“以铝（lǚ）代铜（tóng）”主要是（shì）指用铝材代替铜（tóng）材生产导体。19世纪初期，铝导体就已经出现（xiàn）了。20世纪（jì）60年代以后，由于铜资源有限，较为贵重，而与（yǔ）铜性能最为接（jiē）近的（de）铝资源丰富，取之不尽（jìn），“以铝代铜（tóng）”的概念被提出。铝—镁—硅合金是在电线、电缆中使用得最多的铝（lǚ）合金，为6101及6201合金，状态为T1及T4。2020年，该种铝合金在（zài）全世（shì）界的（de）用量超过5000kt，在中（zhōng）国的用量预计超（chāo）过1600kt，约（yuē）占（zhàn）总消费（fèi）的30%以上。俄罗斯正在研发（fā）纳米（mǐ）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（biāo）准，International Annealed Copper Standard）。中（zhōng）国铜资源（yuán）较为稀缺，而铜在生产某（mǒu）些部件或产（chǎn）品时又（yòu）是（shì）不可或缺（quē）的。因此，必须（xū）珍（zhēn）惜用铜，切（qiē）实（shí）做好“以铝代铜”工作（zuò）。

　　铜、铝性能比较

　　铜是人（rén）类使（shǐ）用最早（zǎo）的金属元素之一。铜（tóng）颜色紫红，热导率（lǜ）及（jí）电（diàn）导率高，是（shì）良好的导体；在干燥（zào）空（kōng）气中（zhōng）不氧化，在含有CO2的湿空气中会形成铜（tóng）绿；与碱性溶液反应很慢，但（dàn）易与氨形成配合物（wù）；标（biāo）准电极电位为+0.337V，不能置换酸液中的氢，但可溶（róng）于有氧化作用的酸（suān）中，二价（jià）铜（tóng）的电化当（dāng）量为0.0003294g/C（库伦）。铜（tóng）的（de）提取、加工、回收与再利用并（bìng）不困难，因此，从原始社会到文明昌盛、科学技术（shù）高度发达的今天，铜制品一直陪伴（bàn）着（zhe）人类，为（wéi）人类（lèi）的进步作出（chū）了重大贡献（xiàn）。

　　铝是一种较为年轻的（de）金（jīn）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（xué）家戴（dài）维（H.Davy）试（shì）图电解熔融氧化铝制取铝，并于第二年给预想（xiǎng）的金属（shǔ）取名为Alumium，后改为（wéi）Aluminium，即铝。1825年，丹麦化学家（jiā）奥斯特（H.C.Oersted）用钾汞齐还原无水氧化铝，获（huò）得了几毫克铝（lǚ）。1827年，德国科学家沃勒（F. Wohler）用（yòng）钾还原（yuán）氧化铝（lǚ），得（dé）到了少（shǎo）量铝。1854年，法国科学家德（dé）维（wéi）尔（S.C. Deville）用钠还原NaAlCl4配合盐（yán）制（zhì）得铝（lǚ），并生产一些皇室（shì）用品，如头盔、餐具及玩具，价格（gé）高昂，比黄金（jīn）还（hái）贵。1884年，美国铝的（de）总（zǒng）产量为56.7kg。1886年，美国（guó）大学生霍（huò）尔（Hall）和（hé）法国大（dà）学生埃鲁（Heroult）几乎同时发（fā）明了冰晶石-氧化铝（lǚ）溶盐（yán）电（diàn）解炼铝法，宣告铝的（de）工业（yè）提取工艺诞生，他们分别在（zài）美国和法国取得了发明专利。

　　1888年，霍尔在（zài）匹兹堡成立了世界上首（shǒu）个铝（lǚ）电解（jiě）厂——匹慈堡冶金（jīn）公司（sī），并生产出第一块商业用（yòng）铝。该（gāi）公司制造了（le）铝茶（chá）壶等生活用品，并制成了（le）几种（zhǒng）铝（lǚ）合金。从（cóng）1888年到1893年，铝锭（dìng）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（lǚ）的标准电极电位（wèi）为-1.662V，电化当量为0.3356g/（A·h）。铝的密度只（zhī）有铜的30.13%，因此，用铝取代铜可以显著降低工（gōng）件的质量，从而（ér）节（jiē）约能源，减少温室气体排放。

