“以铝代铜”主要是指用铝材代替铜材生产导体。19世纪初期，铝导体就已经出现了。20世纪60年代以后，由于铜资源有（yǒu）限，较为贵重，而与铜（tóng）性能（néng）最为接近的铝资（zī）源（yuán）丰富，取之（zhī）不尽（jìn），“以铝代铜”的概念被提（tí）出。铝—镁（měi）—硅合金（jīn）是在电线、电缆中使用得最（zuì）多（duō）的铝合金，为6101及6201合金，状态为T1及（jí）T4。2020年，该种铝合金在（zài）全世（shì）界的用量（liàng）超过5000kt，在中（zhōng）国（guó）的（de）用量预计超过（guò）1600kt，约占总（zǒng）消费的30%以上（shàng）。俄罗斯正在研发纳米显（xiǎn）微组织导线铝合金，其抗拉强度为（wéi）320MPa-370MPa，电导率为57.2% IACS-56.1% IACS（国际退火铜（tóng）标准，International Annealed Copper Standard）。中国铜资源较为稀缺，而铜在（zài）生产某（mǒu）些部件或（huò）产（chǎn）品时又是不可或缺的（de）。因此，必须（xū）珍惜用铜，切实做（zuò）好“以铝代铜（tóng）”工（gōng）作（zuò）。

　　铜、铝性能比较（jiào）

　　铜是人类使用最早的金属元素之一。铜（tóng）颜色紫红，热导率及（jí）电导率高，是良好的导体；在干燥空（kōng）气中不氧（yǎng）化，在含（hán）有CO2的湿空气（qì）中会形成铜绿；与碱（jiǎn）性溶液（yè）反应很慢，但易与氨形成配合物；标准（zhǔn）电（diàn）极电位为+0.337V，不能（néng）置（zhì）换（huàn）酸液中的氢，但（dàn）可溶于（yú）有氧化作用的酸中，二价（jià）铜的（de）电化当量（liàng）为（wéi）0.0003294g/C（库（kù）伦）。铜的提（tí）取、加工、回（huí）收与再（zài）利用（yòng）并不困（kùn）难，因此，从原始社会（huì）到文（wén）明昌盛、科学技术高度发达（dá）的今天，铜制品一直陪伴着人（rén）类（lèi），为人类的进（jìn）步作（zuò）出了重（chóng）大贡献。

　　铝（lǚ）是（shì）一种较为年轻的金（jīn）属元（yuán）素。1746年，德（dé）国科（kē）学家波特（tè）（J.H.Pott）用明矾制得氧化（huà）铝。1807年，英国化学家戴维（H.Davy）试（shì）图电解熔融氧化铝制取（qǔ）铝，并于第二年给预想的金属（shǔ）取（qǔ）名为Alumium，后改为Aluminium，即铝。1825年（nián），丹麦（mài）化学家奥（ào）斯特（H.C.Oersted）用钾汞齐还原无水氧化铝（lǚ），获得（dé）了几毫克铝。1827年（nián），德（dé）国科学家沃勒（F. Wohler）用钾还原氧化（huà）铝（lǚ），得到了少量铝。1854年，法国科学家德维（wéi）尔（S.C. Deville）用钠还原（yuán）NaAlCl4配合盐制得铝，并生产一些皇室用（yòng）品，如头盔、餐具及玩具（jù），价（jià）格高昂，比（bǐ）黄金还贵。1884年，美国（guó）铝的总产量为（wéi）56.7kg。1886年，美（měi）国大学生霍尔（Hall）和法国大学生埃鲁（Heroult）几乎（hū）同时发（fā）明了冰晶石-氧化铝溶盐电解炼铝法（fǎ），宣告铝的工业提取工艺诞（dàn）生，他们（men）分别在美国（guó）和法（fǎ）国取得了发明专利。

　　1888年，霍尔在匹兹堡成立了世界（jiè）上首（shǒu）个铝（lǚ）电解厂——匹（pǐ）慈堡冶金（jīn）公司，并生（shēng）产出（chū）第一块商（shāng）业用铝（lǚ）。该公司制造了铝茶壶等生（shēng）活用品，并制成了（le）几种铝合金。从1888年（nián）到1893年，铝锭价格从10.7美元/kg下（xià）降到1.72美元/kg。1990年（nián）前后，铝（lǚ）箔（bó）、电线（xiàn）、电缆等产品也相继（jì）问世。

　　铝的标准电极电位为-1.662V，电化当量为0.3356g/（A·h）。铝的密度（dù）只有铜的（de）30.13%，因此，用铝取代铜可以显著（zhe）降低工件的（de）质量（liàng），从（cóng）而节约能源（yuán），减（jiǎn）少温室气（qì）体排放。

