алюминиевый сплав повышенной электрической проводимости

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия для изготовления проводов сетей передачи электрической энергии, отличающийся тем, что он содержит 0,3-1,1 ат.% свинца, алюминий и примеси - остальное, при этом точное содержание свинца выбирается в зависимости от качественного и количественного содержания примесей к использумым алюминию и свинцу, превышающих 0,01 ат.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сетям передачи электроэнергии к потребителям. Полнота передачи электроэнергии по проводам обеспечивается проводящей способностью проводов: чем выше проводимость, тем ниже затраты на материалы для их изготовления и потери электроэнергии.

Наилучшей проводимостью обладает серебро ( =62), но оно редко и дорого. Несколько меньшей проводимостью и большей распространённостью обладает медь ( =59), но её запасы в литосфере так же ограничены, а потребности в проводах огромны. Поэтому и медь стала дефицитной и дорогой. Среди других наиболее распространённых металлов хорошей проводимостью ( =38) обладает алюминий. Но его проводимость примерно в 1,5 раза ниже проводимости меди. Поэтому для передачи того же количества энергии сечение проводов приходится увеличивать, что увеличивает их объём, стоимость и риск обрыва от снега и ветра.

Современный уровень техники в данном вопросе характеризуется практическим опытом. Так «Энциклопедия неорганических материалов» [Киев, 1977, т.1] указывает: «Примеси и легирующие добавки снижают электропроводность алюминия» (стр.65). Точно также характеризуется и медь (стр.787). Поэтому все провода электролиний изготовляются из относительно чистого алюминия или меди.

Тем не менее работа по поиску путей повышения проводимости материалов продолжается во всём мире. Нами рассмотрены изобретения класса Н01В 1/02 по всем имеющимся описаниям патентов России, а также изобретения США, Японии и стран Евросоюза по реферативному бюллетеню изобретений мира за период с 1994 по 2006 годы. В указанный период прямых работ по повышению проводимости алюминия не обнаружено. Господствуют изобретения, связанные с производством паст для печатных плат к блокам вычислительной техники и управления, проводимость которых тоже важна.

В качестве образца и аналога предлагается авт.св. СССР № 449967 А1, МПК С22С 21/16, заявлено 13.11.1972, «Сплав на основе алюминия». В описании к указанному авт.св. представлен перечень из 10 наименований компонентов, каждый из которых должен быть добавлен к алюминию в дозах от 0,0001 до 1,5 весовых %.

Сложность задачи повышения электропроводности алюминия в том, что неконтролируемые или трудно устраняемые примеси действительно, как утверждает упомянутая энциклопедия, повышают его сопротивляемость. Чтобы её снизить необходимо вывести весь атомный комплекс сплава к определённой точке его внутреннего баланса, которая определяет её сопротивляемость. Но этот баланс зависит от качества и количества каждого из компонентов примеси. Поэтому мы указываем только диапазон доли добавки химически чистого свинца, гарантирующий положительный сдвиг сопротивляемости алюминия, считающегося химически чистым. Получение максимального снижения требует учёта всех примесей к алюминию и свинцу с точностью хотя бы до сотых долей процента.

При производстве сплава в процессе данной работы такой учёт был проведён нами по отношению к гранулированным образцам алюминия и свинца категории «Ч». Оптимальный результат был получен при добавке свинца в дозе 0,30 % от атомного состава сплава.

В таблице приведены показатели сопротивления, прочности и массы сплава в сравнении с аналогичными образцами проводов из алюминия и меди стандартного технического качества.

Сравнение алюминиевого сплава с медью и алюминием.
Показатель сравнения / объект	Алюминий	Сплав	Медь
1. Сопротивление, мОм/см	17,00	9,10	7,45
То же, в %% от алюминия	100	54	44
2. Расчётная масса проводов,	2,70	1,69	3,93
обеспечивающая проведение
электричества равной мощности.
То же, в %% от алюминия.	100	63	146
3. Предел прочности, МПа.	21,9(18-25)	19,4	(22-24)
То же в %% от алюминия	100	89	-

Сравнительные измерения сопротивления осуществлялись прибором «Миллиомметр Е6-18/1». Прибор был проверен Отделом метрологии в августе 2006 года и признан годным к работе до августа 2007 года. Измерения прочности осуществляли в институте металлургии РАН на новом японском оборудовании.

Из таблицы видно, что по сопротивляемости стандартная медь составляет 44% от сопротивления стандартного алюминия. Обогащение алюминия свинцом снижет сопротивление сплава до 54%, то есть почти вдвое. Он становится только на 10% выше сопротивления меди. Соответственно этому будут меняться потери напряжения и мощности электричества при передаче и затраты на изготовление проводов и кабелей.

Важно отметить, что для передачи единицы электрической мощности масса проводов из предлагаемого сплава будет на 37% меньше, чем из алюминия, и в 2,3 меньше, чем из меди. Сравнительная прочность провода из предлагаемого сплава укладывается в рамки пределов прочности алюминия. Показатели пределов прочности алюминия и меди по упомянутой «Энциклопедии неорганических материалов» приведены в скобках.

Таким образом, для повышения проводимость алюминия необходимо ввести в состав алюминия добавку свинца в дозе от 0,3, до 1,1% от числа атомов сплава. Добавку желательно вводить в расплавленный алюминий и тщательно перемешивать сплав.