　　以（yǐ）铝代铜（tóng）可行（háng）吗

　　“以铝代（dài）铜”并不是指在所有领域和（hé）部门都使用铝材取代铜（tóng）材（cái），而（ér）主要是指用（yòng）铝代替铜生产导电及导热（散热）件。

　　铝比铜轻（qīng）约70%，可以减轻工件质量，从而使工件安装更（gèng）为（wéi）便（biàn）捷（jié）。早在20世纪初，就开始（shǐ）用铝取代铜生产高压线路，使导线和线（xiàn）杆（铁塔）受到的张力大大（dà）下降。汽车工业（yè）和航空工业也纷纷采用铝导线。Airbus A380飞机是欧洲空客公司制造的世界上最大的客机，可容纳约800人，该客机上的所有导（dǎo）线都是铝的（de）。

　　但是，在家中，使用铝导（dǎo）线取代铜导线（xiàn）安（ān）全吗？事实证明，是安全（quán）的（de），一点都不用（yòng）担心。北美从20世纪60年代中期开始，就将住宅电线（xiàn）大规模改成铝制的。在（zài）世界其它地区，“铝线进家庭”的时间更早一（yī）些。铝（lǚ）线大概出现在（zài）1990年，当时，美国铝业公司用其提取（qǔ）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（de）电导率比（bǐ）铜（tóng）的低。99.990% Al在20°时的电阻率为（wéi）2.6548×108Ω·m，等体（tǐ）积电导率为（wéi）64.94% IACS。因此，必（bì）须（xū）采（cǎi）用直径更（gèng）大的（de）铝（lǚ）导线（xiàn），才能使（shǐ）铝线的导（dǎo）电性与（yǔ）铜线相当（dāng）。

　　铝（lǚ）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（bāo）去（qù）导线上的绝缘材料后，铝线比铜线更（gèng）易（yì）产生切（qiē）口、切痕、压痕等。因此，在进行铝线剥皮、对接与布线（xiàn）时宜格外小心，否（fǒu）则（zé），伤口可能会成（chéng）为过热点，引发过热现象。

　　铝的热胀（zhàng）系数比铜的（de）大。电流通过导线（xiàn）时（shí），导线会（huì）发热。在反复的加热膨胀与冷却收缩中，铝线会（huì）产生蠕变，从（cóng）而引（yǐn）起连接松动和过热。

　　氧化铝（lǚ）的导电性能（néng）较差（chà）。铜线锈蚀并不是大（dà）问题，因为氧（yǎng）化铜导电，铜线（xiàn）仍然能正常地（dì）工作（zuò）。但铝线锈蚀形（xíng）成（chéng）的氧化铝（lǚ）不是一（yī）种很好的导电体（tǐ），对电流有阻碍作用（yòng），容易引起过（guò）热。该问题主（zhǔ）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（zhuān）业连接件。

　　近年来，电动汽车市场（chǎng）成为投资热点。为降低CO2排放（fàng）、减少电（diàn）缆用量，电（diàn）气配线成为重点（diǎn）问（wèn）题。因此，改用专利1XXX、6XXX及（jí）8XXX系合金取代纯电（diàn）工铝EC（Pure EC Grade Aluminium，99.7% Al）。这种趋势在20年（nián）前的欧（ōu）洲就已经出现了（le），一（yī）些公司开始采用Aluflex 137050铝合金和标准电（diàn）工（gōng）合金EC Grade 1370-Conductal 137050铝（lǚ）合金制造汽车的铝电池（chí）电（diàn）缆。为了降低汽车的净质量，日本（běn）的（de）一些汽车公司（sī）倡（chàng）导采用铝线替代（dài）铜（tóng）线，目标是减轻20kg，现在已经接（jiē）近此目标。

