Соединение алюминия и меди: Соединяем медный и алюминиевый провода: как правильно?

Соединение медных и алюминиевых проводов

Автор Светозар Тюменский На чтение 3 мин. Просмотров 4.4k. Опубликовано 10 марта Обновлено 19 ноября

Общеизвестно, что монтаж любой электропроводки без соединений проводов невозможен – это, в первую очередь соединения проводов в распределительных коробках. На сегодняшний день из-за постоянного роста  энергопотребления в быту увеличивается нагрузка на электрические сети и, соответственно, на соединения проводов электропроводки.

Поэтому, к соединениям проводов в настоящее время предъявляются довольно серьёзные требования, направленные на повышение пожаро- и электробезопасности, которые, в общем-то, вполне оправданы.

Показателем хорошего, качественного соединения проводов, кроме плотности скручиваемого или стягиваемого контакта, является электрохимическая совместимость металлов соединяемых проводов.

Пожалуй, для многих, да-же далёких от электромонтажа людей не секрет, что алюминиевые и медные провода напрямую соединять ни в ком случае не допускается. Однако, это грубая ошибка очень распространена при соединении проводов.

Почему соединять медные и алюминиевые провода напрямую категорически запрещено? Алюминий – металл с высокой окисляемостью Это процесс образования на его поверхности окисной плёнки, имеющей очень высокое сопротивление, что естественно не может не сказываться на токопроводимости такого соединения.

Медные провода менее подвержены окислению, вернее, окисная плёнка на них имеет гораздо меньшее сопротивление, чем окисная плёнка на алюминиевых проводах, поэтому на токопроводимости это сказывается очень незначительно.

Поэтому при соединении медных и алюминиевых проводов электрический контакт фактически происходит через окисные плёнки меди и алюминия, имеющие разные электрохимические свойства, что существенно может затруднять токопроводимость в этом месте соединения.

На улице, под влиянием атмосферных осадков и прохождения через соединение электрического тока происходит процесс электролиза. Результат – образование в месте соединения раковин, нагрев и искрение контактов – повышенная  пожароопасность соединения.

Как соединить алюминиевые и медные провода?

Соединения медных  и алюминиевых проводов на улице или в помещении допускаются только с использованием специальных переходников – клеммников. Хорошим решением для содинений на улице будет использование зажимов ответвительных для СИП («проколы») с пастой, защищающей поверхность проводов от окисления.

Неплохой  вариант – ответвительные сжимы («орешки») – соединение  проводов в них просходит через промежуточную пластину внутри, т.е исключается прямой контакт меди с алюминием.

В помещении целесообразно применение самозажимных клеммников Wago с пастой, препятствующей окислению алюминиевых проводов. Это быстрый способ соединения медных и алюминиевых проводов, не требующий дополнительной изоляции.

Благодаря своим небольшим размерам, самозажимные, винтовые или пружинные клеммники очень удобны для соединений проводов в распаячных коробках.

Наконец, при отсутствии под рукой клеммника или «орешка» – ситуации бывают разные, куда надежней вместо обычной скрутки медного и алюминиевого проводов стянуть их болтом и гайкой, проложив между ними шайбу, которая исключит прямой контакт меди и алюминия.

Такой соединитель по своей надёжности контакта уступит выпускаемым клеммникам или «орешкам», разве что, своей громоздкостью – его более   затруднительно расположить в распаячной коробке. При использовании такого способа, стоит отметить так-же о необходимости хорошего изолирования соединения.

Соединение медь – алюминий, наращивание алюминиевых проводов. Ваш Электрик Коломна.

---

КАК СОЕДИНИТЬ ПРОВОДА (Клеммники, Зажимы)

---

Как соединить медные и алюминиевые провода между собой | Все о проводке

Как соединять медные и алюминиевые провода между собой? В этом вопросе, набившем оскомину не одному поколению электриков, мы постараемся разобраться без «воды» и проффесиональных тонкостей, — коротко и по существу.

Вся проводка в жилых домах советской постройки выполнялась из алюминиевого провода. Этот металл дешевле меди, а электричество проводит не намного хуже. Соединялись токопроводящие жилы обычной скруткой, которую потом изолировали клейкой лентой. Просто, дешево и относительно безопасно. Но не долговечно.

Сегодня электрическое оснащение жилых объектов монтируют из меди. Этот металл имеет лучшие параметры электропроводности и долговечности. При подключении к старой проводке новых светильников, розеток и другого оборудования возникает необходимость соединить медные и алюминиевые провода. Как сделать это грамотно? Разберемся вместе.

С точки зрения химии

Соединять медные и алюминиевые провода скруткой запрещено, потому что со временем такой контакт разрушается. Все дело в электрохимии, точнее – в водяных парах, которые неизбежно присутствуют в атмосфере. Когда на соединение двух разных металлов попадает влага, образуется гальваническая ванна, где вода выполняет функцию электролита, а медь и алюминий – электроды. Примерно как в обычной батарее или аккумуляторе.

В гальваническом элементе ток течет от одного металла к другому, а один электрод, вступив в реакцию окисления, разрушается. Именно по этой причине батарейки разряжаются. В нашем случае начнет окисляться один из проводов. Это приведет к увеличению сопротивления.

Соединение начнет греться, может возникнуть искрение. Налицо пожароопасная ситуация.

По законам физики

Даже если защитить соединение от сырости, долговечность прямой скрутки медного и алюминиевого провода недостаточна. Дело в коэффициенте расширения при нагреве. У меди и алюминия этот показатель отличается. При работе под высокой нагрузкой любой проводник нагревается. В скрутке меди и алюминия разница расширения будет постепенно расшатывать соединение. Появится зазор, ослабнет контакт. Как следствие соединение начнет нагреваться, и с каждым разом сильнее. Чем это грозит, мы уже знаем.

Как все-таки правильно соединять алюминиевые и медные провода

Можно соединить медную и алюминиевую жилы с помощью винта, гайки и трех шайб, одна из которых – пружинная. Зачистите соединяемые провода. На болт наденьте гроверную шайбу, потом простую. Алюминиевую жилу согните колечком и наденьте следом. Накиньте простую шайбу. Наденьте согнутый кольцом медный провод. Теперь затягивайте соединение гайкой до полного выпрямления пружинной шайбы.

Более удобный способ соединения жил из разных материалов – клеммные колодки. Это изделие имеет корпус из пластика, шину и клеммы.

Достаточно зачистить провод на длину 5 мм, заправить в клемму и затянуть винт. Контакт двух проводников исключен самой конструкцией клеммной колодки. Соединение необходимо помещать в распределительную коробку.

Самый быстрый и простой способ соединения проводов – пружинные клеммники Wago. Различают одноразовые и многоразовые изделия. Как понятно из названия, первые можно использовать только один раз: вставил зачищенный от изоляции конец – готово.

Чтобы поменять схему сети придется срезать клеемник и соединять жилы уже другим изделием. Многоразовые «Ваго» позволяют вставлять и извлекать провода многократно.

Более подробно некоторые наиболее распространенные способы соединения проводников рассмотрены в одной из наших предыдущих статей Пайка, скрутка, клеммники или СИЗы.

можно ли соединять, виды соединений

На чтение 9 мин. Просмотров 56 Опубликовано 13.06.2019 Обновлено 31.05.2019

В домах старой постройки устанавливалась алюминиевая проводка. Она имеет много недостатков по сравнению с медной и требует замены. Но не всегда жильцы квартир проводят капитальный ремонт и полностью меняют электропроводку. Ее могут заменить частично. Создание надежного контакта требует соблюдения определенных нюансов и условий, с которым следует ознакомиться до ремонтных работ.

Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке

Соединение меди и алюминия способом скрутки

Алюминиевая электропроводка выполняла все свои функции в старых домах. Раньше электронные приборы не требовали большой мощности. Но с развитием технологий нагрузка на провода и розетки стала возрастать, из-за чего пришлось искать новые материалы, способные работать под большим напряжением. Это приводит к тому, что может потребоваться наращивание алюминиевого кабеля медным.

Напрямую выполнить соединение проводов алюминий и медь нельзя. В первую очередь несовместимость связана со свойствами алюминия. Он быстрее окисляется и разрушается. При совмещении с медью процесс разрушения происходит быстрее. Нагрев происходит из-за того, что удельное сопротивление алюминия выше, чем у меди. Также алюминий является более мягким и обладает меньшей электропроводностью.

Медь и алюминий являются несовместимыми гальванически. При касании возникает химическая электролизная реакция, ухудшающая контакт. Место подсоединения окисляется или греется, происходит разрушение изоляционного слоя, из-за чего повышается риск возникновения короткого замыкания или пожара. Процесс ускоряется в условиях повышенной влажности.

Основные способы соединения

Соединение проводов различным способом

Чтобы сделать правильный надежный контакт между двумя разными материалами, используются специальные приспособления. Их можно разделить на две категории по наличию между многожильными проводами контакта:

• Есть прямой контакт. Достигается такими способами как скрутка, опрессовка, пайка.
• Прямой контакт отсутствует. Осуществляется с помощью клеммников и резьбовой фиксации.

Чтобы соединить алюминиевый провод с медным, лучше воспользоваться вторым вариантом. Первый метод можно реализовать только в том случае, если медные жилы предварительно будут обработаны.

Скрутка

Этот способ применяется в бытовых условиях на короткий срок. Скручивание кабелей является ненадежным, быстро греется и разрушается. По требованиям ПУЭ использовать скрутку в электропроводке запрещено, особенно при соединении двух разных материалов.

Варианты соединения проводов способом скрутки

Пайка

Пайка многожильных проводов

Два провода из разных материалов можно спаять друг с другом. Но спаивать провода нужно только при соблюдении технологических особенностей каждого материала. Медь и алюминий требуется подготовить к пайке. Сложности могут возникнуть именно с алюминиевыми жилами. На его поверхности образуется тонкая оксидная пленка, из-за которой припой не пристает к проводкам. Ее можно нейтрализовать с помощью специального приспособления.

Конец провода зачищается и обрабатывается медным купоросом в виде раствора. Далее потребуется батарейка. К минусу крепится проводник. Медь устанавливается на плюсе, второй конец меди – в раствор. Через некоторое время на алюминиевом кабеле проявится налет, который позволит закрепиться припою на электрическом проводе. После этого можно начать паять.

Опрессовка

Варианты опрессовки проводов

При опрессовке проводов на место соединения надевается гильза или наконечник из пластика или металла. Гильза и наконечник позволяют зафиксировать и укрепить контакт между жилами. Внешне гильза представляет собой трубку с изоляцией. Наконечник обычно изготавливается в виде пластикового колпачка, в который проводятся соединяемые провода. После продевания кабелей насадку или гильзу нужно обжать пресс-клещами.

Существуют насадки с зажимным кольцом или конусообразной пружиной. Надеваются на скрученные провода и обжимаются плоскогубцами. С помощью такой опрессовки можно делать скрутку в домашних условиях. Металлическое кольцо внутри надежно фиксирует контакт между жилами.

Резьбовая фиксация

Соединение проводов способом резьбовой фиксации

Контакт, созданный с помощью резьбового соединения, отличается надежностью и устойчивостью. Жилы зажимаются друг с другом с помощью гайки на резьбовой основе. Между концами устанавливается шайба, которая предотвращает прямой контакт меди и алюминия.

Основное преимущество способа – простота и универсальность. Минус – громоздкость и неудобство изоляции. Благодаря резьбовому соединению можно подключить провода с различной площадью сечения.

Алгоритм создания контакта:

• Зачистить провода от изоляционного слоя на 1-1,5 см.
• Создать кольцо из оголенных жил диаметром больше, чем болт.
• Кольца надеть на болт.
• Между жилами установить пружинную шайбу.
• Соединение необходимо зафиксировать затягиванием гайки или с помощью заклепочника.

Этот метод электромонтажа отлично подходит для наращивания провода достаточной длины.

Применение заклепок

Заклепочник для соединения проводов

Заклепка – это приспособление, состоящее из трубки и сердечника. Фиксируется при помощи заклепочника. Для создания контакта жилы как и в случае резьбового соединения зачищаются и выкладываются в виде кольца. Эти кольца нужно надеть на трубку со стальной прокладкой – шайбой. Затем нужно обжать заклепку, сердечник сожмет металл между собой и зафиксирует кабели друг с другом.

Этот контакт является неразъемным. Его преимущества – надежность, прочность и долговечность. Сложность работы заключается в поиске заклепочника, также необходимы навыкм работы с ним. Используется для электросоединения жил в труднодоступных местах.

Контакт при помощи двух стальных планок

Медь и алюминий можно соединить несложным методом, который предварительно требует обработки медной жилы лужением. Провод зажимается двумя стальным планками, у которых по краям находятся болты. К преимуществам относится возможность подсоединения нескольких ветвей без увеличения длины болта. Оголенные части закрепляются между планками. Чтобы использовать этот метод, нужно брать кабели одинакового диаметра. Провода обязательно нужно заизолировать.

Клеммники, клеммные колодки

Клеммное соединение проводов

Качественное и надежное соединение можно сделать с помощью клемм и клеммных колодок. Они представляют собой планку, выполненную из изолирующего материала, с разъемами для установки проводов. Зажим осуществляется с помощью болтов. Прямой контакт между жилами отсутствует.

Клеммная коробка – это система из нескольких клеммников. Они объединяются в одну конструкцию и обладают несколькими выходами.

Достоинства:

• Легкость монтажа.
• Высокая надежность изоляции. Дополнительно изолировать систему не нужно.
• Для надежной фиксации достаточно 1-2 см кабеля.

В случае скрытой проводки требуется установить распределительную коробку и автомат на ввод. Также в продаже есть специальные клеммные коробки для скрытого монтажа.

Все концы проводов должны быть надежно зафиксированы внутри клеммника. Особенно важно надежно закреплять алюминиевые жилы или при монтаже кабелей на улице или в комнате с повышенной влажностью и температурой.

Пружинные и самозажимные клеммники

Соединение проводов пружинными клеммниками

В продаже можно найти одноразовые и многоразовые колодки и клеммники. Пружинные устройства надежно фиксируют жилы с помощью пружины, которую по необходимости можно ослабить при установке или вытаскивании провода. При опускании рычага медь и алюминий надежно зафиксируются внутри клеммника. Одноразовые приборы зажимают кабели при установке в гнездо, чтобы их вытащить, нужно приложить физическое усилие. В результате пружинный механизм может повредиться, повторное применение станет невозможным.

Ассортимент одноразовых и многоразовых клеммников широк. Они различаются по числу подключаемых веток разводки, сечению устанавливаемого провода. Использование клеммников – это один из самых популярных и удобных способов для создания контакта между проводами.

Первые клеммные колодки с самозажимным механизмом выпустила компания Wago. Они создают и продают одноименные соединители. На рынке можно найти множество аналогов, в том числе произведенных неизвестными компаниями. Такие устройства могут быть ненадежными, поэтому рекомендуется покупать все электротехнические приборы в специализированных магазинах.

Алгоритм подключения самозажимного клеммника Wago:

• Снять изоляционный слой с проводов примерно на 0,5-1 см.
• Оголенную часть жилы установить в соответствующее гнездо клеммной колодки.
• Зафиксировать провод с помощью пружинного зажима или винта.

Дополнительная изоляция места соединения не требуется. К недостаткам соединения колодками Wago относится высокая стоимость изделий.

Колодки типа «Орех»

Орех для соединения проводов

Существует еще одна разновидность клеммников, используемая для контакта двух проводников. Это клеммные колодки «Орех», которые представляют собой две медные пластины, заключенные в пластиковый корпус. Применяются для ответвления кабелей большого диаметра, а также использования в уличных условиях.

Механизм работает просто. Между двумя пластинами укладываются жилы. Затем их нужно стянуть при помощи болтов. Для изоляции сверху надевается защитный пластиковый корпус, который состоит из двух половинок, внешне напоминающих орех. Крепятся половинки также при помощи стандартных винтов.

Особенности соединения на улице

Все провода и кабели, проложенные на улице, подвергаются негативному воздействию внешних факторов. Снег, дождь, высокие температуры, прямые солнечные лучи могут привести к нарушению соединения. Поэтому соединитель должен обладать высокой устойчивостью ко всем негативным факторам и герметично закрывать место контакта. В открытых местах для создания контакта используются прокалывающие зажимы.

Рекомендации специалистов

Скрутка проводов может привести к пожару

Чтобы безопасно соединить медную и алюминиевую жилу, следует воспользоваться следующими правилами:

• Если соединение будет осуществляться с помощью пайки или сварки, медь предварительно нужно залудить. Для алюминия потребуется специальный припой.
• Не рекомендуется сильно надавливать на места контактов и допускать механическое воздействие на них. Это может привести к деформации и повреждению жил.
• Обязательно должна соблюдаться маркировка.
• Клеммники и другие соединители выбираются с учетом условий эксплуатации. Для уличной работы прибор должен обладать высокой степенью защищенности от влаги, ультрафиолетовых лучей, повышенных температур. Также клеммник должен подбираться с учетом сечения кабеля.

