Більшість людей розуміє, що у сфері електротехніки не прийнято допускати контакт між алюмінієвими та мідними провідниками. Однак, варто знати, що існує унікальний композитний матеріал — алюмомідь, який успадкував найкращі властивості від своїх двох попередників та є надзвичайно цікавим з технічної точки зору провідником. Насправді, цей матеріал був відомий ще з 80-х років ХХ століття, фігуруючи у різних довідниках та ГОСТах. Він був позиціонований як новаторський та перспективний щодо експлуатаційних характеристик. Сьогодні ми детально розглянемо, що це за матеріал, як він виробляється та де використовується, а також з’ясуємо, чому ми не бачимо кабелів та проводів з нього на полицях магазинів.

Алюмомідь – це композит, що поєднує у собі властивості алюмінію та міді. Цей матеріал створюється шляхом комбінування двох металів у певних пропорціях, що дозволяє отримати оптимальні технічні характеристики. Поєднання високої провідності міді та легкості алюмінію робить алюмомідь надзвичайно ефективним провідником.

Процес виробництва алюмоміді є досить складним. Спочатку відбувається підготовка вихідних матеріалів – алюмінію та міді. Далі, за допомогою спеціальних технологій, вони об'єднуються у єдиний матеріал. Зазвичай це робиться методом плакування або пресування, що забезпечує міцне з'єднання між шарами металів.

Алюмомідь знаходить застосування у різних галузях промисловості. Завдяки своїм унікальним властивостям, вона використовується у виробництві електричних кабелів, контактів, шлейфів та інших електротехнічних виробів. Однак, незважаючи на свої переваги, алюмомідь не набрала широкого поширення на ринку. Причин цього декілька. По-перше, вартість виробництва цього композиту є досить високою. По-друге, існує стереотип щодо недостатньої надійності матеріалів, що поєднують алюміній та мідь.

Для пересічного споживача різниця в роботі звичайної кабельної продукції та алюмоміді може здатися непомітною. Проте на молекулярному рівні цей композит володіє унікальними властивостями, які колись привернули увагу радянських науковців-новаторів. Якщо розглядати алюмомідь з формальної точки зору, то домінуючим елементом у таких провідниках є алюміній, що пояснює його першу позицію у назві. Зазвичай, алюміній становить приблизно 70-90% від об’єму перетину, і розміщений він «всередині», у центральній частині дроту. Алюмінієвий сердечник покритий оболонкою, або, як її ще називають, сорочкою з 10-30% міді, яка забезпечує контакт жили з зовнішніми струмопровідними частинами.

У глобальному контексті даний композит вдало об'єднує позитивні властивості міді та алюмінію, проте не позбавлений їхніх недоліків. Варто відзначити, що алюмомідь за рядом характеристик поступається своїм базовим матеріалам, проте має вагому економічну перевагу: композит дешевший за цільні провідники з цих металів. В умовах дефіциту сировини та зниження собівартості таке рішення виглядає достойною альтернативою традиційній кабельно-провідниковій продукції. Для споживача та освітлювальних приладів немає значення, чим саме забезпечується живлення – головне, щоб робота залишалася безпечною та довговічною.

Використання мідних та алюмінієвих дротів

Абсолютно неприпустимо цілком розглядати якість будь-яких композитних матеріалів, не з'ясувавши, з яких речовин вони складаються. Ось чому ми пропонуємо короткий аналіз міді та алюмінію з точки зору їх застосування у електротехнічній галузі. У цьому випадку представлені характеристики не можна вважати суб'єктивними, оскільки розглядається лише те, що має реальний вплив на загальну якість провідника, виготовленого з конкретного металу, та його експлуатаційні характеристики.

