“以铝代铜”主要（yào）是指用铝（lǚ）材（cái）代替铜材生产（chǎn）导体。19世纪（jì）初期（qī），铝导体就（jiù）已经出现了。20世纪（jì）60年代以后（hòu），由于铜资源有限（xiàn），较为贵重，而（ér）与铜性能最为接近的铝资源丰富，取之不尽，“以铝代铜”的概（gài）念被提出。铝—镁—硅合金是在电线、电缆中使用得最多（duō）的铝合金，为（wéi）6101及6201合金，状态为T1及T4。2020年，该种（zhǒng）铝合金在（zài）全世界的用量超过5000kt，在中（zhōng）国的用（yòng）量预计超（chāo）过1600kt，约占总（zǒng）消费的30%以上。俄罗斯正在研发纳米显微组织导线（xiàn）铝合金，其抗（kàng）拉强度为320MPa-370MPa，电导率为57.2% IACS-56.1% IACS（国际退火铜标（biāo）准，International Annealed Copper Standard）。中国铜资（zī）源（yuán）较为稀缺（quē），而（ér）铜在（zài）生产某（mǒu）些部件或（huò）产（chǎn）品时又是不（bú）可或缺的。因此（cǐ），必须珍（zhēn）惜用铜，切实做好“以铝代（dài）铜”工作。

　　铜、铝性能比较

　　铜是人类使用最早的金（jīn）属元素之一。铜颜色（sè）紫红，热导率及电（diàn）导率高，是良好（hǎo）的（de）导体；在干燥空气（qì）中（zhōng）不氧化，在（zài）含有（yǒu）CO2的湿空气中会形成铜绿；与碱性溶液反应（yīng）很慢，但易与氨形成配（pèi）合物；标准电极电位为+0.337V，不能（néng）置（zhì）换酸液（yè）中的氢，但（dàn）可溶于（yú）有氧化作（zuò）用的酸中，二（èr）价铜的电化当量（liàng）为（wéi）0.0003294g/C（库伦）。铜的提取、加工、回收（shōu）与再利用并不困难，因（yīn）此，从原始社会到文明（míng）昌盛、科学技术高度发达的（de）今（jīn）天（tiān），铜（tóng）制品一（yī）直陪（péi）伴着人（rén）类，为人类的进步（bù）作出了重大贡献。

　　铝是（shì）一（yī）种较为（wéi）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（nián），英国（guó）化学家戴维（H.Davy）试（shì）图电解熔融（róng）氧化铝制取铝，并于第二年给预想（xiǎng）的金属取名（míng）为（wéi）Alumium，后改（gǎi）为Aluminium，即（jí）铝。1825年，丹麦化学（xué）家（jiā）奥斯特（H.C.Oersted）用（yòng）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（yuán）氧（yǎng）化铝，得到（dào）了少量铝。1854年，法国科学家（jiā）德维（wéi）尔（S.C. Deville）用（yòng）钠还原NaAlCl4配合盐制得铝，并生产一些皇室（shì）用品，如头盔、餐具及玩（wán）具，价格高（gāo）昂（áng），比（bǐ）黄金还贵。1884年，美国铝的总产量为（wéi）56.7kg。1886年，美国大学生霍尔（Hall）和法（fǎ）国大学生埃鲁（Heroult）几乎（hū）同（tóng）时发明了冰晶（jīng）石-氧化铝溶盐电解炼铝法，宣（xuān）告铝的（de）工业提取工（gōng）艺诞（dàn）生，他们分别（bié）在美国和法国取（qǔ）得了发明专利。

　　1888年，霍（huò）尔在匹兹（zī）堡成立了世界上首个铝电解厂——匹慈堡冶金公（gōng）司（sī），并生产出（chū）第一（yī）块商业用（yòng）铝。该公司制（zhì）造了铝茶壶等生活用品（pǐn），并（bìng）制成了几种铝合金。从1888年到（dào）1893年，铝锭价格从10.7美（měi）元/kg下降到1.72美元（yuán）/kg。1990年前后，铝箔、电线、电缆等（děng）产品也相继问世（shì）。

