1tom089

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE

obróbki plastycznej, w których drugim składnikiem stopowym jest nikiel są nazywane nowym srebrem (mosiądze wysokoniklowe).

Brązy (obowiązują normy: PN-91/H-87026, PN-92/H-87050). Masa właściwa brązów zawiera się w granicach 7,5 -t- 8,9 g/cm³, temperatura topliwości 745 1050^:C, kondukty wność 3,5 — 56,8 MS/m. W zależności od nazwy głównego składnika stopowego noszą one” nazwę brązów: cynowych, aluminiowych, krzemowych, berylowych, niklowych, manganowych ołowiowych itp. Wszystkie brązy o mniejszej zawartości głównego składnika stopowego sa przeważnie jednofazowe i plastyczne. Przy większej zawartości głównego składnika stopowei go lub przy dodatku jeszcze innych składników, brązy są przeważnie dwufazowe i nieplastycz-ne, lecz na ogół mają dobre właściwości odlewnicze. Zastosowanie niektórych brązów zestawiono w tabl. 5.5.

Stopy oporowe są omówione w p. 5.2.12.

5.2.5. Aluminium

Aluminium stosowane do celów elektrotechnicznych dzieli się pod względem sposobu wytwarzania na: rafinowane (99,95-^99,999% Al) i hutnicze (99.(W 99,8% Al).

Aluminium rafinowane (PN-79/H-82160, PN-79/H-81761) jest produkowane w trzech gatunkach: Al 99,995 (ARO), Al 99,99 (AR 1) i Al 99,95 (AR2). Wymienione gatunki aluminium używa się do wyrobu folii kondensatorowej. Aluminium rafinowane o czystości powyżej 99,999% Al jest stosowane jako materiał przewodowy o dużej konduktywności, w temperaturach pracy przewodów. Aluminium to charakteryzuje się dużą konduktywnością w kriotemperaturach i ma zdolność do przechodzenia w stan nadprzewodnictwa.

Aluminium hutnicze (PN-79/H-82160, PN-79/H-81761) produkowane jest w sześciu gatunkach: Al, 99,8 (AOÓ), Al 99,7 (AO), Al 99,5 (Al), Al 99 (A2) oraz specjalnie dla elektrotechniki Al 99,7 (AOE) i Al 99,5 (A 1E).

Drut dla przemysłu elektrotechnicznego (na przewody i żyły kabli) wytwarza się z walcówki otrzymanej metodą ciągłego odlewania i walcowania. Walcówkę wykonuje się z gatunku aluminium oznaczonego A1E, folie zaś z gatunku AOE.

Właściwości fizyczne aluminium zależą od czystości chemicznej metalu oraz od jego obróbki plastycznej i cieplnej. Właściwości plastyczne aluminium umożliwiają z jednej strony rozwalcowywanie go na cienkie folie (do 6 um), z drugiej jednak strony ze względu na zjawisko płynięcia są one powodem dużych trudności przy wykonywaniu połączeń. Pod wpływem zgniotu zwiększa się twardość i wytrzymałość aluminium na rozciąganie, zaś zmniejsza się konduktywność. Skutki zgniotu można usunąć przez wyżarzenie rekrystalizujące w temperaturze 300-M00‘ C. Wytrzymałość aluminium na rozciąganie zależy od twardości oraz od temperatury (rys. 5.5). Wytrzymałość tym bardziej zależy od temperatury, im mniejszy jest stopień zanieczyszczenia. Rezystywność w stanic rekrystalizowanym q₂₀ w przypadku A1E nie przekracza 0,0280 [ifi-ąaw przypadku AOE — 0,0277 pf2• m.

Aluminium półtwarde (tabl. 5.4) ma wprawdzie mniejszą konduktywność niż aluminium miękkie, ale jest często stosowane ze względu na większą wytrzymałość mechaniczną i mniejsze płynięcie.

Aluminium charakteryzuje się dużą odpornością na wpływy atmosferyczne. Tw'orząca się na skutek utleniania warstewka tlenku glinowego chroni metal przed dalszym utlenianiem się.

