Kupari ja alumiini sähkötekniikassa

Ei oppaita - ei missään

Kupari (lat. Cuprum) — yksi seitsemästä antiikista tunnetusta metallista. Merkittäviä kuparimalmivarantoja löytyy USA:sta, Chilestä, Venäjältä (Ural), Kazakstanista (Jezkazgan), Kanadasta, Sambiasta ja Zairesta.

Kupari on osa yli 150 mineraalia, joista 17 on löytänyt teollista käyttöä, mukaan lukien: borniitti (Cu5FeS4), kalkopyriitti (kuparipyriitti - CuFeS2), kalkosiitti (kuparikiilto - Cu2S), covelliitti (CuS), malakiitti (Cu2 (OH) ) 2 [CO3]). Sulfidimalmien käsittely tuottaa noin 80 % kaikesta louhitusta kuparista.

Paikallista hunajaa löytyy myös luonnosta.

Puhdas kupari - muokattava ja pehmeä vaaleanpunainen hauras metalli, melko raskas, erinomainen lämmön- ja sähkönjohdin, helposti painekäsittelyssä. Juuri nämä ominaisuudet mahdollistavat kuparituotteiden käytön sähkötekniikassa – tällä hetkellä yli 70 % kaikesta tuotetusta kuparista käytetään sähkötuotteiden valmistukseen. Tuotteissa, joilla on suurin sähkönjohtavuus, käytetään niin kutsuttua "hapetonta" kuparia. Muissa tapauksissa kaupallinen puhdas kupari, joka sisältää 0,02-0,04 % happea, on myös sopiva.

Kuparin tärkeimmät ominaisuudet: ominaispaino - 8,93 g / cm3, sulamispiste - 1083 ° C,sähköinen vastus kupari 20 °C:ssa 0,0167 Ohm * mm2 / m. Puhtaalla kuparilla on korkea sähkönjohtavuus (toiseksi vain hopean jälkeen). Tätä kuparia käytetään teollisuudessa sähkökiskojen valmistukseen kuparista.

Kuparikiskot valmistetaan standardin GOST 434-78 mukaisesti. Tila, jossa kuparikiskot toimitetaan kuluttajalle: lämmittämättömät (merkintä-T-kovat), hehkutetut (M-soft) ja TV-kovat hapettomasta kuparista valmistetut virtakiskot.

Epämuodostuneessa tilassa kuparin lujuus on suurempi kuin hehkutetun metallin ja sähkönjohtavuusarvot pienenevät.

Seokset, jotka lisäävät kuparin lujuutta ja parantavat muita ominaisuuksia, saadaan lisäämällä siihen lisäaineita, kuten sinkkiä, tinaa, piitä, lyijyä, alumiinia, mangaania ja nikkeliä. Yli 30 % kuparia käytetään seoksissa.

Messinki - kuparin ja sinkin seokset (kupari 60 - 90 % ja sinkki 40 - 10 %) - vahvempi kuin kupari ja vähemmän herkkä hapettumiselle. Lisäämällä piitä ja lyijyä messingiin sen kitkanesto-ominaisuudet paranevat, kun tinaa, alumiinia, mangaania ja nikkeliä lisätään, korroosionkestävyys paranee. Levyjä ja valutuotteita käytetään koneenrakennuksessa, erityisesti kemianteollisuudessa, optiikassa ja instrumenttien valmistuksessa, massa- ja paperiteollisuuden verkkojen valmistuksessa.

Pronssi... Aikaisemmin kuparin (80-94%) ja tinan (20-6%) seoksia kutsuttiin pronssiksi. Nyt valmistetaan ontelottomia pronssia, jotka on nimetty pääkomponentin mukaan kuparin mukaan.

Alumiinipronssit sisältävät 5-11 % alumiinia, niillä on korkeat mekaaniset ominaisuudet yhdistettynä korroosionkestävyyteen.

