Měď a hliník v elektrotechnice

Žádní průvodci – nikde

Měď (lat. Cuprum) — jeden ze sedmi kovů známých ze starověku. Významné zásoby měděné rudy se nacházejí v USA, Chile, Rusku (Ural), Kazachstánu (Jezkazgan), Kanadě, Zambii a Zairu.

Měď je součástí více než 150 minerálů, 17 z nich našlo průmyslové využití, včetně: bornitu (Cu5FeS4), chalkopyritu (pyrit měďnatý — CuFeS2), chalkocitu (lesk mědi — Cu2S), covellitu (CuS), malachitu (Cu2 ( OH )2 [CO3]). Zpracování sulfidických rud poskytuje asi 80 % veškeré vytěžené mědi.

Místní med se vyskytuje i v přírodě.

Čistá měď — kujný a měkký růžový křehký kov, poměrně těžký, výborný vodič tepla a elektřiny, snadno podléhá tlakovému zpracování. Právě tyto vlastnosti umožňují využití měděných výrobků v elektrotechnice — v současnosti se více než 70 % veškeré vyrobené mědi používá na výrobu elektrotechnických výrobků. U výrobků s maximální elektrickou vodivostí se používá tzv. „bezkyslíková“ měď. V jiných případech je také vhodná komerční čistá měď obsahující 0,02 až 0,04 % kyslíku.

Hlavní vlastnosti mědi: měrná hmotnost - 8,93 g / cm3, bod tání - 1083 ° C,elektrický odpor měď při 20 °C 0,0167 Ohm * mm2 / m. Čistá měď má vysokou elektrickou vodivost (druhá po stříbře). Tato kvalita mědi se používá v průmyslu k výrobě elektrických přípojnic z mědi.

Měděné přípojnice jsou vyráběny v souladu s GOST 434-78. Stav, ve kterém jsou měděné přípojnice dodávány spotřebiteli: nevyhřívané (označení-T-tvrdé), žíhané (M-soft) a TV-tvrdé přípojnice z bezkyslíkaté mědi.

V deformovaném stavu je pevnost mědi vyšší než pevnost žíhaného kovu a hodnoty elektrické vodivosti jsou sníženy.

Slitiny, které zvyšují pevnost a zlepšují další vlastnosti mědi, se získávají přidáním přísad do mědi, jako je zinek, cín, křemík, olovo, hliník, mangan a nikl. Pro slitiny se používá více než 30 % mědi.

Mosaz – slitiny mědi se zinkem (měď od 60 do 90 % a zinek od 40 do 10 %) – pevnější než měď a méně náchylné k oxidaci. S přídavkem křemíku a olova do mosazi se zvyšují jeho vlastnosti proti tření, s přídavkem cínu, hliníku, manganu a niklu se zvyšuje antikorozní odolnost. Plechy a lité výrobky se používají ve strojírenství, zejména v chemickém průmyslu, v optice a nástrojářství, při výrobě sítí pro celulózový a papírenský průmysl.

Bronz... Dříve se slitinám mědi (80-94%) a cínu (20-6%) říkalo bronz. Nyní se vyrábějí bronzy bez lumenů, pojmenované podle hlavní složky po mědi.

Hliníkové bronzy obsahují 5-11% hliníku, mají vysoké mechanické vlastnosti kombinované s odolností proti korozi.

Olověné bronzy obsahující 25-33 % olova se používají především pro výrobu ložisek pracujících při vysokém tlaku a vysokých kluzných rychlostech.

Křemíkové bronzy obsahující 4-5% křemíku se používají jako levné náhražky cínových bronzů.

Berylliové bronzy obsahující 1,8-2,3 % berylia se vyznačují tvrdostí po vytvrzení a vysokou elasticitou. Vyrábějí se z nich pružiny a pružinové výrobky.

Kadmiové bronzy — slitiny mědi s malým množstvím kadmia (do 1 %) — se používají při výrobě vozíků pro trolejbusy, pro výrobu armatur pro vodovodní a plynové potrubí a ve strojírenství.

Pájky — slitiny neželezných kovů používané při pájení k získání monolitického svarového švu. Mezi tvrdými pájkami je známá slitina mědi a stříbra (44,5-45,5 % Ag; 29-31 % Cu; zbytek je zinek).

