Kupfer und Aluminium in der Elektrotechnik

Keine Führer – nirgendwo

Kupfer (lat. Cuprum) – eines der sieben seit der Antike bekannten Metalle. Bedeutende Kupfererzvorkommen gibt es in den USA, Chile, Russland (Ural), Kasachstan (Jezkazgan), Kanada, Sambia und Zaire.

Kupfer ist Teil von mehr als 150 Mineralien, 17 von ihnen haben industrielle Verwendung gefunden, darunter: Bornit (Cu5FeS4), Chalkopyrit (Kupferpyrit – CuFeS2), Chalkosin (Kupferglanz – Cu2S), Covellit (CuS), Malachit (Cu2 (OH). ) 2 [CO3]). Die Verarbeitung von Sulfiderzen liefert etwa 80 % des gesamten geförderten Kupfers.

Heimischer Honig kommt auch in der Natur vor.

Reines Kupfer – formbares und zartrosa sprödes Metall, ziemlich schwer, ausgezeichneter Wärme- und Stromleiter, leicht einer Druckbehandlung unterworfen. Es sind diese Eigenschaften, die den Einsatz von Kupferprodukten in der Elektrotechnik ermöglichen – derzeit werden mehr als 70 % des gesamten produzierten Kupfers für die Herstellung von Elektroprodukten verwendet. Für Produkte mit maximaler elektrischer Leitfähigkeit wird das sogenannte „sauerstofffreie“ Kupfer verwendet. In anderen Fällen ist auch handelsübliches reines Kupfer mit 0,02–0,04 % Sauerstoff geeignet.

Die Haupteigenschaften von Kupfer: spezifisches Gewicht – 8,93 g/cm3, Schmelzpunkt – 1083 ° C,elektrischer Wiederstand Kupfer bei 20 °C 0,0167 Ohm * mm2 / m. Reines Kupfer hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit (nach Silber an zweiter Stelle). Diese Kupferqualität wird in der Industrie zur Herstellung elektrischer Stromschienen aus Kupfer verwendet.

Kupferschienen werden gemäß GOST 434-78 hergestellt. Der Zustand, in dem die Kupferstromschienen an den Verbraucher geliefert werden: unbeheizte (Markierung-T-hart), geglühte (M-weich) und TV-harte Stromschienen aus sauerstofffreiem Kupfer.

Im verformten Zustand ist die Festigkeit von Kupfer höher als die von geglühtem Metall und die elektrischen Leitfähigkeitswerte werden reduziert.

Legierungen, die die Festigkeit erhöhen und andere Eigenschaften von Kupfer verbessern, werden durch die Zugabe von Zusatzstoffen wie Zink, Zinn, Silizium, Blei, Aluminium, Mangan und Nickel erhalten. Für Legierungen werden mehr als 30 % Kupfer verwendet.

Messing – Legierungen aus Kupfer und Zink (Kupfer 60 bis 90 % und Zink 40 bis 10 %) – stärker als Kupfer und weniger anfällig für Oxidation. Durch die Zugabe von Silizium und Blei zu Messing werden seine Gleiteigenschaften erhöht, durch die Zugabe von Zinn, Aluminium, Mangan und Nickel wird die Korrosionsbeständigkeit erhöht. Bleche und Gussprodukte werden im Maschinenbau, insbesondere in der chemischen Industrie, im Optik- und Instrumentenbau sowie bei der Herstellung von Netzen für die Zellstoff- und Papierindustrie verwendet.

Bronze... Früher wurden Legierungen aus Kupfer (80-94 %) und Zinn (20-6 %) als Bronze bezeichnet. Mittlerweile werden lumenlose Bronzen hergestellt, benannt nach dem Hauptbestandteil Kupfer.

Aluminiumbronzen enthalten 5–11 % Aluminium und weisen hohe mechanische Eigenschaften bei gleichzeitiger Korrosionsbeständigkeit auf.

