию, соединение меди и алюминия возможно. С этой целью используют специальные технологичные приемы:

• лужение при помощи паяльника и припоя – подходит для обработки медного провода;
• смазка – используется специальная смазка для предотвращения окисления металла в месте контакта;
• применение металлических переходников.

Среди представителей последней группы известны следующие приспособления:

1. Соединения типа «орешек». Представляют собой три параллельные пластины, где между двумя соседними элементами закладываются разные провода. Соединение укладывается в пластиковый короб.
2. Клеммные колодки. Распространенный и недорогой способ. При закладке проводов с двух сторон следует только не допускать касания внутри между собой.
3. Болтовое соединение. Такой способ отличается простотой конструкции при недоступности других способов. Два проводника разделены между собой шайбами подходящего диаметра, насаженные на болт.
4. Пружинные клеммы. Готовое изделие целесообразно применять при монтаже. Способ отличается простотой и надежностью крепления.

Любой способ позволяет уйти от возможного скручивания проводов, и повышает безопасность при использовании электрической энергии.

Применение меди

Такие свойства меди, как электропроводность и теплопроводность, обусло- вили основную область применения меди – электротехническая промыш- ленность, в частности, для изготовления проводов, электродов и т. д. Для этой цели применяется чистый металл (99,98-99,999%), прошедший электролитическое рафинирование.

Медь обладает многочисленными уникальными свойствами: устойчивостью к коррозии, хорошей технологичностью, достаточно долгим сроком службы, прекрасно сочетается с деревом, природным камнем, кирпичом и стеклом. Благодаря своим уникальным свойствам, с древнейших времен этот металл используется в строительстве: для кровли, украшения фасадов зданий и т. д. Срок службы медных строительных конструкций исчисляется сотнями лет. Кроме этого, из меди изготовлены детали химической аппаратуры и инструмент для работы с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами.

Очень важная область применения меди – производство сплавов. Один из самых полезных и наиболее употребляемых сплавов – латунь (или желтая медь). Ее главные составные части: медь и цинк. Добавки других элементов позволяют получать латуни с самыми разнообразными свойствами. Латунь тверже меди, она ковкая и вязкая, потому легко прокатывается в тонкие листы или выштамповывается в самые разнообразные формы. Одна беда: она со временем чернеет.

С древнейших времен известна бронза. Интересно, что бронза более легкоплавка по сравнению с медью, но по своей твердости превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Если еще 30-40 лет назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, то сегодня уже известны алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые, хромовые, циркониевые бронзы.

Медные сплавы, так же как и чистая медь, с давних пор используются для производства различных орудий, посуды, применяются в архитектуре и искусстве.

Медные чеканки и бронзовые статуи украшали жилище людей с древних времен. До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

Алюминий, свойства, применение.

Алюминий – мягкий металл белого цвета. Он добывается путем электролиза из алюминиевой руды – бокситов и хорошо поддается прокатке и ковке. Особенностями алюминия являются легкость, хорошая электропроводность (60% электропроводности меди) и высокая коррозийная стойкость.

По ГОСТ 3549-55 алюминий выпускается нескольких марок. Самой высокой по чистоте является марка АВ0000, содержащая 99,996% алюминия. Из алюминия изготовляют провода, кабели, змеевики (испарители) в холодильниках и т. д. Окислы алюминия безвредны.

Алюминий характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью, морозостойкостью. Важнейшим свойством алюминия является его малая плотность (примерно 2.70 г/куб.см). Температура плавления алюминия около 660 С.

Физико-химические, механические и технологические свойства алюминия очень сильно зависят от вида и количества примесей, ухудшая большинство свойств чистого металла. Основными естественными примесями в алюминии являются железо и кремний. Железо, например, присутствуя в виде самостоятельной фазы Fe-Al, снижает электропроводность и коррозионную стойкость, ухудшает пластичность, но несколько повышает прочность алюминия.

В зависимости от степени очистки первичный алюминий разделяют на алюминий высокой и технической чистоты (ГОСТ 11069-2001). К техническому алюминию относятся также марки с маркировкой АД, АД1, АД0, АД00 (ГОСТ 4784-97). Технический алюминий всех марок получают электролизом криолит-глиноземных расплавов. Алюминий высокой чистоты получают дополнительной очисткой технического алюминия. Особенности свойств алюминия высокой и особой чистоты рассмотрены в книгах

Важнейшее свойство алюминия – высокая электропроводность, по которой он уступает только серебру, меди и золоту. Сочетание высокой электропроводности с малой плотностью позволяет алюминию конкурировать с медью в сфере кабельно-проводниковой продукции.