Нельзя скручивать провода электропроводке. Это ненадежный способ, при котором материалы нагреваются, разрушаются, из-за чего может произойти возгорание.

Последствия установки стальной шайбы между медным и алюминиевым проводом

Чтобы улучшить качество контакта, может использоваться специальная смазка или паста. Чаще всего применяется кварцевазелиновая паста или другое средство, отталкивающее влагу. Она позволяет улучшить соединение электропровода из алюминия. Применяется во всех видах соединений. Особенно рекомендуется использовать пасту на улице. Она дополнительно защищает контакт и ограничивает негативное влияние окружающей среды, что повышает долговечность.

На пасту довольно сложно надевается изоляция. Изолента практически не приклеивается, а термоусадочная трубка может повредиться. Поэтому нужно заранее продумать, каким способом будет защищаться контакт двух проводников.

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал!

В городских многоэтажках и старых домах проводка в основном алюминиевая. Однако сегодня все чаще используют медный провод, делая ремонт. У людей, хоть немного знакомых с курсом химии и физики возникает резонный вопрос: безопасно ли соединение медных и алюминиевых проводов? Действительно, не все так просто. Металлы, из которых создают жилы кабеля, отличаются электрохимическими характеристиками. В месте их контакта возникает мощный электрохимический потенциал, усугубляющий скрутку – наиболее употребляемый способ соединения проводов. Что же происходит в результате этого?

Негативные последствия соединения медных и алюминиевых проводов напрямую очевидны: контакт начинает сильно греться, изоляционная оболочка проводов трескается и осыпается. В результате может возникнуть короткое замыкание и пожар. Кроме этого алюминий и медь обладают разным температурным линейным расширением, в итоге при нагревании контакт постепенно ослабевает, начинает искриться. По этим причинам соединение медных и алюминиевых проводов должно осуществляться не напрямую, а посредством клемм или болтовых соединений.

 

Основные способы соединения медных и алюминиевых проводов

Избежать непосредственного контакта между алюминиевым и медным проводом позволяют следующие электромонтажные изделия:

• винтовые клеммные колодки;
• клеммные колодки с пружинными зажимами;
• болтовые соединения с использованием шайб.

У каждого из этих способов есть свои преимущества. Большой популярностью у специалистов и домашних мастеров сегодня пользуются клеммные пружинные зажимы WAGO. Они отличаются простым монтажом, доступным дилетанту. Какой бы низкой не была квалификация мастера, он без труда сможет зачистить конец провода и вставить его в гнездо зажима. Так как для каждого провода свое гнездо, а фиксация в нем провода невероятно надежное, то соединение получается профессиональным даже в руках дилетантов.

 

Винтовые клеммные колодки для соединения проводов используются сегодня реже, в основном – специалистами. Работать с ними не сложно: провод зажимается в контакте с помощью винта. Но здесь важно не перетянуть зажим, так как в результате может разрушиться контакт. Гораздо проще воспользоваться болтовым зажимом: на проводах делается петля, в них вставляется болт, а медная и алюминиевая жила разделяются шайбой. Такое соединение надежно, долговечно, но обладает одним недостатком – болт не всегда помещается в распределительную коробку.

Что же делать, если под рукой нет клеммных зажимов, а болтовое соединение невозможно в силу своих габаритов? Как быть, если единственно возможное соединение – скрутка? В этом случае необходимо на медный провод нанести слой свинцово-оловянного припоя. Хорошо облуженный медный провод и алюминиевый можно скручивать между собой, при этом обязательно оба провода должны обвивать друг друга для более надежного соединения. Но делать это рекомендуется только в самом крайнем случае.

 

Соединение медных и алюминиевых проводов

Какие проблемы могут возникнуть при соединении алюминия и меди

Отвечая на вопрос, можно ли соединять медь с алюминием, нужно напомнить, что при выполнении скрутки медного и алюминиевого проводов возникают следующие проблемы:

1. Снижение электропроводности. Алюминий — активный металл, в нормальных условиях он покрывается оксидной пленкой, обладающей низкими проводящими качествами. Медь подобного свойства лишена.
2. Ослабление контактов. Из-за образования налета контакты становятся хуже. На медных жилах подобной пленки не образуется, поэтому металлы считаются электрохимически несовместимыми.
3. Пожароопасность. Задаваясь вопросом, как соединить алюминиевый провод с медным, вспоминают, что между образующимися на проводах оксидными налетами происходит электрический контакт. Со временем металлы начинают нагреваться, что приводит к возгоранию.
4. Электролиз. Если система эксплуатируется в условиях повышенной влажности, соединение начинает разрушаться, становясь источником пожара. В первую очередь коррозия охватывает алюминиевые части проводки. При регулярном нагревании и охлаждении в изоляционной оплетке появляются трещины, соединение покрывается оксидным или солевым слоем, что ускоряет разрушение.
5. Образование токопроводящей копоти. Контакт в таком случае нарушается, в доме начинается пожар. При эксплуатации электропроводки в сухом помещении этот процесс длится годами. При повышенной влажности возгорание происходит через несколько месяцев.

Методы соединения проводов

Разность электрохимических потенциалов меди и алюминия рано или поздно приведет к ее выходу из строя. Как быть в случае, когда без соединения меди алюминия не обойтись? Например, во время ремонта проводки в зданиях, где уложена проводка, выполненная из алюминиевого провода.

Существует несколько способов решения этой задачи:

• использование клеммных коробок;
• использование болтовых соединений.

Применив эти нехитрые устройства, можно будет гарантировать отсутствие контакта между алюминием и медью.

Клеммные коробки

На практике применяют множество конструкций клеммников. Одна из самых широко применяемых — это орешек.

По виду такая конструкция напоминает орех. Основную роль в этой конструкции играют три пластинки, между которыми и выполняется соединение. Для этого надо ослабить два болта, установить туда первый провод и зафиксировать его. Второй провод необходимо вставить между средней пластиной и оставшейся. Такая конструкция клеммника не допустит контактов проводов, выполненных из разных металлов. В данном случае алюминия и меди.

Другой не менее популярный способ стыковки проводов — по методу WAGO. Для осуществления этой операции достаточно снять с проводов изоляцию (10−15 мм) и вставить их в отверстия, расположенные в корпусе клеммника.

На внутренние полости этого небольшого устройства наложена смазка, не позволяющая проводам окисляться. Соединения такого типа подходят для подачи энергии на люстры, бра, то есть в цепях освещения. В то же время такой способ не подходит для работы с силовыми проводами. Дело в том, что большая нагрузка в силовых соединениях приводит к нагреву контактов, и вследствие этого может резко вырасти электрическое сопротивление.

Среди множества конструкций приспособлений для соединения проводов часто выбирают клеммные коробки. Для обеспечения подачи электричества достаточно зачистить, к примеру, медный провод, установить в одно отверстие и поджать установленным винтом. В другое отверстие, расположенное напротив, необходимо установить зачищенный провод из алюминия. Такие клеммные коробки обеспечивают передачу электроэнергии в сетях, собранных из проводов разных металлов.

Применение клеммников разной конфигурации и конструкции позволяет выполнять соединение алюминиевых и медных проводов между собой, при этом избегая их прямого контакта.

Болтовое соединение

Такой тип также допустимо использовать для соединения медных и алюминиевых проводов. Главное условие, которое необходимо соблюдать при использовании такого соединения, — это использование металлической шайбы, прошедшей через анодирование. Такой способ стыковки чаще все применяют в домашних условиях, когда нет возможности использовать клеммники и другие приспособления, произведённые в заводских условиях.

При выполнении электромонтажных работ, будь то домашняя или промышленная электрическая сеть, применяют широкую номенклатуру проводов, и объем алюминиевых занимает не последнее место. Часто перед монтажниками встает вопрос о способе соединить алюминиевые провода с выполненными из меди или других материалов. С помощью клеммных коробок это можно сделать и в домашних условиях, и на производстве.

Как провести правильно контакт резьбовым соединением

Чтобы правильно соединить алюминиевые и медные провода между собой, необходимо:

• Удалить изоляционный слой на длину, равную четырем диаметрам болта. Если используется болт М6, то длина открытого участка должна быть 24 мм.
• Если жилы уже имеют окисление на поверхности, то надо их очистить.
• Концы сворачиваются в кольца диаметром чуть больше диаметра болта.
• Теперь в последовательности надеваются на болт: простая плоская шайба, один любой провод, плоская шайба, второй провод, еще шайба плоская, шайба Гровера и гайка, которая закручивается до упора.

Читать также: Абразивные круги для заточных станков

Обратите внимание, что для зажима таким способом проводов сечением не более 2 мм², можно использовать болт М4. Если медный провод обработан припоем, то между двумя жилами укладывать шайбу не обязательно. Конец многожильного медного кабеля надо обязательно обработать припоем.

Как быть, если соединение необходимо?

Иногда все же приходится соединять несовместимые металлы между собой. В таких случаях применяют специальные технологические решения, которые способны повысить качество контакта. Разберем некоторые из них подробнее.

Соединения с помощью клеммных колодок

Клеммники, или клеммные колодки, – расходный материал для современного электрика. Это помещенная в пластиковый корпус контактная группа, выполненная из медного сплава и покрытая слоем никеля. Пользоваться ими довольно просто:

1. Нужно зачистить соединяемые провода.
2. Вставить концы в противоположные гнезда колодки.
3. Надежно зафиксировать, затянув прижимные винты.

Если слишком сильно прижать алюминиевую жилу, она может обломиться. Поэтому не стоит чрезмерно затягивать винты!

Клеммники WAGO

Современный вариант клеммной колодки, оснащенный пружинными фиксаторами. Достаточно отжать прижимные лапки, вставить зачищенные провода на место и снова зажать. Однако накопленный опыт эксплуатации таких колодок выявил ряд недостатков:

• Со временем пружина фиксатора может ослабеть, что приведет к нарушению контакта и перегреву.
• WAGO стоят дороже обычных клеммников.

Соединение с помощью болта

Обыкновенный стальной болт, оснащенный тремя шайбами, также может помочь надежно соединить алюминиевый проводник с медным. На концах проводов делаются кольца, затем они надеваются на болт. Порядок таков: шайба – медь – шайба – алюминий – шайба. Затем контакт тщательно прижимается гайкой и изолируется.

Рекомендуем: Как сделать отличную мочалку из сетки для овощей?

Недостаток такого способа – крупные размеры соединения. Подходит оно только для проводников большого сечения.

Таким образом, хотя соединять медь с алюминием скруткой и нельзя из-за высокой пожарной опасности, существуют безопасные способы соединения для таких проводов. Если вы используете одно из них, можете не волноваться за стабильность контакта и защищенность вашего дома от пожара.

Что говорит физика?

Согласно законам природы, при соединении двух металлов возникает гальваническая пара. Поскольку каждый металл имеет свое значение электрохимического потенциала, в месте контакта участники пары начнут транспортировку электронов. Такие процессы происходят, например, в батарейке. Если в месте контакта присутствует электролит или металлы находятся под током, скорость перехода электронов из одного металла в другой существенно возрастет.

Поскольку электрохимический потенциал меди и алюминия отличается существенно, гальванические процессы в месте соединения идут быстро. Это приводит к нескольким неприятным последствиям:

• Появлению на поверхности алюминиевого провода пленки окислов. Эти продукты разрушения металла плохо проводят электричество и существенно снижают качество контакта.
• Постепенная коррозия разрушит проводники и создаст зазоры между ними. Это также приведет к ухудшению контакта.

Помимо способности образовывать гальваническую пару, алюминий с медью отличаются высокой разницей в способности расширяться при нагреве. Из-за перепадов температур проводники расширяются неравномерно, что также ведет к увеличению зазоров и падению качества контакта.

Рекомендуем: 10 трюков, которые спасут ленивую хозяйку от грязи и беспорядка дома

Некачественный контакт начинает греться при прохождении сквозь него тока. Поэтому место скрутки медного и электрического провода быстро превратится в источник нагрева. А там недалеко и до пожара. Поэтому электрики категорически запрещают выполнять соединение медного и алюминиевого провода путем скрутки.

Некоторые применяемые в электротехнике металлы и сплавы имеют небольшую разницу в электрохимическом потенциале и коэффициентах расширения. Такие материалы называют совместимыми. Для алюминия совместимыми являются цинк, дюраль, электротехническая сталь. Для меди – хром, никель, латуни и бронзы.

Клеммные колодки

Самый технологичный способ соединения проводов – использование специальных клеммных колодок.

И напоследок, несколько советов, которые следует принять к сведению, чтобы обезопасить себя в дальнейшем и не переделывать заново работу:

1. Для зачистки проводниковне следует пользоваться бокорезами, пассатижами либо иным инструментом с подобным принципом действия.
   Для того, чтобы перерезать изоляцию, не затрагивая тело провода, требуется значительный опыт и все равно в большинстве случаев целостность провода будет нарушена. Алюминий — мягкий метал, но он очень плохо переносит перегибы, особенно если нарушена целостность поверхности. Не исключена возможность, когда провод переломиться уже в процессе монтажа. И гораздо хуже, если это случиться несколько позже. Снимать изоляцию необходимо острым ножом, двигая его вдоль проводника, подобно зачистке карандаша. Даже если острие ножа снимет некоторый слой металла, царапина вдоль провода не страшна.
2. Для залуживания медных проводников
   ни в коем случае нельзя принимать кислотосодержащие флюсы (хлористый цинк, травленая соляная кислота и так далее). Даже тщательная очистка соединения не спасет его от разрушения в течении некоторого времени.
3. Многожильные проводники
   перед монтажем требуется обязательно облудить для получения монолитного проводника. Исключение составляют только пружинные зажимы и клеммные колодки с прижимными пластинами.
4. Шайбы, гайки и болты
   для разъемного или неразъемного соединений не должны быть из оцинкованного металла. Разность потенциалов медь – цинк составляет 0.85 мВ, что значительно больше разности при непосредственном соединении меди и алюминия.
5. По этой же причине не следует приобретать чрезмерно дешевые клеммные колодки
   неизвестного производителя. Практика показывает, что металлические элементы в таких колодках зачастую имеют цинковое покрытие.
6. Нельзя пользоваться советом
   защищать непосредственное соединение медных и алюминиевых проводников различными водоотталкивающими покрытиями (смазка, парафин). Машинное масло только с кожи удалить трудно. Солнце, воздух, отрицательные температуры разрушат защитное покрытие гораздо быстрее, чем этого хотелось бы. Кроме этого, некоторые смазки (особенно жировой солидол) изначально содержат в своем составе до 3% воды.

Алюминиевая проводка в наши дни встречается еще очень часто. Она находится в основном в домах советской постройки, которые составляют большую часть жилого фонда нашей страны. А современные приборы и новая электропроводка состоит уже из медных жил. Поэтому хотите вы того или нет, но часто приходится соединять медные и алюминиевые провода. Их соединять можно, но это нужно делать правильно и качественно. Как это делать вы можете узнать из данной статьи.

Медь и алюминий имеют разные химические свойства, которые сказываются на качестве их соединения. При контакте с медью алюминий быстро окисляется под воздействием влаги, которая находится в воздухе. Также эти металлы имеют разное линейное расширение при изменении температуры. Из-за всего этого в местах соединения меди с алюминием образуется плохой контакт и соответственно появляется большое переходное сопротивление. В следствии этого начинает выделяться тепло, т.е. место соединения проводов греется, затем плавиться изоляция и может произойти ЧП. Это очень плохо и нужно у себя дома делать так, чтобы этого не происходило.

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы, что для качественного соединения необходимо исключить:

• прямой контакт меди и алюминия;
• попадание воздуха в место соединения.

Существует несколько способов соединения:

• с помощью болта с гайкой и шайбами;
• с помощью винтовых зажимов ЗВИ;
• с помощью современных универсальных клемм;
• с помощью скрутки через слой нейтрального вещества;
• с помощью клеммника типа «Орех».

Давайте ниже рассмотрим более подробно каждый способ соединения медных и алюминиевых проводов.

1. С помощью болта с гайкой и шайбами.

Этот способ соединения очень простой и доступный для каждого. Вам потребуется болт, гайка, несколько шайб или по желанию гроверных шайб. Тут поступаем так:

• зачищаем жилы ориентировочно на 2 см;
• делаем кольца из проводов по диаметру болта;
• берем болт, одеваем на него шайбу, затем кольцо медной жилы, опять шайбу, кольцо алюминиевой жилы, шайбу и затягиваем все это гайкой.
• все соединение изолируем изолентой.

Смотрите фото инструкцию:

Главное не забыть поставить промежуточную шайбу между медью и алюминием.

Количество соединяемых жил может быть разное. Оно ограничивается длиной болта. Провода из одного металла можно соединять без промежуточных шайб. Стоит отметить, что этот способ хорош для моножильных (жестких) кабелей.

Минусами такого соединения являются его громоздкость, что может не везде поместиться.

