§ 9. Проводниковый алюминий и его свойства
Алюминий относится к группе легких металлов *. Плотность алюминия равна 2,7 г/см3, т. е. алюминий в 3,3 раза легче меди.
Доступность, сравнительно большая проводимость, а также стойкость к атмосферной коррозии позволили широко применять алюминий в электротехнике. Недостатками алюминия являются невысокая механическая прочность при растяжении (аь= = 7,5-:-8,0 кГ/мм2)** и повышенная мягкость — даже у твердотянутого алюминия.
*К легким металлам относятся такие, у которых плотность не превышает 5 г/мм2.
**У мягких сортов отожженной алюминиевой проволоки.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Температура плавления алюминия 658—660° С, а температурный коэффициент расширения равен 24-10~6 1 /°С, т. е. в 1,5 раза больше, чем у меди. Алюминий быстро покрывается тонкой пленкой окисла (AI2O3), которая надежно защищает металл от проникновения кислорода, поэтому голые (неизолированные) алюминиевые провода могут длительно работать на открытом воздухе. Оксидная пленка на алюминиевых проводах обладает значительным электрическим сопротивлением, поэтому в местах соединения алюминиевых проводов могут образовываться большие переходные сопротивления. Зачистку мест соединения алюминиевых проводов (шины) обычно производят под слоем вазелина во избежание окисления алюминия на воздухе.
При увлажнении мест соединений алюминиевых проводов с проводами из других металлов (медных, железных и др.), полученных механическим способом (болтовые соединения и др.), могут образовываться гальванические пары (гальванические элементы) с заметной электродвижущей силой. При этом алюминиевый провод будет разрушаться местными токами. Чтобы избежать образования гальванических пар во влажной атмосфере, места соединений алюминиевых проводов с проводами из других металлов должны быть тщательно защищены от влаги (лакированием и другими способами) .
Непосредственную коррозию алюминия вызывают окислы азота (NO), хлор (CI), сернистый газ (SO2), соляная и серная кислоты, щелочи и другие агенты. Надежные соединения алюминиевых проподов друг с другом, а также с проводами из других металлов осуществляются с помощью холодной или горячей сварки.
Чем выше химическая чистота алюминия, тем он лучше сопротивляется коррозии. Поэтому наиболее чистые сорта алюминия с содержанием чистого металла 99,95% и более идут для изготовления электродов в электролитических конденсаторах. Для изготовления алюминиевой фольги и обмоточных проводов малых диаметров (0,05—0,08 мм) применяют проводниковый алюминий с содержанием чистого металла не менее 99,7%. Для изготовления большинства проводниковых изделий (проволока, шины и др.) применяют алюминий с содержанием чистого металла не менее 99,5%.
Из проводникового алюминия изготовляют волочением и прокаткой проводниковые изделия — проволоку и шины. Алюминиевую проволоку выпускают трех марок AM (мягкая, отожженная), АПТ (полутвердая) и АТ (твердая, неотожженная). Проволока выпускается диаметром от 0,08 до 10 мм. Изделия (проволока) из алюминия обладают следующими характеристиками: AM: а = 7,5+ 8,0 кГ/мм2, у = 0,0279 + 0,0280 ом-мм2/м; АГ1Т: аь =9,5 +14 кГ/мм2; б = 2 + 3%; q = 0,0281 + 0,0282 ом-мм2/м; АТ: оь =10 + 18 кГ/мм2; ft = 0,5 + 2,2%; q = 0,0282 + 0,0283 ом-мм2/м. Алюминиевые шины нагартованные * выпускают толщиной от 3 до 12 мм и шириной от 10 до 120 мм.
Характеристики шин находятся на следующем уровне: оь = = 12+14 кГ/мм2; б„ = 5 + 6%; q = 0,0289+ 0,0290 ом-мм2/м.
*С повышенной жесткостью, вызванной холодной прокаткой шин.
Температурный коэффициент электрического сопротивления для всех сортов алюминия принимается равным а=+0,00423 1/°С.
Поскольку удельное сопротивление алюминия в 1,68 раза больше удельного сопротивления меди, то при одинаковой длине сечение алюминиевого провода должно быть в 1,68 раза больше по сравнению с медным проводом при одной и той же величине общего сопротивления. Если же сравнить вес алюминиевого и медного проводов одной и гой же длины и одинакового электрического сопротивления, то алюминиевый провод все же будет иметь меньший вес — почти в два раза по сравнению с медным проводом.
Алюминиевые провода соединяют друг с другом горячей и холодной сваркой, а также пайкой с применением специальных припоев и флюсов . Холодная сварка производится в специальных устройствах, в которых торцевые поверхности соединенных проводов соприкасаются друг с другом при удельном давлении 10 0004-12 000 кГ/см2. При этом происходит процесс проникновения (диффузия) кристаллов из одного провода в другой. В результате этого провода надежно соединяются друг с другом без нагрева (при комнатной температуре). Для заливки роторов специальных электродвигателей применяют сплавы алюминия с кремнием и цинком пли с марганцем. Эти сплавы обладают повышенными значениями удельного сопротивления.
