镀铝基体的电力传输/分配应用程序

通过m . Lindstedt

铜作为设计材料在电力市场

长期以来，输配电行业一直将铜作为设计和制造关键电网元件的首选材料。铜具有优异的热和电学性能，这是转移和切换非常高的功率负载时所需要的。此外，各种可用的铜合金提供了大多数设计应用所需的可加工性和物理/机械性能。铜不仅具有优异的导电性，而且它的机械性能可以通过一系列的合金金属和热处理来提高。C101(无氧)、C110、C145(碲)、C147(含硫)、C182(铬)、C172(铍)等牌号的铜合金，在输配电市场上已经使用了几十年。所有这些牌号都容易镀上导电金属，包括银、锡和镍，以提高表面电导率，减少绝缘氧化物的形成，并通过钎焊和焊接等方法提高可接合性。

铜的经济学思考

在20世纪的大部分时间里，铜作为一种工程材料的经济考虑并不是一个因素，因为铜的价格保持了相当的稳定。然而，21世纪的第一个十年表明，世界范围内的需求增长可能会超过供应，从而导致重大的成本考虑。图1显示了过去25年铜大宗商品基准价格的变化。

电力市场上铜的替代品

从工程的角度看，也有少数的金属，可以媲美铜比手柄大电流设计的关键网格组件和开关应用。能够满足机械要求（例如铁类合金）大多数金属提供导电性非常差和/或热特性。满足电导率和热要求是贵金属（例如银和金），因此其它金属不提供经济的替代方案。然而，铝合金同时提供电气和机械性能的独特组合，以是铜的潜在替代。类似于铜，有铝合金，提供宽范围的设计选项的多样性 - 形成所述超导电1000系列铝到高强度7000系列。图2列出了前四金属的导电率和电阻率。铝和铜是在前四名和位于列表的顶部只有两个非贵金属。如表中所示，铝实际上也不甘落后黄金作为导体！

铝的经济学思考

铝的经济因素表现出更加稳定的历史对比时，该铜。事实上目前的价格为铝均低于他们在那里二十五年前！图3显示了铝在过去四分之一世纪的费用，并说明如何铝正在影响该商品的成本更少的供应/需求的压力。目前铜的约4倍于商品市场铝的成本。当考虑公共传输和配电开关，自动开关和相关的部件的尺寸;这种规模的节约材料中对比的设计材料提供一个巨大的因素。

“活性”铝的考虑

仅根据上述信息，一旦可能会问，为什么铝是不是更常用来代替铜的输配电市场内使用？部分原因是由于铝在大多数环境中的一般反应。图4示出了简化电动序为金属，包括铝和铜：

在电动序金属相比氢为在标准条件下的反应性。与负电位经文氢那些金属是反应性的并且将容易形成氧化物。相反，正电位的金属更稳定，抗氧化。他们被称为诺贝尔金属。在图4中比较铝铜，可以看出，铝是更具反应性的或更少的金属诺贝尔比铜。从设计的考虑，这意味着，如果铝是双或三金属耦合的部件，因此很容易释放电子和腐蚀，以形成其氧化物氧化铝。此外，铝是两性金属的含义，它的反应（被攻击）由两个碱性和酸性环境。它是铝，使如在大多数应用工程材料它不太期望除非铝的表面可以被处理以减少在表面处的反应性性质的反应性。时间的测试和验证的表面涂层，例如银 - 诺贝尔金属不形成在正常条件下的氧化物 - 以及锡 - 高导电金属，其形成薄的和导电氧化物层 - 都可以被沉积到铝，以提供增强的腐蚀性和可靠的表面导电性。 However, the techniques for plating aluminum are much more complex than that of traditional conductors such as copper. In addition, key surface engineering considerations such as selection of underplates and thickness of the final conductive layers must be reevaluated when aluminum is to replace copper components in an existing design.

对于传统的电镀工艺铝

与传统的工程材料如钢和铜相比，镀铝是一个复杂得多的过程。这也与铝的反应性有关;铝很容易与大气中的氧发生反应，在表面形成氧化物。如果任何镀层沉积在氧化铝的顶部，将导致不良的附着力。有许多专有系统开发多年来解决镀铝的困难包括Bondal和Alstan过程但这些过程的范围限制在处理几何图形和铝材料等级,可以用来取代铜作为设计材料在电力市场。电镀任何材料的过程可以概括为三个基本步骤:

1. 脱脂，以从表面去除污垢，油脂和油脂
2. 使表面脱氧以去除金属氧化物
3. 盘子

电镀传统材料如铜和钢时，这些简单的步骤是基本上遵循。然而，镀铝的情况下，金属氧化物的改革的反应性质后立即脱氧步骤和电镀前。其结果是，更复杂的电镀工艺必须要开发以解决表面的快速氧化。传统的锌酸盐工艺被开发大约1950到处理铝的亲和力而形成氧化物。传统的锌酸盐处理增加了脱氧，并且其中锌的浸镀层被施加到铝，接着通过电解铜触击电镀后续步骤之间的两个步骤。锌酸盐工艺的独特的化学性质具有以去除脱氧步骤之后形成，并应用锌的薄涂层的任何残留氧化物的能力。锌层基本上“收缩包装”铝，以防止来自随后铜触击之前发生进一步氧化。一个成功的传统锌酸盐过程的关键是对锌薄，致密且粘附于铝，使得下面的电镀步骤将坚持锌，进而到铝。在锌酸盐工艺建造的Bondal和Alstan流程，提高整体债券。该Bondal过程是一种专有的锌酸盐工艺，其中，四金属锌酸盐（锌/铜/镍/铁）用于键合到铝。 It is held that this process forms a very tight zincate receptive to subsequent plating. The Alstan is a proprietary process in which a stannate activation is used in lieu of a zincate step. The stannate activation applies a thin layer of immersion tin on the surface which is subsequently plated over with a bronze (tin/copper) alloy deposit. It is held that some of the tin from the stannate activation step is incorporated into the bronze deposit thereby promoting adhesion.