Также очень часто существующей длины алюминиевых проводов торчащих из распредкоробки бывает недостаточным для такого способа. Тогда приходится применять другие варианты соединения проводов .

Многие считают болтовое соединение медных с алюминиевыми проводами самым надежным. Однако в моей практике был случай совершенно противоположный. Смотрите фото ниже. Тут хорошо видно как все окислилось и изоляция сильно оплавилась. Данному соединению со слов хозяина всего два года.

2. С помощью винтовых зажимов ЗВИ.

Винтовые зажимы ЗВИ сегодня широко распространены. С их помощью подключаются большинство светильников и люстр.

Тут поступаем так:

• зачищаем провода на половину длины клеммы;
• вставляем их с разных сторон в клеммник;
• затягиваем болты.

Смотрите фото инструкцию:

Когда будете вставлять провода в зажим, то старайтесь чтобы медные и алюминиевые жилы не касались друг друга.

Здесь главное не переусердствуйте и не раздавите болтом полностью алюминиевый провод, так как он очень мягкий. Были случаи, когда хочется закрутить посильнее и надежнее, а в итоге получалось, что просто жилу расплющивали полностью и она отламывалась.

Данный способ соединения имеет право на жизнь, но лично мне он не очень нравится.

3. С помощью современных универсальных клемм.

Это популярные и вызывающие огромное количество споров клеммники Wago. Выпускаются специальные серии с контактной пастой Alu-plus. Данная паста предотвращает появление электролитической коррозии в месте контакта между алюминиевыми и медными проводами. Отличить данные клеммы можно по обозначению на упаковке «Al Cu». Сюда относятся Wago следующих серий:

• 2273-242, 2273-243, 2273-244, 2273-245, 2273-248;
• 773-302, 773, 304, 773-306, 773-308;
• 273-503;
• 224-111, 224-122.

Снимаем изоляцию с жил на длину, указанную на самом клеммнике…

Вставляем каждый провод до упора в разные гнезда (отверстия). Через прозрачный корпус видно до конца ли зашла жила в клемму.

Такая серия Wago считается одноразовой. Вставили провода и если потом данное соединение не нужно, то его просто отрезаем. Хотя если аккуратно вращать в разные стороны жилы, то можно их вытащить. Вот только часть специальной смазки тоже удалится. На фото ниже видна данная смазка на проводах и видно ее отсутствие в двух отверстиях самого клеммника.

4. С помощью скрутки через слой нейтрального вещества.

Тут выполняется обычная скрутка двух проводов. Только сначала медную жилу необходимо покрыть свинцово-оловянным припоем. Так мы исключим прямой контакт алюминия с медью. Скрутку необходимо делать аккуратно, так как алюминиевый провод может сломаться даже при незначительной нагрузке. Затем данное соединение следует хорошо заизолировать. Отличным вариантом будет защита скрутки термоусадочной трубкой . Лично мне этот вариант не нравится и я не стал делать фото этого процесса. Хотя кто-то этим способом все-таки пользуется.

5. С помощью сжима ответвительного типа «Орех».

Про данный вид соединения проводов я очень подробно писал в статье: Соединение проводов с помощью зажимов типа «орех». Там вы узнаете каких размеров бывают данные клеммники, как правильно их выбрать и как ими нужно пользоваться. Поэтому здесь повторяться не буду, а просто выложу небольшую фото инструкцию.

Разбираем «орех» и зачищаем жилы на длину плашки…

Вставляем провода в плашку с разных сторон под специальные пазы. Между медью и алюминием обязательно должна присутствовать промежуточная пластина. Она исключает прямой контакт этих двух металлов. Затем затягиваем болты.

Соединение вставляем в диэлектрический корпус…

Закрываем корпус и ставим на место стопорные кольца…

Я старался объяснить как соединять медные и алюминиевые провода простым языком. У меня это получилось?

А вы каким способом соединяете медные и алюминиевые провода?

Не забываем улыбаться:

Судят электрика: — Почему вы не бросились спасать прораба, когда его било током? — Да, я даже и не подумал, что его бьёт током. Орал как обычно.

Ремонтируя электропроводку в старых домах, можно столкнуться с ситуацией, когда менять приходится большие участки проводки. Однако в большинстве случаев старая проводка сделана из алюминия, а для замены в вашем распоряжении есть лишь медный провод. Вообще, соединять проводники из столь разных материалов строго запрещается, но бывает, что другого выхода просто нет. Рассмотрим, как все же соединить алюминиевый и медный провод так, чтобы не возникло короткого замыкания или пожара.

Для этого стоит напрячь свою память и вспомнить школьный курс химии и физики.

Для начала, вспомним, что такое гальванический элемент

. Проще говоря, гальваническим элементом является простая батарейка, которая генерирует электрический ток. Принцип его появления основывается на взаимодействии двух металлов в электролите. Так вот, скрутка между медным и алюминиевым проводом и будет такой же батарейкой.

Гальванические токи быстро разрушают материал. Правда, в сухом воздухе их появление исключается. И если сделать скрутку к розетке, то она не развалится за несколько часов. Однако впоследствии неприятности такой проводке обеспечены.

С течением времени материалы, из которых сделаны провода, разрушаются, вместе с этим постоянно возрастает сопротивление

. Если к розетке подключат мощный потребитель тока, то скрутка начнет нагреваться. При регулярном использовании такой розетки, возрастает угроза пожара.

Поэтому соединять алюминиевый проводник с медным строжайше запрещено. Однако, возникают экстренные ситуации, когда сделать такое соединение просто необходимо.

Рассмотрим несколько способов, как соединить алюминиевый и медный провод. Эти способы помогут успешно справиться с непростым делом.

Скрутка

Является самым простым способом

смонтировать провода. Он не требует особых знаний и квалификации. Однако, является не самым надежным способом соединения. Из-за температурных колебаний металл расширяется. В результате чего между проводниками образуется зазор, увеличивающий сопротивление. Спустя некоторое время контакт окисляется и разрушается.

Конечно, это не произойдет в течение года, но если соединение должно профункционировать длительное время, то стоит подумать о других способах скрепления.

Сам принцип крепежа методом скрутки заключается в том, чтобы оба проводника обвивали друг друга

. Для более качественного соединения медный кабель залуживают припоем. Многожильный медный провод придется залудить в обязательном порядке.

Резьбовое соединение

Для соединения меди и алюминия этим способом понадобиться пара простых шайб

, одна пружинная шайба, винт и гайка. Этот метод очень надежен — контакт между проводниками будет обеспечен на многие годы. Для этого крепления неважно ни сечение провода, ни его тип — многожильный или одножильный.

С конца провода снимается изоляция. Пружинную шайбу надевают на винт, затем надевается обычная шайба, потом колечко провода алюминия. Его подпирает простая шайба. После чего надевается медный проводник, а затем на винт накручивается гайка. Она крепко сжимает все соединение.

Многожильный кабель перед соединением нужно обязательно пролудить припоем.

Соединение с помощью клеммной колодки

Это современный метод монтирования проводов. Хотя он немного проигрывает в надежности резьбовому способу соединения, метод имеет свои плюсы:

• соединение можно сделать очень быстро;
• при соединении можно обойтись небольшим запасом провода.

Последнее поясним, случается, что из стены или потолка торчит небольшой отрезок кабеля. Сделать скрутку невозможно — провода очень мало. Да и сделанная на потолке скрутка просуществует недолго, через какое-то времени провода просто обломятся. А клеммная колодка будет долго держать винтами оба проводника. Потом колодка полностью исключает соприкосновение двух зачищенных проводников.

Монтаж выполняется так: зачищенный от изоляции конец провода (около 5 мм.) вставляется в клеммное отверстие колодки, после чего закручивается стопорный винт

.

Клеммную колодку нельзя прятать в штукатурку или в стену без распределительной коробки.

Плоско-пружинный зажим и клеммная колодка

Появился этот метод не так давно. Существует два вида такого соединения: одноразовое и многоразовое

. Для последнего соединения в клеммной колодке существует специальный рычаг. Благодаря ему провод можно вставлять и вынимать несколько раз. Клеммные колодки такого типа успешно могут соединить медные и алюминиевые многожильные провода различных видов.

Широко применяются для установки люстр и соединения проводов в распределительных коробках . Требуется некоторое усилие, чтобы вставить провод в отверстие клеммной колодки. Чтобы вытащить проводник потребуется приложить еще больше усилий. Для практического применения лучше пользоваться многоразовыми моделями. В случае ошибки соединение можно быстро переделать.

Выполнить такой монтаж очень просто. Вначале с кабеля снимается изоляция

(примерно 10 мм.). Потом на многоразовом клеммнике нужно поднять рычажок, вставить провод, а затем вернуть рычажок в первоначальное положение. Все просто!

Заклепка

По надежности не уступает резьбовому соединению и имеет свои преимущества и недостатки:

• устанавливается такое соединение очень быстро;
• оно очень прочное, надежное и доступное по цене;
• однако, в отличие от резьбового крепежа, это соединение одноразовое.

Монтаж производится с помощью специального инструмента — заклепочника. На заклепку надевается алюминиевый провод, затем пружинная гайка, после чего медный провод и плоская шайба. Потом в ход идет заклепочник и соединение готово.

Стоит упомянуть, что участок соединения нужно обязательно изолировать.

Пайка

Возможна ли пайка проводников, изготовленных из различных материалов? Вполне возможна, если соблюсти определенные условия

.

С пайкой меди проблем не возникнет, в отличие от алюминия. На поверхности этого металла образуется амальгама, проявляющая удивительную стойкость в химическом плане. То есть припой не может приклеиться к ней. Это явление часто вызывает удивление у начинающих электриков.

Чтобы спаять два разных проводника следует запастись раствором медного купороса, батарейкой «Крона» и кусочком медной проволоки. На алюминиевом проводе аккуратно зачищается будущее место пайки. Затем на это место капают раствором медного купороса

.

Медную проволоку подсоединяют к положительному полюсу батареи «Крона» и опускают в медный купорос. К отрицательному полюсу батареи подсоединяется алюминиевый проводник. Спустя время на алюминии осядет слой меди, на который без всяких проблем можно припаять нужный провод.

Как соединить медный и алюминиевый провод: ⚡ чем лучше, способы

Еще несколько десятков лет назад в домах не было такого обилия электроприборов, как сегодня. А потому для организации электропроводки применялся более дешевый материал – алюминий. Сегодня же все специалисты в один голос утверждают, что с современной нагрузкой справится только медный кабель.

Расчет фундамента

Попробуйте новый продукт

У жителей старых домов часто встает проблема, как соединить медный и алюминиевый провода. Эти материалы имеют различные свойства, а потому просто скрутить жилы из них нельзя. Нужно знать правила обращения с подобной проводкой и методику стыковки контактов.

Основные сложности при соединении

Провод из алюминия имеет множество недостатков. Главными из них становятся его мягкость и небольшая электропроводимость. Это провоцирует сильный нагрев во время работы. За сутки жила кабеля греется и охлаждается много раз, а под действием скачков температуры происходит расширение и сжатие металла. Медь же лишена таких недостатков. А потому при соединении этих двух материалов контакт ослабевает, что становится причиной сильного нагрева. При большой нагрузке на сеть велика вероятность возгорания.

Алюминиевая проводка очень хрупкая. При любых работах с ней нужно быть предельно аккуратным. Сильное механическое воздействие приводит к тому, что жила просто ломается.

Алюминий быстро окисляется под действием влаги, сконцентрированной в воздухе. Соприкосновение с медью только ускоряет этот процесс. Слой образующегося окисла обладает большим удельным сопротивлением. Это также провоцирует чрезмерное нагревание проводки.

Важной проблемой становится и то, что медь и алюминий гальванически несовместимы. При скручивании проводников напрямую, во время работы запускается реакция химической электролизации. Она провоцирует процесс корродирования металлов, что нарушает контакт. Результатом становится чрезмерный нагрев и возгорание.

Исходя из характеристик металлов, можно сделать однозначный вывод о том, что медный провод лучше аналогов. Он не нагревается, выдерживает повышенные нагрузки, надежен и долговечен. Поэтому специалисты советуют заменить все кабели в доме именно на медь.

Скрутка жил

Первое, что вспоминается, когда требуется соединить медный и алюминиевый провод – скрутить их. Но из-за свойств металлов делать это запрещено. Такой способ применим только в качестве экстренной меры на несколько часов. При долговременной нагрузке на сеть применять его недопустимо.

Если нужно быстро соединить медный провод с алюминиевым, то место скрутки спаивают. Важно соблюдать следующие рекомендации:

1. Перед началом работ медный провод покрывают слоем олова или припоя.

2. Нельзя обматывать одну жилу вокруг другой. Контакты соединяют вместе и только потом скручивают.

3. Важно, чтобы в месте соединения оказалось не менее пяти витков.

4. Место скрутки покрывают слоем влагоустойчивого материала, к примеру, изоленты или термоусадочной пленки.

Существует три метода скрутки: бандажная, простая и желобком. Лучше отдавать предпочтение бандажному способу. Для ее реализации жилы прижимаются друг к другу и обматываются небольшим отрезком проводника такого же или меньшего диаметра.

Соединить провода можно методом пайки. Жилы при этом необходимо предварительно обрабатывать флюсом. Только так удастся получить надежный стык.

Как правильно паять провода?

Перед началом работ важно обесточить проводники. Осуществлять работы под напряжением опасно для жизни. На концах жил при помощи острого ножа убирают слой изоляции. Они должны быть абсолютно чистыми. Для пайки понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Паяльник мощностью не менее 40 Ватт.

• Флюс для каждого металла.

• Канифоль.

• Припой из олова и свинца.

• Круглогубцы.

Весь процесс пайки делится на три ключевых этапа.

Изображение	Описание
	Медный провод покрываем слоем припоя, предварительно обработав его флюсом. Аналогично поступаем и с алюминиевым проводником.
	При помощи плоскогубцев скручиваем медный и алюминиевый провода.
	Место скрутки обрабатываем припоем.

Припой из свинца и олова надежно защищает медный и алюминиевый провода от разрушений. Бытует мнение, что при нагреве припой может расплавиться и стечь. Но на самом деле такое возможно только при отсутствии или неисправности автоматического выключателя.

Стягивание болтом и стальными шайбами

Соединить медный и алюминиевый провод удастся, используя шайбы и болт с гайкой. Методика проверена годами. Она считается наиболее простой, но при этом достаточно надежной и безопасной. Болт и гайка найдутся у каждого мастера, ничего покупать не придется.

Недостатком конструкции становятся ее внушительные габариты. К тому же такое соединение сложнее будет заизолировать. К тому же для соединения подобным методом требуются жилы большой длины. В условиях ограниченного размера, к примеру, при монтаже светильника, лучше воспользоваться другим способом соединения проводов.

Перед началом работ медный и алюминиевый провода зачищают от изоляции. Жила должна быть очищена на 2-3 см. Далее совершают несколько простых действий.

Изображение	Описание
	При помощи круглогубцев концы каждой жилы загибаем так, чтобы получились колечки.
	Брем болт М4 16 мм длиной. К нему подбираем стальные шайбы. Надеваем шайбу на болт. Далее надеваем алюминиевое колечко. Делается это так, чтобы при вворачивании болта колечко не разворачивалось.
	Надеваем на болт следующую шайбу.
	Надеваем медный провод на конструкцию.
	Прижимаем следующей шайбой.
	Надеваем на болт пружинную шайбу. Она предотвратит ослабление соединения со временем.
	Фиксируем конструкцию гайкой.

Последним шагом становится покрытие болта изоляционным материалом. Полученное соединение разъемное. Это значит, что в любое время конструкцию можно разобрать.

Главное в подобном соединении проложить между проводами из меди и алюминия шайбу. Когда подобная конструкция используется для жил из одного материала, прокладку не применяют.

Винтовые клеммы

Применение клеммных колодок – быстрый вариант соединения проводов. Устройство изготавливается из латуни и покрывается слоем никеля. Вся конструкция прячется в защитный пластиковый корпус. Для надежной фиксации жил в устройстве предусмотрены два винта.

Специалисты отмечают ряд достоинств использования клеммных колодок для соединения алюминиевого провода с медным:

1. Простота и высокая скорость монтажа.

2. Надежность изоляции, нанесение дополнительного слоя изоленты не требуется.

3. Возможность соединения жил любой длины.

Недостатком такой системы становится необходимость установки клеммников в распределительную коробку.

При соединении медного и алюминиевого провода клеммной колодкой важно последовательно совершать все действия. Вначале ослабляют один винт на устройстве. Всовывают в гильзу предварительно зачищенный медный провод. Закручивают винт. Жила должна прочно сидеть в клемме. Но слишком сильно затягивать винт нельзя. Аналогичные действия проводят со второй жилой.

Клеммы Wago

Зажимы Wago для соединения медных и алюминиевых проводов появились на электротехническом рынке относительно недавно. Они позволяют проводить работы максимально быстро. Такие устройства производятся двух типов:

1. Одноразовые. После установки в них проводников осуществить демонтаж не удастся.

