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銅端子與鋁導(dǎo)線連接的3個技術(shù)難點 發(fā)布日期:2021-03-31 發(fā)布人:江平線束

  銅導(dǎo)線一直以來是汽車電氣系統(tǒng)中傳輸動力與信號電流的主要載體。隨著各國法規(guī)對節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高, 以及行業(yè)內(nèi)成本壓力的持續(xù)上升, 尋找輕量化和低成本導(dǎo)體替代銅導(dǎo)線已成為行業(yè)的趨勢,目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)大線徑的鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線的技術(shù)方案,本文主要探討銅端子與鋁導(dǎo)線連接的3個技術(shù)難點。

  一、鋁導(dǎo)體表面存在氧化膜

  鋁導(dǎo)體和氧之間具有很強的親和力。即便在常溫下, 與空氣接觸的瞬間其表面就會形成致密的三氧化二鋁 (Al2O3 )。 這層氧化膜僅為 2nm 厚, 卻緊密地與鋁基材表面相結(jié)合。與銅導(dǎo)體相比, 雖然鋁導(dǎo)體上的氧化膜阻止了氧向其內(nèi)部擴散, 并在大氣中起到了良好的抗腐蝕保護作用。但是其良好的絕緣效果, 阻止了電子從一個鋁基材導(dǎo)體向另一個鋁基材導(dǎo)體移動, 即電子只能在鋁基材本體內(nèi)移動。

  正因為這一特點, 鋁導(dǎo)線端部在去除絕緣護套后, 接觸空氣的鋁導(dǎo)體表面形成了氧化膜。 如圖1所示, 鋁導(dǎo)體中的電子只能在單根鋁絲中移動, 而無法在鋁絲與鋁絲之間移動。 如果在一束鋁芯線中存在部分?jǐn)嘟z現(xiàn)象, 那么這些斷絲中的電子運動就被阻斷, 相比于斷絲前的鋁導(dǎo)線, 其電阻值將會增加, 導(dǎo)電性能將會降低。

  圖 1 電子在銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體中的移動軌跡

  與之相比, 銅基材導(dǎo)體表面在空氣中不會迅速形成致密的氧化膜, 因而即便是出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象, 斷絲中的電子仍可以借道其他銅絲向前運動。因此從定性的角度講, 銅導(dǎo)線在出現(xiàn)一定比例的斷絲時, 雖然導(dǎo)電性能有所下降, 但仍能滿足使用的要求。

  二、銅鋁導(dǎo)體接觸部位存在電化學(xué)腐蝕

  圖 2 為不同金屬材料在海水中的電化學(xué)勢排序, 可以看到銅金屬和鋁金屬在海水中存在化學(xué)電位差。當(dāng)這兩種金屬同時存在于一種電解液中時就會形成原電池, 進而產(chǎn)生電化學(xué)反 應(yīng)。處于低電勢的鋁材質(zhì)中的鋁原子將會離開晶格并失去電子, 從而形成水合離子。長期處于這種環(huán)境中的鋁導(dǎo)體將會被逐步蠶食殆盡, 這種現(xiàn)象被稱作電化學(xué)腐蝕。

  圖 2 不同金屬材料在海水中的電化學(xué)勢排序

  當(dāng)空氣中的濕度較大或含有鹽化的雜質(zhì)時, 就會形成理想的電解液環(huán)境, 銅端子與鋁導(dǎo)線直接接觸的部位就形成了以鋁 為負(fù)極、 銅為正極的原電池。如圖 3 所示, 如果連接部位處理不當(dāng), 將會產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕, 從而失去銅鋁連接的電氣性能和機械性能。

  三、鋁導(dǎo)線在端子壓接部位的電化學(xué)腐蝕案例

  3 鋁導(dǎo)線電氣性能與機械強度弱于銅導(dǎo)線

  在相同線徑條件下的鋁導(dǎo)線導(dǎo)電率要弱于銅導(dǎo)線, 因此必須使用比銅導(dǎo)線線徑更大的鋁導(dǎo)線, 以降低其阻值達到與銅導(dǎo)線等效的電氣性能。

  此外, 鋁導(dǎo)體的抗拉強度、硬度等機械性能都要弱于銅導(dǎo)體, 因此不適合加工成鋁端子與車上的其他部件連接, 只能考慮采用銅端子與鋁導(dǎo)線連接, 但是連接部位容易出現(xiàn)機械損傷或疲勞損傷, 因此在應(yīng)用時必須采取相應(yīng)的保護措施。