Алюмомідні дроти: що це?

Більшість людей знає, що у електриці не прийнято припускати контакт між алюмінієвими та мідними провідниками. Разом з тим, багатьом корисно буде дізнатися, що існує спеціальний композитний матеріал – алюмомідь, який увібрав до себе усе найкраще від двох «предків» та являє собою досить цікавий з електротехнічної точки зору провідник. Насправді, з'явився він далеко не вчора: у різних довідниках та ГОСТах алюмомідь фігурувала з 80-х років ХХ-го століття. При цьому матеріал позиціонувався як новаторський та надзвичайно перспективний з точки зору експлуатаційних характеристик. Сьогодні ми постараємося якомога повніше розповісти читачам про те, що це за матеріал, як він виготовляється та де використовується, а також чому ми не бачимо кабелі та дроти з нього на полицях магазинів.

Для пересічного споживача різниця у роботі звичайної кабельної продукції та алюмоміді помітною не буде. Інша справа, що на молекулярному рівні даний композит має цікаві властивості, які у свій час і привернули увагу радянських вчених-винахідників. Якщо дивитися на алюмомідь суто формально, то домінуючою речовиною у таких провідниках виступає алюміній – тому він і стоїть першим у назві. Зазвичай його близько 70-90% у об’ємі перетину, й причому усе це розташовано «всередині», у центральній частині дроту. Алюмінієвий сердечник лише покритий оболонкою, або, як її ще називають, сорочкою з 10-30% міді, яка забезпечує контакт жили з зовнішніми струмопровідними частинами.

У глобальному уявленні даний композит непогано поєднує у собі позитивні якості міді та алюмінію, проте у жодному разі не позбавлений їхніх недоліків. Справедливим буде сказати, що алюмомідь за цілою низкою характеристик поступається своїм сировинним матеріалам, проте усе ж має перевагу у економічному плані: композит виходить дешевшим за цільні провідники з тих металів, що його складають. В умовах певного дефіциту сировини та зниження собівартості подібне рішення дійсно виглядає непоганою альтернативою більш звичній кабельно-провідниковій продукції. За великим рахунком, й людині, й люстрі усе одно, чим саме підводиться живлення до світлоприладу – головне, щоб його робота залишалася безпечною та довготривалою.

Мідь та алюміній

Абсолютно неможливо повноцінно розглядати будь-які було властивості композитного матеріалу, не розуміючи, з яких речовин він складається. Тому тут ми пропонуємо коротко проаналізувати мідь та алюміній з точки зору застосування у електротехнічній галузі. У даному випадку наведені характеристики не можна називати суб'єктивними, оскільки згадуватися буде лише те, що дійсно має реальний вплив на загальну якість провідника, виконаного з конкретного металу та його експлуатаційні характеристики.

