Bakar i aluminij u elektrotehnici

Nema vodiča — nigdje

Bakar (lat. Cuprum) — jedan od sedam metala poznatih od antike. Značajne rezerve bakrene rude nalaze se u SAD-u, Čileu, Rusiji (Ural), Kazahstanu (Jezkazgan), Kanadi, Zambiji i Zairu.

Bakar je dio više od 150 minerala, od kojih je 17 našlo industrijsku upotrebu, uključujući: bornit (Cu5FeS4), kalkopirit (bakreni pirit — CuFeS2), halkozit (bakreni sjaj — Cu2S), kovelit (CuS), malahit (Cu2 (OH) ) 2 [CO3]). Preradom sulfidnih ruda dobiva se oko 80% cjelokupnog iskopanog bakra.

Lokalni med nalazi se i u prirodi.

Čisti bakar — kovak i mekani ružičasti krti metal, prilično težak, odličan vodič topline i elektriciteta, lako se podvrgava obradi pod pritiskom. Upravo te kvalitete omogućuju korištenje bakrenih proizvoda u elektrotehnici — trenutno se više od 70% cjelokupnog proizvedenog bakra koristi za proizvodnju električnih proizvoda. Za proizvode s maksimalnom električnom vodljivošću koristi se takozvani bakar bez kisika. U drugim slučajevima prikladan je i komercijalni čisti bakar koji sadrži 0,02-0,04% kisika.

Glavne karakteristike bakra: specifična težina - 8,93 g / cm3, talište - 1083 ° C,električni otpor bakar na 20 ° C 0,0167 Ohm * mm2 / m. Čisti bakar ima visoku električnu vodljivost (na drugom mjestu iza srebra). Ova kvaliteta bakra koristi se u industriji za izradu električnih sabirnica od bakra.

Bakrene sabirnice proizvode se u skladu s GOST 434-78. Stanje u kojem se bakrene sabirnice isporučuju potrošaču: nezagrijane (oznaka-T-tvrde), žarene (M-meke) i TV-tvrde sabirnice od bakra bez kisika.

U deformiranom stanju, čvrstoća bakra je veća od one žarenog metala i vrijednosti električne vodljivosti su smanjene.

Legure koje povećavaju čvrstoću i poboljšavaju druga svojstva bakra dobivaju se uvođenjem aditiva u njega, kao što su cink, kositar, silicij, olovo, aluminij, mangan i nikal. Za legure se koristi više od 30% bakra.

Mjed - legure bakra s cinkom (bakar od 60 do 90% i cink od 40 do 10%) - jače od bakra i manje osjetljive na oksidaciju. Dodatkom silicija i olova u mesing povećavaju se njegova antifrikcijska svojstva, a dodatkom kositra, aluminija, mangana i nikla povećava se otpornost na koroziju. Limovi i lijevani proizvodi koriste se u strojogradnji, posebice u kemijskoj industriji, u optici i instrumentarstvu, u proizvodnji mreža za industriju celuloze i papira.

Bronca... Ranije su se legure bakra (80-94%) i kositra (20-6%) nazivale broncom. Sada se proizvode bronce bez lumena, nazvane po glavnoj komponenti po bakru.

Aluminijske bronce sadrže 5-11% aluminija, imaju visoka mehanička svojstva u kombinaciji s otpornošću na koroziju.

Olovne bronce koje sadrže 25-33% olova uglavnom se koriste za proizvodnju ležajeva koji rade na visokim tlakovima i velikim brzinama klizanja.

Silicijske bronce koje sadrže 4-5% silicija koriste se kao jeftina zamjena za kositrene bronce.

Berilijske bronce koje sadrže 1,8-2,3% berilija karakteriziraju tvrdoća nakon stvrdnjavanja i visoka elastičnost. Od njih se izrađuju opruge i opružni proizvodi.

Kadmijeve bronce - bakrene legure s malom količinom kadmija (do 1%) - koriste se u proizvodnji kolica za kolica, za izradu armatura za vodovodne i plinske cijevi te u strojogradnji.

Lemovi - legure obojenih metala koje se koriste za lemljenje za dobivanje monolitnog zavarenog šava. Od tvrdih lemova poznata je legura bakra i srebra (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; ostalo je cink).

U Rusiji bakrene gume proizvodi nekoliko tvornica: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

Svjetska proizvodnja bakra u 2007. godini porasla je za 2,5% u odnosu na 2006. godinu i iznosila je 17,76 milijuna tona. Potrošnja bakra porasla je za 4% u 2007., pri čemu je potrošnja bakra u Kini skočila za 25% u odnosu na prethodnu godinu, dok je potrošnja bakra u SAD-u oštro pala za 20%.