　　铝线应用发展历程

　　铝电线的（de）小范围应（yīng）用大概始于1900年（nián），而其较大规模应用（yòng）至今有100多年左右的历史。1944年，美国华盛顿哥伦比亚（yà）特区和马里（lǐ）兰州巴尔的摩间的线路最早采用（yòng）铝电缆作为商业通信线。

　　早期（qī），电缆线是用铁拉制的，很（hěn）难（nán）生（shēng）产，为了（le）提高（gāo）效（xiào）率，工厂在铁线（xiàn）表（biǎo）面（miàn）浸涂一层硫酸铜作为润滑剂，生产（chǎn）效（xiào）率大为提（tí）高，于是改用铜制电线。1913年，国际电（diàn）工委员会制（zhì）订了（le）IACS，认定铜的（de）电导（dǎo）率为100% IACS。

　　1930年（nián），德（dé）国（guó）试（shì）用PVC绝缘（yuán）铝电缆。第二（èr）次世（shì）界大战末，人造橡胶和聚乙（yǐ）烯（xī）电缆（lǎn）开始大量应用（yòng）。20世纪（jì）50年代，PVC在（zài）许多领域得到广泛（fàn）的商业应用，特（tè）别是在（zài）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（dà）都是采（cǎi）用99.5%的工业纯铝AA1350制造的。

　　铝线缆新时代来临

　　在最初生产铝线缆时，采用的是8000系（xì）铝（lǚ）合金。美国铝业公司在开拓导体（tǐ）铝合（hé）金（jīn）方面做了（le）许多工作，首个8000系合金于1972年获得（dé）专（zhuān）利，紧接着，AA8030合金于1973年获得专利，AA8176合金于1975年获（huò）得专利。它们的力学性能与铜的等同，标志着铝（lǚ）线缆（lǎn）新时（shí）代的来（lái）临。

　　20世纪40年代后期，普罗帕齐（qí）（Properzi）铝线杆连续铸轧（zhá）工（gōng）艺和装备进入市场（chǎng），用于连续铸轧有（yǒu）色金属（shǔ）线杆，最（zuì）先生产的是市场急需的纯铝线杆；在满足纯铝线杆（gǎn）市场需求后（hòu），又进入（rù）铝合金线杆市场（chǎng）。先（xiān）后推出的产品（pǐn）有（yǒu）AAC（全铝导线，All-Aluminium Conductors）、AAAC（全铝合（hé）金导线，All Aluminium Alloy Conductors）、ACAR（合金加强的铝（lǚ）导（dǎo）线，Aluminium Conductor Alloy Reinforced）、ACSR（钢加强的铝导线，Aluminium Conductor Steel Reinforced）、AACSR（钢加强的铝（lǚ）合金（jīn）导线，Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced）、ACSR/AS（铝包钢加强的铝导线（Aluminium Conductor Aluminium Clad Steel Reinforced）、ACSR/TW（钢（gāng）加强的异型铝导线（xiàn）（Shaped Wire Aluminium Conductor，Steel Reinforced）、ACSS/AS （铝包钢（gāng）芯（xīn）的铝导线Aluminium Conductors-Aluminium Clad steel suported）、ACCC（复（fù）合材（cái）料芯的铝（lǚ）导线，Aluminium Conductor Composite Core）、高（gāo）温及HTLS导线（High Thermal and HTLS Conductors）。

