“以铝代铜”主要是指用铝材代替铜材生（shēng）产导体。19世纪初期，铝导体就已经出现了。20世（shì）纪60年代（dài）以后，由于铜资源有限，较为贵重，而与铜性（xìng）能最为接近的（de）铝资（zī）源丰富，取之（zhī）不尽，“以铝代铜”的概念被提出。铝—镁—硅合金是在电线、电缆中（zhōng）使用得最多的铝合金，为6101及6201合（hé）金，状态为T1及T4。2020年，该种铝合金在全世界的用量超过5000kt，在中国（guó）的（de）用量预计超过1600kt，约占总消费的30%以（yǐ）上。俄罗斯正（zhèng）在研发（fā）纳米（mǐ）显微组织导线（xiàn）铝合金，其（qí）抗拉强度为320MPa-370MPa，电导率为（wéi）57.2% IACS-56.1% IACS（国（guó）际退火铜（tóng）标准，International Annealed Copper Standard）。中（zhōng）国铜资（zī）源较为稀缺，而铜在生产某（mǒu）些部件或产（chǎn）品时又是不可或（huò）缺的。因此（cǐ），必须珍惜用铜，切实做好“以铝代铜”工作。

　　铜、铝性能比较（jiào）

　　铜是人类使用最早的（de）金属元素之一。铜颜色紫红，热导率及电导率高，是良好的（de）导体（tǐ）；在（zài）干（gàn）燥空气中不氧化，在（zài）含有CO2的湿空气中会（huì）形成铜绿；与碱性（xìng）溶液反应很慢，但（dàn）易与氨形成（chéng）配合物；标准（zhǔn）电极电位为+0.337V，不（bú）能（néng）置换酸液中的氢（qīng），但可（kě）溶于有氧化作用（yòng）的酸中，二价铜的（de）电化当量为（wéi）0.0003294g/C（库伦）。铜的提取（qǔ）、加工（gōng）、回（huí）收与再利用并不困难（nán），因此，从原始社会到文明昌盛、科学技术高度发达的今天，铜制品一直陪伴着人类，为人类的进（jìn）步作出了重（chóng）大贡（gòng）献。

　　铝是一种（zhǒng）较为（wéi）年轻的金（jīn）属元素。1746年，德国科学家波特（J.H.Pott）用明矾（fán）制得（dé）氧化铝。1807年，英国化学家戴维（H.Davy）试（shì）图电解熔（róng）融氧化铝制取铝（lǚ），并于第二年给预想的金属取名为Alumium，后改为Aluminium，即（jí）铝。1825年，丹麦化（huà）学家奥斯特（H.C.Oersted）用钾汞齐（qí）还原无水（shuǐ）氧化铝，获得了几毫克（kè）铝。1827年（nián），德国科学（xué）家沃勒（F. Wohler）用钾还原氧（yǎng）化铝，得到了少量铝。1854年，法国科学（xué）家德维尔（S.C. Deville）用钠还原NaAlCl4配合盐制得铝，并生产一些皇室用品，如头盔、餐具及玩具，价（jià）格（gé）高（gāo）昂，比黄金还贵。1884年，美国铝的总产量为56.7kg。1886年（nián），美国大学生霍尔（ěr）（Hall）和法国大学生（shēng）埃鲁（Heroult）几乎同时发明了冰晶石-氧化（huà）铝溶盐（yán）电解炼铝法，宣告铝的（de）工业提（tí）取工艺诞（dàn）生，他们分别在美国和法国（guó）取得了（le）发（fā）明专利。

　　1888年，霍尔在匹兹（zī）堡（bǎo）成立了（le）世界上首个铝电解厂——匹（pǐ）慈堡冶（yě）金公司，并生产出第一块商业（yè）用铝（lǚ）。该公司制造了铝茶壶等生活（huó）用品，并（bìng）制成了几种铝合金（jīn）。从1888年到1893年，铝锭价格从10.7美元（yuán）/kg下降（jiàng）到1.72美元（yuán）/kg。1990年前（qián）后，铝（lǚ）箔（bó）、电线、电缆等产品也（yě）相继问（wèn）世。

　　铝（lǚ）的标准（zhǔn）电极电位为-1.662V，电化当量为0.3356g/（A·h）。铝的密（mì）度（dù）只有铜的30.13%，因此，用铝取代（dài）铜可以（yǐ）显著降低工件的质量，从而节约（yuē）能源，减少温室气体排放。

