01、鋁導線應用分析

為了實現汽車輕量化的要求，一些新型的輕質材料已經在車身、發(fā)動機等部件上得到廣泛應用。線束作為汽車的重要零部件，占整車總質量的2％～3％，而且隨著汽車電氣系統(tǒng)的比例增高，作為電器連接系統(tǒng)的線束也越來越復雜，其質量也持續(xù)增加。目前汽車線束使用的電線都是銅導線，近年來隨著銅價連年上漲，以及為了滿足汽車輕量化的要求，所以尋求新的方法和材料來替代銅導線勢在必行。鋁導線與銅導線相比具有質量輕、價格廉的優(yōu)點，因此鋁導線被認為是實現汽車線束輕量化最適合的材料之一。

鋁導線的優(yōu)勢

密度小與銅導線相比鋁導線密度小，在相同長度下鋁導線重量更輕，是線束輕量化發(fā)展的趨勢之一。銅與鋁的密度比為10：3，購買1t鋁線的體積約相當于3.3t銅線。

價格低、資源豐富全球銅儲量遠小于鋁，因此銅價格高于鋁，且銅價格呈上升趨勢，鋁價格相對低廉且波動較小。汽車線束用銅量大，采用鋁替代銅，可以有效降低汽車線束的生產成本。

02 、解決鋁導線劣勢 實現汽車線束鋁化方案

針對鋁導線在汽車線束的應用中存在的技術難點，經過研究人員持續(xù)的探索，近年來這些技術難點不斷被攻克，從而推動了實現汽車線束輕量化的進程。

鋁導線載流量低的解決方案

作為導線最關鍵的功能是承載電流，鋁導線導電率比銅導線低，這是鋁導線的固有特性，要想達到與銅導線同等的載流能力，唯有增加鋁導線的截面積。同等橫截面的鋁導線載流量比銅導線低25％。同等橫截面鋁導線與德標銅導線載流量對比見下表。

銅、鋁導線具有同樣載流能力時，雖然鋁導線的橫截面增大，但是其質量仍然比銅導線低約50％。

端子壓接鋁導線拉脫力低的解決方案

在QC／T29106《汽車電線束技術條件》中規(guī)定了端子與電線壓接應牢固，在規(guī)定的拉力下不應損傷和脫開。而鋁導線的抗拉強度較低影響端子壓接拉脫力。要想抑制鋁導線導電性下降的同時還要提升其強度，最有效的方案是開發(fā)全新鋁合金導線。住友電裝株式會社開發(fā)出了A1-Fe-Mg為主元素的鋁合金導線，其具有11OMPa以上的抗拉強度、15％以上的斷裂伸長率和58％IACS以上的導電率。 這種全新的鋁合金電線在實現線束輕量化和確保導電性的同時，使導線具有了優(yōu)異的強度、加工性和耐沖擊性。河南天海電器有限公司開發(fā)了一種含有Al、Fe、Cu、Mg元素的汽車鋁合金蓄電池線，銅元素可增加合金的電阻穩(wěn)定性；鐵元素提高合金的抗蠕變性，避免由于蠕變引起的松弛問題；鎂元素在同樣的界面壓力下，能夠提高接觸點而具有更高的抗拉強度。

鋁導線表面氧化膜影響端子壓接電阻的解決方案

鋁在空氣中極易形成致密的氧化層，在保護不受腐蝕的情況下具有很強的絕緣性，為較好地電氣連接，需要在端子壓接時破壞氧化層。此時的關鍵突破口是將端子壓接部的原始凹槽型壓筋改進為“鋸齒狀”或“錐形凸點”的壓筋，該結構在壓接時可刺破鋁導線表面的氧化層，將下面的金屬鋁與端子表面建立起良好的金屬接觸，從而實現可靠性連接，同時“鋸齒狀”或“錐形凸點”的壓筋結構增大了壓接接觸面積，提升了端子壓接拉脫力。

銅鋁壓接形成電化學腐蝕的解決方案

銅端子與鋁導線壓接時由于銅鋁之間存在電位差，其連接處出現水汽，同時有化學介質溶解于水汽中時，銅鋁連接處就會形成電化學腐蝕。銅鋁壓接形成電化學腐蝕的條件為電位差和電解質。此時的關鍵突破口是消除電位差和密封隔離電解質。消除電位差的方法有銅鋁過渡端子的設計等；隔離電解質的方式有直接密封隔離、中間物密封隔離、防腐處理等。

1.消除銅鋁壓接電位差 不同的金屬材料具有不同的標準電極電位，要想使相互接觸的金屬之間的電位差為零，那么接觸的金屬必須為同一種材料。

為解決這一問題開發(fā)的銅鋁過渡端子包括銅鼻子和鋁連接管，使用銅鋁過渡端子壓接鋁導線消除了電位差，避免了銅鋁電化學腐蝕。針對小線徑的端子產品，銅鋁過渡端子無法滿足產品的多樣化、復雜化的結構要求，所以在保持現有小線徑端子產品結構的情況下，只有通過隔離電解質的方式來解決銅端子與鋁導線壓接的電化學腐蝕。

2.直接密封隔離電解質 為達到端子壓接部隔離電解質的效果，古河電氣開發(fā)出了氣密性高、具有防腐蝕結構的端子，暫且稱為焊接筒端子。焊接筒端子采用特殊的壓接方式使鋁導線在管結構中處于機械密封狀態(tài)，直接隔離了電解質，極大程度抑制了銅端子與鋁導線壓接的電化學腐蝕。

3.中間物密封隔離電解質

矢崎總業(yè)株式會社提出了帶有中間帽的鋁導線與銅端子連接的結構。包括端子、中間帽和鋁導線。端子材料為銅合金；中間帽具有導通性，該金屬材料的標準電極電勢介于鋁的標準電極電勢和銅的標準電極電勢之間。 通過選擇不同規(guī)格的中間帽來適配不同線徑的鋁導線，將鋁導線插入中間帽中，采用特殊的壓接方式使端子壓接部、中間帽和鋁導線三者實現機械連接，此時鋁導線在中間帽中處于機械密封狀態(tài)。中間帽的使用不僅降低了銅鋁之間的電位差，而且也隔離了電解質，抑制了銅端子與鋁導線壓接的電化學腐蝕。

4.防腐處理

銅端子壓接鋁導線后進行防腐處可解決銅鋁之間的電化學腐蝕，防腐處理的方式有樹脂模壓法和噴涂法等。樹脂模壓法是在傳統(tǒng)銅端子壓接鋁導線后，采用注塑模具，使熱塑性樹脂對端子壓接部與鋁導線的連接處進行整體密封，從而使端子壓接部和鋁導線整體與外界隔離。樹脂模壓法使用的防腐蝕材料有：聚酰胺樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚烯烴樹脂等有機樹脂。

噴涂法是在傳統(tǒng)銅端子壓接鋁導線后，采用專用噴涂裝置，將液態(tài)或糊狀的防腐蝕劑噴涂在未被端子壓接部覆蓋而裸露在外部的鋁導線處，從而使鋁導線與外界隔離，阻擋了水份和電解質進入銅端子與鋁導線接觸處，抑制了銅鋁電化學腐蝕。噴涂法使用的防腐蝕材料有：①中間電位金屬防蝕膜；②光敏樹脂（乙氧基化苯基丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯等）；③疏水性防蝕劑（帶有疏水基團的苯并三氮唑等）。

審核編輯：郭婷