鋁導(dǎo)線載流量低的解決方案實現(xiàn)汽車線束輕量化的進(jìn)程

01、鋁導(dǎo)線應(yīng)用分析

為了實現(xiàn)汽車輕量化的要求，一些新型的輕質(zhì)材料已經(jīng)在車身、發(fā)動機(jī)等部件上得到廣泛應(yīng)用。線束作為汽車的重要零部件，占整車總質(zhì)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(fù)雜，其質(zhì)量也持續(xù)增加。目前汽車線束使用的電線都是銅導(dǎo)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(dǎo)線勢在必行。鋁導(dǎo)線與銅導(dǎo)線相比具有質(zhì)量輕、價格廉的優(yōu)點，因此鋁導(dǎo)線被認(rèn)為是實現(xiàn)汽車線束輕量化最適合的材料之一。

鋁導(dǎo)線的優(yōu)勢

密度小與銅導(dǎo)線相比鋁導(dǎo)線密度小，在相同長度下鋁導(dǎo)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(dāng)于3.3t銅線。

價格低、資源豐富全球銅儲量遠(yuǎn)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(chǎn)成本。

02 、解決鋁導(dǎo)線劣勢 實現(xiàn)汽車線束鋁化方案

針對鋁導(dǎo)線在汽車線束的應(yīng)用中存在的技術(shù)難點，經(jīng)過研究人員持續(xù)的探索，近年來這些技術(shù)難點不斷被攻克，從而推動了實現(xiàn)汽車線束輕量化的進(jìn)程。

鋁導(dǎo)線載流量低的解決方案

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

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

端子壓接鋁導(dǎo)線拉脫力低的解決方案

在QC／T29106《汽車電線束技術(shù)條件》中規(guī)定了端子與電線壓接應(yīng)牢固，在規(guī)定的拉力下不應(yīng)損傷和脫開。而鋁導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度較低影響端子壓接拉脫力。要想抑制鋁導(dǎo)線導(dǎo)電性下降的同時還要提升其強(qiáng)度，最有效的方案是開發(fā)全新鋁合金導(dǎo)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(dǎo)線，其具有11OMPa以上的抗拉強(qiáng)度、15％以上的斷裂伸長率和58％IACS以上的導(dǎo)電率。 這種全新的鋁合金電線在實現(xiàn)線束輕量化和確保導(dǎo)電性的同時，使導(dǎo)線具有了優(yōu)異的強(qiáng)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(qiáng)度。

鋁導(dǎo)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(hù)不受腐蝕的情況下具有很強(qiáng)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(guān)鍵突破口是將端子壓接部的原始凹槽型壓筋改進(jìn)為“鋸齒狀”或“錐形凸點”的壓筋，該結(jié)構(gòu)在壓接時可刺破鋁導(dǎo)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(xiàn)可靠性連接，同時“鋸齒狀”或“錐形凸點”的壓筋結(jié)構(gòu)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(xué)腐蝕的解決方案

銅端子與鋁導(dǎo)線壓接時由于銅鋁之間存在電位差，其連接處出現(xiàn)水汽，同時有化學(xué)介質(zhì)溶解于水汽中時，銅鋁連接處就會形成電化學(xué)腐蝕。銅鋁壓接形成電化學(xué)腐蝕的條件為電位差和電解質(zhì)。此時的關(guān)鍵突破口是消除電位差和密封隔離電解質(zhì)。消除電位差的方法有銅鋁過渡端子的設(shè)計等；隔離電解質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線消除了電位差，避免了銅鋁電化學(xué)腐蝕。針對小線徑的端子產(chǎn)品，銅鋁過渡端子無法滿足產(chǎn)品的多樣化、復(fù)雜化的結(jié)構(gòu)要求，所以在保持現(xiàn)有小線徑端子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的情況下，只有通過隔離電解質(zhì)的方式來解決銅端子與鋁導(dǎo)線壓接的電化學(xué)腐蝕。

2.直接密封隔離電解質(zhì) 為達(dá)到端子壓接部隔離電解質(zhì)的效果，古河電氣開發(fā)出了氣密性高、具有防腐蝕結(jié)構(gòu)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(dǎo)線在管結(jié)構(gòu)中處于機(jī)械密封狀態(tài)，直接隔離了電解質(zhì)，極大程度抑制了銅端子與鋁導(dǎo)線壓接的電化學(xué)腐蝕。

3.中間物密封隔離電解質(zhì)

矢崎總業(yè)株式會社提出了帶有中間帽的鋁導(dǎo)線與銅端子連接的結(jié)構(gòu)。包括端子、中間帽和鋁導(dǎo)線。端子材料為銅合金；中間帽具有導(dǎo)通性，該金屬材料的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢介于鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢和銅的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線，將鋁導(dǎo)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(dǎo)線三者實現(xiàn)機(jī)械連接，此時鋁導(dǎo)線在中間帽中處于機(jī)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(zhì)，抑制了銅端子與鋁導(dǎo)線壓接的電化學(xué)腐蝕。

4.防腐處理

銅端子壓接鋁導(dǎo)線后進(jìn)行防腐處可解決銅鋁之間的電化學(xué)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(dǎo)線后，采用注塑模具，使熱塑性樹脂對端子壓接部與鋁導(dǎo)線的連接處進(jìn)行整體密封，從而使端子壓接部和鋁導(dǎo)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(jī)樹脂。

噴涂法是在傳統(tǒng)銅端子壓接鋁導(dǎo)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(dǎo)線處，從而使鋁導(dǎo)線與外界隔離，阻擋了水份和電解質(zhì)進(jìn)入銅端子與鋁導(dǎo)線接觸處，抑制了銅鋁電化學(xué)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(tuán)的苯并三氮唑等）。

審核編輯：郭婷