Мідний кабель

Молекулярна конфігурація міді забезпечує чудову електропровідність завдяки незначному власному опору матеріалу до проходження електричного струму. Багато інших металів за тих самих умов створювали б суттєві перешкоди та потребували б більшого перетину для пропускання аналогічної кількості струму. Під час тривалої експлуатації на поверхні мідного провідника може формуватися оксидна плівка, яка загалом не перешкоджає проходженню струму через товщу провідника. Матеріал має низький перехідний опір і завдяки перетину жили відмінно виконує функцію проведення струму, навіть у присутності плівки на зовнішньому боці. Механічна міцність міді відіграє важливу роль у її використанні в електротехнічних цілях. Незважаючи на те, що матеріал піддається незначному розтягуванню, він зберігає цілісність кожної жили. Завдяки своїй пружності мідні дроти можна багаторазово згинати у будь-якому напрямку, не побоюючись їхнього поломки. Мінімальний механічно міцний перетин мідного провідника становить 0,3 кв. мм.

Небагато речовин у формі довгого тонкого виробу з малим перетином здатні витримувати різноманітні механічні навантаження, а потім ще й забезпечувати проходження струму. Обробка мідних жил також відносно проста: цей метал добре лудиться, легко паяється за правильних умов і допускає зварювання з іншими металами. Для цього не потрібен спеціальний термоінструмент або виняткові навички роботи з матеріалом. При монтажі розбірних з'єднань мідні провідники виявляють певну гнучкість. До винайдення сучасних клем швидкого монтажу використовувалися різні клемні колодки, які дозволяли надійно закріплювати мідну моножилу або багатодротяний провідник на тривалий час. У процесі комутації та окінцювання мідні провідники не потребують спеціального змащення, а обробляються насухо. Водночас, мідь є доволі важким металом, що означає не тільки збільшення ваги кінцевої кабельної продукції, а й більшу витрату металу на виробництво. Процес виготовлення провідників з міді є технологічно складним і вимагає багатостадійної обробки сировинного металу та його ретельного очищення від домішок. У підсумку, в промислових масштабах собівартість кабелю з міді виходить досить високою.

Алюмінієвий кабель

Алюмінієва молекулярна структура значною мірою нагадує кристалічну решітку міді, однак електропровідність цього металу відрізняється. Алюміній проводить електричний струм у 1,5-2 рази гірше, тому при використанні такого матеріалу майстри змушені застосовувати провідники більшого перетину. Наявність оксидів на поверхні алюмінієвих провідників істотно погіршує їх струмопровідність. Колись, на початку розвитку електротехніки, оксид алюмінію взагалі розглядався як ізолятор для повсюдного застосування, але цю ідею відкинули через складність отримання плівки з потрібними характеристиками у промислових масштабах. Навіть сьогодні, при збільшенні товщини плівки, алюміній переходить з розряду провідників у категорію умовних діелектриків.

Механічна міцність чистого алюмінію, який є необхідним для протікання електричного струму, надзвичайно мала. Це досить крихкий метал, який важко витримує багаторазові згини та є вкрай чутливим до сильного зламу. Багато електриків знають, наскільки складно заводити до розподільного щита квартири алюмінієві жили, не перегнувши їх у той чи інший бік. Кабельно-провідникова продукція з алюмінію починає основний ряд своїх типорозмірів з перетину у 2,5 кв. мм. Все, що менше цієї величини, швидше за все, не витримає навіть процесу монтажу, не кажучи вже про тривалу експлуатацію.

Обробка алюмінію вимагає спеціальних умов. Наприклад, зварювання можливе лише у середовищі інертного газу або суміші газів, а пайка здійснюється виключно з використанням спеціальних припоїв та флюсів для цього металу. Хоча в цілому складність робіт порівнянна з обробкою міді, потреба у додаткових умовах знижує загальну привабливість і зручність цього матеріалу для майстра.

Щоб створити надійне розбірне з’єднання алюмінієвого провідника з клемою приладу або апаратом, необхідно ретельно зачистити жилу від можливих оксидних плівок та обробити місце з’єднання мастильними матеріалами, такими як технічний вазелін або інші негорючі речовини. Недотримання цих правил може призвести до поганого контакту, зменшення його струмопровідності та ризику обламування жили під час монтажу.