2. Многократного использования. Конструкция предполагает наличие специального рычажка, который высвобождает контакты.

Клеммы Wago удобно применять в распределительных коробках небольшого размера. Подходят они и для подключения осветительных приборов.

Перед началом работ жилы зачищают, устраняют следы окисления. Чтобы соединить медь и алюминий жилы вставляют в отверстия клемм до упора. Они автоматически зажмутся устройством.

В последнее время в магазины все чаще стали попадать поддельные зажимы Wago. Внешне их не отличить от оригинала, но свою основную функцию они исполняют плохо. Иногда в них и вовсе не удается вставить жилу. Поэтому перед покупкой важно попросить у продавца документы, подтверждающие качество товара.

Опрессовка

Для соединения медного и алюминиевого проводов по методике опрессовки необходимы специализированные гильзы. Они обеспечивают качественное соединение, не требующее замены на протяжении долгих лет. Главным недостатком такой системы становится необходимость приобретения специальных клещей для опрессовки, которые стоят недешево.

Используются два основных типа гильз:

• Медно-алюминиевые. Они позволяют стыковать провода из меди и алюминия диаметром более 16 миллиметров.

• Алюминиевые. Предназначены для жил любого диаметра.

Так как в большинстве старых домов алюминиевая проводка имеет диаметр от 1,5 до 4 мм, то использование медно-алюминиевых гильз становится невозможным.

Перед началом работ алюминиевый и медный провода зачищают, обрабатывают припоем из свинца и олова. Благодаря этому исключается прямой контакт металлов. Жилы вставляются в разные концы гильзы. Для опрессовки потребуются специальные клещи. Готовый стык заматывают изолентой или термоусадочной пленкой.

Если необходимо соединить электропроводку из меди и алюминия единожды, то необязательно приобретать клещи. Сжать гильзу удастся при помощи молотка и металлических пластин. Но такой способ нельзя назвать надежным, а потому прибегать к нему стоит только в крайнем случае.

Считается, что в штробе под слоем штукатурки должен идти цельный кабель, любые соединения, даже однородных металлов, нежелательны. Однако если стоит острая необходимость стыковки проводов в стене лучше всего применять гильзу. Для всех остальных методов соединения потребуется организация распаечной коробки.

Стальные сжимные планки и орех

Осуществить соединение медного и алюминиевого проводов удастся тремя стальными планками. Преимуществом такого метода становится возможность объединения нескольких ветвей проводки одновременно. Способ подходит для жил любого сечения.

Концы алюминиевого и медного проводов размещаются между пластинами. Посередине обязательно должна оказаться прокладка. Конструкция фиксируется четырьмя винтами, расположенными в углах пластин. После этого весь узел тщательно изолируется полимерными материалами.

На аналогичном принципе соединения медных и алюминиевых проводов основана работа зажима «орех». Устройство представляет собой две металлические плашки и промежуточную пластину, скрепленные болтами. Все компоненты помещены в корпус, выполненный из полимерного диэлектрического материала.

Главным минусом такой конструкции становится ее негерметичность. Влажный воздух легко может проникать внутрь корпуса, повреждая при этом медь и алюминий. Нивелировать этот недостаток удастся, если сверху обмотать орех изолентой.

Процесс фиксации медного и алюминиевого провода делится на несколько этапов:

• Разбираем пластиковый корпус устройства. Для этого отжимаем стопорные кольца при помощи тонкой отвертки.

• Жилы тщательно зачищаем.

• Раскручиваем фиксирующие болты на плашках.

• Жилы вставляем в пазы.

• Затягиваем болты.

• Плашку помещаем в корпус и закрываем его.

Использование такого устройства не требуется особых навыков. Но монтаж занимает больше времени, чем, к примеру, применение клеммных колодок.

Стыковка медного и алюминиевого проводов приводит к ускорению процессов коррозии. Этот факт научно доказан. У неопытных мастеров встает вопрос о том, а что же произойдет при контакте медного провода с деталями из свинца.

Ответ прост. При отсутствии влаги в среде образуется надежное и долговечное соединение. Однако полностью исключить негативные факторы среды невозможно. Влага всегда витает в воздухе. Именно она и становится причиной разрушения контактов.

Как только вода попадает в пространство между двумя металлами, формируется короткозамкнутый гальванический элемент. Течение тока происходит аналогично работе гальванической ванны. В результате один из металлов разрушается.

Зная электрохимические потенциалы различных материалов, удается подобрать наиболее совместимые пары. Нормальным признается контакт металлов, имеющими разницу напряжения не более 0,6 мВ. Из этого становится очевидно, что медный провод, покрытый слоем припоя из свинца и олова, может спокойно контактировать с алюминием.

Полезное видео о соединении проводов из алюминия и меди

Подробнее обо всех способах стыковки меди и алюминия рассказано в видеороликах.

Какая химическая формула получается при смешивании меди и алюминия?

Медь и алюминий могут быть объединены в медно-алюминиевый сплав. Сплав представляет собой смесь и поэтому не имеет химической формулы. Однако при очень высокой температуре медь и алюминий могут образовывать твердый раствор. Когда этот раствор охлаждается, интерметаллическое соединение CuAl2 или алюминид меди может образовываться в виде осадка.

Соединения и сплавы

Соединение имеет фиксированное соотношение между составляющими его элементами.Независимо от того, сколько у вас соединения, соотношение между различными атомами одинаково. С другой стороны, смесь может включать различные количества составляющих ее элементов. Металлический сплав — это смесь двух или более металлов в любом соотношении. Следовательно, у сплава нет химической формулы. Вместо этого сплавы описываются в процентах. Эти проценты могут измениться при добавлении большего количества одного из металлов.

Твердый раствор

Когда медь и алюминий нагреваются до 550 градусов по Цельсию (1022 градуса по Фаренгейту), твердая медь растворяется в алюминии, образуя раствор.При этой температуре медно-алюминиевый раствор может содержать до 5,6% меди по массе. Этот раствор насыщен; он больше не может удерживать медь. По мере охлаждения насыщенного медно-алюминиевого раствора растворимость меди снижается, и раствор становится перенасыщенным. Когда медь в конечном итоге выпадает из раствора, она образует интерметаллическое соединение CuAl2.

Интерметаллические соединения

Интерметаллическое соединение CuAl2 медленно образуется после создания исходного раствора.Со временем атомы меди могут перемещаться через сплав за счет диффузии. Это движение приводит к образованию кристаллов CuAl2. Это соединение всегда содержит два атома алюминия на каждый атом меди; это 49,5% алюминия по весу. Благодаря этому фиксированному соотношению соединение имеет определенную химическую формулу.

Закалка с осаждением

Особая ориентация атомов в алюминии приводит к скольжению между плоскостями атомов. Это приводит к снижению силы.Когда образуются кристаллы CuAl2, это проскальзывание уменьшается. Этот процесс называется дисперсионным твердением и помогает повысить прочность медно-алюминиевого сплава. Производители могут регулировать температуру с течением времени, чтобы добиться максимального затвердевания.

Другие соединения меди и алюминия

CuAl2 — это доминирующее интерметаллическое соединение меди и алюминия. Однако оба металла могут также образовывать интерметаллические соединения CuAl и Cu9Al4. Эти соединения могут образовываться с течением времени после начального образования CuAl2.Образование этих других соединений зависит от температуры, времени и места осаждения меди.

алюминий | Использование, свойства и соединения

Алюминий (Al) , также пишется алюминий , химический элемент, легкий серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группы бора) периодической таблицы. Алюминий — самый распространенный металлический элемент в земной коре и наиболее широко используемый цветной металл. Из-за своей химической активности алюминий никогда не встречается в природе в металлической форме, но его соединения в большей или меньшей степени присутствуют почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 16 км (10 милях) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по весу; по количеству его превосходят только кислород и кремний. Название «алюминий» происходит от латинского слова alumen , которое используется для описания калийных квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO ₄ ) ₂ ∙ 12H ₂ O.

aluminium

Aluminium.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов.Насколько хорошо вы знаете их символы? В этой викторине вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Свойства элемента

атомный номер	13
атомный вес	26.9815384
точка плавления	660 ° C (1220 ° F)
точка кипения	2,467 ° C ( 4473 ° F)
удельный вес	2.70 (при 20 ° C [68 ° F])
валентность	3
электронная конфигурация	1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 1

Возникновение и история

Алюминий встречается в магматических породах в основном в виде алюмосиликатов в полевых шпатах, полевых шпатах и ​​слюдах; в почве, полученной из них в виде глины; а при дальнейшем выветривании — боксит и богатый железом латерит.Боксит, смесь гидратированных оксидов алюминия, является основной алюминиевой рудой. Кристаллический оксид алюминия (наждак, корунд), который встречается в некоторых магматических породах, добывается как природный абразив или в его более мелких разновидностях, таких как рубины и сапфиры. Алюминий присутствует в других драгоценных камнях, таких как топаз, гранат и хризоберилл. Из многих других минералов алюминия алунит и криолит имеют некоторое коммерческое значение.

До 5000 г. до н. Э. Люди в Месопотамии изготавливали прекрасную керамику из глины, которая в основном состояла из соединения алюминия, а почти 4000 лет назад египтяне и вавилоняне использовали соединения алюминия в различных химических веществах и лекарствах.Плиний относится к алюминию, ныне известному как квасцы, соединению алюминия, широко используемому в древнем и средневековом мире для фиксации красителей в текстильных изделиях. Во второй половине 18 века химики, такие как Антуан Лавуазье, признали глинозем в качестве потенциального источника металла.

Сырой алюминий был выделен (1825 г.) датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом путем восстановления хлорида алюминия амальгамой калия. Британский химик сэр Хамфри Дэви (1809 г.) приготовил железо-алюминиевый сплав путем электролиза плавленого оксида алюминия (оксида алюминия) и уже назвал этот элемент алюминием; позже это слово было изменено на алюминий в Англии и некоторых других европейских странах.Немецкий химик Фридрих Велер, используя металлический калий в качестве восстановителя, произвел алюминиевый порошок (1827 г.) и небольшие шарики металла (1845 г.), по которым он смог определить некоторые из его свойств.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас

Новый металл был представлен публике (1855 г.) на Парижской выставке примерно в то время, когда он стал доступен (в небольших количествах за большие деньги) за счет восстановления расплавленного хлорида алюминия натрием посредством процесса Девиля.Когда электроэнергия стала относительно обильной и дешевой, почти одновременно Чарльз Мартин Холл в Соединенных Штатах и ​​Поль-Луи-Туссен Эру во Франции открыли (1886 г.) современный метод промышленного производства алюминия: электролиз очищенного глинозема (Al ₂ O _{). 3} ) в расплавленном криолите (Na ₃ AlF ₆ ). В 60-е годы алюминий вышел на первое место, опередив медь, в мировом производстве цветных металлов. Для получения более подробной информации о добыче, рафинировании и производстве алюминия, см. обработка алюминия.

Области применения и свойства

Алюминий добавляется в небольших количествах к некоторым металлам для улучшения их свойств для конкретных целей, например, в алюминиевых бронзах и большинстве сплавов на основе магния; или, для сплавов на основе алюминия, к алюминию добавляются умеренные количества других металлов и кремния. Металл и его сплавы широко используются в авиастроении, строительных материалах, товарах длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонная утварь), электрических проводниках, химическом и пищевом оборудовании.

Чистый алюминий (99,996%) довольно мягкий и хрупкий; технический алюминий (чистота от 99 до 99,6%) с небольшим содержанием кремния и железа тверд и прочен. Пластичный и очень ковкий алюминий можно растянуть в проволоку или свернуть в тонкую фольгу. Металл примерно на треть меньше по плотности, чем железо или медь. Хотя алюминий химически активен, он, тем не менее, очень устойчив к коррозии, потому что на воздухе на его поверхности образуется твердая, прочная оксидная пленка.

Алюминий отлично проводит тепло и электричество.Его теплопроводность примерно вдвое меньше, чем у меди; его электропроводность — около двух третей. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Весь природный алюминий представляет собой стабильный изотоп алюминия-27. Металлический алюминий, его оксид и гидроксид нетоксичны.

Алюминий медленно разрушается большинством разбавленных кислот и быстро растворяется в концентрированной соляной кислоте. Однако концентрированную азотную кислоту можно перевозить в алюминиевых цистернах, поскольку она делает металл пассивным.Даже очень чистый алюминий интенсивно подвергается действию щелочей, таких как гидроксид натрия и калия, с образованием водорода и алюминат-иона. Из-за своего большого сродства к кислороду тонкодисперсный алюминий при воспламенении будет гореть в оксиде углерода или диоксиде углерода с образованием оксида и карбида алюминия, но при температурах до красного каления алюминий инертен по отношению к сере.

Алюминий может быть обнаружен с помощью эмиссионной спектроскопии в концентрациях до одной части на миллион.Алюминий может быть количественно проанализирован как оксид (формула Al ₂ O ₃ ) или как производное азоторганического соединения 8-гидроксихинолина. Производное имеет молекулярную формулу Al (C ₉ H ₆ ON) ₃ .

Соединения

Обычно алюминий трехвалентен. Однако при повышенных температурах было получено несколько газообразных одновалентных и двухвалентных соединений (AlCl, Al ₂ O, AlO). В алюминии конфигурация трех внешних электронов такова, что в некоторых соединениях (например.например, кристаллический фторид алюминия [AlF ₃ ] и хлорид алюминия [AlCl ₃ ]), как известно, возникает чистый ион, Al ³⁺ , образованный в результате потери этих электронов. Однако энергия, необходимая для образования иона Al ³⁺ , очень высока, и в большинстве случаев для атома алюминия энергетически более выгодно образовывать ковалентные соединения посредством гибридизации sp ² , как бор. Ион Al ³⁺ может быть стабилизирован путем гидратации, а октаэдрический ион [Al (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ встречается как в водном растворе, так и в нескольких солях.

Ряд соединений алюминия имеет важное промышленное применение. Оксид алюминия, который встречается в природе в виде корунда, также готовится в больших количествах в промышленных масштабах для использования в производстве металлического алюминия и изготовления изоляторов, свечей зажигания и различных других продуктов. При нагревании оксид алюминия приобретает пористую структуру, которая позволяет ему адсорбировать водяной пар. Эта форма оксида алюминия, известная как активированный оксид алюминия, используется для сушки газов и некоторых жидкостей.Он также служит носителем для катализаторов различных химических реакций.

Анодный оксид алюминия (AAO), обычно получаемый путем электрохимического окисления алюминия, представляет собой наноструктурированный материал на основе алюминия с очень уникальной структурой. AAO содержит цилиндрические поры, которые позволяют использовать его в самых разных целях. Это термически и механически стабильный состав, при этом он оптически прозрачен и является электрическим изолятором. Размер пор и толщину AAO можно легко адаптировать к определенным приложениям, включая использование в качестве шаблона для синтеза материалов в нанотрубки и наностержни.

Еще одно важное соединение — сульфат алюминия, бесцветная соль, получаемая действием серной кислоты на гидратированный оксид алюминия. Коммерческая форма представляет собой гидратированное кристаллическое твердое вещество с химической формулой Al ₂ (SO ₄ ) ₃ . Он широко используется в производстве бумаги как связующее для красителей и как поверхностный наполнитель. Сульфат алюминия соединяется с сульфатами одновалентных металлов с образованием гидратированных двойных сульфатов, называемых квасцами. Квасцы, двойные соли формулы MAl (SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O (где M — однозарядный катион, такой как K ⁺ ), также содержат ион Al ³⁺ . ; M может быть катионом натрия, калия, рубидия, цезия, аммония или таллия, и алюминий может быть заменен множеством других ионов M ³⁺ — e.например, галлий, индий, титан, ванадий, хром, марганец, железо или кобальт. Наиболее важной из таких солей является сульфат алюминия-калия, также известный как квасцы калия или квасцы поташа. Эти квасцы находят множество применений, особенно в производстве лекарств, текстиля и красок.

При реакции газообразного хлора с расплавленным металлическим алюминием образуется хлорид алюминия; последний является наиболее часто используемым катализатором в реакциях Фриделя-Крафтса, то есть в синтетических органических реакциях, участвующих в получении широкого спектра соединений, включая ароматические кетоны и антрохинон и его производные.Гидратированный хлорид алюминия, широко известный как хлоргидрат алюминия, AlCl ₃ ∙ H ₂ O, используется в качестве местного антиперспиранта или дезодоранта для тела, который сужает поры. Это одна из нескольких солей алюминия, используемых в косметической промышленности.