　　铝的标准电极电位为（wéi）-1.662V，电（diàn）化当量为0.3356g/（A·h）。铝的密度只有（yǒu）铜的30.13%，因此，用（yòng）铝取代铜可以显著降低工件（jiàn）的质量，从而节（jiē）约（yuē）能源，减少（shǎo）温室气体排放（fàng）。

　　以（yǐ）铝代（dài）铜可行吗

　　“以铝代（dài）铜”并不是指在所有领域和部门都（dōu）使用铝材取代铜材，而主（zhǔ）要是指用铝代替铜生（shēng）产导电（diàn）及导热（散热）件。

　　铝比铜轻约（yuē）70%，可以减轻工件质量，从而使工件安装更为便捷（jié）。早在20世纪初，就开始用铝取代（dài）铜生产高压线路，使导线和线杆（铁塔）受到的张力（lì）大（dà）大下降（jiàng）。汽车工业和（hé）航空（kōng）工业也纷纷（fēn）采用铝导线。Airbus A380飞机（jī）是欧洲（zhōu）空客公司制（zhì）造的世界上最大（dà）的（de）客机，可容纳约800人（rén），该客机上的所（suǒ）有导线都是铝（lǚ）的。

　　但（dàn）是，在家（jiā）中，使用铝导线取代铜（tóng）导线安全（quán）吗？事（shì）实证明，是（shì）安全的，一点都不用（yòng）担（dān）心。北美从20世纪60年代中期开始，就将（jiāng）住宅电线大规模改成铝制的。在世界其（qí）它地区，“铝线进家庭”的时间更早一些。铝线大概出（chū）现在1990年（nián），当时，美国铝业公司用其（qí）提取（qǔ）的（de）铝拉出了线材（cái）。

　　铝在哪些（xiē）方面不如铜

　　必须承（chéng）认的是（shì），铝（lǚ）在一些方面（miàn）不如（rú）铜。

　　铝的电导率比铜（tóng）的低。99.990% Al在（zài）20°时的电阻率为（wéi）2.6548×108Ω·m，等（děng）体积电导率为64.94% IACS。因此（cǐ），必须采用直径（jìng）更（gèng）大（dà）的（de）铝（lǚ）导线，才能使铝（lǚ）线的导电（diàn）性与铜线相当。

　　铝的（de）硬（yìng）度比铜的低。99.5% Al退火状态的维氏硬度约（yuē）为200MN/m2，比铜（tóng）的低得多。电工的体会（huì）是，在剥去导线上的绝缘（yuán）材料后（hòu），铝线（xiàn）比铜线更易（yì）产生切口（kǒu）、切痕、压痕等。因此，在进行铝线剥皮、对接与布（bù）线时宜（yí）格（gé）外小心，否则，伤口可能会成为过（guò）热点，引（yǐn）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（de）加热膨胀（zhàng）与（yǔ）冷却收缩中，铝线会产生蠕变（biàn），从（cóng）而引起连接松动和过热。

　　氧（yǎng）化铝的导（dǎo）电性能较（jiào）差。铜线锈（xiù）蚀并不是（shì）大（dà）问题，因（yīn）为氧（yǎng）化铜导电，铜线仍然能正常地工（gōng）作（zuò）。但铝线锈（xiù）蚀形成（chéng）的氧化铝（lǚ）不是一种很好的导电体（tǐ），对电流有（yǒu）阻碍作用，容易引起过热。该问题主要发生在连结处，如插（chā）座、闭合器、夹具、装置（zhì）连接（jiē）点、配电盘等。解决（jué）方案是采用（yòng）专业连接（jiē）件。

　　近年（nián）来，电动汽车市场成为投资热点。为降（jiàng）低（dī）CO2排（pái）放、减少电缆用（yòng）量（liàng），电（diàn）气（qì）配线成为重点问题。因此，改用专利1XXX、6XXX及8XXX系（xì）合金取代纯电工铝EC（Pure EC Grade Aluminium，99.7% Al）。这种趋势在20年前的欧洲就已经（jīng）出（chū）现了，一些公（gōng）司开始采用Aluflex 137050铝合金和标准电工合（hé）金EC Grade 1370-Conductal 137050铝合金制造汽车（chē）的铝电池电缆。为了降低汽（qì）车的（de）净质量，日本（běn）的一些汽车公（gōng）司倡导采用铝线替代铜（tóng）线，目标（biāo）是（shì）减轻20kg，现（xiàn）在已经接近此（cǐ）目标。