　　以铝（lǚ）代铜可行吗

　　“以铝代铜”并不是指在所有（yǒu）领域和（hé）部门（mén）都使用铝（lǚ）材取代铜材，而（ér）主（zhǔ）要是指用铝代替铜（tóng）生产导电及导（dǎo）热（散（sàn）热）件。

　　铝（lǚ）比铜轻（qīng）约70%，可以减轻工件质量，从而使工件安装（zhuāng）更为便（biàn）捷。早在20世纪（jì）初，就开（kāi）始用（yòng）铝取代（dài）铜生产高压线路，使导线和线杆（铁（tiě）塔（tǎ））受到的张力（lì）大大下降。汽车（chē）工（gōng）业和航空（kōng）工业也纷纷（fēn）采用铝导（dǎo）线。Airbus A380飞机是（shì）欧洲（zhōu）空客公司制造的世界上最大的（de）客（kè）机，可容纳约800人（rén），该客（kè）机上的所有导线都是铝的（de）。

　　但是，在家中，使用铝（lǚ）导线取代（dài）铜导（dǎo）线安全吗？事实证明，是安全的，一点都不用担心。北美从（cóng）20世（shì）纪60年代（dài）中期开始，就将（jiāng）住宅（zhái）电（diàn）线大规模（mó）改成铝制的。在世界（jiè）其它地（dì）区，“铝（lǚ）线进（jìn）家庭”的时间更早一（yī）些。铝线（xiàn）大（dà）概出现（xiàn）在（zài）1990年，当（dāng）时，美国铝业公司用其提取的铝（lǚ）拉（lā）出（chū）了线材。

　　铝在哪些方面不（bú）如铜

　　必须承认的是，铝在（zài）一（yī）些方面不（bú）如铜。

　　铝的电（diàn）导率比铜的（de）低（dī）。99.990% Al在20°时的（de）电阻率为2.6548×108Ω·m，等体积电（diàn）导率为64.94% IACS。因此，必须采用直径更（gèng）大的铝导（dǎo）线，才能使（shǐ）铝线（xiàn）的导电性与铜线（xiàn）相当。

　　铝的硬度（dù）比铜的低。99.5% Al退火状（zhuàng）态的维氏硬度约为200MN/m2，比铜的低得多。电工的（de）体会是，在（zài）剥去导线上的绝缘材料后，铝线比铜（tóng）线更易产生切口、切痕、压（yā）痕等。因此，在进行铝线剥皮、对接与布线时宜格外小心（xīn），否则，伤口可能会成为过热点（diǎn），引发（fā）过热现象。

　　铝的热（rè）胀系数比（bǐ）铜的大。电流通过导线（xiàn）时，导（dǎo）线（xiàn）会发（fā）热（rè）。在反（fǎn）复的（de）加热（rè）膨（péng）胀与冷却收缩中，铝（lǚ）线（xiàn）会产生蠕变，从而引（yǐn）起连接松动和过热（rè）。

　　氧化铝的导电性能较差。铜线锈（xiù）蚀并（bìng）不是（shì）大问题，因为氧化铜导电，铜线仍然能正常地工作（zuò）。但铝线锈蚀形成的氧化铝不是一种很好的（de）导（dǎo）电体，对电流有阻碍作（zuò）用（yòng），容（róng）易引（yǐn）起过热。该问题主要发生在（zài）连（lián）结处，如插座、闭合器（qì）、夹（jiá）具、装置连接（jiē）点、配（pèi）电（diàn）盘等。解决（jué）方（fāng）案（àn）是（shì）采用专业连接（jiē）件。

　　近年来，电动汽车市场成为投（tóu）资热点。为降低（dī）CO2排放、减（jiǎn）少电缆（lǎn）用（yòng）量，电气配（pèi）线成为重点问题。因此，改用（yòng）专利1XXX、6XXX及8XXX系合金取代纯（chún）电工铝EC（Pure EC Grade Aluminium，99.7% Al）。这种（zhǒng）趋势在20年前的欧（ōu）洲就已经出（chū）现了（le），一些公司开始采用Aluflex 137050铝合（hé）金和标准电工（gōng）合金EC Grade 1370-Conductal 137050铝（lǚ）合金制造汽（qì）车的铝电池电缆。为了降低汽（qì）车的净质量，日本的一些汽车（chē）公司倡导采用铝（lǚ）线替代铜（tóng）线，目（mù）标是减轻（qīng）20kg，现在已（yǐ）经接近此（cǐ）目标。