На электропроводность алюминия кроме железа и кремния сильно влияет хром, марганец, титан. Поэтому в алюминии, предназначенном для изготовления проводников тока, регламентируется содержание ещё нескольких примесей. Так, в алюминии марки А5Е при допускаемом содержании железа 0.35%, а кремния 0.12%, сумма примесей Cr+V+Ti+Mn не должна превышать всего лишь 0.01%.

Электропроводность зависит от состояния материала. Длительный отжиг при 350 С улучшает проводимость, а нагартовка проводимость ухудшает.

Читать также: Ток зарядки аккумулятора автомобиля

Величина удельного электрического сопротивления при температуре 20 С составляет Ом*мм 2 /м или мкОм*м :

0.0277 – отожженная проволока из алюминия марки А7Е

0.0280 – отожженная проволока из алюминия марки А5Е

0.0290 – после прессования, без термообработки из алюминия марки АД0

Таким образом удельное электросопротивление проводников из алюминия примерно в 1.5 раза выше электросопротивления медных проводников. Соответственно электропроводность (величина обратная удельному сопротивлению) алюминия составляет 60-65% от электропроводности меди. Электропроводность алюминия растет с уменьшением количества примесей.

Температурный коэффициент электросопротивления алюминия (0.004) приблизительно такой же, как у меди.

Теплопроводность алюминия при 20 С составляет примерно 0.50 кал/см*с*С и возрастает с увеличением чистоты металла. По теплопроводности алюминий уступает только серебру и меди (примерно 0.90), втрое превышая теплопроводность малоуглеродистой стали. Это свойство определяет применение алюминия в радиаторах охлаждения и теплообменниках.

Другие физические свойства

Алюминий имеет очень высокую удельную теплоемкость (примерно 0.22 кал/г*С). Это значительно больше, чем для большинства металлов (у меди – 0.09). Удельная теплота плавления также очень высока (примерно 93 кал/г). Для сравнения – у меди и железа эта величина составляет примерно 41-49 кал/г.

Отражательная способность алюминия сильно зависит от его чистоты. Для алюминиевой фольги чистотой 99.2% коэфициент отражения белого света равен 75%, а для фольги с содержанием алюминия 99.5% отражаемость составляет уже 84%.

Коррозионные свойства алюминия.

Сам по себе алюминий является очень химически активным металлом. С этим связано его применение в алюмотермии и в производстве ВВ. Однако на воздухе алюминий покрывается тонкой (около микрона), пленкой окиси алюминия. Обладая высокой прочностью и химической инертностью, она защищает алюминий от дальнейшего окисления и определяет его высокие антикоррозионные свойства во многих средах.

Высокая пластичность алюминия позволяет производить фольгу (толщиной до 0.004 мм), изделия глубокой вытяжкой, использовать его для заклепок.

Алюминий технической чистоты при высоких температурах проявляет хрупкость.

Обрабатываемость резанием очень низкая.

Температура рекристаллизационного отжига 350-400 С, температура отпуска – 150 С.

Трудности сварки алюминия обусловлены 1) наличием прочной инертной окисной пленки, 2) высокой теплопроводности.

Тем не менее алюминий считается хорошо свариваемым металлом. Сварной шов имеет прочность основного металла (в отожженном состоянии) и такие же коррозионные свойства. Подробно о сварке алюминия см., например, www.weldingsite.com.ua.

Из-за низкой прочности алюминий применяется только для ненагруженных элементов конструкций, когда важна высокая электро- или теплопроводность, коррозионная стойкость, пластичность или свариваемость. Соединение деталей осуществляется сваркой или заклепками. Технический алюминий применяется как для литья, так и для производства проката.

Сплавы на основе меди, марки, применение.

В настоящее время считается, что бронзовому веку предшествовал период, когда оружие и инструменты человек делал из меди. В то же время из употребления не исчезли еще кремниевые орудия, поэтому его называют каменно-медным веком.