Гидроксид алюминия, Al (OH) ₃ , используется для водонепроницаемости тканей и для производства ряда других соединений алюминия, включая соли, называемые алюминатами, которые содержат группу AlO ^— ₂ .С водородом алюминий образует гидрид алюминия, AlH ₃ , твердое полимерное вещество, из которого получают тетрогидроалюминаты (важные восстановители). Литийалюминийгидрид (LiAlH ₄ ), образованный реакцией хлорида алюминия с гидридом лития, широко используется в органической химии, например, для восстановления альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов соответственно.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​старшим редактором Эриком Грегерсеном.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

• Элемент группы бора

  — это бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нихоний (Nh).Они характеризуются как группа наличием трех электронов во внешних частях их атомной структуры. Бор самый легкий…

• Материаловедение: Алюминий

  Поскольку плотность алюминия составляет примерно одну треть плотности стали, его замена стали в автомобилях может показаться разумным подходом к снижению веса и, таким образом, к увеличению экономии топлива и сокращению вредных выбросов.Однако такие замены не могут быть произведены без учета…

• химическая промышленность: рафинирование алюминия

  Фтористая промышленность тесно связана с производством алюминия. Глинозем (оксид алюминия, Al ₂ O ₃ ) может быть восстановлен до металлического алюминия путем электролиза при сплавлении с флюсом, состоящим из фторалюмината натрия (Na ₃ AlF ₆ ), обычно называемого криолитом.После запуска процесса криолит составляет…

Алюминий медный сплав | AMERICAN ELEMENTS ®

---

РАЗДЕЛ 2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТИ

Классификация вещества или смеси
Классификация в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1272/2008
Вещество не классифицируется как опасное для здоровья или окружающей среды в соответствии с Регламентом CLP.
Классификация в соответствии с Директивой 67/548 / EEC или Директивой 1999/45 / EC
Не применимо
Информация, касающаяся особых опасностей для человека и окружающей среды:
Информация отсутствует.
Опасности, не классифицированные иным образом
Информация отсутствует.
Элементы маркировки
Маркировка в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1272/2008
Неприменимо
Пиктограммы опасности
Неприменимо
Сигнальное слово
Неприменимо
Формулировки опасности
Неприменимо
Классификация WHMIS
Не контролируется
Система классификации
Рейтинги HMIS (шкала 0-4)
(Система идентификации опасных материалов)
Здоровье (острые эффекты) = 0
Воспламеняемость = 0
Физическая опасность = 0
Другие опасности
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
Неприменимо.
vPvB:
Неприменимо

---

РАЗДЕЛ 3. СОСТАВ / ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНГРЕДИЕНТАХ

Химические характеристики: Вещества
Номер CAS Описание:
7429-90-5 Алюминий
7440-50-8 Медь

---

РАЗДЕЛ 4. ПЕРВЫЙ A МЕРЫ

Описание мер первой помощи
Общие сведения
Никаких специальных мер не требуется.
При вдыхании
В случае жалоб обратитесь за медицинской помощью.
При попадании на кожу
Обычно продукт не раздражает кожу.
После контакта с глазами
Промыть открытый глаз под проточной водой в течение нескольких минут. Если симптомы не исчезнут, обратитесь к врачу.
После проглатывания
Если симптомы не исчезнут, обратиться к врачу.
Информация для врача
Наиболее важные симптомы и воздействия, как острые, так и замедленные
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Указание на необходимость немедленной медицинской помощи и специального лечения
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.

---

РАЗДЕЛ 5. МЕРЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Средства пожаротушения
Подходящие средства тушения
Специальный порошок для металлических возгораний.Не используйте воду.
Средства тушения, непригодные из соображений безопасности
Вода
Особые опасности, исходящие от вещества или смеси
При пожаре могут образоваться следующие вещества:
Дым оксида металла
Рекомендации для пожарных
Защитное снаряжение:
Нет специальных мер требуется

---

РАЗДЕЛ 6. МЕРЫ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ВЫБРОСЕ

Меры личной безопасности, защитное снаряжение и порядок действий в чрезвычайной ситуации
Не требуется.
Меры по защите окружающей среды:
Не допускайте попадания материала в окружающую среду без соответствующих правительственных разрешений.
Не допускать попадания продукта в канализацию или водоемы.
Не допускать проникновения в землю / почву.
Методы и материал для локализации и очистки:
Собирать механически.
Предотвращение вторичных опасностей:
Никаких специальных мер не требуется.
Ссылка на другие разделы
См. Раздел 7 для получения информации о безопасном обращении.
См. Раздел 8 для получения информации о средствах индивидуальной защиты.
Информацию об утилизации см. В разделе 13.

---

РАЗДЕЛ 7.ОБРАЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ

Обращение
Меры предосторожности для безопасного обращения
Хранить контейнер плотно закрытым.
Хранить в сухом прохладном месте в плотно закрытой таре.
Информация о защите от взрывов и пожаров:
Никаких специальных мер не требуется.
Условия безопасного хранения с учетом несовместимости
Хранение
Требования, предъявляемые к складским помещениям и таре:
Особых требований нет.
Информация о хранении в одном общем хранилище:
Не хранить вместе с кислотами.
Хранить вдали от окислителей.
Дополнительная информация об условиях хранения:
Держать емкость плотно закрытой.
Хранить в прохладных, сухих условиях в хорошо закрытых емкостях.
Специфическое конечное использование
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.

---

РАЗДЕЛ 8. КОНТРОЛЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ / ЛИЧНАЯ ЗАЩИТА

Дополнительная информация о конструкции технических систем:
Дополнительных данных нет; см. раздел 7.
Параметры контроля
Компоненты с предельными значениями, требующие контроля на рабочем месте:
7429-90-5 Алюминий (100.0%)
PEL (США) Долгосрочная стоимость: 15 *; 15 ** мг / м³
* Общая пыль; ** Вдыхаемая фракция
REL (США) Долгосрочное значение: 10 * 5 ** мг / м³
* Общая пыль ** Вдыхаемая фракция
TLV (США) Долгосрочное значение: 1 * мг / м³
как Al; * в виде вдыхаемой фракции
EL (Канада) Долгосрочное значение: 1,0 мг / м³
металл и нерастворимые соединения, вдыхаемые
EV (Канада) Долгосрочное значение: 5 мг / м³
алюминийсодержащий (как алюминий)
Дополнительная информация :
Нет данных
Контроль воздействия
Средства индивидуальной защиты
Общие меры защиты и гигиены
Следует соблюдать обычные меры предосторожности при обращении с химическими веществами.
Поддерживайте эргономичную рабочую среду.
Дыхательное оборудование:
Не требуется.
Защита рук:
Не требуется.
Время проницаемости материала перчаток (в минутах)
Не определено
Защита глаз:
Защитные очки
Защита тела:
Защитная рабочая одежда

---

РАЗДЕЛ 9. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Информация об основных физико-химических свойствах
Общая информация
Внешний вид:
Форма: Твердое вещество в различных формах
Цвет: Серебристый
Порог запаха: Не определено.
Значение pH: Не применимо.
Изменение состояния
Точка плавления / интервал температур плавления: Не определено.
Точка кипения / интервал температур кипения: Не определено.
Температура / начало сублимации: Не определено
Воспламеняемость (твердое, газообразное)
Не определено.
Температура возгорания: Не определено.
Температура разложения: Не определено.
Самовоспламенение: Не определено.
Взрывоопасность: Не определено.
Пределы взрываемости:
Нижний: Не определено
Верхнее: Не определено
Давление пара: Не применимо.
Плотность при 20 ° C (68 ° F): не определено.
Относительная плотность
Не определено.
Плотность пара
Не применимо.
Скорость испарения
Не применимо.
Растворимость в / Смешиваемость с водой: Нерастворим.
Коэффициент распределения (н-октанол / вода): Не определено.
Вязкость:
динамическая: Не применимо.
кинематика: Не применимо.
Другая информация
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.

---

РАЗДЕЛ 10. СТАБИЛЬНОСТЬ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

Реакционная способность
Информация отсутствует.
Химическая стабильность
Стабилен при рекомендуемых условиях хранения.
Термическое разложение / условия, которых следует избегать:
Разложения не произойдет, если использовать и хранить в соответствии со спецификациями.
Возможность опасных реакций
Реагирует с сильными окислителями
Условия, которых следует избегать
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Несовместимые материалы:
Кислоты
Окислители
Опасные продукты разложения:
Пары оксидов металлов

---

РАЗДЕЛ 11.ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Информация о токсикологическом воздействии
Острая токсичность:
Эффекты неизвестны.
Значения LD / LC50, относящиеся к классификации:
Нет данных
Раздражение или разъедание кожи:
Может вызывать раздражение
Раздражение или разъедание глаз:
Может вызывать раздражение
Сенсибилизация:
Сенсибилизирующие эффекты неизвестны.
Мутагенность зародышевой клетки:
Эффекты неизвестны.
Канцерогенность:
ACGIH A4: Не классифицируется как канцероген для человека: Недостаточные данные для классификации агента с точки зрения его канцерогенности для людей и / или животных.
Репродуктивная токсичность:
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит репродуктивные данные для этого вещества.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени — многократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени — однократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Опасность при вдыхании:
Воздействие неизвестно.
От подострой до хронической токсичности:
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит данные о токсичности при многократных дозах
для этого вещества.
Дополнительная токсикологическая информация:
Насколько нам известно, острая и хроническая токсичность этого вещества полностью не изучена.

---

РАЗДЕЛ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Токсичность
Водная токсичность:
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Стойкость и разлагаемость
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Потенциал биоаккумуляции
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Подвижность в почве
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Дополнительная экологическая информация:
Общие примечания:
Не допускайте попадания материала в окружающую среду без соответствующих правительственных разрешений.
Избегать попадания в окружающую среду.
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
Не применимо.
vPvB:
Не применимо.
Другие побочные эффекты
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.

---

РАЗДЕЛ 13. УТИЛИЗАЦИЯ

Методы обработки отходов
Рекомендация
Проконсультируйтесь с государственными, местными или национальными правилами, чтобы обеспечить надлежащую утилизацию.
Неочищенная тара:
Рекомендация:
Утилизация должна производиться в соответствии с официальными предписаниями.

---

РАЗДЕЛ 14. ИНФОРМАЦИЯ ПО ТРАНСПОРТИРОВКЕ

Номер ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
Неприменимо
Собственное транспортное наименование ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
Неприменимо
Класс (ы) опасности при транспортировке
DOT, ADR, ADN, IMDG, IATA
Класс
Неприменимо
Группа упаковки
DOT, IMDG, IATA
Неприменимо
Опасности для окружающей среды:
Неприменимо.
Особые меры предосторожности для пользователя
Не применимо.
Транспортировка наливом в соответствии с Приложением II MARPOL73 / 78 и Кодексом IBC
Не применимо.
Транспортировка / Дополнительная информация:
DOT
Marine Pollutant (DOT):
№

---

РАЗДЕЛ 15. НОРМАТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Нормативы / законы, касающиеся безопасности, здоровья и окружающей среды, специфические для вещества или смеси
Национальные правила
Все компоненты этого продукта перечислены в Реестре химических веществ в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами Агентства по охране окружающей среды США.
Все компоненты этого продукта занесены в Канадский список веществ, предназначенных для домашнего использования (DSL).
SARA Раздел 313 (списки конкретных токсичных химикатов)
7429-90-5 Алюминий
Предложение 65 Калифорнии
Предложение 65 — Химические вещества, вызывающие рак
Вещество не указано в списке.
Предложение 65 — Токсичность для развития
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития, женщины
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития, мужчины
Вещество не указано.
Информация об ограничении использования:
Для использования только технически квалифицированными специалистами.
Этот продукт подпадает под требования к отчетности раздела 313 Закона о чрезвычайном планировании и праве общества на информацию от 1986 года и 40CFR372.
Другие постановления, ограничения и запретительные постановления
Вещество, вызывающее особую озабоченность (SVHC) в соответствии с Регламентом REACH (EC) № 1907/2006.
Вещества нет в списке.
Должны соблюдаться условия ограничений согласно Статье 67 и Приложению XVII Регламента (ЕС) № 1907/2006 (REACH) для производства, размещения на рынке и использования.
Вещества нет в списке.
Приложение XIV Правил REACH (требуется разрешение на использование)
Вещество не указано.
REACH — Предварительно зарегистрированные вещества
Вещество внесено в список.
Оценка химической безопасности:
Оценка химической безопасности не проводилась.

(PDF) Интерметаллические соединения на электрических границах раздела алюминий-медь и медь-олово

5.

1.

2.

3.

4.

5.

решетка. Такие короткие пути диффузии, называемые «трубчатой ​​диффузией», могут содержать

дислокаций, границ зерен и субзерен. Установлено, что диффузия по этим путям

происходит значительно быстрее (на несколько порядков)

, чем диффузия тех же частиц через решетку 1221.

6. ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Авторы выражают благодарность А. Джоли, А.

Ватье, Ж. Ларуш, П.Dufresne и J. St-Onge за техническую помощь

и успешное выполнение этой работы.

Если «трубная диффузия» является рабочим механизмом, то кинетика

образования и роста интерметаллической фазы приводит к выводу

о том, что подвижность диффундирующих частиц, вероятно, меди,

намного больше в присутствии электрическое поле, чем в температурном градиенте

.t-забор, считается, что взаимодействие между

приложенным электрическим полем и дефектами решетки, особенно дислокациями, и границами зерен

, усиливает миграцию диффундирующих частиц

по этим диффузионным путям короткого замыкания и, таким образом, ускоряет образование

интерметаллиды.

7.

1.

2.

Отсутствие определенных фаз в образцах, термообработанных электрическим током

, можно отнести к увеличению времени инкубации

некоторых фаз, вызванному наличием электрическое поле.

Другими словами, рост этих фаз из их критических зародышей

подавляется диффузионным взаимодействием с критическими зародышами

соседних фаз, имеющих большую диффузионную проницаемость 1231.

3.

4.

lt очевидно что необходимы дальнейшие исследования для выяснения точной природы наблюдаемого влияния электрического тока на кинетику

образования и роста интерметаллических фаз в биметаллических сварных соединениях AI-Cu

.Это представляет особый интерес, поскольку имеется

свидетельств монтажа, указывающих на то, что механические свойства, такие как ползучесть

, релаксация напряжений, напряжение течения, а также рекристаллизация, восстановление

и рост зерна, могут быть значительно изменены, а структура

изменена под действием воздействия. электрического тока.

5.

6.

В итоге можно констатировать, что электрический ток

оказывает выраженное влияние на морфологию биметаллических фазовых соединений Al-Cu

, что, в свою очередь, может существенно повлиять на передача тока

через контактный интерфейс и, следовательно, их надежность в электрических установках

.7.

ВЫВОДЫ 6.

Результаты показывают, что образование и рост интерметаллических фаз

в биметаллических соединениях алюминий-медь

сварных трением и луженых медных проводниках

оказывает выраженное влияние на их механические свойства. и электрическая

целостность.

Вредное влияние интерметаллических фаз

проявляется в повышенной хрупкости поверхности контакта.

Образование интерметаллических фаз приводит к значительному увеличению контактного сопротивления

; в случае биметаллических контактов между алюминием и медью

сопротивление неповреждению увеличивается линейно с толщиной интерметаллида

, в то время как в системе с луженой медью

сопротивление демонстрирует тенденцию

к стабилизации, когда толщина составляет интерметаллид

фаз приближается к фазе гальваники.

Интерметаллические фазы могут образовываться даже при температурах

, обычно принятых как нормальные рабочие температуры для

разъемов в сети.

9.

10.

11.

12.

10.

11.

В соединениях алюминий-медь наличие электрического поля

значительно ускоряет кинетику образования

интерметаллических фаз и существенно изменяет их морфологию

.

33

ССЫЛКИ

CR. Диксон и Ф. Nelson, 7he «Влияние повышенной температуры

на соединения алюминия и меди, сваренные Ftash»,

Trans. AIEE Il. ~ 01.78, (1960). pp.491495

E.R. Wallach, G.J. Дэвис, «Механические свойства

твердофазных сварных швов алюминия и меди», A # er & 7ecA,

апрель, (1977), стр. 183.190

E.R.Wallach and G.J. Дэвис, «Совместное сопротивление и ток

в термообработанных сварных швах из алюминия и меди в твердом состоянии»,

Adora% Sd, March (1977), стр.97. 102

D.M. Фтабкин, В. Рябов А.В. Лозовская, В.А.

,

Довженко, «Получение и свойства интерметаллических соединений медь-алюминий

», Сов. Pswdw A # && Cum.,

No. 8, (92), (1970), стр. 695-700

MM. Накамура, Ю. Ёнэдзава. T. Nakanishi и K. Kondo,

«Долговечность соединений для сварки горячим давлением At-Cu», ti .I.

Апрель (1977), стр. 71-78

Дж. А. Пейн и К.Л. Бауэр, “Влияние образования интерметаллией Pffase

на электрические и механические свойства вспышки.

