Особенности проектирования деталей из алюминия подлежащих гальванопокрытию

Обозначения

А как же розетки?

Кабель не эксплуатируется сам по себе. Как правило, в квартирах он начинается от клемм автоматических выключателей и нулевых шин, а заканчивается на электроустановочных изделиях (ЭУИ).

Большинство производителей модельного оборудования еще до выхода изменений указывали на возможность присоединения к контактным зажимам и медных, и алюминиевых проводников. Но было и маленькое уточнение: раз в шесть месяцев нужно протягивать контакты.

Производители ЭУИ после выхода изменений быстро сориентировались и начали выпускать розетки и выключатели со специальными клеммами. Важно и то, что в эти клеммы без проблем входит жила сечением 4 мм2.

Чтобы было все официально, были внесены изменения в ГОСТ IEC 60884 на бытовые розетки и ГОСТ IEC 61545 на контактные соединения. Кто любит глубоко копать — рекомендую ознакомиться.

Описание

Алюминий АД00 применяется: для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, полос, плит, профилей, панелей, прутков, труб, проволоки, штамповок и поковок) методом горячей или холодной деформации, слитков и слябов; прессованных труб с контролем внутреннего диаметра от 14 до 42 мм для теплообменных аппаратов.

Примечание

По ИСО 209−1 алюминий марки АД00 имеет обозначения А199,7 и 1070А, алюминий марки АД00Е (с гарантированными электрическими характеристиками) имеет обозначения ЕА199,7 и 1370.

Алюминиевый лист: разновидности

Алюминиевый лист – распространенный материал, который активно используют не только в авиастроительстве, ремонтных работах, машино- и приборостроении, но и в химической и пищевой промышленности, радио- и электротехнике.

Преимущества алюминия позволяют производить из этого материала самые разнообразные изделия. По подсчетам Международного института алюминия, сегодня в мире около 400 млн алюминиевых изделий. К полезным свойствам материала стоит отнести:

• высокую прочность;
• легкость – он намного легче других металлов;
• неподверженность коррозии;
• тонкость – листы из него получаются тоньше, чем из других металлов;
• подверженность вторичной обработке.

Стандарты

продукция из анодированного алюминия

Анодированный алюминий AluPlate от компании Алюматек предназначен для изготовления целого ряда промышленных и рекламно-информационных изделий с применением технологий печати на металле и лазерных станков. Это шильдики. таблички, приборные лицевые панели, шкалы приборов, бейджи, номерки и прочая продукция из алюминия. Благодаря глубокому и равномерному оксидному слою, краситель, нанесенный цифровым способом с использованием принтеров для печати по металлу хорошо проникает в верхний слой алюминия, в результате получается яркое и устойчивое изображение с гарантией стойкости до 20 лет. А качественное окрашивание металла для гравировки позволяет получить изделия, отвечающие самым высоким требованиям Ваших клиентов.

таблички

Производство металлических табличек для наружного и внутреннего использования

шильды

Изготовление шильдиков из алюминия различной толщины, в том числе самоклеящихся

приборные панели

Производство приборных панелей из металла с применением технологий лазерной резки и фрезеровки

Химический состав

Al — основа. По ГОСТ 4784-97 массовая доля прочих примесей ≤ 0,03 % каждой, суммарная массовая доля всех примесей ≤ 0,30 %. Для алюминия марки АД00Е (с гарантированными электрическими характеристиками) массовые доли примесей устанавливаются: кремний ≤ 0,10 %, медь ≤ 0,020 %, марганец ≤ 0,010 %, магний ≤ 0,020 %, хром ≤ 0,010 %, железо ≤ 0,25 %, цинк ≤ 0,040 %, бор ≤ 0,020, титан+ванадий ≤ 0,020 %.

Виды анодирования

Организация QUALANOD подразделяет анодирование алюминия на четыре основных типа с различными требованиями к их характеристикам и свойствам:

• архитектурное (строительное) анодирование
• декоративное анодирование
• промышленное анодирование
• твердое анодирование.

Анодные покрытия подразделяется на классы по их толщине:

• минимально допустимая средняя толщина и
• минимально допустимая локальная толщина.

Например, класс АА20 означает, что средняя толщина покрытия должна быть не менее 20 микрометров. Минимальная локальная толщина покрытия обычно должна быть не менее 80 % от минимальной средней толщины. Для класса АА20 это составляет 16 мкм.

Архитектурное анодирование

Это анодирование для производства архитектурной отделки изделий, которые постоянно находятся в наружных условиях и в стационарном состоянии. Самыми важными характеристиками анодированного изделия считается внешний вид и длительный срок службы.