Мідь

1. Молекулярна структура міді забезпечує гарну провідність за рахунок невеликого власного опору матеріалу проходженню електричного струму. Багато інших металів у тих самих умовах створювали б певні перешкоди та вимагали наявності більшого перетину для проходження тієї ж кількості струму.
2. За нормальної тривалої експлуатації на поверхні мідного провідника може утворюватися плівка окису, яка у цілому не перешкоджає протіканню струму через товщу провідника. Матеріал має низький перехідний опір і за рахунок площі перерізу жили відмінно справляється із завданням проведення струму навіть у присутності плівки на зовнішньому боці.
3. Механічна міцність міді грає вирішальну роль у тому, що її можна (і зручно!) використовувати у електротехнічних цілях. Навіть при тому, що матеріал піддається невеликому розтягуванню, він усе одно зберігає монолітність кожної жили. При цьому за рахунок своєї пружності мідні дроти можна по кілька разів згинати у будь-якому напрямку, не побоюючись, що вони відламаються.
4. Доведений мінімальний механічно міцний перетин мідного провідника становить 0,3 кв. мм. Не так багато речовин у формі довгого тонкого виробу з малим перерізом змогли б витримати різнорідні механічні навантаження (див. п. 3), а після цього ще й забезпечувати проходження струму.
5. Обробляти мідні жили також досить просто: цей метал добре лудиться, легко паяється за правильно створених умов, за необхідності припускає зварювання з іншими металами. При усьому цьому не потрібен ані спеціальний термоінструмент, ані виняткові навички роботи з матеріалом.
6. При монтажі розбірних з'єднань мідні провідники певною мірою податливі. До того, як були винайдені клеми швидкого монтажу сучасного типу, тривалий час вже існували різні клемні колодки. Затискаючи у них мідну моножилу або багатодротяний провідник, можна було не сумніватися у надійності з'єднання протягом певного тривалого часу (до планової ревізії).
7. У процесі комутації та окінцювання мідні провідники не потребують спеціального змащення, а обробляються насухо.
8. Разом з тим, мідь являє собою досить важкий метал, що означає не тільки збільшення ваги кінцевої кабельної продукції, а й більшу питому масову витрату металу на виробництві.
9. Процес виробництва провідників з міді є дуже технологічним, він вимагає багатостадійної обробки сировинного металу та його ретельного очищення від домішок. У перерахунку на об’єми промислового випуску, собівартість кабелю з міді виходить досить високою.

Алюміній

1. Молекулярна структура алюмінію у значній мірі схожа на кристалічну решітку міді, однак провідність матеріалу усе ж відрізняється. Алюміній у 1,5-2 рази гірше проводить електричний струм, а тому при використанні такого провідника майстри змушені застосовувати провідники підвищеного перетину.
2. Виникнення окислів на поверхні алюмінієвого провідника приводить до істотного погіршення струмопровідності. Якийсь час на зорі розвитку електротехніки оксид алюмінію взагалі розглядався як ізолятор для повсюдного застосування й від цієї ідеї відмовилися лише тому, що отримати плівку з потрібними характеристиками у промислових масштабах було б вкрай непросто. Навіть сьогодні за умови збільшення товщини плівки алюміній переходить з розряду провідників у категорію умовних діелектриків.
3. Механічна міцність жили з чистого алюмінію (а для протікання електричного струму потрібен саме якомога більш чистий метал) є надзвичайно малою. Це досить крихкий метал, який насилу витримує багаторазові згини та вкрай чутливий до сильного зламу. Багато електриків знайомі з тим, наскільки складно заводити до розподільного щитку квартири алюмінієві жили з під'їзду, не перегнувши їх у той чи інший бік.
4. Кабельно-провідникова продукція з алюмінію починає основний ряд своїх типорозмірів з перетину у 2,5 кв. мм. Усе, що нижче за цю величину, швидше за усе не винесе навіть процесу монтажу, не кажучи вже про тривалу експлуатацію.
5. Обробка алюмінію вимагає підготовки спеціальних умов. Наприклад, зварювати його можна тільки у особливому середовищі інертного газу або суміші газів, а паяти необхідно виключно з припоями та флюсами для цього металу. Хоча у цілому складність робіт цілком порівняна з обробкою міді, необхідність у цілій низці додаткових факторів знижує загальну привабливість такого матеріалу та його зручність для майстра.
6. Щоб створити надійне розбірне з'єднання алюмінієвого провідника з клемою приладу або апаратом, необхідно ретельно зачистити жилу від можливих оксидних плівок та обробити місце приєднання мастильними матеріалами (технічним вазеліном та іншими негорючими речовинами). За недотримання цих правил контакт може виявитися поганим, час зниження його струмопровідності зменшиться, а сама жила, що фіксується, ризикує обламатися у процесі монтажу.
7. Проте, алюміній у три рази легший за мідь, що відповідним чином впливає на вагу кабелю з певним метражем та на собівартість одиниці довжини.

