“以铝代铜”主要是指用铝材代替铜材生产导体。19世纪初（chū）期，铝导体（tǐ）就（jiù）已（yǐ）经出现了。20世纪60年代以后，由于铜资源有限，较为（wéi）贵重，而与（yǔ）铜性能最为接近的铝资源丰富，取之（zhī）不尽，“以（yǐ）铝代铜”的概（gài）念被提出。铝—镁—硅合金是在电线、电（diàn）缆中（zhōng）使用（yòng）得（dé）最多（duō）的（de）铝合（hé）金，为6101及6201合（hé）金（jīn），状态为T1及T4。2020年，该种铝合金在（zài）全（quán）世界的用量超过5000kt，在中国的用量预计（jì）超过（guò）1600kt，约占总（zǒng）消费（fèi）的30%以上。俄罗（luó）斯正在研（yán）发纳米显微组织导线铝合金，其抗拉强（qiáng）度（dù）为320MPa-370MPa，电导（dǎo）率为57.2% IACS-56.1% IACS（国际退火铜标准，International Annealed Copper Standard）。中国铜资源较为稀缺，而铜在生产（chǎn）某些部件（jiàn）或（huò）产品时又是（shì）不可（kě）或缺的。因此（cǐ），必须珍惜用铜，切（qiē）实做（zuò）好（hǎo）“以铝（lǚ）代（dài）铜”工作。

　　铜、铝性能比较

　　铜是人类（lèi）使用最早的金属元素之一。铜颜色紫红，热导率（lǜ）及电导率高，是良好（hǎo）的导体；在干燥空（kōng）气中不氧化，在（zài）含有CO2的湿空气中会形成铜绿；与碱性溶液反应（yīng）很慢，但（dàn）易与氨形成（chéng）配合物（wù）；标准（zhǔn）电极电位为+0.337V，不能置换酸液中的氢，但可溶于有氧化作用的酸（suān）中，二（èr）价铜的（de）电化当量为0.0003294g/C（库伦）。铜的提取、加工、回收与再利（lì）用（yòng）并不（bú）困（kùn）难，因此，从原始社会到（dào）文明昌盛、科学技术高度发（fā）达的（de）今天，铜制品一直陪伴着人类（lèi），为（wéi）人类（lèi）的进（jìn）步作出（chū）了重大贡献。

　　铝是一（yī）种较（jiào）为（wéi）年（nián）轻的金（jīn）属元素（sù）。1746年，德国科学家（jiā）波特（J.H.Pott）用（yòng）明矾（fán）制得氧化铝。1807年，英国（guó）化学家戴维（H.Davy）试图电（diàn）解熔（róng）融氧化铝制取铝，并于第二（èr）年给预想（xiǎng）的金属（shǔ）取名为Alumium，后改为Aluminium，即铝。1825年（nián），丹（dān）麦化学家（jiā）奥（ào）斯特（H.C.Oersted）用钾汞齐（qí）还原无水氧化铝（lǚ），获得了几毫克铝。1827年（nián），德国科学家沃勒（F. Wohler）用（yòng）钾还原氧化（huà）铝，得到了（le）少量铝（lǚ）。1854年（nián），法（fǎ）国科学（xué）家（jiā）德维（wéi）尔（S.C. Deville）用钠还原NaAlCl4配合盐制得铝（lǚ），并（bìng）生产（chǎn）一些皇室用（yòng）品，如头盔（kuī）、餐具及玩具，价格（gé）高昂，比黄金还贵。1884年，美国铝的（de）总（zǒng）产量为56.7kg。1886年，美（měi）国大学生霍尔（Hall）和法国大学生埃鲁（Heroult）几乎同时发（fā）明了冰晶石-氧化铝溶盐电解（jiě）炼铝法（fǎ），宣（xuān）告铝的工业提取工艺诞生，他们分（fèn）别在美国和法国取得了（le）发（fā）明（míng）专利。

　　1888年，霍尔在匹（pǐ）兹堡成立（lì）了世界上（shàng）首个（gè）铝电解厂——匹慈堡冶金（jīn）公（gōng）司，并生产出第一块商业用铝。该公司制造了铝茶（chá）壶等生活用品，并制成了几种（zhǒng）铝合（hé）金。从1888年到1893年，铝锭价格（gé）从10.7美元/kg下降到1.72美元/kg。1990年前后，铝箔、电线、电缆等（děng）产品也相继（jì）问世。