Для анодированного алюминия степень защиты от точечной (питтинговой) коррозии алюминия возрастает с увеличением толщины анодного покрытия. Следовательно, срок службы архитектурного или строительного элементы в значительной степени от толщины анодного покрытия. Однако для получения более толстого анодного покрытия требуется значительно большие затраты электрической энергии. Поэтому так называемое «переанодирование» не рекомендуется.

Архитектурное анодирование имеет следующие классы:

• АА10
• АА15
• АА20
• АА25

Выбор толщины анодного покрытия для наружных алюминиевых конструкций зависит от агрессивности атмосферы и обычно устанавливается в национальных нормах. Кроме того, применение некоторых красящих составов требует класса толщины 20 мкм или выше. Это нужно для достижения хорошего заполнения пор красителем и повышенной стойкости окрашенного покрытия к солнечному свету.

Декоративное

Этот тип анодирования алюминия предназначен для производства декоративной отделки изделий. Главным критерием качества является однородный или эстетически привлекательный внешний вид.

Декоративное анодирование имеет следующие стандартные классы толщины:

• АА03
• АА05
• АА10
• АА15

Промышленное и твердое

Промышленное анодирование алюминия применяют для производства функциональной отделки поверхности изделий, когда внешний вид является второстепенной характеристикой. Целью твердого анодирования является получение покрытие с высокой износостойкостью или высокой микротвердостью.

Очень часто, например, в автомобилестроении или медицинском оборудовании, внешний вид изделия не имеет значения, но наиболее важной характеристикой является стойкость к износу и/или способность подвергаться эффективной чистке и иметь высокие гигиенические требования. В таких случаях именно эти свойства анодированного алюминия являются главными.

Если главным свойством является высокая износостойкость, применяют особый вид анодирования – твердое анодирование. Оно производится при пониженных, часто отрицательных, температурах электролита

Толщина промышленного и твердого анодного покрытия обычно составляет от 15 до 150 мкм. Резьбы и шлицы могут иметь покрытие до 25 мкм. Для получения высокой электрической изоляции часто требуется толщина анодного покрытия от 15 до 80 мкм. Покрытия толщиной 150 мкм применяют для ремонта деталей.

Механические характеристики

Применение алюминия и его сплавов в электротехнической промышленности

Алюминий и ряд его сплавов широко применяют в электротехнике благодаря его:

• высокой электропроводности;
• коррозионной стойкости;
• малой плотности;
• хорошим обрабатываемости давлением;
• деко­ративному виду;
• меньшей стоимости по сравнению с более дорогой медью и ее проводниковыми сплавами.

Электротехническая промышленность — крупнейший потреби­тель алюминия. Мировая доля ее потребления составляет 18% от общего количества алюминия. Наиболее широко алюминий используют в кабельной промышленности, на которую в настоящее время приходится около 90 % всего алюминия, потребляемого в электротехнике.

В зависимости от величины удельного электросопротивления алюминиевые электротехнические сплавы подразделяются следующим образом:

• провод­никовые сплавы;
• сплавы с повышенным электротехническим сопротивле­нием.

Проводниковые сплавы

Удельная электрическая проводимость электротехнического алюми­ния (А7Е, А5Е)по международному стандартусоставляет 60—62% от проводимости отожженной меди. Технический алюминий (АДО) и электротехнический алюминий (преимущественно А5Е) широко применяют для изготовления проводов, кабелей, шнуров, шин, про­филей и труб различного электротехнического назначения.

Наибольшее применение в электротехнике получили малолеги­рованные сплавы системы Аl—Мg—Si: АД31, АД31Е и их аналоги (АВЕ, 01327, АЕ1/АЕ2). Известны также сплавы на основе алюминия, опробованные в промышленных и полупромыш­ленных условиях. В основном это сплавы систем Аl—Fе—В(Ni), Аl—РЗМ, Аl—Мg(Сu), Аl—Zr, Аl—Si (01017, 01417, 01527, 01117 и др.).

При более низкой удельной проводимости (56—59% от отожжен­ной меди) алюминиевые проводниковые сплавы имеют преимущест­венно то же назначение, что и электротехнический алюминий, и их используют при необходимости обеспечения более высокой проч­ности, теплопрочности, сопротивления ползучести и других спе­циальных требований.

