Attualmente, il peso dei fili di rame nei cablaggi automobilistici rappresenta il 75%. Poiché la tendenza futura di sviluppo dei cablaggi automobilistici è quella di utilizzare sempre meno fili di rame, ne verrà utilizzato sempre meno. Attualmente, il metodo principale per sostituire i fili di rame è filo di alluminio al posto del filo di rame.
Vantaggi dell'applicazione dei conduttori in alluminio nelle automobili
Il filo di alluminio (Al) è circa due terzi più leggero del filo di rame (Cu), e questo materiale leggero riduce il peso complessivo del cablaggio. Anche tenendo conto del rapporto tra conduttività e densità, un filo di alluminio con la stessa resistenza elettrica è comunque circa il 50% più leggero di un filo di rame equivalente.
Oltre a essere più leggero, il filo di alluminio è un materiale di base abbondante e facilmente reperibile per la conduzione elettrica. Al contrario, il filo di rame ha risorse limitate ed è un metallo "da investimento". Ciò significa che il prezzo del filo di alluminio sarà relativamente stabile e molto inferiore a quello del filo di rame, e il costo sarà meglio controllato.
Dal punto di vista dei costi di installazione, poiché il filo di alluminio è relativamente leggero, non richiede ponti e tubi durante il processo di installazione, il che può far risparmiare molto materiale di installazione, con un risparmio del 20%-50% sui costi di installazione rispetto ai fili di rame.
Difficoltà tecniche nell'applicazione dei fili di alluminio alle automobili
Sebbene il filo di alluminio offra i vantaggi di essere leggero ed economico, viene raramente utilizzato nelle automobili, e i fili di alluminio di piccolo diametro sono difficilmente utilizzati. Il motivo principale è che i fili di rame da 0.35 mm² e 0.5 mm² sono utilizzati in quantità maggiori nei cablaggi automobilistici, e la tecnologia esistente non è in grado di risolvere completamente i problemi di prestazioni meccaniche ed elettriche dei fili di alluminio di piccolo diametro, quindi è limitata. Le specifiche difficoltà tecniche nell'applicazione del filo di alluminio sono le seguenti:
La conduttività del filo di alluminio è circa il 60% di quella dei fili di rame, quindi la portata relativa è relativamente bassa.
La resistenza meccanica del filo di alluminio è solo un terzo di quella del filo di rame, il che influirà sulla forza di strappo della crimpatura del terminale.
Sulla superficie del filo di alluminio si forma facilmente una pellicola di ossido, e lo strato di ossido ha proprietà isolanti, che determinano un aumento della resistenza alla crimpatura.
La differenza di potenziale tra l'elettrodo rame e quello alluminio è di circa 2 V. Se il terminale in rame viene crimpato con un filo di alluminio, quando la connessione tra rame e alluminio si trova in un ambiente umido e un mezzo chimico si dissolve nel vapore acqueo formando un elettrolita, si forma alluminio come elettrodo negativo. Il rame è l'elettrodo positivo della batteria primaria, quindi l'alluminio con un potenziale negativo viene corroso e dissolto, ovvero si verifica una corrosione elettrochimica.
Il metodo di collegamento del filo di alluminio utilizzato nelle automobili
Esistono tre modi per collegare il filo di alluminio. I tre metodi seguenti sono adatti per il collegamento di fili di rame e alluminio.
- Saldatura dei metalli ad ultrasuoni
Il principio della saldatura ultrasonica dei metalli consiste nell'utilizzare l'energia di vibrazione della frequenza ultrasonica (20-40 kHz) per trasmettere onde di vibrazione alle superfici di due oggetti metallici da saldare e, sotto pressione statica, le due superfici metalliche sfregano l'una contro l'altra per formare una fusione di strati molecolari.
- Saldatura per attrito
Come suggerisce il nome, la saldatura a frizione sfrutta principalmente l'attrito. Sebbene la superficie metallica appaia molto liscia, a livello microscopico è molto irregolare. Quando due blocchi di metallo sfregano l'uno contro l'altro, la superficie ruvida genera molta energia termica a causa del moto relativo. Se la velocità del moto relativo viene accelerata e contemporaneamente viene applicata una pressione elevata, il calore generato in questo momento può fondere il metallo e attendere che si raffreddi. I due pezzi di metallo vengono quindi uniti.
- Saldatura al plasma
La saldatura al plasma è un metodo di saldatura che utilizza un arco al plasma come fonte di calore per fondere la giunzione di due metalli.
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