נחושת ואלומיניום בהנדסת חשמל

אין מדריכים - בשום מקום

נחושת (lat. Cuprum) - אחת משבע המתכות הידועות מהעת העתיקה. עתודות משמעותיות של עפרות נחושת נמצאות בארה"ב, צ'ילה, רוסיה (אורל), קזחסטן (ג'זקזגן), קנדה, זמביה וזאיר.

נחושת היא חלק מיותר מ-150 מינרלים, 17 מהם מצאו שימוש תעשייתי, כולל: בורניט (Cu5FeS4), כלקופיריט (פיריט נחושת - CuFeS2), כלקוציט (ברק נחושת - Cu2S), קובליט (CuS), מלכיט (Cu2 (OH) ) 2 [CO3]). עיבוד עפרות הגופרית מספק כ-80% מכלל הנחושת שנכרה.

דבש מקומי נמצא גם בטבע.

נחושת טהורה - מתכת שבירה ורודה ניתנת ורכה, כבדה למדי, מוליך מעולה של חום וחשמל, נתונה בקלות לטיפול בלחץ. התכונות הללו הן שמאפשרות להשתמש במוצרי נחושת בהנדסת חשמל - כיום יותר מ-70% מכלל הנחושת המיוצרת משמשת לייצור מוצרי חשמל. עבור מוצרים עם מוליכות חשמלית מרבית, נעשה שימוש בנחושת "נטולת חמצן". במקרים אחרים מתאימה גם נחושת טהורה מסחרית המכילה 0.02-0.04% חמצן.

המאפיינים העיקריים של נחושת: משקל סגולי - 8.93 גרם / cm3, נקודת התכה - 1083 מעלות צלזיוס,התנגדות חשמלית נחושת ב-20 מעלות צלזיוס 0.0167 אוהם * מ"מ / מ'. לנחושת טהורה יש מוליכות חשמלית גבוהה (שנייה רק ​​לכסף). איכות זו של נחושת משמשת בתעשייה לייצור פסים חשמליים מנחושת.

פסי נחושת מיוצרים בהתאם ל- GOST 434-78. המצב בו מועברים פסי הנחושת לצרכן: פסים לא מחוממים (סימון-T-קשיח), מחושלים (M-soft) ו-TV-פסים קשים מנחושת נטולת חמצן.

במצב מעוות, חוזק הנחושת גבוה מזה של מתכת מחושלת וערכי המוליכות החשמלית מופחתים.

סגסוגות המגבירות את החוזק ומשפרות תכונות אחרות של הנחושת מתקבלות על ידי החדרת תוספים לתוכה, כגון אבץ, פח, סיליקון, עופרת, אלומיניום, מנגן וניקל. יותר מ-30% נחושת משמשת לסגסוגות.

פליז - סגסוגות של נחושת עם אבץ (נחושת מ-60 עד 90% ואבץ מ-40 עד 10%) - חזקות יותר מנחושת ופחות רגישות לחמצון. בתוספת סיליקון ועופרת לפליז, תכונות האנטי-חיכוך שלו מוגברות, בתוספת של פח, אלומיניום, מנגן וניקל מוגברת העמידות נגד קורוזיה. יריעות ומוצרי יצוק משמשים בבניית מכונות, בעיקר בתעשייה הכימית, באופטיקה וייצור מכשירים, בייצור רשתות לתעשיית העיסה והנייר.

ברונזה... בעבר, סגסוגות של נחושת (80-94%) ופח (20-6%) נקראו ברונזה. כעת מייצרים ברונזה ללא לומן, הנקראת על שם המרכיב העיקרי על שם הנחושת.

ברונזה מאלומיניום מכילה 5-11% אלומיניום, בעלת תכונות מכניות גבוהות בשילוב עם עמידות בפני קורוזיה.

ברונזה עופרת המכילה 25-33% עופרת משמשת בעיקר לייצור מיסבים הפועלים בלחץ גבוה ובמהירויות הזזה גבוהות.