　　铝线应用发展历程（chéng）

　　铝（lǚ）电（diàn）线的小范围应用大概始于1900年，而其较大规模应用至今（jīn）有100多年左右的历史（shǐ）。1944年，美国（guó）华盛顿哥伦比亚特区和马里（lǐ）兰州巴尔的摩间的（de）线路（lù）最早（zǎo）采用（yòng）铝（lǚ）电缆作为商（shāng）业通信线。

　　早期，电（diàn）缆（lǎn）线是用铁拉制的，很难生（shēng）产，为（wéi）了提（tí）高效率，工（gōng）厂在铁线表面浸涂一（yī）层硫酸铜作为润滑剂，生产效率大为提高，于是改用铜（tóng）制（zhì）电线。1913年，国际电（diàn）工委员会制（zhì）订了IACS，认定（dìng）铜（tóng）的电导（dǎo）率（lǜ）为100% IACS。

　　1930年（nián），德国试用PVC绝缘铝电缆。第二次世界大（dà）战（zhàn）末（mò），人造橡胶和聚乙烯电缆开（kāi）始大量应用。20世纪（jì）50年代，PVC在许多领域得到广泛（fàn）的商业应（yīng）用，特别是在家用（yòng）线缆方（fāng）面，“以铝代（dài）铜”几（jǐ）乎得到（dào）普及（jí）。在很长时间里（lǐ），铝（lǚ）线缆大都是采用99.5%的工业纯铝AA1350制（zhì）造（zào）的。

　　铝线（xiàn）缆新时代来临

　　在最初生产铝线缆时，采用的是8000系铝合金。美国铝业公司在开拓导体铝（lǚ）合金方面做了许多（duō）工作（zuò），首个8000系合金于1972年获得专利，紧接着（zhe），AA8030合金于1973年获得专利，AA8176合金于（yú）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（lái）临。

　　20世纪40年（nián）代后（hòu）期，普罗帕齐（qí）（Properzi）铝线杆连（lián）续铸轧工（gōng）艺和装备进入市（shì）场，用于连（lián）续铸轧有色（sè）金属线杆，最先生产的是市场急需的纯铝线杆；在满（mǎn）足（zú）纯铝线（xiàn）杆市（shì）场（chǎng）需（xū）求（qiú）后，又进入铝合（hé）金线杆市场。先后推（tuī）出的产品有AAC（全（quán）铝导线，All-Aluminium Conductors）、AAAC（全铝合（hé）金导线，All Aluminium Alloy Conductors）、ACAR（合金加（jiā）强（qiáng）的铝导线（xiàn），Aluminium Conductor Alloy Reinforced）、ACSR（钢（gāng）加强的铝导（dǎo）线（xiàn），Aluminium Conductor Steel Reinforced）、AACSR（钢加强的铝合金导线，Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced）、ACSR/AS（铝（lǚ）包钢加强（qiáng）的铝导线（Aluminium Conductor Aluminium Clad Steel Reinforced）、ACSR/TW（钢加强（qiáng）的（de）异型铝导线（Shaped Wire Aluminium Conductor，Steel Reinforced）、ACSS/AS （铝包钢（gāng）芯的铝导线Aluminium Conductors-Aluminium Clad steel suported）、ACCC（复合材料芯的（de）铝导线，Aluminium Conductor Composite Core）、高温（wēn）及（jí）HTLS导线（High Thermal and HTLS Conductors）。