Lyijypronsseja, jotka sisältävät 25-33 % lyijyä, käytetään pääasiassa korkealla paineella ja suurilla liukunopeuksilla toimivien laakereiden valmistukseen.

4-5 % piitä sisältävät piipronssit ovat edullisia tinapronssien korvikkeita.

Berylliumpronssille, jotka sisältävät 1,8-2,3 % berylliumia, on ominaista kovuus kovettumisen jälkeen ja korkea elastisuus. Niistä valmistetaan jouset ja jousituotteet.

Kadmiumpronssia – kupariseoksia, joissa on pieni määrä kadmiumia (enintään 1 %) – käytetään vaunujen vaunujen valmistuksessa, vesi- ja kaasuputkien liitososien valmistuksessa sekä konepajateollisuudessa.

Juotokset — ei-rautametallien seokset, joita käytetään juottamisessa monoliittisen hitsisauman aikaansaamiseksi. Kovista juotteista tunnetaan kupari-hopea-seos (44,5-45,5 % Ag; 29-31 % Cu; loput on sinkkiä).

Venäjällä kuparirenkaita valmistavat useat tehtaat: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

Maailman kuparin tuotanto vuonna 2007 kasvoi 2,5 % vuoteen 2006 verrattuna ja oli 17,76 miljoonaa tonnia. Kuparin kulutus kasvoi 4 % vuonna 2007, kun Kiinan kuparin kulutus kasvoi 25 % edellisvuodesta, kun taas USA:n kuparin kulutus laski jyrkästi 20 %.

Alumiini ja sen seokset

Alumiinia ja useita siihen perustuvia seoksia käytetään sähkötekniikassa hyvän sähkönjohtavuuden, korroosionkestävyyden, alhaisen ominaispainon ja mikä tärkeintä kupariin ja sen johtaviin seoksiin verrattuna alhaisempien kustannusten ansiosta.

Sähkövastuksen suuruudesta riippuen alumiiniseokset jaetaan johtaviin ja seoksiin, joilla on korkea sähkövastus.

Sähköalumiinilaatujen A7E ja A5E ominaissähkönjohtavuus on noin 60 % hehkutetun kuparin johtavuudesta kansainvälisen standardin mukaan. Teknistä alumiinia AD0 ja sähköalumiinia A5E käytetään johtojen, kaapeleiden ja renkaiden valmistukseen. Al-Mg-Si AD31, AD31E järjestelmien niukkaseosteisia alumiiniseoksia käytetään sähköteollisuudessa.

Maankuoressa on 8,8 % alumiinia. Se on kolmanneksi yleisin alkuaine luonnossa hapen ja piin jälkeen ja ensimmäinen metallien joukossa. Se on osa savea, maasälpää, kiilleä. Al-mineraaleja tunnetaan useita satoja (aluminosilikaatteja, bauksiitteja, aluniitteja ja muita). Tärkein alumiinimineraali — bauksiitti sisältää 28-60 % alumiinioksidia — alumiinioksidia Al2O3.

Alumiinin puhtaassa muodossaan sai ensimmäisen kerran tanskalainen fyysikko H. Oersted vuonna 1825, vaikka se onkin yleisin metalli luonnossa.

Alumiinin valmistus suoritetaan elektrolyysillä alumiinioksidista Al2O3 kryoliittisulassa NaAlF4 lämpötilassa 950 °C.

Alumiinin tärkeimmät ominaisuudet: tiheys - 2,7 × 103 kg / m3, alumiinin ominaislämpö 20 ° C - 0,21 cal / astetta, sulamispiste - 658,7 ° C, alumiinin kiehumispiste - 2000 ° C, lineaarinen laajenemiskerroin alumiini (noin 20 °C:n lämpötilassa): — 22,9 × 106 (1 / astetta)

Alumiiniseokset, jotka lisäävät sen lujuutta ja parantavat muita ominaisuuksia, saadaan lisäämällä siihen seostavia lisäaineita, kuten kuparia, piitä, magnesiumia, sinkkiä, mangaania.