　　以铝代铜（tóng）可行吗

　　“以铝代（dài）铜”并不（bú）是指在所有领域和部门都使用铝材取（qǔ）代铜材，而主要（yào）是指用（yòng）铝代（dài）替铜生（shēng）产导电及（jí）导热（散热）件。

　　铝比铜轻（qīng）约70%，可（kě）以减（jiǎn）轻工件质量，从而使工件安装更为便捷。早（zǎo）在20世纪初，就开始用铝（lǚ）取（qǔ）代铜（tóng）生产高压线路，使导线和线杆（铁塔（tǎ））受到的张（zhāng）力大大下降。汽车工（gōng）业（yè）和航空（kōng）工业也纷（fēn）纷采用铝导线。Airbus A380飞机是欧洲（zhōu）空客公（gōng）司制造的世（shì）界上最大的客机，可（kě）容纳约（yuē）800人，该（gāi）客（kè）机上（shàng）的所有导线都（dōu）是铝的。

　　但是（shì），在家（jiā）中（zhōng），使用铝导（dǎo）线取代铜导线安全吗？事实（shí）证明（míng），是安全的，一点都不（bú）用担心。北美从20世纪60年（nián）代中期开始，就将住宅电线大规模改成铝制的。在世界其它地区，“铝线（xiàn）进家（jiā）庭”的时间（jiān）更早一（yī）些（xiē）。铝（lǚ）线大概出现在1990年，当时，美国铝业（yè）公（gōng）司用其提取（qǔ）的（de）铝拉出了线材。

　　铝在哪些方面不如铜

　　必须承认的（de）是，铝（lǚ）在一些方面不如铜（tóng）。

　　铝的（de）电导率（lǜ）比铜的低。99.990% Al在20°时（shí）的电阻（zǔ）率为2.6548×108Ω·m，等体积电导率为64.94% IACS。因（yīn）此，必须采（cǎi）用直径更大（dà）的铝导线，才能（néng）使铝线的导电性与铜（tóng）线相当。

　　铝的硬度比铜的低。99.5% Al退火状态（tài）的维氏硬度（dù）约为200MN/m2，比铜的低得多。电（diàn）工的（de）体会是，在剥去（qù）导（dǎo）线上的绝缘材料后，铝线（xiàn）比铜线更易产生切（qiē）口、切（qiē）痕、压痕等。因（yīn）此（cǐ），在进行铝线（xiàn）剥皮、对接（jiē）与布线时（shí）宜（yí）格外小（xiǎo）心，否则，伤（shāng）口可能会成为过热点，引发（fā）过热现（xiàn）象。

　　铝的热胀系数比（bǐ）铜的大（dà）。电流通过导（dǎo）线时，导（dǎo）线会发热（rè）。在反复的加（jiā）热膨胀与冷却收缩中，铝线会产生（shēng）蠕（rú）变，从（cóng）而（ér）引起连接松动（dòng）和过热。

　　氧化铝的（de）导电性能（néng）较差。铜线（xiàn）锈蚀并不是大问（wèn）题，因为氧化铜（tóng）导电，铜（tóng）线仍然能正常地工作。但（dàn）铝线锈（xiù）蚀形（xíng）成的氧化铝不是（shì）一种很好（hǎo）的导（dǎo）电体，对电流有阻碍作用，容（róng）易引（yǐn）起过（guò）热。该问题主（zhǔ）要发生（shēng）在连结处，如插座、闭合（hé）器、夹具、装置（zhì）连接点、配电盘等。解决方案是采用专业连（lián）接件。

　　近年来，电动（dòng）汽车市场（chǎng）成为（wéi）投（tóu）资热点。为降低CO2排放（fàng）、减（jiǎn）少电缆用量，电气（qì）配（pèi）线成为重点问（wèn）题。因此，改用专利1XXX、6XXX及（jí）8XXX系合金取（qǔ）代纯电工铝EC（Pure EC Grade Aluminium，99.7% Al）。这种（zhǒng）趋势在20年前的欧洲就已经出现了，一些公司开始（shǐ）采（cǎi）用Aluflex 137050铝合金和标准电工合金EC Grade 1370-Conductal 137050铝（lǚ）合金制造汽车的铝电池电缆（lǎn）。为了降低（dī）汽车（chē）的净质量，日（rì）本的一些汽车公司（sī）倡导采用铝线替代铜（tóng）线（xiàn），目标是减（jiǎn）轻20kg，现在已经接近（jìn）此目标（biāo）。