Сварные пары Al-Cu, Рек. Srh Ba4ton Len & g C% t & on

Wakhmnr8. General Electric, (1979), стр. 353,363

К.Л. Бауэр и Г.Г. Лессманн, «Методы соединения металлов»,

Annual Review of Matda & Sd .. 6, (1976), стр. 361-387

U. Undborg, 8. Asthner, L Lind and L Revay, fntermetallic

Growth и контактная стойкость оловянных контактов после старения

», Eiocrric Corrracir-7976, IIT, Чикаго, (1975) с.25

К.Н. Ту, «Взаимодиффузия и реакция в биметаллических тонких пленках C&N

», Acta AM., ~ 01.21, (lg73), стр. 347

Л. РБвай, «Взаимодиффузия и образование соединений интерметаллиев

в покрытиях поверхности оловянно-медных сплавов», Surf-

To &., 5, (1977) стр. 57.63

Л. Закрайсек, «Рост интерметаллидов в Олово-персиковые припои »,

Wadding Research Suppl., Ноябрь (1972), стр. 5378-541 с.

P.Дж. Кей и К. А. Кацкей, 7 «Выращивание интерметаллических

соединений на обычных материалах, покрытых оловом

и сплавами олово-свинец», Trans. Inrr. Metd Fin. & .. (1976) стр.

68 68-74

V.LA Silveira, W. Mannheimer и M. Braunovic,

«Разрушение поверхностных слоев C и n / W на алюминиевых

проводниках под действием электрического тока», KEE

Trans. ЧМТ-4, (1985), стр. 328.332

Ли и М. Мамрик, «Фреттинг-коррозия сплава олова-

с покрытием из меди», IEEE Trms.CHhlT-70. (1987) с.63

Факторы, влияющие на свойства сварных швов Al-Cu из-за образования интерметаллических соединений | Международный журнал машиностроения и материаловедения

Введение

Многие отрасли промышленности, такие как морская, аэрокосмическая, нефтехимическая и автомобильная промышленность, осознали потенциал сварки разнородных металлов для создания безопасных конструкций, которые могут работать в изменяющихся условиях эксплуатации, в то время как в то же время предлагая экономию производственных затрат.Например, соединения Al-Cu используются в качестве электрических соединителей во многих отраслях промышленности из-за их хорошей коррозионной стойкости и электропроводности (Klauke, 2012; Feng et al. 2012a). Однако механические свойства соединений Al-Cu могут быть снижены из-за хрупких фаз интерметаллических соединений, образующихся во время сварки. Чтобы уменьшить количество этих хрупких интерметаллических соединений в стыке, требуется дополнительная обработка, которая увеличивает стоимость производства.

Соединения Al-Cu сложно изготовить сваркой плавлением из-за значительной разницы в химическом составе и физических свойствах основных металлов.Следовательно, эти типы разнородных соединений в основном свариваются процессами твердотельной сварки, когда необходимо учитывать только различия в физических и механических свойствах основных металлов (Joseph 2006). С другой стороны, при сварке плавлением необходимо учитывать множество других факторов, таких как разбавление присадочного металла и основных металлов, физические свойства основных металлов и присадочного металла, а также используемая термообработка.

Предыдущие исследования показали образование оксидного слоя на алюминиевой подложке сварного шва в соединениях Al-Cu, изготовленных сваркой плавлением, что приводит к недостаточному сцеплению и неэффективным электрическим свойствам (Lloyd 1957).Это явление неполного плавления в стыке, вызванное образованием оксида, также было отмечено при сварке трением (Ochi, et al., 2004). Другая проблема, обнаруженная при сварке Al и Cu, заключается в том, что взаимная растворимость между Al и Cu происходит в жидком состоянии, но после затвердевания образуются хрупкие интерметаллические соединения, что приводит к ухудшению свойств сварного шва (Weigl & Schmidt, 2009). Эти хрупкие интерметаллические соединения могут вызывать трещины из-за значительной разницы в температуре плавления, теплопроводности и теплового расширения основных металлов, миграции элементов и микроструктурного градиента (Sun & Karppi, 1996; Posinasetti and Prasad 2005; Joseph 2006; Игорь и Шмидт, 2006).Хотя сварка сплавом и сварка в твердом состоянии сталкиваются с немного разными проблемами при сварке Al и Cu, основной проблемой, общей для обоих процессов сварки, является образование хрупких интерметаллических соединений в стыке.

С точки зрения срока службы образование оксидов представляет значительные трудности. Когда соединение подвергается воздействию окружающей среды, Al легко окисляется, что приводит к сопротивлению прохождению электрического тока. Более того, хрупкие интерметаллические соединения растут во время эксплуатации, ухудшая свойства сварного шва.Хрупких интерметаллических соединений можно избежать, используя фазовую диаграмму Al и Cu для выбора подходящих процессов и параметров сварки и подходящих присадочных металлов, а также контролируя эффект разбавления между основными металлами и присадочными металлами. Следовательно, для снижения производственных затрат необходимо изучить дополнительные факторы, которые влияют на образование интерметаллических соединений и их влияние на соединение.

В статье рассматриваются факторы, влияющие на свойства соединений Al-Cu, в частности образование интерметаллических соединений во время сварки и в процессе эксплуатации.Чтобы получить более полное представление о сварочных свойствах разнородных соединений Al-Cu, в исследовании сравнивается образование интерметаллических соединений при сварке Al (1060) с чистой Cu с помощью процессов сварки с высокой плотностью энергии, процессов сварки в твердом состоянии и методов пайки.

Факторы, влияющие на свойства сварного шва Al-Cu

Свойства сварного шва Al-Cu зависят от микроструктуры, сформированной в металле шва и вдоль смежных сторон сварного шва. Более того, фазы интерметаллических соединений, образующиеся в микроструктуре, оказывают большое влияние на свойства сварного шва.

Влияние разбавления основных металлов

Неправильное разбавление (т.е. растворимость) между свариваемыми металлами влияет на микроструктурные образования и, таким образом, влияет на механические свойства металла шва (Joseph 2006). Из фазовой диаграммы, показанной на рис. 1, можно видеть, что максимальная растворимость Cu в Al для твердого раствора составляет всего 5,65 мас.% Cu (Mai and Spowage 2004). Следовательно, соединение, образованное сваркой трением, может содержать хрупкие интерметаллические соединения (т.е.е. CuAl ₂ , CuAl и Cu ₉ Al ₄ ) вдоль переходной области Cu из-за несоответствующего разбавления между Al и Cu. Эти хрупкие интерметаллические соединения снижают механические свойства соединения (Sahin, 2009).

Рис.1

Фазовая диаграмма двойной системы Al-Cu (Xia, et al., 2008; Sujin, et al., 2014)

Дефекты также образуются вдоль соединения Al-Cu из-за неправильного разбавления основного металла и присадочного металла, если он используется.Например, пустоты образовались в паяном соединении Al-Cu из-за эффекта Киркендалла и из-за неправильного разбавления между атомами Al и Cu и атомами Zn присадочного металла. Это неправильное разбавление произошло из-за того, что бинарная система Al-Cu имела более высокое сродство, чем система Cu-Zn, поэтому атомы Cu имели тенденцию реагировать с Al с образованием CuAl ₂ хрупких интерметаллических соединений (Lee, et al., 2002; Leonardo, et al. др., 2011; Feng & Xue, 2013). Исследование Balasundaram et al. (2014) показали, что пайка Al и Cu с добавлением цинка в качестве присадочного металла приводит к образованию макротрещин на краю медной стороны.Макротрещины образовались из-за разбавления Zn Al и Cu, отталкивающего Cu, что привело к межкристаллитным трещинам из-за охрупчивания жидким металлом. Таким образом, пластичная фаза меди во время разбавления трансформировалась в хрупкие интерметаллические структуры, когда она вступала в контакт с жидким металлом (Nicholas & Old, 1979). Из приведенных выше исследований можно отметить, что присадочный металл для сварки с Zn оказывает значительное влияние на интерметаллические соединения и дефекты, образующиеся при разбавлении основных металлов. Следовательно, соответствующий выбор присадочного металла, соответствующего основным металлам, должен быть рассмотрен при стремлении уменьшить дефекты в соединениях Al-Cu.

Интерметаллические соединения, образованные эффектами разбавления и градиентами состава, влияют на характеристики затвердевания в металле шва (Hayes, et al., 2011). Затвердевание интерметаллических соединений влияет на фазообразование, которое определяет свойства соединения (Sun & Moisio, 1994). Паяное соединение Al-Cu с присадочным металлом Zn-15Al имело интерметаллическое соединение CuAl ₂ во время разбавления, что увеличивало время затвердевания, что приводило к улучшению свойств (Feng et al.2012b). Более того, исследование сварного лазером соединения Al-Cu, проведенное Zuo и др. (2014) показали изменение толщины промежуточного слоя из-за градиентов растворенного вещества во время разбавления, и этот градиент растворенного вещества увеличивал время затвердевания, что приводило к улучшению свойств. Следовательно, тип, количество и микроструктурное расположение фаз в металле сварного шва во время затвердевания интерметаллических соединений и градиент состава влияют на свойства соединения.

Помимо градиента состава и эффекта разбавления, параметры разбавления и сварки также влияют на сварочные свойства соединения Al-Cu через их влияние на образование интерметаллических соединений.Например, эксперимент Лю и др. (2008) показали, что соединение Al-Cu, полученное сваркой трением с перемешиванием, имеет образование хрупких интерметаллических соединений, что приводит к ухудшению свойств. Это ухудшение свойств сварного шва было связано с неполным разбавлением металлов и влиянием положения инструмента в процессе сварки. С другой стороны, Ли и др. (2012) наблюдали, что соединение Al-Cu, полученное сваркой трением с перемешиванием, в своей работе имело полное растворение в сварном шве без образования интерметаллических соединений, как показано на рис.2. Это было достигнуто смещением позиции инструмента. Кроме того, соединение обладало хорошими пластичными свойствами. Таким образом, параметры сварки, влияющие на разбавление, уменьшают образование хрупких интерметаллидов в металле шва.

Рис.2

( a ) Макроскопический вид соединений Al-Cu без интерметаллических соединений и ( b ) внешний вид поверхности соединения (Li, et al., 2012)

Из этих исследований ясно, что неправильный выбор присадочного металла, соответствующего основным металлам, в процессе пайки и неправильное положение сварочного инструмента при сварке трением с перемешиванием привели к неправильному разбавлению основного металла и присадочного металла.Это, в свою очередь, приводит к образованию хрупких интерметаллических соединений, что приводит к ухудшению свойств и образованию дефектов. Однако интерметаллические соединения и градиенты композита увеличивают время затвердевания во время разбавления при лазерной сварке и пайке. Это приводит к улучшению механических свойств сварного шва.

Влияние физических свойств

Существенная разница между физическими свойствами алюминия и меди приводит к образованию хрупких интерметаллических структур и создает проблемы при формировании металла шва как для процессов плавления, так и для сварки в твердом состоянии.Например, Суджин и др. (2014) показали, что при лазерной сварке внахлест с Cu, расположенным ниже Al, Al не может погружаться в подложку из Cu из-за более высокой плотности Cu. Однако с Cu (верхняя сторона) и Al (нижняя сторона) Cu может легко погрузиться в алюминиевую подложку, что приведет к надлежащему разбавлению и последующему улучшению свойств. Физические свойства играют жизненно важную роль в разбавлении металлов. Некоторые из основных физических свойств алюминия и меди показаны в таблице 1, а их влияние на формирование металла сварного шва обсуждается ниже.

Таблица 1 Физические свойства алюминия и меди Таблица 2 Сравнение сварки трением с перемешиванием, лазерной сварки и пайки при сварке алюминия (1060) и чистой меди

Температура плавления

Одним из наиболее важных факторов при сварке плавлением разнородных соединений, а также в процессах сварки в твердом состоянии является температура плавления двух основных металлов.Заметная разница в температуре плавления основных металлов может привести к разрушению металла с более низкой температурой плавления (Hayes, et al., 2011). Например, при сварке трением Al плавится больше, чем Cu, из-за более низкой температуры плавления Al по сравнению с Cu (Sahin, 2009). Более того, исследование Bisadi, et al. (2013) о процессе сварки трением с перемешиванием показывает, что соединения со значительной разницей в температурах плавления основного металла, сваренные с высокой температурой сварки, имеют полости в переходной зоне из Al и Cu.Предыдущее исследование показало, что остаточные термические напряжения и деформации несоответствия возникают в соединениях Al-Cu из-за значительной разницы в температурах плавления Al и Cu (Mai & Spowage, 2004). Значительная разница в температуре плавления также влияет на внешний вид поверхности стыка. Лазерная сварка внахлест с Al (верхняя сторона) и Cu привела к таким проблемам, как образование большого сварного шва и большая зона термического влияния на стороне Al из-за низкой температуры плавления и высокой поглощающей способности длины волны лазера алюминием (Weigl, и другие., 2011; Суджин и др., 2014). Вышеупомянутые исследования показывают, что разница в температуре плавления влияет на дефекты и внешний вид поверхности соединений Al-Cu и, таким образом, влияет на механические свойства сварного шва.

Некоторые исследования показывают, что разница температур плавления приводит к образованию хрупких и высокоэлектрических интерметаллических соединений в металле сварного шва (Song-bai, et al., 2003; Ouyang, et al., 2006; Sahin, 2009). Ухудшения свойств сварного шва можно избежать, если учесть разницу в температуре плавления на этапе проектирования соединения, а также использовать подходящий присадочный металл и параметры сварки.

Теплопроводность

Значительная разница в теплопроводности металлов в разнородном соединении приводит к тому, что к металлу передается больше тепла с более высокой теплопроводностью, что приводит к неравномерному распределению тепла и локализованному плавлению металла (Hayes, et al., 2011). Это неравномерное распределение тепла и локализованное плавление ухудшают свойства сварного шва. Например, высокие значения твердости были обнаружены в области Cu соединения Al-Cu, полученного сваркой трением, из-за более высокой теплопроводности Cu, чем у Al (Sahin, 2009).Такая твердость может привести к хрупкости в области Cu, что может привести к легкому разрушению соединения. Более того, Takehiko et al. (1999 (Online — 2010)) при исследовании процесса ультразвуковой сварки заметили снижение прочности связи между Al и Cu из-за высокой теплопроводности Cu. Вышеупомянутые исследования показывают, что процессы твердотельной сварки сталкиваются с проблемами, возникающими из-за значительной разницы в теплопроводности основного металла. При сварке плавлением возникают дополнительные проблемы, связанные с добавлением в стык присадочного металла.

Al и Cu обладают высокой температуропроводностью, что приводит к трудностям при соединении с помощью процессов сварки плавлением (Sahin, 2009). Например, Hailat, et al. (2012) обнаружили, что лазерная сварка внахлест соединений Al-Cu со сплавом оловянной фольги в качестве присадочного металла дает меньшее проплавление на медной стороне и большее образование пористости в сварном шве по сравнению со сварным швом, сформированным без присадочного металла. Металлический наполнитель поглощал лазерную энергию из-за своей высокой теплопроводности и высокой отражательной способности основных металлов, что привело к образованию барьерного слоя для теплопроводности между основными металлами (Hailat, et al., 2012). Суджин и др. (2014) сообщили только о частичном проплавлении металла шва при лазерной сварке.

Чтобы смягчить проблемы, вызванные теплопроводностью, источники нагрева в процессах сварки плавлением могут быть направлены на металл с более высокой теплопроводностью (например, Cu в соединении Al-Cu) или металл с более высокой теплопроводностью может быть предварительно нагрет ( Hayes, et al., 2011).

В некоторых случаях, однако, заметная разница в теплопроводности оказывает положительное влияние на соединение: например, при исследовании с использованием сварки трением с перемешиванием не образовывались зоны термического влияния из-за высокой скорости снижения температуры из-за высокой термической проводимость Cu (Sarvghad-Moghaddam, et al., 2014).

Приведенные выше исследования показывают, что заметное различие в теплопроводности металлов оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на свойства соединения. Однако различие в теплопроводности не влияет на образование интерметаллических соединений. Вредные эффекты можно уменьшить, принимая во внимание свойства металла при проектировании соединения или вводя в соединение соответствующий третий металл (например, присадочный металл).Следовательно, при выборе присадочного металла необходимо учитывать основные металлы и их теплопроводность для обеспечения высоких свойств соединения (Hayes, et al., 2011).

Коэффициент теплового расширения

Коэффициент теплового расширения считается важным фактором из-за его влияния на образование несплошностей в стыке, которые значительно ухудшают свойства сварного шва. Например, соединение Al-Cu, полученное сваркой трением с перемешиванием (Bisadi, et al., 2013) образовывались полости в металле сварного шва из-за значительной разницы в тепловом расширении, как показано на рис. 3. Частицы алюминия вдавливались в медную сторону, что приводило к образованию макроструктурной полости в металле сварного шва после закалки. процесс.

Рис. 3

Образование каверны в переходном слое при сварке трением с перемешиванием (Bisadi, et al., 2013)

Для соединений Al-Cu, сваренных плавлением, значительная разница в тепловом расширении может привести к горячим трещинам во время сварки и холодным трещинам во время эксплуатации соединения.Растрескивание происходит из-за растягивающих напряжений в одном металле и сжимающих напряжений в другом, которые возникают во время затвердевания металлов (Hayes, et al., 2011). Этот феномен был также отмечен в исследовании Weigl, et al. (2011) о лазерной сварке с адаптивными присадочными материалами (например, AlSi12 и CuSi3), которые обнаружили зарождение трещин в соединении в результате высоких растягивающих напряжений, вызванных заметной разницей в тепловом расширении.