Bleibronzen mit einem Bleigehalt von 25–33 % werden hauptsächlich zur Herstellung von Lagern verwendet, die bei hohem Druck und hohen Gleitgeschwindigkeiten arbeiten.

Als preiswerter Ersatz für Zinnbronzen werden Siliziumbronzen mit einem Siliziumgehalt von 4–5 % verwendet.

Berylliumbronzen mit 1,8–2,3 % Beryllium zeichnen sich durch Härte nach dem Aushärten und hohe Elastizität aus. Daraus werden Federn und Federprodukte hergestellt.

Cadmiumbronzen – Kupferlegierungen mit einem geringen Cadmiumanteil (bis zu 1 %) – werden bei der Herstellung von Wagen für Trolleys, bei der Herstellung von Armaturen für Wasser- und Gasleitungen sowie im Maschinenbau verwendet.

Lote – Legierungen aus Nichteisenmetallen, die beim Löten verwendet werden, um eine monolithische Schweißnaht zu erhalten. Unter den Hartloten ist eine Kupfer-Silber-Legierung (44,5–45,5 % Ag; 29–31 % Cu; Rest Zink) bekannt.

In Russland werden Kupferreifen von mehreren Fabriken hergestellt: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

Die weltweite Kupferproduktion stieg im Jahr 2007 im Vergleich zu 2006 um 2,5 % und belief sich auf 17,76 Millionen Tonnen. Der Kupferverbrauch stieg 2007 um 4 %, wobei der Kupferverbrauch in China im Jahresvergleich um 25 % anstieg, während der Kupferverbrauch in den USA stark um 20 % zurückging.

Aluminium und seine Legierungen

Aluminium und eine Reihe darauf basierender Legierungen werden in der Elektrotechnik aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, des geringen spezifischen Gewichts und vor allem der geringeren Kosten im Vergleich zu Kupfer und seinen leitfähigen Legierungen verwendet.

Abhängig von der Größe des elektrischen Widerstands werden Aluminiumlegierungen in leitfähige und Legierungen mit hohem elektrischen Widerstand unterteilt.

Die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Elektroaluminiumsorten A7E und A5E beträgt nach internationalem Standard etwa 60 % der Leitfähigkeit von geglühtem Kupfer. Technisches Aluminium AD0 und Elektroaluminium A5E werden zur Herstellung von Drähten, Kabeln und Reifen verwendet. In der Elektroindustrie werden niedriglegierte Aluminiumlegierungen der Systeme Al-Mg-Si AD31, AD31E eingesetzt.

Die Erdkruste enthält 8,8 % Aluminium. Es ist nach Sauerstoff und Silizium das dritthäufigste Element in der Natur und das erste unter den Metallen. Es ist Bestandteil von Ton, Feldspat und Glimmer. Es sind mehrere hundert Al-Mineralien bekannt (Aluminosilikate, Bauxite, Alunite und andere). Das wichtigste Aluminiummineral – Bauxit – enthält 28–60 % Aluminiumoxid – Aluminiumoxid Al2O3.

In seiner reinen Form wurde Aluminium erstmals 1825 vom dänischen Physiker H. Oersted gewonnen, obwohl es das häufigste Metall in der Natur ist.

Die Herstellung von Aluminium erfolgt durch Elektrolyse von Aluminiumoxid Al2O3 in der Kryolithschmelze NaAlF4 bei einer Temperatur von 950 °C.

Die Haupteigenschaften von Aluminium: Dichte – 2,7 × 103 kg/m3, spezifische Wärme von Aluminium bei 20 °C – 0,21 cal/Grad, Schmelzpunkt – 658,7 °C, Siedepunkt von Aluminium – 2000 °C, linearer Ausdehnungskoeffizient Aluminium (bei einer Temperatur von etwa 20 °C): – 22,9 × 106 (1/Grad)

Aluminiumlegierungen, die seine Festigkeit erhöhen und andere Eigenschaften verbessern, werden durch die Zugabe von Legierungszusätzen wie Kupfer, Silizium, Magnesium, Zink, Mangan erhalten.

