“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，由于铜资源有限，较为贵重，而与铜性能Z为接近的铝资源丰富，取之不尽，“以铝代铜”的概念被提出。铝—镁—硅合金是在电线、电缆中使用得Z多的铝合金，为6101及6201合金，状态为T1及T4。2020年，该种铝合金在全世界的用量超过5000kt，在中国的用量预计超过1600kt，约占总消费的30%以上。俄罗斯正在研发纳米显微组 织导线铝合金，其抗拉强度为320MPa-370MPa，电导率为57.2%IACS-56.1%IACS（国际退火铜标准，InternationalAnnealedCopperStandard）。中国铜资源较为稀 缺，而铜在生产某些部件或产品时又是不可或缺的。因此，必须珍惜用铜，切实做好“以铝代铜”工作。

铜、铝性能比较

铜是人类使用Z早的金属元素之一。铜颜色紫红，热导率及电导率高，是良好的导体；在干燥空气中不氧化，在含有CO2的湿空气中会形成铜绿；与碱性溶液反应很慢，但易与氨形成配合物；标准电极电位为 0.337V，不能置换酸液中的氢，但可溶于有氧化作用的酸中，二价铜的电化当量为0.0003294g/C（库伦）。铜的提取、加工、回收与再利用并不困难，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，为人类的进步作出了重大贡献。

铝是一种较为年轻的金属元素。1746年，德国科学家波特（J.H.Pott）用明矾制得氧化铝。1807年，英国化学家戴维（H.Davy）试图电解熔融氧化铝制取铝，并于第二年给预想的金属取名为Alumium，后改为Aluminium，即铝。1825年，丹麦化学家奥斯特（H.C.Oersted）用钾汞齐还原无水氧化铝，获得了几毫克铝。1827年，德国科学家沃勒（F.Wohler）用钾还原氧化铝，得到了少量铝。1854年，法国科学家德维尔（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，价格高昂，比黄金还贵。1884年，美国铝的总产量为56.7kg。1886年，美国大学生霍尔（Hall）和法国大学生埃鲁（Heroult）几乎同时发明了冰晶石-氧化铝溶盐电解炼铝法，宣告铝的工业提取工艺诞生，他们分别在美国和法国取得了发明专 利。

1888年，霍尔在匹兹堡成立了世界上首 个铝电解厂——匹慈堡冶金公司，并生产出第 一块商业用铝。该公司制造了铝茶壶等生活用品，并制成了几种铝合金。从1888年到1893年，铝锭价格从10.7美元/kg下降到1.72美元/kg。1990年前后，铝箔、电线、电缆等产品也相继问世。

铝的标准电极电位为-1.662V，电化当量为0.3356g/（A·h）。铝的密度只有铜的30.13%，因此，用铝取代铜可以显著降低工件的质量，从而节约能源，减少温室气体排放。

以铝代铜可行吗

“以铝代铜”并不是指在所有领域和部门都使用铝材取代铜材，而主要是指用铝代替铜生产导电及导热（散热）件。

铝比铜轻约70%，可以减轻工件质量，从而使工件安装更为便捷。早在20世纪初，就开始用铝取代铜生产高压线路，使导线和线杆（铁塔）受到的张力大大下降。汽车工业和航空工业也纷纷采用铝导线。AirbusA380飞机是欧洲空客公司制造的世界上Z大的客机，可容纳约800人，该客机上的所有导线都是铝的。

但是，在家中，使用铝导线取代铜导线安全吗？事实证明，是安全的，一点都不用担心。北美从20世纪60年代中期开始，就将住宅电线大规模改成铝制的。在世界其它地区，“铝线进家庭”的时间更早一些。铝线大概出现在1990年，当时，美国铝业公司用其提取的铝拉出了线材。

铝在哪些方面不如铜

必须承认的是，铝在一些方面不如铜。

铝的电导率比铜的低。99.990%Al在20°时的电阻率为2.6548×108Ω·m，等体积电导率为64.94%IACS。因此，必须采用直径更大的铝导线，才能使铝线的导电性与铜线相当。

铝的硬度比铜的低。99.5%Al退火状态的维氏硬度约为200MN/m2，比铜的低得多。电工的体会是，在剥去导线上的绝缘材料后，铝线比铜线更易产生切口、切痕、压痕等。因此，在进行铝线剥皮、对接与布线时宜格外小心，否则，伤口可能会成为过热点，引发过热现象。

铝的热胀系数比铜的大。电流通过导线时，导线会发热。在反复的加热膨胀与冷却收缩中，铝线会产生蠕变，从而引起连接松动和过热。

氧化铝的导电性能较差。铜线锈蚀并不是大问题，因为氧化铜导电，铜线仍然能正常地工作。但铝线锈蚀形成的氧化铝不是一种很好的导电体，对电流有阻碍作用，容易引起过热。该问题主要发生在连结处，如插座、闭合器、夹具、装置连接点、配电盘等。解决方案是采用专业连接件。

近年来，电动汽车市场成为投资热点。为降低CO2排放、减少电缆用量，电气配线成为重点问题。因此，改用专 利1XXX、6XXX及8XXX系合金取代纯电工铝EC（PureECGradeAluminium，99.7%Al）。这种趋势在20年前的欧洲就已经出现了，一些公司开始采用Aluflex137050铝合金和标准电工合金ECGrade1370-Conductal137050铝合金制造汽车的铝电池电缆。为了降低汽车的净质量，日本的一些汽车公司倡导采用铝线替代铜线，目标是减轻20kg，现在已经接近此目标。