Трудно установить точно, когда именно люди начали добывать и обрабатывать металлы. Можно лишь предположить, какие из металлов первыми нашли применение. Очевидно, это были металлы, которые в природе встречаются в виде самородков. К таким наиболее распространенным металлам относятся медь и золото. Скорее всего, золото и было первым металлом, который люди начали использовать. Однако из-за низких механических свойств изготовлять орудия труда или оружие было нецелесообразно. Поэтому, очевидно, первые мелкие изделия, такие как наконечники для стрел и копий, выковывали из найденных самородков меди. Было обнаружено, что при холодной ковке медь не только принимает нужную форму, но и становится тверже. Затем люди открыли, что упрочненный ковкой металл можно снова сделать мягким, нагрев его на огне. В дальнейшем люди научились плавить медь и отливать ее в определенные формы.

Однако медь при всех своих достоинствах имела существенный недостаток – медные орудия труда и инструменты быстро затуплялись. Даже в холодноупрочненном состоянии свойства меди были не настолько высоки, чтобы заменить изделия из камня.

Решающую роль в этом направлении сыграли сплавы меди с другими элементами (бронзы). Основными преимуществами сплавов по сравнению с медью были их лучшие литейные свойства, значительно более высокие твердость и прочность, более сильное упрочнение при холодной деформации.

Наиболее распространенными леги­ру­ющими элементами в меди являются цинк, алюминий, олово, железо, кремний, мар­га­нец, бериллий, никель, которые существен­но повышают ее прочностные свойства. На рис. 66 показано влияние некоторых ле­гирующих элементов на предел прочности меди sв, МПа. Легирующие элементы, по­вы­шая прочность, практически не снижают, а некоторые из них (алюминий, цинк, олово) даже повышают пластичность.

Медные сплавы, как и сплавы на основе алюминия, подразделяются на де­фор­ми­ру­емые и литейные, термически неупрочняемые. Однако наиболее часто медные спла­вы делят на латуни и бронзы (рис. 67).

Латунями называются сплавы на основе меди, в которых главным легирующим элементом является цинк. Бронзы – все сплавы меди (кроме латуней) с легирующими элементами.

Обозначение медных сплавов.

Медные сплавы маркируются по химическому составу. Для этого используются буквы (табл. 12), обозначающие легирующие элементы и числа, показывающие количество элементов в массовых процентах (мас. %).

Латунь – сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк (от 5 до 45%). Марка латуни составляется из буквы «Л», указывающей тип сплава – латунь, и двузначной цифры, характеризующей среднее содержание меди. Например, марка Л80 – латунь, содержащая 80% Cu и 20% Zn. Латунь подразделяют на двойные и многокомпонентные. Двойные медно цинковые сплавы – простые или двойные латуни, многокомпонентные – специальные латуни. Двойные латуни, содержащие 88 – 97% меди, называют томпаком , а содержащие 79 – 80% меди – полутомпаком . Так же, в названиях латуней могут быть дополнительные обозначения характеризующие содержание других добавок (кроме меди и цинка). Например, ЛАЖМц66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66% Cu, 6% Al, 3% Fe и 2% Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23%. Такие латуни называются многокомпонентными. Дополнительные добавки придают определённые свойства латуням:

Читать также: Как подключить двойной выключатель на две люстры

• Марганец – повышает прочность и коррозионную стойкость, особенно в сочетании с алюминием, оловом и железом;
• Олово – повышает прочность и сильно повышает сопротивление коррозии в морской воде. Латуни, содержащие олово, часто называют морскими латунями;
• Никель – повышает прочность и коррозионную стойкость в различных средах;
• Свинец – ухудшает механические свойства, но улучшает обрабатываемость резанием. Обычно, такая латунь используется для обработки на станках автоматах и называется автоматной;
• Кремний – ухудшает твёрдость, прочность, но улучшает антифрикционные свойства латуни. Латуни обладают сравнительно высокими механическими свойствами и удовлетворительной коррозионной устойчивостью и, будучи наиболее дешевыми из медных сплавов, имеют широкое распространение во многих отраслях машиностроения.

Без проводников — никуда

Медь (лат. Cuprum) — один из семи металлов, известных с глубокой древности. Значительные запасы медных руд находятся в США, Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире.

Медь входит в состав более 150 минералов, промышленное применение нашли 17 из них, в том числе: борнит (Cu5FeS4), халькопирит (медный колчедан — CuFeS2), халькозин (медный блеск — Cu2S), ковеллин (CuS), малахит (Cu2(OH)2[CO3]). Переработка сульфидных руд дает около 80% от всей добываемой меди.

В природе Встречается и самородная медь.