　　铝（lǚ）线应（yīng）用发展历程

　　铝电线的小（xiǎo）范围应（yīng）用大概（gài）始于1900年，而其较大规模应用至今有100多（duō）年（nián）左右的历史。1944年，美国华盛顿哥伦比亚特区和马里（lǐ）兰州巴尔的摩（mó）间的线路（lù）最早采用铝电缆作为（wéi）商业（yè）通信线。

　　早期，电缆线是用铁拉制（zhì）的，很难生产，为了提高效率（lǜ），工厂在（zài）铁线表面浸涂（tú）一层（céng）硫酸铜作为润滑剂，生产效率大为提高，于是改用铜制电线。1913年，国际电工委员会制订（dìng）了IACS，认定铜的电导率为100% IACS。

　　1930年，德（dé）国试用PVC绝缘铝电（diàn）缆。第二（èr）次世（shì）界大战末，人造橡胶和聚乙烯电缆开始大量应用。20世（shì）纪50年代，PVC在许多领域得到广（guǎng）泛的商业应（yīng）用，特别是在家（jiā）用线（xiàn）缆（lǎn）方面，“以铝代铜”几乎得到普及。在很（hěn）长时间里，铝线（xiàn）缆大都是采（cǎi）用99.5%的工业纯铝AA1350制（zhì）造的。

　　铝（lǚ）线缆新时（shí）代来（lái）临

　　在（zài）最（zuì）初生产铝线缆时，采（cǎi）用的是8000系（xì）铝（lǚ）合金。美国铝业（yè）公（gōng）司（sī）在开拓导体铝合金方面做了许（xǔ）多工作（zuò），首个8000系合金于1972年（nián）获得（dé）专利，紧接着，AA8030合金于1973年获（huò）得专（zhuān）利，AA8176合（hé）金于1975年获得专利。它们的力学性能与铜的等同，标志着铝（lǚ）线缆新时代的来临（lín）。

　　20世纪40年代后期，普罗帕齐（Properzi）铝（lǚ）线（xiàn）杆连续铸轧工艺和装备（bèi）进入市场，用于连续铸（zhù）轧有（yǒu）色金属线杆，最先生产的是市场急需（xū）的纯铝线杆；在满（mǎn）足纯铝线（xiàn）杆市场需（xū）求后（hòu），又进入铝合金线（xiàn）杆市场（chǎng）。先后（hòu）推出（chū）的（de）产品有AAC（全铝导线，All-Aluminium Conductors）、AAAC（全（quán）铝合（hé）金导（dǎo）线，All Aluminium Alloy Conductors）、ACAR（合金加（jiā）强的铝导线（xiàn），Aluminium Conductor Alloy Reinforced）、ACSR（钢加强的（de）铝导（dǎo）线，Aluminium Conductor Steel Reinforced）、AACSR（钢加（jiā）强的（de）铝合金导线，Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced）、ACSR/AS（铝包钢（gāng）加强的铝导线（Aluminium Conductor Aluminium Clad Steel Reinforced）、ACSR/TW（钢加强的异型铝导线（Shaped Wire Aluminium Conductor，Steel Reinforced）、ACSS/AS （铝包钢芯的铝（lǚ）导线（xiàn）Aluminium Conductors-Aluminium Clad steel suported）、ACCC（复合材料芯（xīn）的铝导线，Aluminium Conductor Composite Core）、高温及HTLS导线（High Thermal and HTLS Conductors）。