Исследования показывают, что соединение с разницей в тепловом расширении металла влияет на внешний вид поверхности и геометрию сварного шва (Hayes, et al., 2011). Например, исследование Zuo, et al. (2014) о лазерной сварке соединений Al-Cu сообщили об образовании выпуклости вверх в переходном слое из-за более высокого коэффициента расширения Al, чем у Cu, как показано на рис. 4. Эта выпуклость вверх в переходном слое привела к недостаточное разбавление между металлами и неглубокий и широкий сварной шов.

Рис. 4

Образование вогнутости в переходном слое соединения, сваренного лазером Al-Cu (Zuo, et al., 2014)

Вышеупомянутые исследования показывают, что значительная разница в тепловом расширении может привести к образованию дефектов и разрыву соединения как при сварке плавлением, так и при сварке в твердом состоянии.Однако разница не влияет на образование интерметаллидов. Термическая обработка после сварки может уменьшить образование дефектов, вызванных различиями в тепловом расширении.

Влияние параметров сварки

Параметры сварки варьируются в зависимости от применяемых процессов и технологий сварки, а также используемых сплавов Al и Cu. Выбранные параметры определяют разбавление металла, формирование свойств и внешний вид поверхности соединения, а свойства основного металла и присадочного металла, если они используются, должны учитываться при выборе параметров сварки.Однако различные исследования сходятся во мнении, что при сварке разнородных соединений твердотельная сварка показывает лучшее образование соединений, чем процессы сварки плавлением. Например, механические свойства соединений Al-Cu могут быть улучшены в процессах сварки трением путем выбора подходящего времени трения, давления и давления осадки. Сахин (2009) показал, что предел прочности соединения увеличивается до максимального значения, а затем постепенно уменьшается с дальнейшим увеличением давления трения и времени. Это снижение прочности происходит из-за рассеивания тепла и образования хрупких интерметаллических соединений в виде серого слоя на границе раздела стыка.

Конструкция соединения влияет на параметры сварки, которые, в свою очередь, влияют на свойства сварного шва. Это было продемонстрировано на паяном соединении Al-Cu, в котором большое расстояние между сварным швом улучшило электрические характеристики соединения Al-Cu (Solchenbach et al. 2014). При лазерной сварке внахлест Суджин и др. (2014) показали, что соединение имеет полное проникновение, когда Al расположен над Cu, тогда как противоположное размещение дает только частичное проникновение в Al. Частичное проплавление было связано с высокой скоростью сварки, использованной в исследовании, а также с высокой отражательной способностью и теплопроводностью меди.Далее было отмечено, что увеличение скорости лазерной сварки снижает количество образующихся интерметаллических соединений и улучшает свойства соединения при растяжении. Mai и Spowage (2004), с другой стороны, обнаружили трещины затвердевания в сварном лазером шве в результате высокой скорости сварки. Кроме того, высокая скорость сварки снижает прочность соединения на сдвиг (Zuo, et al., 2014). Исследования также показали, что для равномерного и успешного шва между Al и Cu требуется высокая импульсная мощность в течение короткого времени (Mai & Spowage, 2004; Zuo, et al., 2014). В приведенном выше разделе показано, что совокупное влияние параметров сварки и других факторов (например, конструкции соединения и физических свойств основного металла) влияет на соединения Al-Cu за счет снижения свойств сварного шва и образования хрупких интерметаллических соединений.

Однако в некоторых случаях исследования показали, что на свойства сварного шва влияют только параметры сварки. Коррозионная стойкость в соединениях, образованных сваркой трением с перемешиванием, была улучшена за счет регулировки параметров сварки (Jariyaboon, et al., 2007; Кришнан и др., 2009). Акинлаби и др. (2014) проанализировали коррозионные свойства соединений, сваренных трением с перемешиванием, и обнаружили, что скорость коррозии соединений снижается по мере увеличения скорости вращения перемешиваемого трением. Кроме того, скорость вращения улучшила поток материала в соединении за счет перемешивающего действия инструмента (Liu, et al., 2008). Изменения в инструментах для сварки трением с перемешиванием с одинаковыми параметрами сварки привели к изменению микроструктуры и свойств сварного шва. Различные конфигурации инструментов изменяют эффекты нагрева от трения, тем самым влияя на режим деформации металла (Mubiayi and Akinlabi, 2013).Например, Sarvghad-Moghaddam, et al. (2014) показали доминирующее влияние инструмента на свойства и микроструктуру сварного шва за счет изменения уступа инструмента и штифта. Galvão et al. (2010; 2012), которые экспериментировали со сваркой трением с перемешиванием с использованием спиральных и конических инструментов для перемешивания трением, показали, что этот инструмент имеет огромное влияние на создание успешных сварных соединений. При использовании инструмента с коническим уступом Al на продвигающейся стороне приводил к нерегулярной микроструктуре; однако образование дефектов уменьшилось.Al на отходящей стороне приводил к образованию интерметаллических соединений в результате механического смешивания Al с Cu-матрицей. Сварные швы, сформированные коническим инструментом, имели гладкий вид и мелкую зернистость. При использовании инструмента со спиральным буртиком в обоих соединениях образовывались хрупкие интерметаллические соединения из-за нисходящего потока материала. Поверхность шва имела блестящий наплавленный валик с глубокими пустотами. Большинство исследований показывают, что для уменьшения интерметаллических соединений при сварке трением с перемешиванием инструмент следует размещать в Cu на отходящей стороне (Liu, et al., 2008; Тан и др., 2013). Однако Сюэ и др. (2010) предполагают, что смещение инструмента со стороны алюминия уменьшает толщину интерметаллического соединения и образование дефектов, а также улучшает свойства изгиба и растяжения. Их исследование также показало, что тонкий и однородный сплошной слой интерметаллического соединения улучшает прочность сцепления и механические свойства соединения. Соответствующий выбор инструментов и их расположение на материале (т.е. на стороне подачи и на стороне отхода) в процессе сварки трением с перемешиванием снижает образование интерметаллических соединений и, таким образом, улучшает прочность соединения.

Однако изменение скорости сварки и подводимого тепла может отрицательно сказаться на соединении, приводя к неоднородностям. При изучении соединений Al-Cu, образованных сваркой трением с перемешиванием, Tohid и др. (2010) показали, что высокая скорость сварки приводит к образованию полости. Эффект от низкой скорости сварки был другим; микротрещины, образованные рядом с частицами Cu вдоль стыка, как показано на рис. 5. Yong, et al. (2006) заявили, что образование полости происходит из-за недостаточного тепловложения для разбавления металлов.Yong et al. также отметил, что тепловыделение инструментом, который погружается вдоль стыка, обратно пропорционален скорости сварки. Как и в исследовании Tohid, et al (2010), Bisadi, et al. (2013) также обнаружили образование полости при высокой температуре сварки. При низкой температуре сварки, в отличие от результата Tohid et al., Было обнаружено, что соединение имеет дефекты каналов. Причиной образования этих дефектов была высокая диффузия меди к алюминиевому листу.

Рис. 5

Образование каверн и микротрещин в результате сварки трением с перемешиванием в металле шва (Tohid, et al., 2010)

Параметры сварки явно влияют на соединение через образование интерметаллических соединений и их влияние на свойства и дефекты сварного шва. Основными параметрами, влияющими на свойства сварного шва Al-Cu, являются скорость сварки, погонная энергия и положение инструмента. Оптимальные параметры меняются в зависимости от требований к обслуживанию.

Влияние присадочного металла

Добавление присадочного металла обычно играет важную роль при сварке разнородных соединений.Выбор подходящего присадочного металла зависит от физических свойств основных металлов и используемого процесса сварки. Кроме того, требования к конструкции стыка должны быть совместимы с выбранным присадочным металлом. Были представлены критерии выбора присадочного металла для разнородных соединений, чтобы обеспечить лучшие свойства металла сварного шва и успешное соединение без каких-либо разрывов (Hayes, et al., 2011). При выборе подходящего присадочного металла для соединения следует учитывать его растекаемость.Растекаемость присадочного металла на подложке зависит от одного из двух факторов: взаимного разбавления металлов или образования интерметаллических соединений (Feng et al. 2012b). Например, присадочный металл Zn-Al, используемый в процессе пайки, имеет линейное увеличение смачиваемости (т. Е. Растекаемости) на подложке из Al и Cu с увеличением содержания Al в присадочном металле, как показано на рис. 6 (Feng et al. 2012b ). Однако степень взаимного разбавления присадочного металла на алюминиевой подложке снижается, что приводит к образованию интерметаллических соединений.Кроме того, микротвердость паяного шва увеличивается с увеличением содержания Al в присадочном металле Zn-Al, что приводит к хрупкому разрушению соединения.

Рис. 6

Распространение областей на подложках из Al и Cu с увеличением содержания Al в присадочных металлах Zn-Al (Feng et al. 2012b)

Исследования показывают, что добавление соответствующих элементов (т.е. основанных на свойствах основного металла) в присадочный металл улучшило свойства сварки Al-Cu и уменьшило количество интерметаллических соединений.Исследование Feng et al. (2013) по пайке соединений Al-Cu с добавлением Ti к присадочному металлу Zn-22 Al показали, что смачиваемость присадочного металла снижалась с увеличением содержания Ti, как показано на рис. 7. Однако увеличение содержания Ti привело к уменьшение интерметаллических соединений в соединении и увеличение прочности соединения на сдвиг. Добавление Ce к присадочному металлу вместо Ti, исследованное Feng и Xue (2013), привело к получению более тонкого интерметаллического слоя. Слой, образованный Zn-22Al-0.Присадочный металл 05Ce был тоньше, чем присадочный металл Zn-22Al, потому что Ce изменял диффузию атомов и подавлял рост слоя интерметаллического соединения, что приводило к улучшению свойств сварного шва.

Рис. 7

Площадь растекания на медной подложке при увеличении содержания Ti в присадочном металле (Feng et al., 2013)

Исследования показывают, что интерметаллические соединения, образующиеся при добавлении присадочного металла, могут оказывать положительное влияние на свойства сварного шва.Например, Xia, et al. (2008) показали, что сварной шов, образованный присадочным металлом Al-Si, имел призматическую объемную интерметаллическую структуру на стороне Al. Рост призматического зерна Al был обусловлен эвтектической реакцией основного металла Al и Si в присадочном металле. Равномерный рост призматической структуры Al положительно сказался на механических свойствах металла шва.

Помимо уменьшения количества интерметаллических соединений, добавление присадочного металла может улучшить другие свойства и уменьшить количество дефектов.Исследования показали, что соответствующие присадочные металлы, такие как сплавы Zn-Al для паяных соединений Al-Cu, обеспечивают высокую коррозионную стойкость и лучшие механические свойства по сравнению с другими присадочными металлами (Berlanga-Labari et al. 2011; Feng et al. 2012b; Yan, и др., 2013). Исследования также показали, что добавление подходящего присадочного металла, имеющего низкую температуру плавления, приводит к снижению остаточного напряжения в соединениях Al-Cu (Xiao et al. 2013). С другой стороны, неподходящий присадочный металл приводит к образованию дефектов в металле сварного шва.Это было продемонстрировано в исследованиях Berlanga-Labari et al. (2011), в котором было замечено, что пайка соединения Al-Cu с эвтектическим присадочным металлом Zn-Al привела к однородной микроструктуре, но с такими дефектами, как пористость и трещины. В случае лазерной сварки Weigl et al. (2011) провели эксперимент с адаптированными присадочными материалами, которые использовались при термической сварке и пайке (AlSi12 и CuSi3). В наплавленном металле наблюдались микротрещины в присадочном материале AlSi12; Сварные швы, образованные CuSi3, имели образование макротрещин и низкое разбавление, но были лучше, чем сварные швы, сформированные без присадочных металлов.В заключение следует отметить, что использование подходящего присадочного металла в соединениях Al-Cu улучшает свойства соединения, способствуя надлежащему разбавлению, что снижает количество интерметаллических соединений и приводит к меньшему количеству дефектов.

Влияние термической обработки

В некоторых случаях термическая обработка может быть благоприятной для одного из основных металлов, но неблагоприятной для другого основного металла, что приведет к образованию дефектов сварного шва. В экспериментальном исследовании сварки твердым телом Вонбае и др. (2005) показали, что сварное трением соединение после длительного отжига имело различные интерметаллические соединения, а рост толщины интерметаллических соединений в сварном шве увеличивался за счет высоких температур отжига, что показано на рис.8. Таким образом, длительное время отжига и высокая температура отжига привели к ухудшению свойств.

Рис.8

Изменение толщины интерметаллида за счет ( a ) изменения температуры отжига и ( b ) изменения времени отжига (Wonbae, et al., 2005)

То же явление было обнаружено в экспериментах Фэна и Сюэ (Feng and Xue, 2013) на паяных соединениях Al-Cu. Их работа показала, что интерметаллический слой растет с увеличением времени старения.Кроме того, прочность на сдвиг снижалась с увеличением времени старения из-за увеличения толщины интерметаллического соединения. Было отмечено, что паяные соединения Al-Cu, сформированные с использованием присадочного металла Zn-22Al-0,05Ce, имели более высокую прочность на сдвиг по сравнению с соединениями, сформированными с использованием присадочного металла Zn-22Al. При номинальном времени старения соединение имело режим вязкого разрушения; однако из-за увеличения времени старения соединение перешло в режим хрупкого разрушения.

Приведенные выше исследования показывают, что увеличение температуры и времени термообработки выше номинального уровня приводит к увеличению толщины интерметаллического соединения за счет большего разбавления между металлами, что в конечном итоге приводит к образованию дефектов и ухудшению свойств соединения.

Факторы, влияющие на свойства соединения Al-Cu в процессе эксплуатации

Основные проблемы соединения обычно возникают только тогда, когда соединение подвергается условиям эксплуатации. Соединения Al-Cu в основном используются в электротехнической промышленности в качестве электрических соединителей, поэтому ключевым моментом является окисление, поскольку соединения Al-Cu легко окисляются, что приводит к сопротивлению электрическому потоку (Klauke, 2012). Следовательно, необходимо учитывать свойства соединения и формирование микроструктуры при эксплуатации соединений.

Физико-механические свойства соединения

Свойства сформированного металла шва зависят от состава металла шва и образовавшихся интерметаллических фаз (Hayes, et al., 2011). Например, Вонбае и др. (2005) показали, что соединение, полученное сваркой трением с перемешиванием, имеет образование интерметаллических соединений с низкой проводимостью, что приводит к увеличению электрического сопротивления в соединении. Браунович и Александров, 1994, показали, что сварные трением соединения Al-Cu, подвергнутые воздействию электрического тока, имеют значительные трещины вдоль стыка, а также в фазах, образующихся в стыке.Соединения, работающие при высокой температуре и сильном токе, показали рост интерметаллических соединений и повышенное электрическое сопротивление в соединении. Растрескивание и повышенное электрическое сопротивление были связаны с диффузией атомов Cu в области границы раздела и образованием интерметаллических соединений. Solchenbach и др. (2014) показали связь между электрическим сопротивлением и прочностью на сдвиг в соединениях, паяных лазером Al-Cu. По мере увеличения прочности на сдвиг электрическое сопротивление в соединении со временем уменьшалось, как показано на рис.9.

Рис. 9

Связь между электрическим сопротивлением и прочностью на сдвиг (Solchenbach, et al., 2014)

Приведенные выше исследования показывают, что на электрические свойства влияют интерметаллические соединения, образующиеся в соединении во время его эксплуатации. Исследования также показывают, что интерметаллиды влияют на механические свойства соединения. Например, исследование Брауновича и Александрова в 1994 г. показало, что высокая микротвердость интерметаллических соединений приводит к хрупкости, приводящей к легкому разрушению и низкой механической прочности соединения.Аналогичный результат был получен при пайке соединения алюминия и меди, содержащего фазу Al ₂ Cu (Feng et al. 2012b). Характеристики твердости, создаваемые интерметаллическими соединениями Al ₂ Cu, приводят к повышенной хрупкости металла сварного шва, который может действовать как концентратор напряжения, приводящий к возникновению трещин. Соединение, образованное присадочным металлом Zn-15Al, имело наивысшую прочность на сдвиг из-за равномерного распределения интерметаллического соединения Al ₂ Cu, которое также могло снизить электрическое сопротивление (Feng et al.2012b).

