Алюминий и его сплавы

 

Алюминий. Алюминий относится к так называемым легким металлам (плотность литого алюминия около 2600, прокатанного - 2700 кг/м³).

Алюминий обладает следующими особенностями:

- удельное электрическое сопротивление ρ алюминия (при содержании примесей не более 0,05%) в 1.63 раза больше, чем у меди.

- алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди;

- из-за высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления алюминия нагревание алюминиевого провода до расплавле­ния требует больших затрат энергии, чем нагревание и расплавле­ние такого же количества меди;

- даже при одинаковой стоимости алюминия и меди в слитках стоимость алюминиевой проволоки почти вдвое ниже, однако использование алюминия для изолированных проводов в большинстве случаев менее выгодно из-за затрат на изоляцию;

- алюминии на воздухе активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением, которая предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюми­ниевых проводов;

- алюминий менее дефицитен, чем медь;

- существенным недостатком алюминия как проводникового материала является низкая механическая прочность, для ее повышения алюминий подвергается механической обработке;

- прокатка, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствующим операциям для меди;

- примеси значительно снижают проводимость алюминия.

Максимальное значение предела прочности σ_р алюминиевого провода более чем в 2 раза ниже, чем соответствующие значения медного. Из-за низкой механической проч­ности правильная эксплуатация алюминиевых поводов сопряжена с выполнением следующих условий: их нельзя протаскивать по твердо­му грунту, скручивать медной проволокой, загрязнять поверхность.

Алюминиевые сплавы. Сплав алъдрей (0,3...0,5% меди Си, 0,4...0,7% кремния 51, 0,2...0,3% железа Ре, остальное алюминий А1) обладает следующими свойствами:

повышенной механической прочностью (в 2 раза прочнее алю­миния, приближаясь к твердотянутой меди σ_р = 350 МПа);

Применяется для изготовления проводов малонагруженных ли­ний электропередачи.

Силумин относится к группе литейных сплавов. Широко применяется для корпусов воздушных конденсаторов.

Дюраль принадлежит к деформируемым сплавам алюминия с медью, магнием и марганцем. Медь и магний улучшают механи­ческие свойства сплава, а марганец увеличивает твердость и корро­зионную стойкость. Для защиты от коррозии его покрывают лаками, красками или слоем алюминия.

Железо и его сплавы

 

Железо обладает следующими свойствами:

- более высокое по сравнению с медью и алюминием удельное элек­трическое сопротивление (ρ примерно 0,1 мкОм×м), что ограничива­ет возможности применения железа как проводникового материала;

- высокий температурный коэффициент удельного электрическо­го сопротивления ТКρ;

- высокая механическая прочность;

- дешевизна и доступность материала;

- большая магнитная проницаемость и высокая индукция насы­щения;

- технологичность (хорошо штампуется и обрабатывается на всех металлорежущих станках).

Железо используют при разработке нагревостойких сплавов и сплавов с высоким сопротивлением, в которые железо входит как необходимая составная часть.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,05% принято называть техническим железом, с содержанием уг­лерода 0,05...1,35% - сталями, а с содержанием углерода свыше 2% - чугунами. Кроме углерода железоуглеродистые сплавы всегда содержат примеси кремния, марганца, серы и фосфора.

Углерод определяет структуру и свойства стали. С увеличением содержания углерода повышается твердость и снижается вязкость, тепло- и электропроводность.

 

Натрий

 

Натрий относится к перспективным проводниковым матери­алам, обладающим следующими свойствами:

- удельное электрическое сопротивление натрия в 2,8 раза боль­ше, чем у меди;

- низкая плотность (он легче воды, плотность его в 9 раз меньше плотности меди), поэтому провода из натрия при данной проводи­мости на единицу длины при нормальной температуре значитель­но легче, чем провода из любого другого металла;

- химически активен (он интенсивно окисляется на воздухе и бур­но реагирует с водой);

- мягок;

- малый предел прочности при растяжении и других деформа­циях.

Натриевые провода герметизируют в пластмассовые (полиэти­леновые) оболочки, что повышает их механическую прочность и создает электрическую изоляцию.

 

Контрольные вопросы:

1. Как разделяются проводники по агрегатному состоянию?

2. Чем отличаются проводники первого и второго рода?

3. Как разделяются проводники по характеру применения?

4. Какими механическими свойствами оцениваются проводники?

5. Назовите методы оценки твердости проводников.

6. Чем отличается вязкость от пластичности?

7. Что такое температурный коэффициент линейного расширения?

8. Чем отличается хрупкость от прочности?

9. Что такое удельное электрическое сопротивление?

10. Чем отличается температурный коэффициент удельного электрического сопротивления от среднего температурного коэффициента удельного электрического сопротивления?

11. Как связаны коэффициент теплопроводности и удельная проводимость?

12. Какие свойства относятся к технологическим?

13. Какие требования предъявляются к проводниковым материалам?

14. Какой термической обработке подвергаются проводниковые сплавы для улучшения свойств?

15. В чем разница между медью марки ММ и МТ?

16. Чему равно ρ меди?

17. В чем разница между бронзой и латунью по химическому составу?

18. Для чего применяют кадмиевую и бериливую бронзы?

19. По каким показателям латунь лучше меди, по каким хуже?

20. Во сколько ρ алюминия больше ρ меди?

21. В каком случае алюминиевые провода дороже медных?

22. Чем сплав альдрей лучше чистого алюминия?

23. Для чего используют сплавы силумин и дюраль?

24. В чем разница между техническим железом, сталью и чугуном?

25. Почему натрий считается перспективным проводником?