传统镀铝工艺的局限性

任何用于对镀铝上述传统的方法是通过两个主要因素的限制：

1. 它们依靠浸没存款键后续镀层到表面
2. 他们采用电镀罢工浸泡后存款

浸泡存款的附着力是在生产车间作业环境脆弱。变异铝级组合物，时间，温度和浓度锌酸盐所有导致在浸渍存款的晶粒结构和键的不一致。双锌酸盐工艺以及双路和四路金属锌酸盐所有试图解决传统镀铝的这个缺点，以实现最致密且薄的浸渍层成为可能。然而，所有这些方法都依赖于浸没层的粘附到锚后续电镀。传统或专有Alstan和Bondal过程之后使用电解电镀撞击由零件几何的限制。由于零件的形状变得更加复杂铜罢工电解青铜完全覆盖锌酸盐层的能力变得更加脆弱。由于其本身的性质电解电镀过程不统一适用于相隔表面上。由于部件的几何形状变得更复杂（例如沉孔，通孔，盲孔，凹槽，高/低点）的电解击的始终如一地覆盖这些功能降低的能力。图5示出了一个电解（右）和化学（左）处理之间的存款的区别：

如果从传统的锌酸盐工艺的锌没有完全覆盖在随后的氰化铜罢工，锌将攻击在随后的电镀步骤，导致点蚀，水泡和失败的粘附。随着零件几何形状变得更加复杂(电流交换罩、带盲孔的连接衬套、管状元件、波导罩)，浸镀后使用电解冲击的缺点会变得非常明显，特别是在大批量生产的情况下。

先进的镀铝技术

电子游艺棋牌20世纪50年代以来，先进的电镀技术服务于输配电市场。在过去的十年里，铝在电力市场中的使用量稳步增长，铝设计的复杂性使传统的铝预处理工艺受到了重视，超出了可以持续应用的范围。由于上述缺陷，APT的工程团队研究了潜在的替代方案，以开发一种不依赖于浸镀层的粘合，并能利用化学冲击在复杂几何形状上提供更一致的底板的工艺。

APT-AL工艺：预处理

为了镀铝时实现正确键，合金成分必须从之前的锌酸盐应用的铝的表面上除去。如果这种情况不会发生的“桥”存款在合金的夹杂物会发生现场使用过程中通常会导致水泡。由于宽范围的合金在铝合金中发现的成分，所述预处理的酸必须专门配制以应对铝的表面上的金属。集成到APT-AL过程是配制成的具体铝级定制预处理过程。由金属精加工作业商店中使用的许多传统的预处理工艺与预处理周期适合“最”合金镀铝当针对一个尺寸适合所有的方法。这种折衷经常表现在在水泡形式的最终存款，点蚀或铝表面的蚀刻。多年来镀铝的，先进的电镀技术已提炼自定义为每个铝等级范围内的合金成分特殊预电子游艺棋牌处理周期。每个预处理周期被定制基于根据需要例如要处理的合金;2000系列铝比预处理比7000系列铝级不同的6000系区别对待。该方法是更复杂的是一个尺寸适合所有的方法，但结果以一致和可重复的键合到铝是显而易见的。

APT-AL工艺：镀敷层

适当定制预处理后，APT-AL方法利用改性双锌酸盐处理，接着先进电镀镍化学适于铝以提供始终如一的键合镍触击独立部分的几何形状。到APT-AL过程的关键是，锌酸盐层在下面的非电解镍触击完全除去。这样，锌酸盐的键不因为电镍债券之间没有浸没沉积物影响最终镀层的键直接将铝。另外，利用无电解镍触击因为，任何几何形状无论多么复杂将接收相同击厚度。其结果是，随后的镀覆层，例如在低电流或凹部设有作为可与传统或专有Alstan或Bondal过程发生铜，锡或银键均匀一致到底层电镀镍沉积物，没有问题。的APT-AL过程可以被定制，以满足各种应用的设计考虑。如果从铜到铝设计变更正在考虑中，可以提供各种镍和/或铜的托板组合，可提高可锻铝合金的耐腐蚀性。侧由端腐蚀测试，以ASTM B117可在APT被执行以提供保证该新设计是前表面处理的可行替代。如果电磁是一家集设计考虑，可以提供磁性或非磁性罢工，实现磁性敏感的设计要求。

总结

由于铜的经济压力继续加大在即将到来的十年中，铝为代表的大多数电网组件的最可行的选择。然而，铝的反应性性质要求的表面被适当地设计，以确保不同的范围场环境内的正确和一致的功能。包括预处理，打击，underplates和面漆的整个表面光洁度需要进行评估，以确保按设计在产品的寿命铝组件将起作用。通过利用用于镀铝最先进的技术中，设计工程师可具有保证的银，锡或镍的最终存款将保持粘附，并提供能量的安全，可靠和有效的传输所需要的表面性质。

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