鋁及鋁合金材料的質(zhì)量要求
( 一)鋁
鋁具有良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性和耐蝕性，比重小，易于壓力加工成各 種型材，無(wú)低溫脆性，對(duì)光和熱的反射率大，其機(jī)械強(qiáng)度比銅低，但比強(qiáng)度 大，且資源豐富，是廣泛推廣使用的導(dǎo)電材料。
l . 導(dǎo)電用鋁的品種、成分和性能
導(dǎo)電用鋁通常選用含鋁量在 99 . 5% 以上的工業(yè)純鋁，其化學(xué)成分參 見表 l - l2。
導(dǎo)電用鋁的性能和主要工藝參數(shù)見表 l - l3。
2 . 影響鋁性能的主要因素
(l)雜質(zhì)的影響。鋁的物理和機(jī)械等性能隨純度而異，如 99 . 5%鋁的
導(dǎo)電率為 6l% IACs，99 . 996%高純鋁的導(dǎo)電率達(dá) 65% IACs。鐵和硅是導(dǎo) 電用鋁的主要雜質(zhì)，其含量與相對(duì)比例對(duì)鋁的物理、機(jī)械和工藝性能等有 顯著的影響。
鐵和硅可稍提高鋁的抗拉強(qiáng)度，但降低其塑性。鐵和硅在鋁中，除以 A13 Fe 和 si 存在 外，還 形 成 硬 而 脆 的 三 元 化 合 物 a(Fe·si·A1) 相、β ( Fe. si. A1)相。a相對(duì)鋁的塑性影響比 β相小。在鐵、硅含量之和為 0 . 2%
~ 0 . 5%的導(dǎo)電用鋁中，為改善加工性能，防止熱軋時(shí)開裂，鐵的含量應(yīng)大 于硅，使鋁中雜質(zhì)主要形成 a相。鐵除了能細(xì)化晶粒外，還可縮小凝固時(shí) 的結(jié)晶溫度范圍，減少鑄造時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向。
表 l - l2 導(dǎo)電用鋁的化學(xué)成分
鋁牌號(hào) | 代 號(hào) | 雜質(zhì)含量(%，不大于) | 含鋁量 (%，不小于) | ||||
鐵 | 硅 | 鐵 + 硅 | 銅 | 總和 | |||
特一號(hào)鋁 | A1 - 00 | 0 . l4 | 0 . l3 | 0 . 26 | 0 . 0l0 | 0 . 30 | 99 .7 |
特二號(hào)鋁 | A1 - 0 | 0 . 25 | 0 . l8 | 0 . 36 | 0 . 0l0 | 0 . l0 | 99 . 6 |
一 號(hào) 鋁 | A1 - l | 0 . 30 | 0 . 22 | 0 .45 | 0 . 0l5 | 0 . 50 | 99 . 5 |
表 l - l3 導(dǎo)電用鋁的性能和主要工藝參數(shù)
熔點(diǎn) 密度 比熱容 熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù)) 線脹系數(shù) 電阻率
電阻溫度系數(shù)
屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度
延伸率
硬度 HB 澆注溫度 熱加工： 熱軋溫度 熱擠溫度 鍛造溫度 退火溫度 | (℃) 20℃(kg/m3 ) 20℃(J/kg·K) 20℃(W/m·K) 20 ~ l00℃(l0 - 6 ℃) 20℃(l0 - 8Q·m) 20℃(l0 - 3/ ℃) (Pa) (Pa)
(%) (Pa) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) |
軟態(tài) 硬態(tài) 軟態(tài) 硬態(tài) 軟態(tài) 軟態(tài) 半硬態(tài) 硬態(tài) 軟態(tài) 硬態(tài) 硬態(tài)
達(dá)到軟態(tài) 達(dá)到半硬態(tài) | 658 2703 92l 22l 23 2 . 80 * 2 . 8264 * 4 . 07 * 4 . 03 * (3 ~ 4) × l07 (7 ~ 9 . 5) × l07 (9 . 5 ~ l4) × l07 (l5 ~ l8) × l07 20 ~ 40 大于 0 . 5 (35 ~ 45) × l07 670 ~ 730