　　随着生产技术的发（fā）展（zhǎn）与应用的拓展，上述铝导线（xiàn）也有较大的发展（zhǎn），品种更多了，应用（yòng）范围更广（guǎng）了。例如多（duō）种多样的复合AAC铝绞线（xiàn），主（zhǔ）要（yào）应用于低压线路和变电（diàn）所连（lián）接线路；铝（lǚ）合金芯（xīn）线（xiàn）的AAAC绞线（xiàn），主要应用（yòng）于（yú）低、中、高（gāo）压线路（lù）和（hé）特高压的高（gāo）空架线；芯线为铝-镁-硅（guī）合金高强度线与1350电（diàn）线的ACAR绞合线（xiàn），其绞线（xiàn）股数决定于设（shè）计；ACSR绞线，钢芯线（xiàn）经过电镀，外层为（wéi）1层或多层冷拉1350-H19铝线；AACSR钢芯铝合金线，钢（gāng）芯线（xiàn）经过电镀（dù），外层为绞合，主要应（yīng）用于（yú）中压、高压和特高压架空（kōng）线路；ACSR/AS钢芯绞线（xiàn），其力（lì）学性能与ACSR绞线相当。但钢芯之上包有铝，因此，载流量更（gèng）大，抗腐蚀性能强（qiáng）。这类（lèi）导线可用于严（yán）酷的腐蚀环境中；ACSR/TW（异（yì）型铝线，钢芯（xīn）），在高（gāo）强度（dù）钢丝之上（shàng）绞合异型（xíng）1350-H19导线；ACSS/AS（铝导（dǎo）线—铝包钢），以（yǐ）钢为芯线，钢芯上（shàng）包以铝，再与（yǔ）1层（céng）或多层 350-0铝线绞合为一体的复合电（diàn）缆；ACCC（复合材料（liào）芯线铝缆），芯线（xiàn）为质轻的高强度碳纤（xiān）维和玻璃（lí）纤维增强的热树脂，采用先进的工艺制备，芯线（xiàn）为梯形的完全退火的高效铝线围绕而成；钢芯耐热铝（lǚ）合金线（xiàn）TACSR，其与常规ACSR导线（xiàn）结构相（xiàng）似，但常规（guī）ACSR线采用EC级铝（EC Grade Aluminium）线，而TACSR导线采用冷拉的耐（nài）热铝合（hé）金线TAL，可在210℃或更高些（xiē）的温度下安全地长期工作；带（dài）有间隙的钢芯增强的耐热铝合金绞（jiǎo）线GZTASCR（Thermal resistant aluminium conductors steel reinforced with GAP）。这种导线（xiàn）的（de）钢芯与第（dì）一层梯（tī）形耐（nài）热铝（lǚ）合金线之间隔有一层不（bú）厚的（de）间隙，能（néng）够使钢芯（xīn）线承受安（ān）装（zhuāng）时产生的拉伸，间隙内充满（mǎn）耐热润（rùn）滑树脂。

　　普罗帕齐连铸连（lián）轧（zhá）线（xiàn）

　　意大利普罗（luó）帕齐连铸连（lián）轧线（Properzi CCR line）由普罗（luó）帕（pà）齐公司（sī）开发。目前，世界75%以（yǐ）上的钢、铝导线都（dōu）是采用（yòng）此工艺或（huò）类似的工（gōng）艺生产的。普（pǔ）罗帕齐（qí）铝导线连续铸轧线由13部分组成。

　　经过多年研发，普罗帕齐公司可（kě）提供CRE（连续旋转挤压，Continuous Rotary Extrusion）技术和普（pǔ）罗帕齐成型（xíng）机（Pro-Form，即Properzi Forming Machine），可（kě）以（yǐ）生产加（jiā）工异型铝线（梯形（xíng）线）、扇（shàn）形（xíng）铝电缆与导线、铝型材（cái）/母线、铝管、铝包钢线等。

　　俄（é）罗斯（sī）研发（fā）纳米组织导线铝合金

　　2020年，世界各（gè）国（guó）共计（jì）消费约5000kt 6XXX系电（diàn）线电（diàn）缆铝合（hé）金，即铝—镁—硅系（xì）的6101及6201合金（jīn），状态为T1及T4。该种合金的抗拉强度为150MPa-220MPa，比电阻为0.034Ω·mm2/m-0.0360Ω·mm2/m，电导率（lǜ）相当于50.0% IACS-47.9% IACS，在架空线路（lù）与普通导线领域（yù）获得广泛应用。但工业（yè）界希望能（néng）生产出性能比6101-T4合金更好的合金，以延长（zhǎng）线塔（tǎ）距离。6101合金的典型成（chéng）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195MPa，伸长率28%，比电阻0.03420Ω·mm2/m，电导率相当于50.4% IACS。

　　为了全面改善（shàn）导线铝合金的性能，俄罗斯联合铝业公司和一些（xiē）大学、科研院所（suǒ）的科学家开发出了纳米显微（wēi）组织线（xiàn）杆，试样的抗拉强度达320MPa-370MPa，电导率（lǜ）相当于（yú）57.2% IACS-56.1% IACS。