　　铝（lǚ）的标（biāo）准电极电位（wèi）为-1.662V，电（diàn）化当量为0.3356g/（A·h）。铝的密度（dù）只有（yǒu）铜的30.13%，因（yīn）此（cǐ），用铝（lǚ）取（qǔ）代铜可（kě）以显著（zhe）降低（dī）工件的质量，从而（ér）节约能源，减（jiǎn）少温室气体（tǐ）排放。

　　以铝代铜可行吗

　　“以铝代铜”并不是（shì）指在所有领域和部门（mén）都使用铝（lǚ）材取代铜（tóng）材，而（ér）主要是指用（yòng）铝代替铜（tóng）生产导电及导热（散热）件（jiàn）。

　　铝比（bǐ）铜轻约（yuē）70%，可（kě）以减轻工件质量（liàng），从而使工（gōng）件安装更为（wéi）便捷。早（zǎo）在20世纪初，就开始用铝取代铜生产高压线路，使导线和（hé）线杆（铁塔）受到（dào）的张（zhāng）力大大下降。汽车工业和航空工业也纷纷采（cǎi）用铝导线。Airbus A380飞机是欧洲（zhōu）空客公司制造的世界上最大的客（kè）机，可容纳约（yuē）800人，该客机上的所有导线都是（shì）铝的。

　　但是（shì），在家中，使用铝导（dǎo）线取代铜导线安全吗？事实证（zhèng）明，是安全的，一（yī）点都不用担心（xīn）。北美从20世（shì）纪60年（nián）代中期（qī）开始，就将住宅电线大规模改（gǎi）成铝制的。在（zài）世（shì）界其它地区，“铝线进家庭”的时间更早一些（xiē）。铝线大概出（chū）现（xiàn）在（zài）1990年，当时（shí），美国铝业公司用其提取的铝拉出了线材。

　　铝在哪些（xiē）方面不（bú）如铜

　　必须承认的是（shì），铝在（zài）一（yī）些方（fāng）面不如铜。

　　铝的电（diàn）导（dǎo）率比铜（tóng）的低。99.990% Al在20°时的电阻率为2.6548×108Ω·m，等（děng）体积电导率为64.94% IACS。因此，必须采用直径更大的铝导线（xiàn），才能使铝线的导电性（xìng）与铜线（xiàn）相当（dāng）。

　　铝的硬度（dù）比（bǐ）铜的低。99.5% Al退火状态的维氏（shì）硬度约为200MN/m2，比铜的低得（dé）多。电工的体会是，在剥去导线（xiàn）上（shàng）的（de）绝缘材料后，铝线（xiàn）比（bǐ）铜线更易产生切（qiē）口、切痕（hén）、压痕（hén）等。因此（cǐ），在进行铝线剥皮、对接与布线时宜格外小心，否则，伤口可能（néng）会成为过热点，引发过热现象。

　　铝（lǚ）的热胀系数比铜的大。电流通过导线（xiàn）时，导（dǎo）线会发热。在反复的加热膨胀（zhàng）与冷却收（shōu）缩（suō）中，铝线（xiàn）会产生（shēng）蠕变（biàn），从而（ér）引起连接松动和过热。

　　氧化（huà）铝的（de）导电性（xìng）能较差。铜线锈蚀并不是大问题，因（yīn）为（wéi）氧化铜导电（diàn），铜（tóng）线仍然能（néng）正常地工作。但铝线（xiàn）锈（xiù）蚀形成的氧化（huà）铝不是一种很好的导（dǎo）电体，对（duì）电流有阻碍作用，容易引起过（guò）热。该问题主要（yào）发生在连结处，如插座、闭合器、夹具、装置连（lián）接点、配电盘（pán）等。解决方案是采用专（zhuān）业连接件（jiàn）。