Duraluminium (Duraluminium, Duraluminium, nach dem Namen der deutschen Stadt, in der die industrielle Produktion der Legierung begann) – Aluminiumschmelze (Basis) mit Kupfer (Cu: 2,2–5,2 %), Magnesium (Mg: 0,2–2,7 %) Mangan (Mn : 0,2-1 %). Gehärtet und gealtert, oft mit Aluminium ausgekleidet. Es ist ein Strukturwerkstoff für die Luftfahrt- und Verkehrstechnik.

Silumin – leichte Legierungen aus Aluminium (Basis) mit Silizium (Si: 4–13 %), manchmal bis zu 23 % und einigen anderen Elementen: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Es werden Teile mit komplexer Konfiguration hergestellt, hauptsächlich in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Magnalia – Aluminiumlegierungen (Basis) mit Magnesium (Mg: 1–13 %) und anderen Elementen mit hoher Korrosionsbeständigkeit, guter Schweißbarkeit, hoher Plastizität. Sie werden zur Herstellung von Formgussteilen (Magnaliaguss), Blechen, Drähten, Nieten usw. verwendet. (Verformbare Magnalia).

Bezogen auf den Anwendungsbereich liegen Aluminiumlegierungen nach Stahl und Gusseisen an zweiter Stelle.

Einige interessante Fakten über Aluminium:

• im Körper eines Erwachsenen sind bis zu 140 mg Aluminium vorhanden,

• 1 kg Aluminium in einem Auto spart mehr als 10 Liter Benzin alle 200.000 Kilometer,

• sogar Äpfel enthalten Aluminium – bis zu 150 mg/kg,

• jedes 20. der Atome, aus denen die obere Hülle unseres Planeten besteht, ist ein Aluminiumatom,

• Der Tagesbedarf eines Erwachsenen an Aluminium wird auf 2,45 mg geschätzt.

Mit einer geringeren spezifischen Leitfähigkeit (ca. 56 % von geglühtem Kupfer) erfüllen Aluminiumleiterlegierungen denselben Zweck wie Elektroaluminium. Solche Legierungen werden zur Erfüllung hoher Festigkeits-, Kriechfestigkeits- und anderer besonderer Anforderungen eingesetzt.Aluminiumreifen werden nach GOST 15176-89 aus den Legierungen AD31 und AD31T, seltener AD0, hergestellt.

Der Weltverbrauch an Primäraluminium belief sich 2007 auf 37,52 Millionen Tonnen, das waren 3,184 Millionen Tonnen (oder 9,3 %) mehr als im Jahr 2006. Die Weltproduktion von Primäraluminium stieg 2007 im Vergleich zu 2006 um 4,024 Millionen Tonnen und erreichte 38,02 Millionen Tonnen.

Hersteller von Kupferprodukten

Der größte Kupferproduzent auf dem russischen Markt – MMC Norilsk Nickel

Der zweitgrößte Honigproduzent unseres Landes ist die UMMC-Holding.

Der dritte große Player auf dem russischen Markt ist die Russian Copper Company. Zur CJSC „Russian Copper Company“ gehören 11 Unternehmen, die in vier Regionen Russlands sowie auf dem Territorium Kasachstans tätig sind

Auf dem Markt sind Kupferreifen von mehreren Fabriken erhältlich: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky und Kolchuginsky OCM sind Teil der OJSC UMMC.

Technologien und Preise

Da die Technologie zur Herstellung von Kupferbussen bekannt und in allen Fabriken praktisch gleich ist, steht für den Verbraucher das Preis-Leistungs-Verhältnis im Vordergrund. Inländische Unternehmen – Branchenführer – produzieren derzeit Qualitätsprodukte und konkurrieren miteinander, hauptsächlich über den Preis. Was die Qualität von Kupferschienen betrifft, ist jedoch anzumerken, dass Verunreinigungen, selbst in sehr geringen Mengen, die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer erheblich verringern. Daher hat die Ehe hier keinen Platz.