Проте, алюміній є у три рази легшим за мідь, що значно зменшує вагу кабелю певного метражу та знижує собівартість одиниці довжини.

Враховуючи всі позитивні аспекти обох металів, вченим вдалося знайти підхід, який, якщо не зовсім усуває, то принаймні максимально компенсує особливі "вразливі місця" кожного матеріалу. Алюміній, який легко окислюється на повітрі, потребує екранування іншим металом. При цьому крихкість внутрішнього шару замінюється підвищеною деформованістю зовнішнього шару з міді. Загальна вага композиту незначно перевищує вагу чистого алюмінію, проте споживачі отримують безліч переваг застосування міді, при цьому собівартість такого рішення вдвічі нижче.

Методика виробництва

Процес покриття алюмінієвого сердечника кільцевою оболонкою з міді називається гальванічним осадженням. Це спеціальний термомеханічний процес, який значно простіший за всі аналогічні методи покриття однією речовиною іншої. Точність відношення міді до алюмінію в даному випадку регулюється досить просто, а сам процес виробництва дозволяє знижувати собівартість продукції до конкурентоспроможного рівня на ринку.

На початковому етапі з чистої електротехнічної міді виготовляється полоса або стрічка з попередньо визначеними розмірами. Водночас на іншому обладнанні застосовується простий спосіб для виготовлення алюмінієвого моножильного провідника. На певному етапі мідяна стрічка та кругла алюмінієва жила подаються до спеціального верстату. Тонкий зовнішній шар обертається навколо сердечника і стискається до нього. У деяких випадках, особливо при великому діаметрі композитного провідника, також виконується зварювання країв мідної стрічки.
Отримана заготовка піддається нагріву та проходить через певну кількість вальців, отримуючи необхідну міцність і монолітність. Композит може формуватися згідно стандартних діаметрів за допомогою прокатного або витяжного способу, що не впливає на пропорції речовин у провіднику. Важливо відзначити, що під час такого заводського виробництва із використанням термомеханічного зрощення двох різнорідних матеріалів шкідливі перехідні опори на межі металевих розділів є дуже малими. Виріб має усі провідні властивості обох сировинних речовин, але оксидна плівка на поверхні майже не утворюється, оскільки там присутня мідь.

Доступність та легкість алюмомідних виробів роблять їх вигідними для різних завдань. Хоча в домашньому використанні їх рідко використовують для підключення розеток, лампочок або вимикачів, ці матеріали можуть бути корисними там, де вага конструкції є критичним фактором. Наприклад, такі композитні провідники часто застосовують у авіації та автомобілебудуванні. Використання алюмоміді знижує масу кабельних виробів на 40-60% порівняно зі звичайною міддю і знижує вартість виробу.

На основі алюмомідних матеріалів також виготовляють інші типи провідників. Наприклад, високочастотні, коаксіальні та мережеві кабелі часто мають екрани з аналогічного композиту. Локальні комп'ютерні мережі також можуть використовувати алюмомідь, але у такому випадку не слід очікувати дуже високої швидкості передачі даних. Оптимальна область застосування у сфері цифрових технологій та електроніки - низькорівнева заводська автоматизація.

Щодо використання алюмоміді у побуті, існують свої особливості. Наприклад, можна замінити алюмінієвий дріт композитним такого ж перетину без проблем, але для заміни мідного дроту знадобиться використати наступний, більший типорозмір алюмоміді. Якщо є відповідний досвід та розуміння електротехнічної справи, такі маніпуляції дозволять трохи заощадити без втрати якості та надійності комунікацій.

У сплаві з алюмінію є цікава властивість – він майже не цікавить злодіїв, які шукають металеві провідці. Причина в тому, що покупці не охоче приймають цей композит через складний і дорогий процес його подальшого розділення на складові частини. Знайти цей матеріал на продажу сьогодні може бути проблематично, оскільки його зазвичай великими партіями закуповують промислові підприємства. Однак, якщо ви хочете експериментувати з цим композитом, завжди можна знайти його в інтернеті.