Aluminij i njegove legure

Aluminij i niz legura na njegovoj osnovi koriste se u elektrotehnici zbog dobre električne vodljivosti, otpornosti na koroziju, niske specifične težine i, što je važno, niže cijene u usporedbi s bakrom i njegovim vodljivim legurama.

Ovisno o veličini električnog otpora, aluminijske legure se dijele na vodljive i legure s velikim električnim otporom.

Specifična električna vodljivost električnog aluminija razreda A7E i A5E je oko 60% vodljivosti žarenog bakra prema međunarodnom standardu. Tehnički aluminij AD0 i elektrotehnički aluminij A5E koriste se za izradu žica, kabela i guma. Niskolegirane aluminijske legure sustava Al-Mg-Si AD31, AD31E koriste se u elektroindustriji.

Zemljina kora sadrži 8,8% aluminija. Treći je najzastupljeniji element u prirodi nakon kisika i silicija i prvi među metalima. Dio je gline, feldspata, tinjca. Poznato je nekoliko stotina Al minerala (aluminosilikati, boksiti, aluniti i drugi). Najvažniji mineral aluminija — boksit sadrži 28-60% aluminijevog oksida — aluminijev oksid Al2O3.

U čistom obliku aluminij je prvi put dobio danski fizičar H. Oersted 1825. godine, iako je to najčešći metal u prirodi.

Proizvodnja aluminija provodi se elektrolizom aluminijevog oksida Al2O3 u kriolitnoj talini NaAlF4 na temperaturi od 950 °C.

Glavne karakteristike aluminija: gustoća - 2,7 × 103 kg / m3, specifična toplina aluminija na 20 ° C - 0,21 cal / deg, talište - 658,7 ° C, vrelište aluminija - 2000 ° C, koeficijent linearnog širenja aluminij (na temperaturi od oko 20 °C): — 22,9 × 106 (1 / deg)

Aluminijske legure, koje povećavaju njegovu čvrstoću i poboljšavaju druga svojstva, dobivaju se uvođenjem aditiva za legiranje kao što su bakar, silicij, magnezij, cink, mangan.

Duraluminij (duraluminij, duraluminij, od imena njemačkog grada u kojem je započela industrijska proizvodnja legure) - talina aluminija (baza) s bakrom (Cu: 2,2-5,2%), magnezijem (Mg: 0,2-2,7%) manganom ( Mn : 0,2-1%). Kaljen i star, često obložen aluminijem. To je konstrukcijski materijal za zrakoplovstvo i prometno inženjerstvo.

Silumin — lake legure aluminija (baza) sa silicijem (Si: 4-13%), ponekad do 23% i nekim drugim elementima: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). U njemu se proizvode dijelovi složene konfiguracije, uglavnom u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji.

Magnalia — aluminijske legure (baza) s magnezijem (Mg: 1-13%) i drugim elementima s visokom otpornošću na koroziju, dobrom zavarljivošću, visokom plastičnošću. Koriste se za izradu livenih odljevaka (lijevanih magnalija), limova, žice, zakovica itd. (Deformabilna magnalija).

Što se tiče opsega primjene, aluminijske legure zauzimaju drugo mjesto nakon čelika i lijevanog željeza.

Nekoliko zanimljivih činjenica o aluminiju:

• u tijelu odrasle osobe prisutno je do 140 mg aluminija,

• 1 kg aluminija u automobilu štedi više od 10 litara benzina svakih 200 tisuća kilometara,

• čak i jabuke sadrže aluminij - do 150 mg / kg,

• svaki 20. atom koji čini gornju ljusku našeg planeta je atom aluminija,

• dnevne potrebe odrasle osobe za aluminijem procjenjuju se na 2,45 mg.

S nižom specifičnom vodljivošću (oko 56% žarenog bakra), legure aluminijskih vodiča služe istoj svrsi kao električni aluminij. Takve se legure koriste za ispunjavanje visoke čvrstoće, puzanja i drugih posebnih zahtjeva.Aluminijske gume proizvode se prema GOST 15176-89 od legura AD31 i AD31T, rjeđe AD0.