Чистая медь — ковкий и мягкий металл в изломе розоватого цвета, достаточно тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, легко подвергается обработке давлением. Именно эти качества позволяют применять изделия из меди в электротехнике — в настоящее время более 70% всей производимой меди идет на выпуск электротехнических изделия. Для изделий с максимальной электропроводностью, используют так называемую «безкислородную» медь. В иных случаях годна и технически чистая медь, содержащая 0,02-0,04% кислорода.

Основные характеристики меди: удельный вес — 8,93 г/cм3, температура плавления — 1083°С, удельное электрическое сопротивление меди при 20°С 0,0167 Ом*мм2/м. Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра). Именно это качество меди используют в промышленности для изготовления электротехнических шин из меди.

Медные шины изготавливаются по ГОСТ 434-78. Состояния в котором поставляются медные шины потребителю: не отожженная (маркировка — Т-твердое), отожженным (М-мягкое) и ТВ-твердые шины, изготовленные из бескислородной меди.

В деформированном состоянии прочность меди выше, чем у отожженного металла, а значения электропроводности понижены.

Сплавы, повышающие прочность и улучшающие другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни — сплавы меди с цинком (меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) — прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы . Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

Свинцовые бронзы , содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Кремниевые бронзы , содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

Бериллиевые бронзы , содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

Кадмиевые бронзы — сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) — используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои — сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное — цинк).

В России медные шины изготавливают нескольких заводов: Каменск-Уральский ОЦМ, Кольчугинский ОЦМ, Кировский ОЦМ.

Мировое производство меди в 2007 году выросло на 2,5% по сравнению с 2006 г. и составило 17,76 млн. тонн. Потребление меди в 2007 году выросло на 4%, при этом медное потребление Китая взлетело на 25% за год, в то время как медное потребление в США резко упало на 20%.

Алюминий и его сплавы

Алюминий и ряд сплавов на его основе находят применение в электротехнике, благодаря хорошей электропроводности, коррозионной стойкости, небольшому удельному весу, и, что немаловажно, меньшей стоимостью, по сравнению с медью и ее проводниковыми сплавами.

В зависимости от величины удельного электросопротивления, алюминиевые сплавы подразделяют на проводниковые и сплавы с повышенным электрическим сопротивлением.

Удельная электрическая проводимость электротехнического алюминия марок А7Е и А5Е составляет порядка 60% от проводимости отожженной меди по международному стандарту. Технический алюминий АД0 и электротехнический А5Е используют для изготовления проводов, кабелей и шин. Применение в электротехнической промышленности получили низколегированные сплавы алюминия системы Al-Mg-Si АД31, АД31Е.

В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния и первый — среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60% глинозема — оксида алюминия Al2O3.

В чистом виде алюминий впервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и является самым распространенным металлом в природе.

Производство алюминия осуществляется электролизом глинозема Al2O3 в расплаве криолита NaAlF4 при температуре 950°C.

Основные характеристики алюминия: плотность — 2,7×103 кг/м3, удельная теплоемкость алюминия при 20°C — 0,21 кал/град, температура плавления — 658,7°C, температура кипения алюминия — 2000°C, коэффициент линейного расширения алюминия (при температуре около 20°C) : — 22,9 × 106(1/град)

Читать также: Паяльник с регулировкой температуры своими руками

Сплавы алюминия, повышающие его прочность и улучшающие другие свойства, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава) — плав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин — легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Из него изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

Магналии — сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Из них изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т. д. (деформируемые магналии).

По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Несколько интересных фактов про алюминий:

в теле взрослого человека присутствует до 140 мг алюминия,

1 кг алюминия в автомобиле экономит более 10 л бензина на каждые 200 тысяч километров,

алюминий содержится даже в яблоках — до 150 мг/кг,

каждый 20-й из атомов, слагающих верхнюю оболочку нашей планеты — это атом алюминия,

суточная потребность взрослого человека в алюминии оценивается в 2,45 мг.

При более низкой удельной проводимости (около 56% от отожженной меди), алюминиевые проводниковые сплавы имеют то же назначение, что и электротехнический алюминий. Такие сплавы используют для обеспечения требований высокой прочности, ползучести и др. специальных требований. Алюминиевые шины изготавливают по ГОСТ 15176-89 из сплавов АД31 и АД31Т, реже АД0.