ברונזה סיליקון המכילה 4-5% סיליקון משמשות כתחליף זול לברונזה מפח.

ברונזה בריליום המכילה 1.8-2.3% בריליום מאופיינת בקשיות לאחר התקשות ובגמישות גבוהה. מהם מייצרים קפיצים ומוצרי קפיץ.

ברונזה של קדמיום - סגסוגות נחושת עם כמות קטנה של קדמיום (עד 1%) - משמשות בייצור קרונות לעגלות, לייצור אביזרים לצינורות מים וגז ובהנדסה.

הלחמות - סגסוגות של מתכות לא ברזליות המשמשות בהלחמה כדי להשיג תפר מרותך מונוליטי. בין ההלחמות הקשות ידועה סגסוגת נחושת-כסף (44.5-45.5% Ag; 29-31% Cu; השאר אבץ).

ברוסיה, צמיגי נחושת מיוצרים על ידי מספר מפעלים: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

הייצור העולמי של נחושת ב-2007 עלה ב-2.5% בהשוואה ל-2006 והסתכם ב-17.76 מיליון טון. צריכת הנחושת עלתה ב-4% ב-2007, כאשר צריכת הנחושת בסין זינקה ב-25% משנה לשנה, בעוד שצריכת הנחושת בארה"ב ירדה בחדות ב-20%.

אלומיניום וסגסוגותיו

אלומיניום ומספר סגסוגות המבוססות עליו משמשים בהנדסת חשמל בשל מוליכות חשמלית טובה, עמידות בפני קורוזיה, משקל סגולי נמוך ובעיקר, עלות נמוכה יותר בהשוואה לנחושת ולסגסוגות המוליכות שלה.

בהתאם לגודל ההתנגדות החשמלית, סגסוגות האלומיניום מחולקות למוליכות וסגסוגות בעלות התנגדות חשמלית גבוהה.

המוליכות החשמלית הספציפית של אלומיניום חשמלי בדרגות A7E ו-A5E היא כ-60% מהמוליכות של נחושת מחושלת לפי התקן הבינלאומי. אלומיניום טכני AD0 ואלומיניום חשמלי A5E משמשים לייצור חוטים, כבלים וצמיגים. סגסוגות אלומיניום בסגסוגת נמוכה של מערכות Al-Mg-Si AD31, AD31E משמשות בתעשיית החשמל.

קרום כדור הארץ מכיל 8.8% אלומיניום. זהו היסוד השלישי בשכיחותו בטבע אחרי חמצן וסיליקון והראשון מבין המתכות. זה חלק מחימר, ספירי פלד, נציצים. ידועים כמה מאות מינרלים של אל (אלומינוסיליקטים, בוקסיטים, אלוניטים ואחרים). מינרל האלומיניום החשוב ביותר - בוקסיט מכיל 28-60% תחמוצת אלומיניום - תחמוצת אלומיניום Al2O3.

בצורתו הטהורה, אלומיניום הושג לראשונה על ידי הפיזיקאי הדני H. Oersted בשנת 1825, למרות שזו המתכת הנפוצה ביותר בטבע.

ייצור האלומיניום מתבצע על ידי אלקטרוליזה של תחמוצת אלומיניום Al2O3 בהמסת קריוליט NaAlF4 בטמפרטורה של 950 מעלות צלזיוס.

המאפיינים העיקריים של אלומיניום: צפיפות - 2.7 × 103 ק"ג / מ"ק, חום סגולי של אלומיניום ב-20 מעלות צלזיוס - 0.21 קלוריות / מעלות, נקודת התכה - 658.7 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה של אלומיניום - 2000 מעלות צלזיוס, מקדם התפשטות ליניארית של אלומיניום (בטמפרטורה של כ-20 מעלות צלזיוס): - 22.9 × 106 (1 / מעלות)

סגסוגות אלומיניום, המגבירות את חוזקו ומשפרות תכונות אחרות, מתקבלות על ידי החדרת תוספי סגסוגת כמו נחושת, סיליקון, מגנזיום, אבץ, מנגן לתוכו.

