铝线将会是下一代汽车用线束？

2019年04月29日10:28 来源：线束世界

汽车工业中，随着二氧化碳排放法规变得更加严格，轻型线束的需求也越来越高，减重的需求也在增加。此外，部分由于铜价飞涨，通过用铝电线代替传统的铜电线可以预期有效的减轻重量。但是，铝线材具有电导率低、抗拉强度低、加工性差以及表面绝缘氧化膜强和电偶腐蚀等缺点。这是我们不可忽视缺点，Anyway, 铝线的技术正越来越成熟，铝线的应用正越来越多。

铝线主要用于架空电力线和汽车电池电缆，其中导体的横截面积很大，以支持大电流。但是，线束的导体横截面面积通常不超过2.5平方毫米。为此，很多公司已经开发了小线径的铝线束在这一类汽车应用，大有要取代铜导体的势头。（小编个人感觉路漫漫其修远兮）。图1显示了铝线束的接线、端子和防腐蚀。

图1 铝线、端子及防腐技术的发展

汽车铝线

用于制造汽车铝线的铝合金要求具有高抗拉强度和高导电性。

1 合金设计

纯铝（1060∶99.6%纯度）用于一般工业用途，其电导率高达62% IACS。然而，退火后，它表现出低的拉伸强度为70 MPa（4）。对于汽车线材的应用，有必要通过合金化来提高其抗拉强度。

固溶强化2是提高金属抗拉强度的有效措施。然而，这种方法导致电导率明显降低。同时，更大的失配应变（MS）* 3（5）也有望提高金属的抗拉强度。对于汽车线的应用，有必要抑制电导率的降低和提高抗拉强度。因此，如果一个元素在低固溶体量下提供了大量的MS，那么它被认为是有效的合金元素。通过第一性原理计算_4，测定了各种铝合金元素的MS值和室温固溶体的最大量。在分析计算结果后，选择Fe作为合金元素（表1）。

进一步研究合金化铁量与Al-Fe合金材料性能之间的关系表明，如果合金化铁的质量百分比为1.5％或更高，性能目标将得以实现（图2）。

表1 MS和固溶体的最大量各种元素的铝合金化

图2 Fe添加量对材料性能的影响

用传统方坯铸造和挤压结晶制备的线材* 5粗Al铁化合物。它们的延展性和可加工性较差。这些线材通过Properzi方法*6生产，在铸造和轧制过程中使用高冷却速率而不再加热。该过程控制该化合物处于良好状态，并保持合金（6）的高延展性。

然而，汽车导线的股直径对于铝线来说是非常小的，范围从0.15到0.5毫米。当铁的质量百分比超过1.2%时，钢丝的可加工性降低，在拉拔和绞合过程中由于加工限制而断丝，如图3所示。

为了解决这个问题，我们寻求一种第二种合金元素，它可以部分取代铁，从而在不影响加工性的前提下提高抗拉强度。

图3 铝单丝断口

由于Al-Fe合金具有较大的余量满足导电性目标，因此允许在一定程度上降低合金的导电性。因此，为了用作第二合金元素，我们选择了MS含量低（对加工性能有不利影响）但固溶体最大量高的元素，尽管电导率有所降低。

表1所示元素的比较表明Mg是最合适的。下一步是寻找最佳的元素添加量。

结果是以下组成（质量%）：AlFeMg。该组合物提高了加工性和性能，并获得120MPa的抗拉强度和60％的IACS导电性，远远超过目标（图4）。

图4 新开发合金的成分与性能

2 铝合金线材

表2显示了当前可制造的铝线的排列以及用铝线代替传统铜线的效果。常规铜线可以合理地用比铜大的铝线代替。

表2 铝线排列（日标）

近年来，随着我国电线电缆生产能力的提升，产品的出口数量不断增加，我国该行业的发展一直呈现贸易顺差的发展状态，2014-2017年国内电线电缆行业的贸易顺差一直在140亿美元以上，顺差规模较大。2018年至10月，电线电缆的贸易顺差达到129.6亿美元。我国制造业在经历了调结构、去产能等的促进，电线电缆行业得到了较为规范的发展，预计2019年我国电线电缆生产企业的收购、兼并、充足的现象将会增加，促进行业的集中度不断提高，同时也推动国内电线电缆行业的转型升级发展。不过，还是希望我国铝线技术与应用越来越好！

新闻快讯

深度专题

高端访谈

行业资讯

投稿

微信

微博

微直播