V Rusku vyrábí měděné pneumatiky několik továren: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

Světová produkce mědi v roce 2007 vzrostla o 2,5 % oproti roku 2006 a činila 17,76 mil. tun. Spotřeba mědi se v roce 2007 zvýšila o 4 %, přičemž spotřeba mědi v Číně meziročně vyskočila o 25 %, zatímco spotřeba mědi v USA prudce klesla o 20 %.

Hliník a jeho slitiny

Hliník a řada slitin na jeho bázi se v elektrotechnice používá díky dobré elektrické vodivosti, odolnosti proti korozi, nízké specifické hmotnosti a hlavně nižší ceně ve srovnání s mědí a jejími vodivými slitinami.

Podle velikosti elektrického odporu se hliníkové slitiny dělí na vodivé a slitiny s vysokým elektrickým odporem.

Měrná elektrická vodivost elektrického hliníku jakosti A7E a A5E je podle mezinárodní normy asi 60 % vodivosti žíhané mědi. Technický hliník AD0 a elektrohliník A5E se používá pro výrobu drátů, kabelů a pneumatik. Nízkolegované hliníkové slitiny systémů Al-Mg-Si AD31, AD31E se používají v elektrotechnickém průmyslu.

Zemská kůra obsahuje 8,8 % hliníku. Je to třetí nejrozšířenější prvek v přírodě po kyslíku a křemíku a první mezi kovy. Je součástí jílů, živců, slíd. Je známo několik stovek Al minerálů (hlinitokřemičitany, bauxity, alunity a další). Nejdůležitější hliníkový minerál — bauxit obsahuje 28-60 % oxidu hlinitého — oxidu hlinitého Al2O3.

V čisté formě byl hliník poprvé získán dánským fyzikem H. Oerstedem v roce 1825, ačkoli je to nejběžnější kov v přírodě.

Výroba hliníku se provádí elektrolýzou oxidu hlinitého Al2O3 v kryolitové tavenině NaAlF4 při teplotě 950 °C.

Hlavní vlastnosti hliníku: hustota — 2,7 × 103 kg / m3, měrné teplo hliníku při 20 ° C — 0,21 cal/deg, bod tání — 658,7 ° C, bod varu hliníku — 2000 ° C, koeficient lineární roztažnosti hliník (při teplotě asi 20 °C): — 22,9 × 106 (1/deg)

Slitiny hliníku, které zvyšují jeho pevnost a zlepšují další vlastnosti, se získávají tak, že se do něj zavádějí legovací přísady jako měď, křemík, hořčík, zinek, mangan.

Duralumin (duralumin, dural, z názvu německého města, kde začala průmyslová výroba slitiny) - hliníková tavenina (základ) s mědí (Cu: 2,2-5,2 %), hořčík (Mg: 0,2-2,7 %) mangan ( Mn : 0,2-1 %). Tvrzené a staré, často lemované hliníkem. Jedná se o konstrukční materiál pro letectví a dopravní techniku.

Silumin — lehké slitiny hliníku (základ) s křemíkem (Si: 4-13 %), někdy až 23 % a některými dalšími prvky: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Vyrábí se u ní díly komplexní konfigurace především v automobilovém a leteckém průmyslu.

Magnalia — slitiny hliníku (základ) s hořčíkem (Mg: 1-13%) a dalšími prvky s vysokou odolností proti korozi, dobrou svařitelností, vysokou plasticitou. Vyrábějí se z nich lisované odlitky (lité magnálie), plechy, dráty, nýty atd. (Deformovatelná Magnalia).

Z hlediska rozsahu použití zaujímají hliníkové slitiny druhé místo po oceli a litině.

Několik zajímavých faktů o hliníku:

• v těle dospělého člověka je přítomno až 140 mg hliníku,

• 1 kg hliníku v autě ušetří více než 10 litrů benzínu každých 200 tisíc kilometrů,

• i jablka obsahují hliník – až 150 mg/kg,

• každý 20. atom, který tvoří horní obal naší planety, je atom hliníku,

• denní potřeba hliníku u dospělého člověka se odhaduje na 2,45 mg.

S nižší měrnou vodivostí (asi 56 % žíhané mědi) slouží hliníkové slitiny vodičů ke stejnému účelu jako elektrický hliník. Takové slitiny se používají pro splnění vysoké pevnosti, tečení a dalších speciálních požadavků.Hliníkové pneumatiky jsou vyráběny podle GOST 15176-89 ze slitin AD31 a AD31T, méně často AD0.