　　随着生（shēng）产技术的发展与应用的拓展，上述铝导线也有较（jiào）大的发（fā）展，品（pǐn）种更多（duō）了，应用范围（wéi）更广（guǎng）了（le）。例如多（duō）种（zhǒng）多样的（de）复合AAC铝（lǚ）绞线，主要应（yīng）用于低压（yā）线路和（hé）变电所连接线路；铝合金芯线的（de）AAAC绞（jiǎo）线，主要应（yīng）用（yòng）于低、中、高（gāo）压线（xiàn）路和特高压的高空（kōng）架线（xiàn）；芯线为铝（lǚ）-镁-硅（guī）合金（jīn）高强度线（xiàn）与1350电线的ACAR绞合线，其绞线股数决定于（yú）设计；ACSR绞线，钢芯线经过电镀，外层为1层或多（duō）层（céng）冷拉1350-H19铝线；AACSR钢芯（xīn）铝合（hé）金线（xiàn），钢芯线（xiàn）经过电（diàn）镀（dù），外层为绞合，主要应（yīng）用于中压、高压和（hé）特高压架空（kōng）线（xiàn）路；ACSR/AS钢芯（xīn）绞线，其力学性能与ACSR绞（jiǎo）线（xiàn）相（xiàng）当。但钢芯之上包有（yǒu）铝（lǚ），因此，载流量更大（dà），抗腐蚀（shí）性能强。这类导线可用于（yú）严酷的腐蚀环（huán）境（jìng）中；ACSR/TW（异型铝线，钢芯），在高强度钢丝之（zhī）上绞合异型（xíng）1350-H19导线；ACSS/AS（铝导线—铝（lǚ）包钢），以钢为芯线，钢芯上（shàng）包以铝，再与1层或多层 350-0铝线绞（jiǎo）合为（wéi）一（yī）体的复合（hé）电缆；ACCC（复合材料（liào）芯线（xiàn）铝缆），芯线（xiàn）为质轻的高强度碳纤维和（hé）玻璃纤维增强的热树脂，采用（yòng）先进的工艺（yì）制备，芯线为（wéi）梯形的完全退火的高效铝（lǚ）线围绕而成（chéng）；钢芯耐（nài）热铝合金线TACSR，其（qí）与常规（guī）ACSR导线结构相似，但（dàn）常规ACSR线采用EC级铝（EC Grade Aluminium）线（xiàn），而TACSR导线采用冷拉的耐热铝合金线TAL，可在210℃或更高些（xiē）的温度下安全（quán）地长期（qī）工作；带有间（jiān）隙的钢芯增强的耐（nài）热铝合金绞线GZTASCR（Thermal resistant aluminium conductors steel reinforced with GAP）。这种导线的钢芯与第一（yī）层梯（tī）形（xíng）耐热（rè）铝合（hé）金线之间隔有一层不厚的（de）间隙，能够使钢芯线承受安（ān）装时产生（shēng）的拉伸，间隙内充满耐热润滑树脂。

　　普罗（luó）帕齐连铸连（lián）轧线

　　意大利普罗帕齐（qí）连铸连轧线（Properzi CCR line）由普罗帕（pà）齐公司开发（fā）。目前，世界（jiè）75%以上的钢、铝导线都是（shì）采用此（cǐ）工艺或（huò）类似的工（gōng）艺生（shēng）产的。普（pǔ）罗帕齐铝导线连续铸（zhù）轧（zhá）线由13部分组成（chéng）。

　　经过多年研发（fā），普罗帕齐（qí）公司可提供CRE（连续旋转（zhuǎn）挤压，Continuous Rotary Extrusion）技术（shù）和普罗帕（pà）齐（qí）成型（xíng）机（Pro-Form，即Properzi Forming Machine），可以生产（chǎn）加（jiā）工异型铝线（梯形线（xiàn））、扇形铝电缆与导线、铝型材/母线、铝管（guǎn）、铝包钢线等。

　　俄罗斯研发纳米组织导线铝合金

　　2020年（nián），世界各（gè）国共计消费约5000kt 6XXX系电线电缆铝（lǚ）合金，即（jí）铝—镁—硅系（xì）的6101及（jí）6201合金（jīn），状态为T1及T4。该种（zhǒng）合金的抗拉（lā）强度（dù）为（wéi）150MPa-220MPa，比电阻（zǔ）为（wéi）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（yǔ）普通导线领域获得广（guǎng）泛应用（yòng）。但工业界希望能生产出性（xìng）能比6101-T4合（hé）金（jīn）更好的合金，以延长线塔距（jù）离（lí）。6101合金的典型（xíng）成分（质量（liàng）%）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（luó）斯联合（hé）铝业公司和一些大学、科研（yán）院（yuàn）所的科学家（jiā）开（kāi）发出了纳（nà）米显微组（zǔ）织（zhī）线杆（gǎn），试样的抗拉强度达320MPa-370MPa，电导（dǎo）率（lǜ）相当于57.2% IACS-56.1% IACS。