　　随着生（shēng）产技术的发（fā）展（zhǎn）与应用（yòng）的拓展，上述（shù）铝导线（xiàn）也有较大的发展，品（pǐn）种更多了，应用范围（wéi）更广了（le）。例如多（duō）种多样的（de）复合AAC铝绞线，主要（yào）应用于低压线路和变电所连接线路；铝合金芯线的（de）AAAC绞线，主要应用于低（dī）、中（zhōng）、高压线（xiàn）路和（hé）特高压的高空架线；芯线为（wéi）铝-镁-硅合金（jīn）高强度线与1350电线（xiàn）的ACAR绞合线，其绞线股数决定于设计；ACSR绞线，钢芯线（xiàn）经过电（diàn）镀，外层为1层或（huò）多层冷拉（lā）1350-H19铝线；AACSR钢芯铝合金线，钢芯线（xiàn）经过电（diàn）镀，外（wài）层为绞合，主要（yào）应用（yòng）于中压、高压和特高压架（jià）空线路（lù）；ACSR/AS钢（gāng）芯绞线，其力学性能与ACSR绞线相（xiàng）当。但钢芯之上（shàng）包有铝，因此，载流量更大，抗（kàng）腐蚀（shí）性能强。这类导线可用于严酷的（de）腐（fǔ）蚀环境中；ACSR/TW（异型铝线，钢芯），在高强度（dù）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（shàng）包以铝，再（zài）与1层或多层 350-0铝线绞（jiǎo）合为一（yī）体（tǐ）的（de）复（fù）合电缆；ACCC（复合材料芯（xīn）线铝缆），芯线为（wéi）质轻的（de）高强（qiáng）度碳纤（xiān）维和玻璃（lí）纤维增强的热树脂，采用（yòng）先进（jìn）的工艺（yì）制备，芯线（xiàn）为梯形的（de）完全退火的高效铝线（xiàn）围绕（rào）而成；钢芯耐热铝合金线TACSR，其与常规（guī）ACSR导线结构相似，但常规（guī）ACSR线采用EC级铝（EC Grade Aluminium）线，而TACSR导线采用冷拉的（de）耐热铝合金线TAL，可在210℃或更高些的（de）温度下（xià）安（ān）全地长（zhǎng）期（qī）工作；带有间（jiān）隙的钢芯增强的（de）耐热铝合金绞（jiǎo）线GZTASCR（Thermal resistant aluminium conductors steel reinforced with GAP）。这种导线的钢芯与第（dì）一层梯形（xíng）耐热铝合金线（xiàn）之间隔有（yǒu）一层不厚的间隙，能够使钢芯线承受安（ān）装（zhuāng）时产生的拉（lā）伸（shēn），间隙内充（chōng）满耐热润滑树脂。

　　普（pǔ）罗（luó）帕齐连铸（zhù）连轧线

　　意（yì）大（dà）利普罗帕（pà）齐连铸连轧线（Properzi CCR line）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（gōng）艺或类（lèi）似的工艺生产的。普罗帕齐铝导线（xiàn）连（lián）续铸轧线由13部分组成。

　　经过多年研发（fā），普罗帕齐公司（sī）可提供CRE（连续旋转挤压，Continuous Rotary Extrusion）技（jì）术和普罗帕齐成型机（Pro-Form，即Properzi Forming Machine），可以（yǐ）生产加工（gōng）异型铝线（梯形（xíng）线）、扇形铝（lǚ）电缆与导线、铝（lǚ）型材/母线、铝管、铝包钢线等。

　　俄（é）罗斯研发纳米组（zǔ）织导线（xiàn）铝合金

　　2020年，世（shì）界各国共计消费约5000kt 6XXX系电线电（diàn）缆铝合金，即铝—镁—硅系的（de）6101及6201合金，状态为T1及T4。该（gāi）种合金的抗拉强度为150MPa-220MPa，比（bǐ）电阻为0.034Ω·mm2/m-0.0360Ω·mm2/m，电（diàn）导（dǎo）率相当（dāng）于50.0% IACS-47.9% IACS，在架空线路与普通（tōng）导线领域获得（dé）广泛应用。但（dàn）工业界希望能生产出（chū）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：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（diǎn）型性能为：抗拉强度（dù）195MPa，伸长率28%，比（bǐ）电阻0.03420Ω·mm2/m，电导率（lǜ）相（xiàng）当（dāng）于50.4% IACS。

　　为了全面改善导（dǎo）线（xiàn）铝（lǚ）合金的性能，俄罗（luó）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（nà）米显微组织线杆，试样的抗拉强（qiáng）度达320MPa-370MPa，电导率相当（dāng）于（yú）57.2% IACS-56.1% IACS。