Узявши до уваги усі позитивні боки обох металів, вченим вдалося винайти підхід, який якщо й не нівелює, то хоча б у максимальному ступені перекриває особливі «вразливі місця» кожного матеріалу. Алюміній, який з легкістю окислюється на повітрі, повинен бути екранований від нього іншим металом. При цьому ламкість внутрішнього шару компенсується піддатливістю зовнішнього з міді. Сукупна вага композиту лише трохи вище за чистий алюміній, зате споживачі отримують безліч переваг застосування міді за собівартості такого рішення у два з гаком рази нижче.

Технологія виробництва

Процес покриття алюмінієвого сердечника кільцевою оболонкою з міді називається плакуванням. Це особливий термомеханічний процес, який набагато простіший за усі споріднені йому способи покриття однієї речовини іншою. Точність процентного співвідношення міді та алюмінію у даному випадку регулюється досить просто, а сам процес виробництва дозволяє вважати собівартість продукції цілком конкурентоспроможною на загальному ринку.

На початковому етапі зі спеціально очищеної електротехнічної міді виготовляється смуга або стрічка із заздалегідь визначеними розмірами. Паралельно з цим на іншому обладнанні досить тривіальним способом виготовляється алюмінієвий провідник-моножила. На певному етапі до спеціального верстату подається смуга міді та кругла жила з алюмінію. Тонкий зовнішній шар обертається навколо сердечника та міцно до нього притискається. У деяких випадках, особливо при великому діаметрі композитного провідника, також проводиться зварювання стику країв мідної смуги.

Отримана заготовка піддається нагріву та протягується крізь певну кількість вальців, набуваючи таким чином необхідної міцності та монолітності. Композит може формуватися під стандартні діаметри прокатним або витяжним способом – це вже ніяк не впливає на пропорцію речовин у провіднику. Важливо відзначити, що при подібному заводському виробництві із використанням термомеханічного зрощування двох різнорідних матеріалів шкідливі перехідні опори на кордоні розділу металів є надзвичайно малими. При цьому виріб має усі провідні властивості обох сировинних речовин, але оксидна плівка на поверхні майже не утворюється, адже там знаходиться мідь.

Дешевизна та мала вага роблять алюмомідні вироби досить непоганим рішенням для широкого кола задач. Хоча у побуті усе ж не прийнято підключати за їхньою допомогою розетки, світильники та вимикачі, такі матеріали можуть бути корисними там, де вага конструкції досить важлива. Наприклад, такі композитні провідники нерідко використовують у авіації та автомобілебудуванні. За рахунок застосування алюмоміді маса кабельно-провідникових виробів знижується на 40-60% у порівнянні зі звичайною міддю, а собівартість рішення здешевлює продукт.

На основі алюмомідних матеріалів також виробляють принципово інші типи провідників. Наприклад, високочастотні, коаксіальні та мережеві кабелі часто мають екрани з подібного композиту. Локальні комп'ютерні мережі також можуть використовувати алюмомідь, але у такому випадку не варто сподіватися на надто високу швидкість передачі даних. Оптимальна сфера застосування у області цифрових технологій та електроніки – низькорівнева заводська автоматизація.

Що стосується застосування алюмоміді у побуті, то тут є свої особливості. Наприклад, замінити алюмінієвий дріт композитним того ж перетину цілком допустимо, а ось для заміни мідного доведеться використовувати наступний більший типорозмір алюмоміді. За належного навику та розуміння електротехнічної справи подібні маніпуляції допоможуть трохи заощадити абсолютно без втрати у якості та надійності комунікацій.

Є у алюмоміді й зовсім несподівана властивість – вона дуже непопулярна у розкрадачів дротів заради металу. Уся справа у тому, що скупники неохоче приймають композит, адже подальше розділення на компоненти – досить складний та дорогий процес. Сьогодні знайти цей матеріал у продажу може виявитися непросто, оскільки його зазвичай у великих масштабах закуповують промислові підприємства. Проте, якщо Вам хочеться поекспериментувати з композитом, його завжди можна придбати через інтернет.