Gleichzeitig bieten ausländische und inländische Unternehmen innovative Lösungen an, die es ihnen ermöglichen, Produkte mit klar definierten Qualitätsparametern herzustellen.Darüber hinaus erfolgt die Produktion von Kupferreifen in besonders kritischen Momenten nach eigenen, teilweise originellen Lösungen.

Beispielsweise produziert die OJSC „KUZOTSM“ Kollektorbänder aus einer Kupfer-Silber-Legierung. Eine solche Legierung übertrifft Kupfer in ihren Betriebseigenschaften und ist im Gegensatz zur Kupfer-Cadmium-Legierung umweltfreundlich. Das Werk produziert auch eine Reihe kritischer elektrischer Profile. Dabei handelt es sich insbesondere um rechteckige Elektroprofile aus Kupfer, wie z. B. halbstarre Reifen, Vollreifen mit erhöhter Oberflächenabdeckung: Reifen mit vollständiger Abrundung der Schmalseiten des Abschnitts mit unterschiedlicher Härte usw.

Halbstarre Reifen werden hergestellt, um die Oberflächenqualitätsanforderungen der britischen Norm BS1432 zu erfüllen und halbstarre mechanische Eigenschaften zu erzielen. Die Reifen werden aus einem gepressten Knüppel in zwei Ziehdurchgängen mit Zwischenglühen hergestellt, und die Endbearbeitung erfolgt mit einem geringeren Verformungsgrad im Vergleich zum herkömmlichen Herstellungsverfahren für Vollreifen.

Reifen mit erhöhter Oberflächenreinheit, die für die anschließende elektrolytische Beschichtung mit Silber vorgesehen sind und an der Kontaktstelle die höchste elektrische Leitfähigkeit bieten. Dies erfordert besondere Anforderungen an ihre Oberflächenrauheit (Rz≤0,63 Mikrometer gemäß GOST 2789-73). Der vom Kunden geforderte Rauheitsindikator wurde bei KUZOTsM durch eine Reihe technologischer Methoden erreicht – die Verwendung erhöhter Gesamtreduktionen während des Ziehens, zusätzliche Vorbereitung der Ziehoberfläche vor der Fertigstellung des Ziehens und die entsprechende Bearbeitung eines speziell geformten Kanals aus Verbund- und monolithischen Matrizen . Der oben garantierte Rauheitsgrad (Rz≤0,63 Mikrometer) ermöglicht das gleichmäßige Auftragen von Beschichtungen einer bestimmten Dicke auf die Reifenoberfläche.Auf diese Weise ist es möglich, Kontaktflächen mit geringem Übergangswiderstand und hoher elektrischer Leitfähigkeit zu schaffen.

Reifen mit vollständiger Abrundung der Schmalseiten des Profils, also mit einem Krümmungsradius gleich der halben Reifendicke, haben gegenüber herkömmlichen Reifen gewisse Vorteile: Durch das Fehlen von Biegungen erhöht sich die Verschleißfestigkeit der Isolierbeschichtung In den Ecken des Profils werden erhebliche Kupfereinsparungen erzielt und die Indikatoren für die Verteilung der aktuellen Last auf dem Abschnitt sind verbesserte Reifen.

In einigen Monaten dürften die Beziehungen zwischen russischen Herstellern von Elektroprodukten und ihren ausländischen Konkurrenten eine neue Stufe erreichen. Dies ist auf den Beitritt zur WTO zurückzuführen. Einerseits eröffnet der WTO-Beitritt russischen Herstellern einen ausländischen Markt. Andererseits bedeutet der Beitritt zur WTO eine obligatorische Senkung der Einfuhrzölle, die in 3 bis 4 Jahren um fast das Eineinhalbfache gesenkt werden sollen. Der Hauptwettbewerb wird in der Qualität der Produkte liegen.

N. Alexandrow. Metalle und Preise