Duralumiini (duralumiini, duralumiini, sen saksalaisen kaupungin nimestä, jossa lejeeringin teollinen tuotanto aloitettiin) - alumiinisulate (perus) kuparin (Cu: 2,2-5,2%), magnesiumin (Mg: 0,2-2,7%) mangaanin (Mn) kanssa 0,2-1 %). Karkaistu ja vanhentunut, usein vuorattu alumiinilla. Se on ilmailu- ja liikennetekniikan rakennemateriaali.

Silumin - alumiinin (perus) kevyet seokset piillä (Si: 4-13%), joskus jopa 23% ja joitain muita alkuaineita: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Se tuottaa monimutkaisia ​​osia pääasiassa auto- ja ilmailuteollisuudessa.

Magnalia - alumiiniseokset (perus), joissa on magnesiumia (Mg: 1-13%) ja muita elementtejä, joilla on korkea korroosionkestävyys, hyvä hitsattavuus, korkea plastisuus. Niitä käytetään muovattujen valukappaleiden (valettu magnalia), levyjen, lankojen, niittien jne. (Muotoutuva Magnalia).

Sovellusalueella alumiiniseokset ovat toisella sijalla teräksen ja valuraudan jälkeen.

Mielenkiintoisia faktoja alumiinista:

• Aikuisen kehossa on jopa 140 mg alumiinia,

• 1 kg alumiinia autossa säästää yli 10 litraa bensiiniä joka 200 tuhatta kilometriä,

• jopa omenat sisältävät alumiinia - jopa 150 mg / kg,

• joka 20. planeettamme ylemmän kuoren muodostavista atomeista on alumiiniatomi,

• aikuisen päivittäisen alumiinin tarpeen on arvioitu olevan 2,45 mg.

Pienemmällä ominaisjohtavuudella (noin 56 % hehkutetusta kuparista) alumiinijohdiseokset palvelevat samaa tarkoitusta kuin sähköalumiini. Tällaisia ​​seoksia käytetään korkean lujuuden, virumisen ja muiden erityisvaatimusten täyttämiseen.Alumiinirenkaat valmistetaan GOST 15176-89:n mukaisesti seoksista AD31 ja AD31T, harvemmin AD0.

Primaarialumiinin maailmanlaajuinen kulutus vuonna 2007 oli 37,52 miljoonaa tonnia, mikä oli 3,184 miljoonaa tonnia (eli 9,3 %) enemmän kuin vuonna 2006. Primaarialumiinin maailmantuotanto kasvoi vuonna 2007 4,024 miljoonalla tonnilla vuoteen 2006 verrattuna ja oli 38,02 miljoonaa tonnia.

Kuparituotteiden valmistajat

Venäjän markkinoiden suurin kuparin tuottaja on MMC Norilsk Nickel

Maamme toiseksi suurin hunajantuottaja on UMMC-omistus.

Kolmas suuri toimija Venäjän markkinoilla on Russian Copper Company. CJSC "Russian Copper Company" sisältää 11 yritystä, jotka toimivat neljällä Venäjän alueella sekä Kazakstanin alueella

Markkinoilla on kuparirenkaita useilta tehtailta: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky ja Kolchuginsky OCM ovat osa OJSC UMMC:tä.

Tekniikat ja hinnat

Koska kuparibussien valmistustekniikka tunnetaan ja se on käytännössä sama kaikissa tehtaissa, hinta/laatusuhde tulee kuluttajalle etusijalle. Kotimaiset yritykset - alan johtajat tuottavat tällä hetkellä laadukkaita tuotteita ja kilpailevat keskenään pääasiassa hinnalla. Mutta kun puhutaan kuparikiskojen laadusta, on syytä huomata, että epäpuhtaudet, jopa hyvin pieninä määrinä, vähentävät merkittävästi kuparin sähkönjohtavuutta. Siksi avioliitolla ei ole sijaa täällä.