Мировое потребление первичного алюминия в 2007 г. составило 37,52 млн. тонн, что на 3,184 млн. тонн (или на 9,3%) больше, чем в 2006 г. Мировое производство первичного алюминия выросло в 2007 г. на 4,024 млн. тонн по сравнению с 2006 г. и достигло 38,02 млн. тонн.

Производители медной продукции

Крупнейший производитель меди на российском рынке — ГМК «Норильский никель»

Второй по величине производитель меди в нашей стране — холдинг УГМК.

Третий крупный игрок российского рынка — «Русская медная компания». В состав ЗАО «Русская медная компания» входят 11 предприятий, действующих в четырех областях России, а также на территории Казахстана

На рынке присутствуют медные шины нескольких заводов: Каменск-Уральского ОЦМ, Кольчугинского ОЦМ, Артемовского ОЦМ, Кировского ОЦМ. Кировский и Кольчугинский ОЦМ входят в состав ОАО «УГМК».

Технологии и цены

Так, как технология изготовления медных шин известна, и на всех заводах практически одинакова, для потребителя на первый план выступает соотношение цена/качество. Отечественные предприятия — лидеры отрасли в настоящее время выпускают качественную продукцию и соревнуются между собой, в основном, по цене. Но, говоря о качестве медных шин, стоит отметить, что примеси даже в очень незначительных количествах существенно снижают электропроводность меди. Поэтому браку здесь не место.

В то же время зарубежными и отечественными предприятиями предлагаются новаторские решения, позволяющие выпускать продукцию с четко заданными параметрами качества. Более того, в особо ответственных моментах изготовление медных шин происходит по собственным, иногда оригинальным, решениям.

Например, ОАО «КУЗОЦМ» выпускает коллекторные полосы из сплава меди с серебром. Такой сплав превосходит медь по эксплуатационным характеристикам, а в отличие от сплава меди с кадмием является экологически чистым. Завод производит и целый ряд электротехнических профилей ответственного назначения. В частности это — медные прямоугольные электротехнические профили, такие, как полутвердые шины, твердые шины с повышенной чистотой поверхности: шины с полным закруглением малых сторон сечения различной твердости и др.

Шины полутвердые выпускаются для удовлетворения требований ВS1432 британских стандартов по качеству поверхности и получения механических свойств, отвечающих полутвердому состоянию. Шины изготавливаются из прессованной заготовки за два прохода волочения с промежуточным отжигом, а чистовое волочение проводится с пониженной степенью деформации по сравнению с традиционной схемой изготовления твердых шин.

Шины с повышенной чистотой поверхности, предназначенные для последующего электролитического покрытия их серебром, обеспечивающего наибольшую электропроводность в месте контакта, и это диктует особые требования к шероховатости их поверхности (Rz≤0,63 мкм по ГОСТ 2789-73). Требуемый заказчиком показатель шероховатости достигнут на КУЗОЦМ целым рядом технологических приемов — применением повышенных суммарных обжатий при волочении, дополнительной подготовкой поверхности протяжки перед чистовым волочением, соответствующей обработкой канала специальной формы составных и монолитных волок. Указанный выше гарантированный уровень шероховатости (Rz≤0,63 мкм) позволяет обеспечить нанесение покрытий заданной, однородной по поверхности шины толщины. Тем самым удается создать контактные поверхности, обладающие малым переходным сопротивлением и высокой электропроводностью.

Шины с полным закруглением малых сторон сечения, то есть с радиусом закругления, равным половине толщины шины обладают определенными преимуществами по сравнению с традиционными: повышается износостойкость изоляционного покрытия вследствие отсутствия его изгибов в углах профиля, достигается существенная экономия меди, улучшаются показатели распределения токовой нагрузки по сечению шины.

Через несколько месяцев отношения российских производителей электротехнической продукции и их зарубежных конкурентов должны перейти в новую стадию. Это связано со вступлением в ВТО. С одной стороны, вступление в ВТО открывает перед российскими производителями внешний рынокС другой стороны, вступление в ВТО означает обязательное снижение ввозных экспортных пошлин, которые должны уменьшиться за 3-4 года чуть ли не в полтора раза. И главная конкуренция будет в качестве продукции.

Менять ли старую алюминиевую проводку в доме на медную или нет?