Rys. 5.5. Wytrzymałość na rozciąganie (1) i naprężenie rozciągające (2) powodujące wydłużenie o 0,1 % aluminium w funkcji temperatury, wg [5.37]

₅₂ MATERIAŁY przewodzące

Warstwa ta ma właściwości izolacyjne i dlatego przy wykonywaniu połączeń elektrycznych trzeba ją dokładnie usunąć. Warstwa tlenku glinowego chroni również aluminium przed działaniem chemicznym wielu kwasów, natomiast nie jest odporna (jak również czyste aluminium) na działanie środowisk alkalicznych. Silnie działającym związkiem na aluminium \v obecności tlenu jest NaCl. Warstwa tlenku glinowego o grubości 10-1-20 pm, wytworzona _na drodze utlenienia anodowego w kwasie siarkowym, chromowym lub szczawiowym (eloksalowanie), może służyć również jako izolacja przy napięciu do 300 V. Warstwa tlenku ułatwia pokrywanie lakierami.

Łączenie aluminium może być wykonywane metodą spawania łukowego, lutowania i spajania na zimno (pod wysokim ciśnieniem).

Spawanie łukowe przy wysokiej częstotliwości usuwa jednocześnie trudno topliwe tlenki aluminium. Spawanie łukowe dokonuje się w atmosferze obojętnej (argon) w celu ochrony przed utlenieniem.

Lutowanie może być dokonywane przy użyciu spoiw miękkich (200 -r- 300°C) lub twardych (560 - 600'C). Przed lutowaniem konieczne jest usunięcie powierzchniowej warstwy tlenków.

Przy łączeniu aluminium na styk z jakimkolwiek metalem niezbędne jest uprzednie usunięcie warstwy tlenku z aluminium. Ze względu na płynięcie aluminium, konieczne jest również stosowanie podkładek sprężynujących. Styk aluminium z miedzią w obecności elektrolitu powoduje szybką korozję. Należy zatem pokryć styk warstwą ochronną lakieru lub smaru. Są również stosowane specjalne podkładki o nazwie firmowej Kupał wykonane ze sprasowanej blachy miedzianej i aluminiowej (o krawędziach pokrytych odpowiednią powłoką ochronną).

5.2.6. Stopy aluminium

Stopy aluminium dzieli się na odlewnicze (PN-76/H-88027) i przerabiane plastycznie (PN-79/H-88026). Stosując odpowiednie dodatki, można uzyskać zarówno większą wytrzymałość, jak i zdolność do odlewania, lepszą spawalność i obrabialność stopu niż czystego aluminium. Stop aluminiowo-magnczow'o-krzcmowy (nazwy firmowe: Aldrey, Almelec) jest stosowany do wyrobu przewodów elektroenergetycznych. Dużą odporność na korozję wykazują stopy aluminium z magnezem i manganem.

5.2.7. Cyna

Cyna, w zależności od temperatury, tworzy dwie różne sieci krystalograficzne (odmiany alotropowe). W temperaturze normalnej i wyższej istnieje odmiana zwana cyna białą, która ma właściwości metaliczne. W temperaturach niższych niż — 10' C tworzy się odmiana zw'ana cyną szarą o właściwościach metaloidu. Przejściu odmiany białej w szarą towarzyszy znaczna zmiana objętości właściwej. Zmiana ta wywołuje na tyle silne naprężenia wewnętrzne, że materiał ulega sproszkowaniu. Szybkość przemiany cyny białej w szarą zwiększa się ze spadkiem temperatury, osiągając maksimum przy — 70⁼C. Zanieczyszczenia takimi pierwiastkami jak Bi, Pb i Sb obniżają temperaturę przejścia, wskutek czego rozpad cyny o czystości technicznej nie zachodzi w temperaturach wyższych niż — 20°C. W stopach technicznych cyny przemiana alotropowa nie pociąga za sobą rozpadu spójności krystalicznej.

Cyna jest odporna na działanie czynników atmosferycznych. Stosuje się ją na lutowia (spoiwa) oraz na powłoki ochronne (nakładane metodą ogniową lub galwanicznie), a także jako dodatek do stopów (głównie z miedzią). Druty miedziane z ochronną powloką cynowy znajdują się m.in. w przewodach o izolacji gumowej wulkanizowanej siarką. Warstwa cyny zapobiega szkodliwemu oddziaływaniu siarki na miedź. Właściwości fizyczne cyny podano w tabl. 5.1.

5-2.8. Cynk

pknk jest stosowany nie tylko jako dodatek stopowy, ale także jako warstwa ochronna 'nakładana metodą ogniową lub galwanicznie). Z cynku są wykonywane elektrody ujemne