Samaan aikaan ulkomaiset ja paikalliset yritykset tarjoavat innovatiivisia ratkaisuja, joiden avulla ne voivat tuottaa tuotteita, joilla on selkeästi määritellyt laatuparametrit.Lisäksi erityisen kriittisinä hetkinä kuparirenkaiden valmistus tapahtuu omien, joskus alkuperäisten ratkaisujemme mukaan.

Esimerkiksi OJSC «KUZOTSM» valmistaa kupari-hopea-seoksesta keräilyteippejä. Tällainen seos ylittää kuparin käyttöominaisuuksiltaan ja toisin kuin kuparin ja kadmiumin seos, se on ympäristöystävällinen. Tehdas tuottaa myös useita kriittisiä sähköprofiileja. Erityisesti nämä ovat suorakaiteen muotoisia kuparisia sähköprofiileja, kuten puolijäykät renkaat, kiinteät renkaat, joilla on suurempi pintapeitto: renkaat, joissa on täysin pyöristetty osan pienet sivut ja joiden kovuus on erilainen jne.

Puolijäykät renkaat valmistetaan täyttämään brittiläisen BS1432 pinnanlaatuvaatimukset ja saavuttamaan puolijäykät mekaaniset ominaisuudet. Renkaat valmistetaan puristetusta aihiosta kahdella vetokierroksella välihehkutuksella, ja viimeistely tehdään pienemmällä muodonmuutosasteella verrattuna perinteiseen kiinteän renkaan valmistusmenetelmään.

Renkaat, joiden pintapuhtaus on korkea ja jotka on tarkoitettu myöhempään elektrolyyttiseen pinnoitukseen hopealla, jotka tarjoavat suurimman sähkönjohtavuuden kosketuskohdassa, ja tämä sanelee erityisvaatimukset niiden pinnan karheudelle (Rz≤0,63 mikronia GOST 2789-73:n mukaan). Asiakkaan vaatima karheusindikaattori saavutettiin KUZOTsM:ssä useilla teknologisilla menetelmillä — lisääntyneiden kokonaisvähennysten käytöllä vedon aikana, vetopinnan lisävalmistelulla ennen vedon valmistumista ja erikoismuotoillun kanavan vastaavalla käsittelyllä komposiitti- ja monoliittisista muotteista. . Yllä oleva taattu karheustaso (Rz≤0,63 mikronia) mahdollistaa tietyn paksuisten pinnoitteiden levittämisen tasaisesti renkaan pinnalle.Tällä tavalla on mahdollista luoda kontaktipintoja, joilla on pieni kosketusresistanssi ja korkea sähkönjohtavuus.

Renkailla, joissa poikkileikkauksen pienet sivut on pyöristetty kokonaan, eli kaarevuussäde on puolet renkaan paksuudesta, on tiettyjä etuja perinteisiin verrattuna: eristävän pinnoitteen kulutuskestävyys kasvaa mutkien puuttumisen vuoksi. profiilin kulmissa saavutetaan merkittäviä säästöjä kuparissa ja osion virrankuorman jakautumisen indikaattoreita ovat parannetut renkaat.

Muutaman kuukauden kuluttua venäläisten sähkötuotteiden valmistajien ja ulkomaisten kilpailijoiden suhteiden pitäisi siirtyä uuteen vaiheeseen. Tämä johtuu WTO:hon liittymisestä. Toisaalta WTO:hon liittyminen avaa ulkomaisia ​​markkinoita venäläisille valmistajille. Toisaalta WTO:hon liittyminen tarkoittaa pakollista tuontitullien alentamista, jota pitäisi alentaa lähes puolitoista kertaa 3 4 vuodessa. Suurin kilpailu tulee olemaan tuotteiden laadussa.

N. Aleksandrov. Metallit ja hinnat