Проведение укладки медной проводки вместо алюминиевого кабеля не стоит устраивать как «замену ради замены». Занятие это не простое и финансово затратное. Плановая укладка нового провода выполняется в ряде ситуаций:

• при повреждении провода;
• при повреждении изоляции из-за старения;
• после пожара, вызванного неисправностью элекрооборудования, к примеру, из-за короткого замыкания.

Использование меди поможет в дальнейшем снизить риск возникновения аварийных ситуаций. Следует только изучить схему разветвления и подобрать провод нужного сечения. Работа проводится под надзором электрика.

У медной шина ощутимые преимущества при использовании в условиях энергоснабжения индивидуального жилья. Единственным непреодолимым препятствием станет стоимость, в 3-4 раза превышающая цену аналогичного изделия из алюминия.

Что учесть при выборе проводки

Медь и алюминий хорошо проводят электрический ток. Большая часть существующей проводки производится из этих металлов. Но между ними существуют отличия. Чтобы решить, какая проводка нужна в вашем случае, необходимо учесть следующие факторы:

1. Медный провод выдерживает больший ток, если говорить о равном сечении.
2. Алюминий обладает более высоким удельным электрическим сопротивлением. При одинаковых пропускаемых мощностях он нагревается сильнее меди.
3. Кабеля из меди стоят дороже. Этот металл менее распространен в природе.
4. Алюминий ломкий. Это вызывает трудности при монтаже.

Алюминиевая руда

В современном мире при производстве алюминия применяют широко распространённую в природе алюминиевую руду — бокситы. Бокситы являются глинистой горной породой, в состав которой входят разнообразные модификации гидроксида с такими примесями, как хром, кремний, титан, сера, ванадий, карбонатные соли магния, кальций, железо.

В бокситах можно встретить почти половину таблицы химических элементов Менделеева. Ценность этой руды состоит в том, что помимо одной тонны алюминия, добытой из четырёх тонн бокситов, ценность для промышленности имеют и примеси. Из бокситов в процессе переработки получают белый порошок — оксид алюминия (Al2O3), который ещё имеет название «глинозём». Именно из глинозёма путём электролиза на современных предприятиях производят металл.

Технические характеристики проводов

Характеристики кабелей разнятся между собой. Оба металла имеют сильные и слабые стороны. Эти параметры необходимо знать для правильного выбора, монтажа и обслуживания проводки в квартире. Для их сравнения следует учесть ряд критериев.

Удельное электрическое сопротивление

Эта величина показывает связь между материалом проводника и электрическим сопротивлением. От этого параметра зависит, какой максимальный ток сможет пропустить кабель без перегрева и расплавления изоляции.

Металл	Удельное электрическое сопротивление, Ом*мм2/м
Медь	0,017
Алюминий	0,028

Из таблицы следует, что при равных длинах и сечениях сопротивление алюминиевых проводов будет в 1,67 выше. Отсюда более высоким будет и нагрев при равных токах.

У меди меньше сопротивление поэтому можно обойтись кабелем меньшего сечения

Теплопроводность

Данный параметр характеризует возможность проводника рассеивать лишнее тепло. Это свойство важно принять во внимание, ведь на кабеле не должно быть локальных перегревов. Для учета этого параметра применяет коэффициент теплопроводности. Чем он выше, тем лучше металл рассеивает температуру.

Металл	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°C)
Медь	389,6
Алюминий	209,3

Очевидно, что превосходство меди сохраняется. Она рассеивает тепло в 1,86 раза эффективнее.

Высокая теплопроводность меди позволяет пропускать ток большей мощности

Температурный коэффициент сопротивления

Температура проводки влияет на электрическое сопротивление. Отсюда будет меняться и падение напряжение в электросети. Связь между нагревом и проводимостью кабеля характеризуется температурным коэффициентом сопротивления.

Металл	Температурный коэффициент сопротивления
Медь	0,043
Алюминий	0,042

Таблица показывает, что сопротивления металлов при нагреве ведут себя практически одинаково.

Вес кабелей из алюминия и меди

От этого параметра будет зависеть удобство монтажа и стоимость проводки. Вес вещества первостепенно зависит от плотности.

Металл	Плотность, кг/м3
Медь	8900
Алюминий	2700

При равных объемах соотношение масс меди и алюминия составляет 3,3 раза. Для квартирной проводки этот фактор некритичен. Но для монтажа воздушных линий электропередач вес токоведущей жилы играет значимую роль. В данном случае алюминий выигрывает. Его масса ощутимо меньше.