铝线应用发展历程

铝电线的小范围应用大概始于1900年，而其较大规模应用至今有100多年左右的历史。1944年，美国华盛顿哥伦比亚特区和马里兰州巴尔的摩间的线路Z早采用铝电缆作为商业通信线。

早期，电缆线是用铁拉制的，很难生产，为了提高效率，工厂在铁线表面浸涂一层硫酸铜作为润滑剂，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了IACS，认定铜的电导率为1 00%IACS。

1930年，德国试用PVC绝缘铝电缆。第二次世界大战末，人造橡胶和聚乙烯电缆开始大量应用。20世纪50年代，PVC在许多领域得到广泛的商业应用，特别是在家用线缆方面，“以铝代铜”几乎得到普及。在很长时间里，铝线缆大都是采用99.5%的工业纯铝AA1350制造的。

铝线缆新时代来临

在Z初生产铝线缆时，采用的是8000系铝合金。美国铝业公司在开拓导体铝合金方面做了许多工作，首 个8000系合金于1972年获得专 利，紧接着，AA8030合金于1973年获得专 利，AA8176合金于1975年获得专 利。它们的力学性能与铜的等同，标志着铝线缆新时代的来临。

20世纪40年代后期，普罗帕齐（Properzi）铝线杆连续铸轧工艺和装备进入市场，用于连续铸轧有色金属线杆，Z先生产的是市场急需的纯铝线杆；在满足纯铝线杆市场需求后，又进入铝合金线杆市场。先后推出的产品有AAC（全铝导线，All-AluminiumConductors）、AAAC（全铝合金导线，AllAluminiumAlloyConductors）、ACAR（合金加强的铝导线，AluminiumConductorAlloyReinforced）、ACSR（钢加强的铝导线，AluminiumConductorSteelReinforced）、AACSR（钢加强的铝合金导线，AluminiumAlloyConductorSteelReinforced）、ACSR/AS（铝包钢加强的铝导线（AluminiumConductorAluminiumCladSteelReinforced）、ACSR/TW（钢加强的异型铝导线（ShapedWireAluminiumConductor，SteelReinforced）、ACSS/AS（铝包钢芯的铝导线AluminiumConductors-AluminiumCladsteelsuported）、ACCC（复合材料芯的铝导线，AluminiumConductorCompositeCore）、高温及HTLS导线（HighThermalandHTLSConductors）。

随着生产技术的发展与应用的拓展，上述铝导线也有较大的发展，品种更多了，应用范围更广了。例如多种多样的复合AAC铝绞线，主要应用于低压线路和变电所连接线路；铝合金芯线的AAAC绞线，主要应用于低、中、高压线路和特高压的高空架线；芯线为铝-镁-硅合金高 强度线与1350电线的ACAR绞合线，其绞线股数决定于设计；ACSR绞线，钢芯线经过电镀，外层为1层或多层冷拉1350-H19铝线；AACSR钢芯铝合金线，钢芯线经过电镀，外层为绞合，主要应用于中压、高压和特高压架空线路；ACSR/AS钢芯绞线，其力学性能与ACSR绞线相当。但钢芯之上包有铝，因此，载流量更大，抗腐蚀性能强。这类导线可用于严酷的腐蚀环境中；ACSR/TW（异型铝线，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350-0铝线绞合为一体的复合电缆；ACCC（复合材料芯线铝缆），芯线为质轻的高 强度碳纤维和玻璃纤维增强的热树脂，采用先进的工艺制备，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导线结构相似，但常规ACSR线采用EC级铝（ECGradeAluminium）线，而TACSR导线采用冷拉的耐热铝合金线TAL，可在210℃或更高些的温度下安全地长期工作；带有间隙的钢芯增强的耐热铝合金绞线GZTASCR（ThermalresistantaluminiumconductorssteelreinforcedwithGAP）。这种导线的钢芯与第 一层梯形耐热铝合金线之间隔有一层不厚的间隙，能够使钢芯线承受安装时产生的拉伸，间隙内充满耐热润滑树脂。

普罗帕齐连铸连轧线

意大利普罗帕齐连铸连轧线（ProperziCCRline）由普罗帕齐公司开发。目前，世界75%以上的钢、铝导线都是采用此工艺或类似的工艺生产的。普罗帕齐铝导线连续铸轧线由13部分组成。

经过多年研发，普罗帕齐公司可提供CRE（连续旋转挤压，ContinuousRotaryExtrusion）技术和普罗帕齐成型机（Pro-Form，即ProperziFormingMachine），可以生产加工异型铝线（梯形线）、扇形铝电缆与导线、铝型材/母线、铝管、铝包钢线等。

俄罗斯研发纳米组 织导线铝合金

2020年，世界各国共计消费约5000kt6XXX系电线电缆铝合金，即铝—镁—硅系的6101及6201合金，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，电导率相当于50.0%IACS-47.9%IACS，在架空线路与普通导线领域获得广泛应用。但工业界希望能生产出性能比6101-T4合金更好的合金，以延长线塔距离。6101合金的典型成分（质量%）为：Si0.54、Fe0.23、Cu0.003、Mg0.58、Zn0.01、B0.002、（Ti V Cr Mn）0.012、Al余量；典型性能为：抗拉强度195MPa，伸长率28%，比电阻0.03420Ω·mm2/m，电导率相当于50.4%IACS。

为了全 面改善导线铝合金的性能，俄罗斯联合铝业公司和一些大学、科研院所的科学家开发出了纳米显微组 织线杆，试样的抗拉强度达320MPa-370MPa，电导率相当于57.2%IACS-56.1%IACS。