　　近年来，电动汽车市场（chǎng）成为投资热点。为降低CO2排放、减少电缆用量，电气配线成（chéng）为重点问（wèn）题。因此，改（gǎi）用专利1XXX、6XXX及8XXX系合金（jīn）取代纯（chún）电工（gōng）铝EC（Pure EC Grade Aluminium，99.7% Al）。这种（zhǒng）趋势在（zài）20年前的欧洲就（jiù）已经出现了，一些（xiē）公司开始采用（yòng）Aluflex 137050铝合金和标准（zhǔn）电工（gōng）合金EC Grade 1370-Conductal 137050铝合金制造汽车的铝电池电缆。为了降（jiàng）低汽（qì）车的净质量，日本的一些汽车公司倡导（dǎo）采用铝线替代铜线（xiàn），目标是减轻20kg，现在已（yǐ）经接近此目标（biāo）。

　　铝线（xiàn）应用发展历程

　　铝电线的小范围应用大概始于1900年，而其较大规（guī）模应用至今有100多（duō）年左右的历史。1944年，美（měi）国华盛顿（dùn）哥伦（lún）比亚特区和马（mǎ）里兰州巴尔的摩间的线路最（zuì）早采（cǎi）用铝电缆作（zuò）为商业通信（xìn）线（xiàn）。

　　早期，电（diàn）缆线是用铁拉制的，很难（nán）生产（chǎn），为了提高效率，工厂在铁线表面（miàn）浸涂一层硫酸铜作为润滑剂，生产效（xiào）率大为提高，于是改（gǎi）用铜制电线。1913年，国际电工委员（yuán）会制订了IACS，认定铜的电导率为100% IACS。

　　1930年，德国试用PVC绝缘铝电缆（lǎn）。第二次世（shì）界大（dà）战末，人造橡胶（jiāo）和聚乙烯电缆（lǎn）开始大量应（yīng）用。20世纪50年代，PVC在（zài）许多领域（yù）得到广泛的商业应（yīng）用（yòng），特别是在家用线缆（lǎn）方面，“以铝代铜（tóng）”几乎得到普及。在很长时间（jiān）里，铝线（xiàn）缆大都是采用99.5%的工业纯（chún）铝AA1350制造的（de）。

　　铝（lǚ）线缆新时代来临

　　在最初（chū）生产铝线（xiàn）缆时，采用的是8000系铝合金。美国铝业公司在开拓导（dǎo）体铝合金方面做（zuò）了许多工作，首个8000系合金于1972年（nián）获得专利，紧接（jiē）着，AA8030合金于1973年获得专利（lì），AA8176合金于（yú）1975年（nián）获得专利。它（tā）们（men）的力（lì）学性能与（yǔ）铜的等同（tóng），标志着铝线缆新时（shí）代的来临。

　　20世（shì）纪40年（nián）代（dài）后期（qī），普罗帕齐（qí）（Properzi）铝线杆连续铸轧工艺和装备（bèi）进入市场，用于连续铸（zhù）轧有色金属线杆（gǎn），最先（xiān）生产的是市场急需的纯铝线杆；在满足纯铝（lǚ）线杆市场需求后，又进入铝合（hé）金线杆市场。先（xiān）后推出（chū）的产（chǎn）品有AAC（全铝导线，All-Aluminium Conductors）、AAAC（全铝合（hé）金（jīn）导线，All Aluminium Alloy Conductors）、ACAR（合金加强的铝导线，Aluminium Conductor Alloy Reinforced）、ACSR（钢加强的铝导线，Aluminium Conductor Steel Reinforced）、AACSR（钢加（jiā）强的（de）铝合金（jīn）导线，Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced）、ACSR/AS（铝包钢加强的铝（lǚ）导（dǎo）线（xiàn）（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（dǎo）线Aluminium Conductors-Aluminium Clad steel suported）、ACCC（复合材料芯的（de）铝导线，Aluminium Conductor Composite Core）、高温及HTLS导线（High Thermal and HTLS Conductors）。