Из-за меньшего веса алюминиевый провод исползуется на воздушных линиях электропередачи

Прочность при растяжении

Это свойство применимо к воздушным линиям. Проводник должен выдерживать свой вес и круглогодичные растяжения из-за летней жары и зимних морозов. Прочность металлов определяется их временным механическим сопротивлением.

Металл	Временное сопротивление, МПа
Медь	200-250
Алюминий	80-120

Таблица показывает, что медь на разрыв в 2 раза прочнее.

Период эксплуатации

Время эксплуатации кабеля зависит от условий среды. Если говорить о квартирной проводке, то срок службы рассматриваемых кабелей имеет существенные отличия.

Металл	Ориентировочный период эксплуатации, лет
Медь	30
Алюминий	15

В старых домах проводку выполняли из алюминия. Она до сих пор исправно служит. Однако с цифрами не поспоришь. Срок службы медной проводки в 2 раза больше.

Медные провода отличаются больше долговечностью

Состав и структура

Фазовая диаграмма состояния алюминиевых сплавов Al-Cu имеет следующие особенности:

1. Максимальная растворимость меди в алюминии в твёрдой фазе составляет 5,65%, которая снижается с понижением температуры. Это делает возможным проведение закалки и старения. Фаза CuAl2 играет роль упрочняющей по методу растворов, придаёт механическую и термическую прочность.
2. Эвтектическая точка находится на 33% концентрации меди, состоит из хрупкой, но прочной фазы CuAl2, которая делает материал непригодным для практического применения. Большое количество меди существенно повышает плотность образцов. Для литья используются сплавы с концентрацией от 1 до 1,5% (для получения упрочнения) и от 6 до 8% (чтобы исключить количество хрупкой фазы CuAl2).
3. Хорошая растворимость Cu в Al и низкая температура плавления эвтектики +5480С становятся причиной появления широкого интервала кристаллизации.

Низкая жидкотекучесть, образование пор, трещин, ликвация — характерные признаки необходимости поиска компромисса между литейными и прочностными свойствами.

Основным легирующим элементом является медь, которая приводит к созданию неравновесной эвтектической фазы. Поэтому при термообработке закалкой проводят ступенчатый нагрев расплава до +5300С с последующей выдержкой до получения стабильной фазы.

Значительное количество электронов проводимости в сплавах Cu-Al существенно снижают удельное электросопротивление до уровня менее 0,02 мкОм*м. Наличие примесей железа или легирующих элементов на данную величину практически не влияют.

Плюсы и минусы алюминиевых кабелей

Провода из меди по ряду технических характеристик превосходят алюминиевые. Но кабеля из серебристого металла по-прежнему востребованы и находят свое применение. Объясняется это достоинствами, которыми обладает алюминиевая проводка:

• малый вес и податливость при монтаже;
• дешевизна;
• устойчивость к окислению.

Электропроводка, выполненная из алюминиевой лапши обойдется дешеле
Не обходится и без недостатков:

• плохая тепло- и электропроводность;
• высокое сопротивление и его зависимость от температуры;
• низкая прочность, ломкость.

Важно! Работая с алюминиевыми кабелями, необходимо помнить об их низкой прочности. Если загнуть токоведущую жилу 3-7 раз, то с огромной вероятностью она сломается. Если надлом будет под изоляцией кабеля, то он может остаться незамеченным вплоть до окончания ремонта.

Преимущества и недостатки проводов из меди

Использование меди требует ПУЭ. Такие провода более пригодны для передачи электрического тока. Они обладают следующими достоинствами:

• высокая тепло- и электропроводимость;
• устойчивость к воздействию окружающей среды;
• прочность;
• удобство укладки проводов.

Согласно ПУЭ электропроводку в жилых помещениях следует выполнять медным кабелем

Скрутка из меди с алюминием

Кабеля из алюминия категорически запрещено скручивать с медными. Эти металлы обладают разными электрохимическими свойствами. Полученный контакт перегревается, окисляется и начинает обгорать. Отсюда и все вытекающие последствия вроде дыма и пожара.

Как соединить медь с алюминием

Для правильного соединения можно воспользоваться промежуточным проводником. Подключить медный и алюминиевый провод через железный болт с аналогичными шайбами и гайками.

Болтовое соединение меди и алюминия

Другой распространенный метод — специальные зажимы Wago с токопроводящей смазкой. Соединение выйдет существенно дороже, но проще, быстрее и компактнее.