　　铝线应用发（fā）展历程

　　铝电线的小范围应用大概始于1900年，而其较（jiào）大规模（mó）应用至今有100多年左右的历史。1944年，美国（guó）华盛顿哥伦比亚（yà）特区和马里兰州巴尔的（de）摩（mó）间的线路最早（zǎo）采用铝电缆作为（wéi）商业通信线。

　　早期（qī），电缆线是用铁拉制的，很（hěn）难生产，为了提高效（xiào）率，工厂在铁线表面浸涂一（yī）层硫（liú）酸铜作（zuò）为润（rùn）滑剂（jì），生（shēng）产效率大为提高，于是改用（yòng）铜（tóng）制电线。1913年，国际电（diàn）工委（wěi）员会制订（dìng）了IACS，认（rèn）定铜的电导（dǎo）率为100% IACS。

　　1930年，德国试用（yòng）PVC绝缘铝电缆。第二次世界大战末，人（rén）造橡（xiàng）胶和（hé）聚乙烯电缆（lǎn）开始大量应用。20世纪（jì）50年代，PVC在许（xǔ）多领域得到广泛（fàn）的（de）商业应用，特别是在家用（yòng）线缆方（fāng）面，“以（yǐ）铝代铜”几乎（hū）得到普（pǔ）及（jí）。在（zài）很长时间里，铝（lǚ）线缆大都是采用（yòng）99.5%的工业纯铝AA1350制（zhì）造的。

　　铝线缆新时代来（lái）临

　　在最初生产铝线缆（lǎn）时，采用的是8000系铝合（hé）金。美国（guó）铝业公司在开（kāi）拓导体铝合（hé）金方（fāng）面做了许多工作，首（shǒu）个8000系合金（jīn）于1972年获得专利，紧接（jiē）着，AA8030合金于1973年（nián）获得（dé）专利，AA8176合金于1975年获得专（zhuān）利。它们的力学性能与（yǔ）铜的（de）等同，标志着（zhe）铝线缆新（xīn）时代的来临（lín）。

　　20世纪40年（nián）代后期，普罗帕齐（Properzi）铝线杆连续铸（zhù）轧工艺（yì）和（hé）装（zhuāng）备进（jìn）入（rù）市（shì）场，用（yòng）于（yú）连续铸轧有色金属线（xiàn）杆，最先生产的（de）是市场急需的（de）纯（chún）铝线杆；在满足纯（chún）铝（lǚ）线（xiàn）杆市（shì）场需（xū）求后，又（yòu）进入铝合金（jīn）线杆市场。先后推出的（de）产品有AAC（全铝导线，All-Aluminium Conductors）、AAAC（全铝合金导线，All Aluminium Alloy Conductors）、ACAR（合金加强（qiáng）的铝导（dǎo）线，Aluminium Conductor Alloy Reinforced）、ACSR（钢（gāng）加强的铝导线，Aluminium Conductor Steel Reinforced）、AACSR（钢加强的铝合金（jīn）导（dǎo）线（xiàn），Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced）、ACSR/AS（铝包钢加强的铝导线（Aluminium Conductor Aluminium Clad Steel Reinforced）、ACSR/TW（钢加（jiā）强的异型铝（lǚ）导线（Shaped Wire Aluminium Conductor，Steel Reinforced）、ACSS/AS （铝包钢芯的铝导线Aluminium Conductors-Aluminium Clad steel suported）、ACCC（复合材料芯（xīn）的铝导（dǎo）线，Aluminium Conductor Composite Core）、高温及HTLS导（dǎo）线（High Thermal and HTLS Conductors）。