Světová spotřeba primárního hliníku v roce 2007 byla 37,52 mil. tun, což bylo o 3,184 mil. tun (tj. o 9,3 %) více než v roce 2006. Světová produkce primárního hliníku vzrostla v roce 2007 o 4,024 mil. tun oproti roku 2006 a dosáhla 38,02 mil. tun.

Výrobci měděných výrobků

Největší výrobce mědi na ruském trhu — MMC Norilsk Nickel

Druhým největším producentem medu u nás je holding UMMC.

Třetím významným hráčem na ruském trhu je Russian Copper Company. CJSC "Russian Copper Company" zahrnuje 11 podniků působících ve čtyřech regionech Ruska a také na území Kazachstánu

Na trhu jsou měděné pneumatiky z několika továren: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky a Kolchuginsky OCM jsou součástí OJSC UMMC.

Technologie a ceny

Vzhledem k tomu, že technologie výroby měděných sběrnic je známá a ve všech továrnách prakticky stejná, dostává se pro spotřebitele do popředí poměr cena / kvalita. Tuzemské podniky – lídři v oboru v současnosti vyrábějí kvalitní produkty a konkurují si především cenou. Ale když už mluvíme o kvalitě měděných přípojnic, stojí za zmínku, že nečistoty, a to i ve velmi malých množstvích, výrazně snižují elektrickou vodivost mědi. Proto zde manželství nemá místo.

Zahraniční i místní podniky přitom nabízejí inovativní řešení, která jim umožňují vyrábět produkty s jasně definovanými kvalitativními parametry.Navíc ve zvláště kritických okamžicích probíhá výroba měděných pneumatik podle našich vlastních, někdy originálních řešení.

Například OJSC «KUZOTSM» vyrábí sběratelské pásky ze slitiny mědi a stříbra. Taková slitina předčí měď v provozních vlastnostech a na rozdíl od slitiny mědi s kadmiem je šetrná k životnímu prostředí. Závod také vyrábí řadu kritických elektrických profilů. Jedná se zejména o obdélníkové měděné elektrické profily, jako jsou polotuhé pneumatiky, plné pneumatiky se zvýšeným pokrytím povrchu: pneumatiky s plným zaoblením malých stran profilu s různou tvrdostí atd.

Polotuhé pneumatiky jsou vyráběny tak, aby splňovaly britské požadavky na kvalitu povrchu BS1432 a aby získaly polotuhé mechanické vlastnosti. Pneumatiky jsou vyrobeny z lisovaného sochoru ve dvou taženích s mezižíháním a konečná úprava se provádí se sníženým stupněm deformace ve srovnání s tradičním výrobním schématem plných pneumatik.

Pneumatiky se zvýšenou povrchovou čistotou, určené k jejich následnému elektrolytickému povlakování stříbrem, poskytující nejvyšší elektrickou vodivost v místě kontaktu, a to vyžaduje speciální požadavky na drsnost jejich povrchu (Rz≤0,63 mikronů dle GOST 2789-73). Zákazníkem požadovaného ukazatele drsnosti bylo u KUZOTsM dosaženo řadou technologických metod — použitím zvýšených celkových redukcí při tažení, dodatečnou přípravou tažené plochy před dokončením tažení a odpovídajícím zpracováním speciálně tvarovaného žlabu z kompozitních a monolitických zápustek . Výše garantovaná úroveň drsnosti (Rz≤0,63 mikronů) umožňuje aplikaci povlaků dané tloušťky rovnoměrně na povrch pneumatiky.Tímto způsobem je možné vytvořit kontaktní plochy s nízkým přechodovým odporem a vysokou elektrickou vodivostí.

Pneumatiky s úplným zaoblením malých stran průřezu, to znamená s poloměrem zakřivení rovným polovině tloušťky pneumatiky, mají určité výhody oproti tradičním pneumatikám: odolnost proti opotřebení izolačního povlaku se zvyšuje kvůli absenci ohybů. v rozích profilu je dosaženo výrazné úspory mědi a indikátory rozložení aktuálního zatížení na úseku jsou vylepšené pneumatiky.

Za pár měsíců by se vztahy mezi ruskými výrobci elektrotechnických výrobků a jejich zahraničními konkurenty měly posunout do nové fáze. Důvodem je vstup do WTO. Na jedné straně se vstupem do WTO otevírá zahraniční trh pro ruské výrobce. Na druhou stranu vstup do WTO znamená povinné snížení dovozních cel, která by se měla během 3 4 let snížit téměř jedenapůlkrát. Hlavní konkurence bude v kvalitě výrobků.

N. Alexandrov. Kovy a ceny