Из сплавов АД31, АД31Е изготавливают шины, профили и трубы, применяемые для различных электротехнических изделий; сплав АД31Е обеспечивает более высокую проводимость, чем сплав АД31 при примерно том же уровне механических свойств. Сплавы более ограниченного применения предназначены для бортовых проводов, кабелей связи, микропроводов интегральных схем и других специальных электротехнических целей. В основном это малолегированные сплавы систем, указанных выше, а также Аl—Мg—Zn, Аl—Сu и др. Все легирующие элементы и примеси, входящие в алюминиевые проводниковые сплавы, по степени снижения электропроводности отожженного алюминия делятся на две группы:

1. Элементы, незначительно снижающие проводимость при содержа­нии 0,1—0,2 % (атомн.): Zn, Ni, Si, Cu, Мо, Са, Fe, Mg, W (у > 35 МСм·м-1);

2. Элементы, значительно уменьшающие проводимость: Сг, Li, Mn,Ti, Be, Zr (у < 34 МСм·м-1).

Микролегирование провод­никовых сплавов поверхностно-активными добавками типа бора спо­собствует понижению удельного электросопротивления алюминиевых сплавов в определенных температурных интервалах и повышению пластичности. Считается, что небольшие по размеру атомы бора (0,09 нм.) образуют нерастворимые бориды хрома, циркония и, вы­водя их из твердого раствора и из сплава, подавляют вредное дейст­вие титана, марганца и ванадия, повышают проводимость изготав­ливаемых из них электротехнических изделий. В последние годы алюминиевые проводниковые сплавы стали более широко применять для воздушных проводов и кабелей связи (в основном, сплавы АД31Е, АВЕ). Высокая прочность прово­дов из алюминиевых сплавов позволяет увеличить размеры пролетов линии электропередач, способствует уменьшению количества повре­ждений при монтаже. По величине сопротивления действию дуги, возникающей при коротком замыкании, провода из алюминиевых сплавов занимают второе место после медных и значительно устойчивее проводов из алюминия. Стоимость алюминиевого провода в линиях электропередач составляет от 1/2 до 1/3 стоимости медного провода равной проводи­мости. На сегодняшний день перечень основных видов применения алюминия и алюминиевых сплавов в электротехнической промышленности очень широк:

• ¾ сталеалюминиевые провода для напряжений до 750 кВ, предна­значенные для передачи электрической энергии в воздушных электри­ческих линиях и на линиях электрифицированного транспорта;
• ¾ си­ловые кабели высокого (1—35 кВ) и сверхвысокого напряжения (до 500 кВ) с алюминиевыми жилами и оболочками;
• ¾ кабели связи все­возможных видов и назначений;
• ¾ трансформаторы до 70 тыс. кВт;
• ¾ электрические двигатели до 1000 кВт и более;
• ¾ электрические приводы;
• ¾ корпуса электрических батарей;
• ¾ зарядные станции для электромобилей;
• ¾ шинопроводы;
• ¾ провода для работы при повышенных температурах;
• ¾ биметал­лические алюминиевомедные установочные провода и жилы для контрольных и радиочастотных кабелей;
• ¾ разнообразная электриче­ская и светотехническая арматура.

Сортамент полуфабрикатов, используемых в этих изделиях электротехнического назначения очень разнообразен:

• прямоугольная (сечением 1,8÷7,7×4,1¸18мм) и круглая проволока диаметром от 0,08 мм до микронных размеров в волокнистой, эмалиево- волокнистой и пластмассовой изоляции, оксидированная или незащищенная;
• кабельные оболочки диаметром 10—100 мм неограниченной длины; однопроволочные секторные жилы сечением 50—240 мм2, фасонные и прямоугольные шины шириной до 380 мм;
• листы, фольга, биметаллы; литые детали, преимущест­венно из различных сплавов алюминия.

Кроме специальных проводниковых сплавов, в электро- и свето­технике находят применение мало- и среднелегированные алюминие­вые деформируемые сплавы проводимостью ниже 30—32 МСм·м-1. Наиболее широко применим сплав АД31, в ряде случаев используют сплавы 1320, 1915, 1925 (1955) и др. Сплав 1320 системы Аl— Мg—Si наиболее близок по свойствам к сплаву АД31, превосходит последний по пределам прочности и текучести, коррозионным свой­ствам, качеству поверхности после прессования, уступая по электро­проводности. Большинство вышеперечисленных сплавов применяют для полу­чения различных прессованных полуфабрикатов электротехниче­ского назначения. Профили из этих сплавов максимально прибли­жены по сечению к определенным деталям электротехнических из­делий. Кроме того, прессованные профили применяют для изготов­ления:

• корпусов электродвигателей;
• разных приборов;
• стоек;
• ребер жесткости;
• плат, к которым крепятся детали;
• радиаторов и охла­дителей полупроводниковых приборов непосредственно или взамен стального и медного проката, алюминиевого и медного литья.