440 ~ 490 400 ~ 480 350 ~ 450 350 ~ 450 240 ~ 260 |
(2)冷變形的影響。鋁經(jīng)冷變形后，引起冷作硬化。冷變形度達(dá) 90% 以上時(shí)，抗拉強(qiáng)度可提高到 180 牛/毫米2，導(dǎo)電率只降低約 1 . 5% 1ACs?？?nbsp;制冷變形度或退火工藝可獲得硬、半硬和軟等不同機(jī)械性能的制品。
(3)溫度的影響。鋁在熔點(diǎn)以下，電阻和溫度基本上呈線性關(guān)系。鋁 在低溫時(shí)，抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、硬度和彈性模量增高，延伸率和沖擊值也 增高，無(wú)低溫脆性，適于作低溫導(dǎo)體。
由于鋁的蠕變極限和抗拉強(qiáng)度與溫度有關(guān)，鋁的長(zhǎng)期使用工作溫度 不宜超過 90℃，短時(shí)使用工作溫度不宜超過 120℃。
3 . 鋁的耐蝕性
鋁在室溫下極易生成一層極薄的致密而堅(jiān)固的氧化膜，它能阻止鋁 的進(jìn)一步氧化，并可阻止其他因素對(duì)鋁的腐蝕。氧化膜的連續(xù)性與鋁中 的雜質(zhì)及鋁表面的粗糙程度有關(guān)，如連續(xù)性不好，就會(huì)降低鋁的耐蝕性。 使用環(huán)境對(duì)鋁的耐蝕性也影響很大。
(1)雜質(zhì)對(duì)耐蝕性的影響。鋁的純度對(duì)耐蝕性有顯著影響，如純度 99%的鋁在稀鹽酸中的溶解度比 99 . 95%的鋁要大 50 倍。導(dǎo)電用鋁中的 雜質(zhì)除鐵、硅外，還含有少量的銅，銅對(duì)鋁的耐蝕性影響較大。雜質(zhì)對(duì)鋁 的耐蝕性影響見表 1 - 14。
表 1 - 14 在電解液中雜質(zhì)對(duì)鋁的耐蝕性影響程度
雜 質(zhì) | 海 水 | HC1(10%) | H2 s04 (20%) | HN03 (25%) | Na0H(稀) |
Cu | 2 | 4 | 3 | 3 | 3 |
Fe | 2 | 4 | 2 | 2 | 3 |
si | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
Zn | 2 | 3 | 1 | 1 | 1 |
Mg | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Mn | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 |
注：1 - 耐蝕性好；2 - 稍有腐蝕；3 - 明顯腐蝕；4 - 嚴(yán)重腐蝕。
鋁的含鐵量大于 0 . 1%時(shí)，其腐蝕速度比 99 . 998%高純度鋁大 160 倍。 硅對(duì)鋁的耐蝕性影響與鋁中含鐵量有關(guān)，當(dāng)鋁中不含鐵時(shí)，影響不大；當(dāng) 鐵、硅同時(shí)存在時(shí)，形成 C(Fe·si·A1)相，則顯著降低鋁的耐蝕性。銅對(duì)鋁 的耐蝕性影響比鐵和硅嚴(yán)重，鋁中含 0 . 1%銅的腐蝕速度比含 0 . 1%鐵的 大 10 倍。
(2)使用環(huán)境條件對(duì)鋁的腐蝕作用。鋁在通常的大氣中有良好的耐 蝕性。但如大氣中含有大量的二氧化硫或硫化氫、酸、堿等氣體時(shí)，在潮 濕的氣候條件下，鋁表面形成電解液，引起電化學(xué)腐蝕。大氣中如有大量
塵埃及非金屬夾雜物沉積在鋁表面，也易引起腐蝕。
在沿海地區(qū)大氣中鹽霧所含的氯離子凝集在鋁的表面，易在表面的 雜質(zhì)和缺陷周圍引起局部腐蝕，形成孔洞的溝洼。因此，需要采用較高純 度的鋁，或采取特殊防腐措施。
鹽酸蒸汽對(duì)鋁也發(fā)生類似氯離子的腐蝕作用。硝酸和堿類蒸汽能引 起鋁的嚴(yán)重腐蝕。
鋁在大部分有機(jī)酸(除甲酸和草酸外)和氨水中是相當(dāng)穩(wěn)定的，但在 各種無(wú)機(jī)酸(濃硝酸除外)，汞鹽、鹵化物和堿類等溶液中，均會(huì)引起強(qiáng)烈 腐蝕。
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