Svjetska potrošnja primarnog aluminija u 2007. godini iznosila je 37,52 milijuna tona, što je za 3,184 milijuna tona (ili 9,3%) više nego u 2006. godini. Svjetska proizvodnja primarnog aluminija porasla je u 2007. godini za 4,024 milijuna tona u odnosu na 2006. godinu i dosegnula je 38,02 milijuna tona.

Proizvođači proizvoda od bakra

Najveći proizvođač bakra na ruskom tržištu — MMC Norilsk Nickel

Drugi najveći proizvođač meda u našoj zemlji je holding UMMC.

Treći veliki igrač na ruskom tržištu je Russian Copper Company. CJSC "Russian Copper Company" uključuje 11 poduzeća koja posluju u četiri regije Rusije, kao i na području Kazahstana

Na tržištu postoje bakrene gume iz nekoliko tvornica: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky i Kolchuginsky OCM dio su OJSC UMMC.

Tehnologije i cijene

Budući da je tehnologija proizvodnje bakrenih autobusa poznata i praktički ista u svim tvornicama, potrošaču je u prvom planu omjer cijene i kvalitete. Domaća poduzeća - lideri u industriji trenutno proizvode kvalitetne proizvode i međusobno se natječu, uglavnom cijenom. No, govoreći o kvaliteti bakrenih sabirnica, vrijedi napomenuti da nečistoće, čak iu vrlo malim količinama, značajno smanjuju električnu vodljivost bakra. Stoga braku ovdje nema mjesta.

Istodobno, strana i domaća poduzeća nude inovativna rješenja koja im omogućuju proizvodnju proizvoda s jasno definiranim parametrima kvalitete.Štoviše, u posebno kritičnim trenucima proizvodnja bakrenih guma odvija se prema vlastitim, ponekad i originalnim rješenjima.

Na primjer, OJSC «KUZOTSM» proizvodi kolektorske trake od legure bakra i srebra. Takva legura premašuje bakar u radnim svojstvima i, za razliku od legure bakra s kadmijem, ekološki je prihvatljiva. Tvornica također proizvodi brojne kritične električne profile. Konkretno, to su pravokutni bakreni električni profili, kao što su polukrute gume, pune gume s povećanom površinskom pokrivenošću: gume s punim zaobljenjem malih stranica presjeka različite tvrdoće itd.

Polukrute gume se proizvode kako bi zadovoljile zahtjeve britanske BS1432 kvalitete površine i kako bi dobile polukrute mehaničke karakteristike. Gume se izrađuju od prešane gredice u dva prolaza izvlačenja s međužarenjem, a dorada se vrši sa smanjenim stupnjem deformacije u usporedbi s tradicionalnom shemom proizvodnje pune gume.

Gume s povećanom površinskom čistoćom, namijenjene naknadnom elektrolitičkom premazu srebrom, osiguravaju najveću električnu vodljivost na mjestu kontakta, a to diktira posebne zahtjeve za njihovu površinsku hrapavost (Rz≤0,63 mikrona prema GOST 2789-73). Indikator hrapavosti koji je zahtijevao kupac postignut je u KUZOTsM-u nizom tehnoloških metoda — korištenjem povećanih ukupnih redukcija tijekom izvlačenja, dodatnom pripremom površine za izvlačenje prije završetka izvlačenja i odgovarajućom obradom posebno oblikovanog kanala iz kompozitnih i monolitnih matrica. . Gornja zajamčena razina hrapavosti (Rz≤0,63 mikrona) omogućuje ravnomjerno nanošenje premaza određene debljine na površinu gume.Na taj način moguće je stvoriti kontaktne površine s malim kontaktnim otporom i visokom električnom vodljivošću.

Gume s punim zaobljenjem malih strana presjeka, odnosno s polumjerom zakrivljenosti jednakim polovici debljine gume, imaju određene prednosti u odnosu na tradicionalne: otpornost na habanje izolacijske prevlake povećava se zbog odsutnosti zavoja u uglovima profila postižu se značajne uštede bakra, a pokazatelji raspodjele trenutnog opterećenja na presjeku su poboljšane gume.

Za nekoliko mjeseci odnosi između ruskih proizvođača električnih proizvoda i njihovih inozemnih konkurenata trebali bi prijeći u novu fazu. To je zbog ulaska u WTO. S jedne strane, ulazak u WTO otvara strano tržište za ruske proizvođače. S druge strane, ulazak u WTO znači obvezno smanjenje uvoznih carina koje bi se trebale smanjiti gotovo jedan i pol puta u 3-4 godine. Glavna konkurencija bit će u kvaliteti proizvoda.

N. Aleksandrov. Metali i cijene