Duralumin (duralumin, duralumin, משמה של העיר הגרמנית שבה החל הייצור התעשייתי של הסגסוגת) - נמס אלומיניום (בסיס) עם נחושת (Cu: 2.2-5.2%), מגנזיום (Mg: 0.2-2.7%) מנגן ( Mn : 0.2-1%). מוקשה ומיושן, לרוב מצופה באלומיניום. זהו חומר מבני להנדסת תעופה ותחבורה.

סילומיניום - סגסוגות קלות של אלומיניום (בסיס) עם סיליקון (Si: 4-13%), לפעמים עד 23% וכמה אלמנטים אחרים: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). חלקי תצורה מורכבת מיוצרים על ידה, בעיקר בתעשיות הרכב והתעופה.

Magnalia - סגסוגות אלומיניום (בסיס) עם מגנזיום (Mg: 1-13%) ואלמנטים אחרים עם עמידות בפני קורוזיה גבוהה, יכולת ריתוך טובה, פלסטיות גבוהה. הם משמשים לייצור יציקות מעוצבות (מגנליה יצוקה), יריעות, תיל, מסמרות וכו'. (מגנליה הניתנת לעיוות).

מבחינת היקף היישום, סגסוגות אלומיניום תופסות את המקום השני אחרי פלדה וברזל יצוק.

כמה עובדות מעניינות על אלומיניום:

• עד 140 מ"ג אלומיניום קיים בגופו של מבוגר,

• 1 ק"ג אלומיניום במכונית חוסך יותר מ-10 ליטר בנזין כל 200 אלף ק"מ,

• אפילו תפוחים מכילים אלומיניום - עד 150 מ"ג לק"ג,

• כל 20 מהאטומים המרכיבים את הקליפה העליונה של הפלנטה שלנו הוא אטום אלומיניום,

• הדרישה היומית של מבוגר לאלומיניום מוערכת ב-2.45 מ"ג.

עם מוליכות ספציפית נמוכה יותר (כ-56% מנחושת מחושלת), סגסוגות מוליכי אלומיניום משרתות את אותה מטרה כמו אלומיניום חשמלי. סגסוגות כאלה משמשות כדי לעמוד בחוזק גבוה, זחילה ודרישות מיוחדות אחרות.צמיגי אלומיניום מיוצרים על פי GOST 15176-89 מסגסוגות AD31 ו-AD31T, לעתים רחוקות יותר AD0.

הצריכה העולמית של אלומיניום ראשוני ב-2007 עמדה על 37.52 מיליון טון, שהם 3.184 מיליון טון (או 9.3%) יותר מאשר בשנת 2006. הייצור העולמי של אלומיניום ראשוני גדל ב-2007 ב-4.024 מיליון טון בהשוואה ל-2006 והגיע ל-38.02 מיליון טון.

יצרני מוצרי נחושת

היצרן הגדול ביותר של נחושת בשוק הרוסי - MMC Norilsk ניקל

יצרנית הדבש השנייה בגודלה בארצנו היא אחזקת UMMC.

השחקן הגדול השלישי בשוק הרוסי הוא חברת הנחושת הרוסית. CJSC "חברת הנחושת הרוסית" כוללת 11 מפעלים הפועלים בארבעה אזורים ברוסיה, כמו גם בשטח קזחסטן

בשוק קיימים צמיגי נחושת ממספר מפעלים: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky ו-Kolchuginsky OCM הם חלק מ-OJSC UMMC.

טכנולוגיות ומחירים

מכיוון שהטכנולוגיה לייצור אוטובוסים נחושת ידועה והיא כמעט זהה בכל המפעלים, יחס המחיר/איכות בא לידי ביטוי אצל הצרכן. מפעלים מקומיים - מובילי התעשייה מייצרים כיום מוצרים איכותיים ומתחרים זה בזה, בעיקר במחיר. אבל אם מדברים על איכות פסי נחושת, ראוי לציין כי זיהומים, אפילו בכמויות קטנות מאוד, מפחיתים באופן משמעותי את המוליכות החשמלית של נחושת. לכן, לנישואים אין מקום כאן.