　　随着生（shēng）产技术的（de）发展（zhǎn）与应用的拓（tuò）展（zhǎn），上述铝导线也有（yǒu）较大的发（fā）展，品（pǐn）种更多（duō）了，应用范围更（gèng）广了。例如多种多（duō）样的复合AAC铝绞线，主要应用于低（dī）压线路和变电所连接线路；铝合金芯线的（de）AAAC绞线（xiàn），主要应（yīng）用于低（dī）、中、高（gāo）压线路（lù）和特高压的高空架（jià）线；芯线为铝-镁-硅合金高强度线与1350电线的ACAR绞合线，其绞线股数决定（dìng）于设计；ACSR绞线，钢（gāng）芯线经过电镀（dù），外层为1层（céng）或多层冷（lěng）拉1350-H19铝线；AACSR钢芯铝（lǚ）合金（jīn）线，钢芯（xīn）线经过（guò）电镀，外层为绞合，主要应用于中压、高压和特高压架空线路；ACSR/AS钢芯（xīn）绞线，其力学性（xìng）能（néng）与ACSR绞线相当。但（dàn）钢（gāng）芯之上包有铝，因此（cǐ），载流量更大，抗（kàng）腐蚀性能强。这类导（dǎo）线可（kě）用（yòng）于严酷的（de）腐蚀环境中（zhōng）；ACSR/TW（异型铝线（xiàn），钢芯），在高强度钢丝之上绞合异型1350-H19导线；ACSS/AS（铝导线—铝包钢），以钢为芯线，钢芯上包以铝，再与1层或多层（céng） 350-0铝线绞合（hé）为一体（tǐ）的复合电缆；ACCC（复（fù）合（hé）材（cái）料芯线铝缆（lǎn）），芯（xīn）线（xiàn）为（wéi）质（zhì）轻的高强度碳（tàn）纤维和玻璃纤维增强的热树脂，采用先进的工艺制备（bèi），芯（xīn）线为梯形的完（wán）全退火的高（gāo）效铝线围绕而成（chéng）；钢芯耐热铝合金（jīn）线TACSR，其与（yǔ）常（cháng）规ACSR导线（xiàn）结（jié）构（gòu）相似，但常规（guī）ACSR线采用（yòng）EC级铝（EC Grade Aluminium）线（xiàn），而TACSR导（dǎo）线采用（yòng）冷拉的（de）耐（nài）热铝合金线TAL，可在210℃或更（gèng）高些的（de）温度（dù）下安全（quán）地长期工（gōng）作；带有间隙的钢芯增（zēng）强的耐热铝合金绞（jiǎo）线GZTASCR（Thermal resistant aluminium conductors steel reinforced with GAP）。这种导线的（de）钢芯（xīn）与第一层梯（tī）形耐热铝合金线之间隔有（yǒu）一层（céng）不厚的间（jiān）隙，能够使钢芯线承受安装时产生（shēng）的拉伸，间隙内充满耐（nài）热（rè）润滑树脂。

　　普罗帕齐连铸连（lián）轧线

　　意大利普罗帕齐（qí）连铸连轧（zhá）线（Properzi CCR line）由普罗帕（pà）齐公司开发（fā）。目前，世界75%以上的（de）钢、铝导线都是采用（yòng）此工艺或（huò）类似（sì）的工艺（yì）生（shēng）产的。普罗（luó）帕齐铝导线连（lián）续铸轧线由13部分组成。

　　经过多年（nián）研（yán）发，普罗帕齐公司可提供CRE（连续旋转（zhuǎn）挤压，Continuous Rotary Extrusion）技术和普罗帕齐成（chéng）型机（Pro-Form，即Properzi Forming Machine），可以生（shēng）产加工（gōng）异型铝线（梯（tī）形线）、扇形铝电缆与（yǔ）导线、铝型（xíng）材/母线、铝管（guǎn）、铝包钢（gāng）线等。

　　俄罗斯研发纳米组织导线铝合金（jīn）

　　2020年（nián），世界各国（guó）共（gòng）计消费约5000kt 6XXX系电线电缆铝（lǚ）合金，即铝—镁—硅系（xì）的6101及6201合金，状态为T1及T4。该种（zhǒng）合金的抗拉强（qiáng）度为150MPa-220MPa，比电（diàn）阻为0.034Ω·mm2/m-0.0360Ω·mm2/m，电导率（lǜ）相当于（yú）50.0% IACS-47.9% IACS，在架空线路与普通导线领域获得广泛应用（yòng）。但工（gōng）业界希（xī）望能生（shēng）产出性（xìng）能比6101-T4合金更好（hǎo）的合金（jīn），以延长线（xiàn）塔距（jù）离。6101合（hé）金的（de）典型成分（质量%）为：Si 0.54、Fe 0.23、Cu 0.003、Mg 0.58、Zn 0.01、B 0.002、（Ti+V+Cr+Mn） 0.012、Al余量；典型性能为：抗（kàng）拉强度（dù）195MPa，伸长率28%，比（bǐ）电阻0.03420Ω·mm2/m，电导率相当于50.4% IACS。

　　为了全面（miàn）改（gǎi）善导线铝（lǚ）合金的性（xìng）能，俄罗（luó）斯（sī）联合铝业（yè）公司和一些（xiē）大学、科研院所的科学（xué）家开发出了纳米显（xiǎn）微（wēi）组织线杆，试样的（de）抗拉强度达（dá）320MPa-370MPa，电导率相当（dāng）于57.2% IACS-56.1% IACS。