С лазерной сваркой, Суджин и др. (2014) показали, что сварные лазерной сваркой соединения Cu-Al легко разрушаются из-за большой зоны сварного шва и образования интерметаллических соединений (CuAl и Al ₂ Cu). Работа Weigl и др. (2011) по лазерной сварке с адаптированными присадочными материалами (например, AlSi12 и CuSi3) показали, что значение твердости больше снижается с присадочным металлом AlSi12 из-за равномерного распределения концентрации Cu и интерметаллических соединений. Кроме того, сварной шов, образованный присадочным металлом AlSi12, имел наивысшую вязкость, за ним следовал сварной шов, выполненный из присадочного металла CuSi3, причем сварной шов, образованный без присадочных металлов, имел самую низкую пластическую прочность.Пластичность сварного шва, выполненного с использованием присадочного металла AlSi12, была обусловлена ​​менее крупной сотовой структурой.

Из обсуждения в этом разделе можно заметить, что свойства сварного шва влияют на стабильность во время эксплуатации за счет образования интерметаллических соединений. Кроме того, низкие свойства сварного шва и образование фазы хрупкого интерметаллического соединения в соединении могут привести к выходу соединения из строя во время эксплуатации.

Стабильность микроструктуры в соединении

Разные соединения различаются по концентрации атомов и их активности (т.е.е. потенциальный химический градиент) в металле шва. Эта активность может привести к диффузии атомов с градиентом концентрации металла или против него. Поэтому трудно предсказать свойства или конкретную миграцию атомов в разнородном соединении во время сварочных процессов, а также при эксплуатации при высоких температурах. Миграция конкретного атома или движение атома зависит от температуры, а также времени и приводит к изменениям свойств и стабильности металла сварного шва (Joseph 2006; Hayes, et al., 2011). Многочисленные исследования соединений Al-Cu показали, что тип и микроструктура поверхности раздела, образованной в соединении, определяют стабильность соединения. Кроме того, соответствующая толщина и тонкое распределение интерметаллического слоя положительно влияют на свойства соединения (Pang, et al., 2001; Song, et al., 2003; Huseyin et al. 2005; Lin, et al. , 2009). Например, Лоуренс и др. (1998) заметили, что соединение Cu-Al, сваренное сваркой трением с перемешиванием, имело сложную интеркаляцию с элементами завихрения и вихря, которые были нестабильными на границе раздела.Чжао и др. (2013) отметили такую ​​же закрученную деформацию в соединениях Al-Cu, сваренных ультразвуковой точечной сваркой, как показано на рис. 10a. Их исследование показало, что возникновение завихрения было связано с высокой энергией, поскольку острие инструмента больше проникало в металл, что приводило к грубому смещению. Если соединение находится в высокотемпературной среде, вихревая деформация также может возникнуть в результате смещения, что сделает соединение нестабильным. Завихрение имеет положительный эффект увеличения прочности на сдвиг, но отрицательный эффект — образование пустот в металле сварного шва, как показано на рис.10b. (Чжао и др., 2013). Чтобы избежать разрушения соединения во время эксплуатации, эти прослои и микроструктурные фазовые образования следует учитывать на этапах проектирования и устранять с помощью соответствующих параметров сварки.

Фиг.10

a Образование завихрений и b образование пустот в стыке Al-Cu (Zhao, et al., 2013)

Feng et al. (2012b) обнаружили для паяных соединений Al-Cu, что интерметаллические соединения, образующиеся на Cu-подложке, изменяют фазу в результате изменения содержания Al в присадочном металле (Zn-Al).Кроме того, повышенное содержание Al в присадочном металле приводило к образованию объемных интерметаллидов, которые повышали температуру плавления и отрицательно влияли на свойства соединения. Feng и др. (2013) обнаружили, что добавление Ti к присадочному металлу Zn-Al стабилизировало микроструктурные изменения в области границы раздела, преобразовывая объемную структуру в структуру в форме иглы. Стабильность микроструктуры влияет на свойства соединения Al-Cu через образовавшийся градиент состава и образование интерметаллической структуры, приводящее к изменению микроструктуры.

Характеристики стойкости к коррозии и окислению

В разнородном металле сварного шва коррозия может происходить либо в фазе соединения, либо в анодном металле из-за образования гальванических элементов. Образование гальванических ячеек является результатом локализованных ячеек между фазами соединения и приводит к серьезным дефектам в металле сварного шва, таким как водородное охрупчивание и коррозия под напряжением. Например, исследование Acarer (2012) по сварке взрывом показало гальваническую коррозию биметалла Al-Cu, поскольку Al действовал как анод из-за высокой электроотрицательности.Следовательно, Al в интерметаллической зоне подвергался большей коррозии, чем сторона Cu, что можно увидеть на Рис. 11.

Рис. 11

a Корродированный биметалл соединения Al-Cu и b вид в разрезе корродированного биметалла Al-Cu (Acarer, 2012)

Исследование биметаллической коррозии в морской воде показало, что Al не был защищен от сильной коррозии из-за активности и пассивности Al и Cu (Francis 2000).Другие исследования коррозии показали, что металл сварного шва Al-Cu подвергается коррозии из-за влаги, захваченной во время сварки, и может выйти из строя во время эксплуатации. Эта коррозия чаще встречается в Al, который является менее благородным металлом (анодом), чем в Cu (Solacity, 2011).

Коррозии также способствует точечная коррозия и склонность к ионизации между медью и алюминием, что, как следствие, приводит к меньшей площади контактной поверхности. Небольшая площадь контакта между металлами приводит к ослаблению соединения между двумя металлами и создает шум во время дуги (Solacity, 2011).В соединении, сваренном трением с перемешиванием, гальваническая коррозия возникает на границе раздела сварного шва из-за высокотемпературного градиента, что приводит к ухудшению свойств соединения. Кроме того, высокотемпературная коррозия может возникнуть из-за значительной разницы в химическом составе металла шва. Когда разнородный металл сварного шва работает при высоких температурах, происходит окисление из-за изменения состава металлов сварного шва. Это окисление приводит к образованию надрезов в металле сварного шва, которые действуют как концентраторы напряжения (Joseph 2006).

Чтобы избежать коррозии стыков, при выборе материалов для разнородных стыков следует учитывать коррозионные свойства. Когда используется третий металл (присадочный металл), следует также учитывать разбавление металла и коррозионное поведение третьего металла. Для предотвращения попадания влаги можно использовать защитный газ или частицы переходного соединения (Solacity, 2011). Из исследований можно отметить, что образование интерметаллических соединений не влияет на коррозионные свойства; однако параметры сварки и свойства основного металла оказывают значительное влияние на коррозионные свойства металла шва.

Сравнение

Сравнение сварки трением с перемешиванием, лазерной сварки и пайки при сварке алюминия (1060) и чистой меди показано в таблице 2.

Вертикальное непрерывное литье двухслойных медно-алюминиевых стержней

Особенности

•

Приведено моделирование процесса вертикального непрерывного литья компаундов.

•

Предоставляется корреляционный анализ между параметрами процесса и образованием границы раздела фаз.

•

Представлено исследование фазового характера интерметаллидов на различных масштабах.

•

Ключевые цифры извлечены, чтобы гарантировать технологическую переносимость.

•

Потенциальное окно процесса предусмотрено для создания металлургической связи.

Реферат

Разработана технология непрерывного вертикального литья для производства осесимметричных двухслойных стержней, состоящих из латуни CuZn37 и алюминия AA7075.Граница раздела металлургически связанных полуфабрикатов состояла из четырех интерметаллических слоев и аномальной эвтектической области из Al ₂ Cu (θ-AlCu), твердого раствора Al (α-Al) и других интерметаллических выделений. Интерметаллическими слоями были CuZn (β-CuZn), предполагаемая двухфазная область из Al ₃ Cu ₅ Zn ₂ (τ-AlCuZn) и Cu ₅ Zn ₈ (γ-CuZn), Al ₄ Cu ₃ Zn (τ′-AlCuZn) и AlCu (η ₂ -AlCu).Изучена корреляция между параметрами процесса , скоростью литья , температурой плакировки , и отпуском инструмента и образованием границы раздела фаз. Экспериментальные исследования сопровождались численным МКЭ-анализом. Было установлено, что скорость литья и температура плакировки являются ключевыми факторами, влияющими на формирование сцепления между участниками соединения.

Ключевые слова

Непрерывное литье из компаунда

Сплоченность

Биметалл

Моделирование литья

Разработка интерфейса

Медно-алюминиевый композит

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Химия с минимальными затратами ресурсов, Часть 1 | Chem13 News Magazine

Преамбула

С 2003 года я работаю волонтером в Королевском университете Пномпеня в Камбодже как во время летних каникул, так и во время двух отпусков по стипендии. Мои студенты изучают химию в университете и посещают практические демонстрационные семинары. Многие из тех, кто посещает мои семинары, станут учителями химии в государственных школах, а спрос на место настолько высок, что проводится лотерея.Кафедра химии ежегодно предоставляет мне двух помощников-волонтеров, и с их помощью я провел практические демонстрационные семинары в трех региональных педагогических центрах для более чем 110 преподавателей-стажеров. Был очень восторженный отклик на запросы о проведении еще многих семинаров как от стажеров, так и от региональных тренеров.

Эти стажеры-преподаватели не хотят демонстраций, в которых используются дорогостоящие реактивы, и не хотят «ярких» демонстраций, в которых нет основополагающей химии.Поэтому я сосредоточился на использовании местных бесплатных / недорогих материалов для преподавания химии в школах, которые часто не имеют водопровода, электричества, научных лабораторий или принадлежностей.

В этой серии, в которой я надеюсь, что другие внесут свой вклад, я представлю некоторые эксперименты, которые, как я считаю, возможны даже в самых отдаленных районах развивающейся страны. Что меня особенно интересует, так это то, что одна демонстрация может выполнять несколько ролей. Один такой случай я описал в статье несколько лет назад. ¹ Демо, о котором я расскажу, является еще одним примером.

DEMO …. Алюминий проигрывает меди

²

Алюминиевая фольга и сульфат меди (II) — два легко доступных товара на камбоджийских рынках. ³ Для этой демонстрации лучше подходит хлорид меди (II), если он доступен; однако, если используется сульфат меди (II), необходимо добавить ложку поваренной соли.

Слабо смятый шарик из алюминиевой фольги (15 см × 30 см) помещают примерно в 300 мл 1 моль л. ^-1 раствора хлорида меди (II) (или такой же концентрации сульфата меди (II) с ложкой столовой соль).В течение нескольких минут можно увидеть частицы меди, которые начинают формироваться на алюминиевом шаре, видно пузырение, и реакционный сосуд становится очень горячим. В течение часа замечается большое количество меди.

Прежде всего, эту реакцию можно использовать, чтобы очень наглядно проиллюстрировать единственную реакцию замещения (замещения) и предоставить хороший пример уравновешивания химического уравнения:

2Al (т.) + 3CuCl ₂ (водн.) → 2AlCl ₃ (водн.) + 3Cu (т.)

Реакция является иллюстрацией ряда активности, и в качестве расширения можно вывести чистое ионное уравнение:

2Al (s) + 3Cu ²⁺ (водн.) → 2Al ³⁺ (водн.) + 3Cu (s)

И, исходя из чистого ионного уравнения, можно развить окислительно-восстановительную концепцию, согласно которой реакция может быть представлена ​​как две полураакции, включающие восстановление и окисление:

Al (s) → Al ³⁺ (водн.) + 3e ^—

Cu ²⁺ (водн.) + 2e ^— (водн.) → Cu (s)

Как показано на фотографии ниже, другое расширение — использование реакции для иллюстрации принципов ограничения реагента путем проведения параллельных реакций, одна с избытком иона меди (II), а другая — с избытком металлического алюминия.

Фото: реакция металлического алюминия с ионом меди (II). Левый стакан с избытком иона меди (II). Правый стакан с избытком металлического алюминия.

Дополнительные пояснения

Для более углубленного изучения химии можно количественно оценить окислительно-восстановительный процесс, сравнивая потенциалы восстановления двух металлов:

Al ³⁺ (водн.) + 3e ^— → Al (т. Е.) E ^o = -1.66 В

Cu ²⁺ (водн.) + 2e ^— → Cu (s) E ^o = +0,34 V

Отдать:

Al (s) → Al ³⁺ (водн.) + 3e ^— E ^o = +1,66 В

Cu ²⁺ (водн.) + 2e ^— → Cu (s) E ^o = +0,34 V

Сумма:

2Al (s) + 3Cu ²⁺ (водн.) → 2Al ³⁺ (водн.) + 3Cu (s) E ^o = +2.00 В

Спонтанная реакция.

Почему стакан становится горячим? У термохимии есть ответ. Мы можем записать две полуреакции в терминах энтальпии образования:

Al (s) → Al ³⁺ (водн.) + 3e ^— ΔfH ^o = −538 кДж моль ⁻¹

Cu (s) → Cu ²⁺ (водн.) + 3e ^— ΔfH ^o = +65 кДж моль ⁻¹

Таким образом, реальной движущей силой реакции является очень экзотермическое образование акватированного иона алюминия.

На первый взгляд это кажется неожиданным, учитывая, что в газовой фазе трехкратная ионизация атома алюминия невероятно эндотермична. Ответ заключается в том, что в водном растворе существует крошечный ион алюминия с высоким зарядом, окруженный шестью молекулами воды, [Al (OH ₂ ) ₆ ] ³⁺ (водн.). Частично отрицательные (δ-) атомы кислорода каждой из шести молекул воды чрезвычайно сильно притягиваются к иону алюминия 3+ (возможность ввести полярность ковалентных связей и ион-дипольных взаимодействий).Таким образом, образование ионов в воде является сильно экзотермическим, и, как следствие, общая реакция экзотермична.

Вследствие экзотермичности, поскольку любое изменение энтропии невелико (газы не образуются и не расходуются), реакция имеет отрицательное (спонтанное) изменение свободной энергии и соответствующую положительную (спонтанную) чистую E ^o (как показано выше) .

Тайна хлорид-иона

В качестве расширения этого эксперимента можно показать, что не происходит реакции алюминия с сульфатом меди (II) до тех пор, пока в раствор не будет добавлен хлорид-ион.Таким образом, ион хлорида должен играть активную роль в процессе в качестве катализатора. Так что, на первый взгляд, можно оставить все как есть.

Однако, согласно теории столкновений, химические реакции обычно происходят, когда два вещества взаимодействуют одновременно (для некоторых реакций необходимы столкновения трех тел). В общем ионном уравнении, написанном выше, два атома алюминия и три иона меди (II) взаимодействуют вместе. Таким образом, на поверхности алюминия должна происходить серия стадий реакции.

Хотя поверхностные реакции часто бывают сложными, необходимость хлорид-ионов, кажется, дает ключ к разгадке.Было предложено несколько гипотез, большинство из которых маловероятны. ⁴ Одно из объяснений, которое ранее не рассматривалось, относится к процессу реакции, в котором ион меди (II) будет прилипать к поверхности металлического алюминия. Первым вероятным шагом будет восстановление меди (II) до меди (I) на алюминии. Но соединения меди (I) очень нерастворимы, и слой оксида или сульфата меди (I), возможно, может образоваться на поверхности алюминия, препятствуя дальнейшей реакции.Однако в присутствии иона хлорида образуется растворимый ион дихлоридкупрата (I), [CuCl ₂ ] ^— (водн.), Что позволяет постепенному продолжению восстановления до металлической меди (0).

Проблема пузыря

Как отмечалось выше, добывается небольшое количество газа. Объяснение заключается в том, что раствор ионов меди (II) является слабокислым и, следовательно, существует небольшая доля окисления алюминия ионами водорода:

2Al (т.) + 6H ⁺ (водн.) → 2Al ³⁺ (водн.) + 3H ₂ (г)

Это хорошее объяснение — насколько это возможно.Учителя, вероятно, оставят объяснение на этом этапе. Но всегда может быть очень любопытный студент, который захочет узнать, почему и как ион меди (II) является кислым. Ответ сводится к тому факту, что водный ион меди (II) также окружен молекулами воды, но гораздо слабее, чем молекулы вокруг иона алюминия. Ион водорода (или, точнее, ион гидроксония) может быть потерян в равновесии, которое находится намного левее, но при этом производит достаточно иона гидроксония, чтобы вызвать небольшую часть реакции:

[Cu (OH ₂ ) ₆ ] ²⁺ (водн.) + H ₂ O (l) ⇌ [Cu (OH ₂ ) ₅ (OH)] ⁺ (водн. ) + H ₃ O ⁺ (водн.)

Комментарий

Эта реакция, в которой используются легкодоступные материалы, может быть использована в качестве основного для целого ряда химических процессов.Однако углубиться в химию не так просто, как можно было бы подумать! Тем не менее, для учителя химии было бы мудро иметь базу знаний, выходящую за рамки основ, подготовленные для тех экстраординарных студентов, которые хотят понять, как и почему.

PART 2 содержит две демонстрации с использованием алюминиевых банок, гидроксида натрия, сульфата меди (II) и поваренной соли, которые обычно доступны на рынке.

Благодарности

Geoff Rayner-Canham, Grenfell Campus, Memorial University, Corner Brook NL, Канада, благодарит за сотрудничество со мной в разработке концептуальной основы и актуальности демонстраций.