במקביל, מפעלים זרים ומקומיים מציעים פתרונות חדשניים המאפשרים להם לייצר מוצרים עם פרמטרי איכות מוגדרים בבירור.יתרה מכך, ברגעים קריטיים במיוחד, ייצור צמיגי נחושת מתבצע על פי פתרונות שלנו, לעיתים מקוריים.

לדוגמה, OJSC «KUZOTSM» מייצרת סרטי אספן מסגסוגת נחושת-כסף. סגסוגת כזו עולה על הנחושת במאפיינים התפעוליים, ובניגוד לסגסוגת הנחושת עם קדמיום, היא ידידותית לסביבה. המפעל מייצר גם מספר פרופילים חשמליים קריטיים. בפרט מדובר בפרופילים חשמליים מלבניים מנחושת כמו צמיגים חצי קשיחים, צמיגים מוצקים עם כיסוי משטח מוגבר: צמיגים עם עיגול מלא של הצדדים הקטנים של החתך עם קשיות שונה וכו'.

צמיגים חצי קשיחים מיוצרים כדי לעמוד בדרישות איכות פני השטח הבריטיות BS1432 ולהשיג תכונות מכניות חצי קשיחות. הצמיגים עשויים מבלט דחוס בשני מעברי שרטוט עם חישול ביניים, והגימור נעשה בדרגה מופחתת של עיוות בהשוואה לתכנית הייצור המסורתית של צמיגים מוצקים.

צמיגים בעלי טוהר משטח מוגבר, המיועדים לציפוי האלקטרוליטי הבא שלהם בכסף, המספקים את המוליכות החשמלית הגבוהה ביותר בנקודת המגע, וזה מכתיב דרישות מיוחדות לחספוס פני השטח שלהם (Rz≤0.63 מיקרון לפי GOST 2789-73). מחוון החספוס שנדרש על ידי הלקוח הושג ב-KUZOTsM במספר שיטות טכנולוגיות - שימוש בהפחתות כוללות מוגברות במהלך השרטוט, הכנה נוספת של משטח השרטוט לפני השלמת השרטוט ועיבוד מתאים של תעלה בצורת מיוחדת מתבנית מרוכבת ומונוליטית. . רמת החספוס המובטחת לעיל (Rz≤0.63 מיקרון) מאפשרת יישום של ציפויים בעובי נתון באופן אחיד על פני הצמיג.כך ניתן ליצור משטחי מגע בעלי התנגדות מגע נמוכה ומוליכות חשמלית גבוהה.

לצמיגים עם עיגול מלא של הצדדים הקטנים של החתך, כלומר עם רדיוס עקמומיות השווה למחצית מעובי הצמיג, יש יתרונות מסוימים על פני המסורתיים: עמידות הבלאי של הציפוי המבודד גדלה עקב היעדר עיקולים. בפינות הפרופיל מושג חיסכון משמעותי בנחושת, והאינדיקטורים לחלוקת העומס הנוכחי על הקטע הם צמיגים משופרים.

בעוד מספר חודשים אמורים היחסים בין יצרני מוצרי החשמל הרוסיים למתחרים הזרים שלהם לעבור לשלב חדש. זאת בשל הכניסה ל-WTO. מצד אחד, ההצטרפות ל-WTO פותחת שוק זר עבור יצרנים רוסים. מצד שני, הצטרפות ל-WTO פירושה הפחתה מחייבת של מסי היבוא, שאמורה להיות מופחתת כמעט פי אחד וחצי תוך 3 4 שנים. התחרות העיקרית תהיה באיכות המוצרים.

נ' אלכסנדרוב. מתכות ומחירים