　　随着生产技术的发展与（yǔ）应用的拓（tuò）展，上述铝导线也有较大的发展，品种（zhǒng）更多了，应用范围（wéi）更广了。例如（rú）多（duō）种多（duō）样的复合AAC铝（lǚ）绞线，主（zhǔ）要应（yīng）用（yòng）于低压线路和变电所（suǒ）连接线路；铝合金芯线的（de）AAAC绞线，主要应用于低、中、高压线路和特高压的（de）高空架线；芯（xīn）线（xiàn）为铝-镁-硅合（hé）金高强度线与1350电（diàn）线（xiàn）的（de）ACAR绞合线（xiàn），其（qí）绞线股数决定于设（shè）计；ACSR绞（jiǎo）线，钢芯线（xiàn）经过电镀，外层为1层或多层冷（lěng）拉1350-H19铝线；AACSR钢芯（xīn）铝合金线，钢芯线经过电镀，外层为绞合，主（zhǔ）要应用（yòng）于中（zhōng）压、高压和特高（gāo）压架空线路；ACSR/AS钢芯（xīn）绞线，其力学性能与ACSR绞线相当。但（dàn）钢芯之上包有铝，因此，载流量更大，抗腐蚀性能强。这类导（dǎo）线可（kě）用于严酷的腐蚀环（huán）境中（zhōng）；ACSR/TW（异型铝线，钢芯），在高（gāo）强度钢丝之上绞合异型1350-H19导线；ACSS/AS（铝导线—铝包（bāo）钢），以钢为芯线，钢芯上包以铝，再与1层或多（duō）层 350-0铝线绞（jiǎo）合（hé）为一体的（de）复合（hé）电缆；ACCC（复合材料（liào）芯线铝缆），芯线为质轻的高强度（dù）碳纤维和玻璃纤维增强的热树（shù）脂，采（cǎi）用先进的工艺制备，芯线为梯形的完全退火的高效铝线围绕而成；钢芯耐热铝合金线TACSR，其与常规ACSR导线结（jié）构相似（sì），但常规ACSR线采用EC级铝（EC Grade Aluminium）线，而TACSR导（dǎo）线采用冷（lěng）拉（lā）的耐（nài）热铝（lǚ）合金线TAL，可在210℃或更高些的温度下安全地长期工作；带有间隙的钢（gāng）芯增强的（de）耐热铝合金绞线GZTASCR（Thermal resistant aluminium conductors steel reinforced with GAP）。这种导线的钢芯（xīn）与（yǔ）第一层梯形耐热（rè）铝合金线（xiàn）之（zhī）间隔有一层不厚的间隙，能够使钢芯线承受安装时产生（shēng）的拉伸，间隙内充满耐热（rè）润滑树脂。

　　普罗帕（pà）齐连铸连轧线

　　意大利普罗（luó）帕齐连铸连轧线（Properzi CCR line）由普（pǔ）罗帕齐公司（sī）开发（fā）。目前，世（shì）界75%以上的钢（gāng）、铝导线都是采用此工艺（yì）或类似（sì）的（de）工艺生产的。普罗（luó）帕齐铝导线连续铸轧线由13部分组成。

　　经过（guò）多年研（yán）发，普罗帕（pà）齐（qí）公（gōng）司（sī）可提供CRE（连续旋转挤压（yā），Continuous Rotary Extrusion）技术和（hé）普罗帕（pà）齐成型机（Pro-Form，即Properzi Forming Machine），可以生产加工异型铝线（梯形线）、扇形（xíng）铝（lǚ）电缆（lǎn）与导（dǎo）线、铝（lǚ）型材（cái）/母线、铝（lǚ）管、铝包钢线等。

　　俄罗斯研（yán）发纳米组织导线铝合金（jīn）

　　2020年，世界各（gè）国共计消费约5000kt 6XXX系（xì）电线电缆铝合金，即铝—镁—硅系（xì）的6101及6201合金，状态为T1及T4。该种合（hé）金的抗拉强度为150MPa-220MPa，比电阻（zǔ）为0.034Ω·mm2/m-0.0360Ω·mm2/m，电导率相当于50.0% IACS-47.9% IACS，在架空线路与普通导线（xiàn）领域获得广泛应用。但工业（yè）界希望（wàng）能生（shēng）产出性能（néng）比6101-T4合金更（gèng）好的合（hé）金（jīn），以延长线塔距离（lí）。6101合金的典（diǎn）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：抗拉强度195MPa，伸长（zhǎng）率（lǜ）28%，比电阻0.03420Ω·mm2/m，电导率相当于50.4% IACS。

　　为了全面（miàn）改（gǎi）善（shàn）导线铝合金的性能，俄罗斯联（lián）合（hé）铝业公司和一些大学（xué）、科研（yán）院所的科学家开发出（chū）了纳米显微组织（zhī）线杆（gǎn），试样的（de）抗拉强度（dù）达320MPa-370MPa，电导率相当于57.2% IACS-56.1% IACS。