Термическая обработка алюминиевых сплавов, применяемых в электротехнике, позволяет существенно изменять характеристики электропроводности. Так закалку сплавов АД31Е, АД31, 1320 можно осуществлять в ши­роком диапазоне температур: от 490 до 565 °С, предпочтительно при 525 °С в холодную воду. Старение — искусственное по унифициро­ванному режиму: 165 °С, выдержка 12 ч или при 140—180 СС, 12—2 ч в зависимости от требований, предъявляемых к механическим свой­ствам и электропроводности деталей. Термомеханическая обработка позволяет получить проволоку из сплава АД31Е и его аналогов с высокими значениями электропро­водности и прочностных характеристик одновременно. Наиболее распространена низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) по следующей технологической схеме: закалка бухт ка­танки от 525—565 °С в воду с температурой 20 °С, волочение в про­цессе естественного старения со степенью деформации более 80 %; искусственное старение при 140—180 °С в течение 16—20 ч. Использование ТМО возможно при производстве катанки из алюминиевых сплавов не­прерывным методом. Для этого необходимо проводить волочение про­волоки сразу после прокатки катанки с регулированием скоростей прокатки и охлаждения заготовки. Новая технология получения проволоки и полуфабрикатов из гранул и в виде композиционных материалов позволяет получить материалы, обладающие особыми физико-механическими и другими свойствами, что открывает перспективу создания принципиально новых конструкций и технологических решений в электротехнике. Примером может служить биметаллическая проволока алюминий (алюминиевый сплав) — медь, позволяющая изготавливать провода вдвое более легкие, чем медные, и имеющие проводимость на уровне электротехнической меди. Те же преимущества позволяют получить алюминийуглеродные, алюминиевомедные слоистые ленты, листы, плиты.

В электротехнике есть три сектора где медь и алюминий конкурируют между собой:

• ¾ кабели низкого и среднего напряжения;
• ¾ трансформаторы;
• ¾ шины электропитания.

Для кабельной продукции необходимо решить, что важнее поперечное сечение кабеля или больший вес? Алюминиевый кабель будет более дешев, чем медный, однако, медный более технологичен для различных конструктивных решений и менее проблематичен при применении в контактных соединениях. В последнее время появились медно-алюминиевые кабели, что позволило примирить конкурентов по электропроводимости: медь и алюминий.

Применение алюминия в трансформаторах вместо меди позволяет существенно экономить его вес. Различие в производственных затратах медных и алюминиевых трансформаторов компенсируют друг друга и по мнению изготовителей, выбор материала- прежде всего вопрос идеологии компании.

Требования к шинам электропитания диктуются, в первую очередь, габаритными размерами соответствующих конструкций. Большое количество токопроводящего материала и небольшое количество изоляционного материала в малом пространстве— вот что такое шины электропитания. Поэтому на первый план выдвигается ценовое различие. Большое количество электрических соединений в пределах небольшого пространства означает возможные проблемы соединений с алюминием. А когда все конструктивные решения учтены, вопрос выбора материала становится почти философским. Если в качестве критерия выбрана цена, то предпочтителен алюминий. С целью улучшить электропроводимость наалюминиевые контакты можно различным способом нанести медь. Алюминиевые и медные проводники, как правило, покрывают металлом с серебром или оловом. В цехах химического производства, на месторождениях нефти и газа, нефтегазоперерабатывающих заводах, сталелитейных заводах могут присутствовать коррозионно-активные газы, такие как сероводород. Алюминий стоек в сероводородных средах, а для медных контактов необходима оловянная металлизация.

(По материалам отечественной и зарубежной печати)

Выводы — осторожные

Мне не совсем понятно, как увеличивается надежность и безопасность в электропроводке, о чем декларируется в приказах. Вряд ли новые сплавы превосходят по своим параметрам классическую ГОСТовскую медь. За счет чего увеличится надежность, не понятно.

Поскольку при всех идентичных параметрах сечение жилы и диаметр кабеля будут увеличены, это усложнит жизнь электромонтажнику — ведь подключение и прокладка кабелей будут затруднены. Несомненно, что простые работяги, которым нужно будет осваивать новые технологии, первое время будут плеваться.

Лично я не против развития бизнеса и технологий. Главное, чтобы применение алюминиевых сплавов 8ххх действительно давало преимущества, о которых заявлено — низкую цену, безопасность и надежность.

Поживем — увидим!