影响铝性能的因素分析

1.导电性

1）杂质

研究表明，铝的纯度对电导率的影响较为显著，如99.5%的铝的电导率为61%IACS，而99.996%高纯铝的电导率为65%IACS，铝中所含杂质对铝的电导率的影响如图3-5所示。可见，镍、砷、锑、镉、铋对电导率的影响不大。而杂质银、金、镁对电导率影响较大，而钛、钒、铬、锰将使电导率显著下降，应严加控制。一般其杂质总含量应低于0.01%（质量分数）。

对电工用铝，铁硅是主要杂质，其含量虽对电导率影响不大，但其含量和比例对铝的物理力学性能、工艺性能都有较大影响，因此应严格控制。

图3-5 杂质对铝电导率的影响

2）冷变形

铝在冷变形时，电导率下降不多，当压缩率达到95%～98%时，铝的电导率仅下降1.2%。硬态铝经退火后，其电导率得到恢复；但过高的退火温度又可使电阻略为升高。

3）温度

温度升高时，铝的电阻随温度升高而增加。铝在熔点以下，电阻和温度基本呈线性关系。

2.力学性能

1）杂质

常见杂质Fe、Si都使铝拉伸强度增大、塑性降低。不同杂质对铝性能影响见表3-10。

表3-10 不同杂质对铝性能的影响

图3-6 冷加工变形程度对铝力学性能的影响

图3-7 铝经不同温度退火后的力学性能

图3-8 铝加热后拉伸强度的变化（加热1h，室温时测定）(www.xing528.com)

2）冷变形和热处理

对铝进行加工硬化可极大的提高铝的拉伸强度，当冷变形为90%时，拉伸强度可提高到180MN/m²，甚至更大，退火可使拉伸强度下降。控制冷变形及退火温度可以制成软、半硬、硬，具有不同力学性能的铝线。图3-6～图3-8所示为冷加工和热处理对铝的力学性能的影响。

经过激烈变形后的硬态铝，正常退火温度为300～350℃，温度过高，会引起晶粒粗大，力学性能变坏。半硬铝线的退火温度更低，一般为240～260℃.

3）温度

铝在低温时，拉伸强度、疲劳强度、硬度、弹性模量增高，而且延伸率和冲击值增高，无低温脆性，适合作低温导体。

由于铝的蠕变极限和拉伸强度与温度有关，铝长期使用温度不宜超过90℃，短时使用不宜超过120℃。

3.耐蚀性

铝和氧的亲和力很大，在室温下即能同空气中的氧结合生成极薄的Al₂O₃膜，膜厚约为2×10^-4mm，膜极致密，没有空隙，与铝基体的结合力很强，能阻止氧气向金属内部扩散而起保护作用。保护膜一旦破损后，能迅速生成新的薄膜，恢复其保护作用，因而在空气中有足够的抗蚀能力。

1）杂质

铝的抗蚀能力随杂质含量的增加而降低，特别是镁能严重破坏致密的A12O₃膜。铝的电极电位较负，因此铝的纯度对耐蚀性影响极大。

如纯度为99%的铝在稀盐酸中腐蚀比99.5%的铝要高50倍。导电金属铝中的常见杂质，除铁、硅外，还有少量的铜对铝的腐蚀性影响显著。从表3-11中可看到，杂质铜、铁无论在哪种电解质（海水、HCl等）中都有明显腐蚀。此外，在含Cl-的电解液中各种杂质造成腐蚀都比较严重。

当铝中含铁量大于0.1%时，其腐蚀速度比99.998%高纯铝大160倍，硅对铝的耐腐蚀性影响与铝中的铁含量有关，当铝中不含铁时，影响不大，当铁、硅同时存在时，则显著降低铝的耐腐蚀性（见表3-11）。铜对铝的耐腐蚀性影响比铁严重，当铝中含0.1%铜比含0.1%铁其腐蚀速度快10倍。

表3-11 在电解液中杂质对铝的耐蚀性的影响

注：1—耐蚀性好；2—稍有腐蚀；3—明显腐蚀；4—严重腐蚀。

2）周围媒质的条件

铝在空气中与氧气反应，很快在其表面生成一层致密的氧化膜，因此铝在一般的大气中，具有良好的耐腐蚀性，即使在高温或铝呈熔化状态时，氧化膜同样具有极好的保护作用，因而铝在退火或在熔炼时可在空气中直接进行。但如果大气中含有大量SO₂、H₂S或酸、碱等气体，或在潮湿的气候条件下铝表面形成电解液易引起电化学腐蚀，另外大气中尘埃及非金属夹杂物沉积在铝的表面，也易引起腐蚀。

纯铝在冷的醋酸、硝酸和有机酸中，具有很高的抗蚀性能。酸的浓度愈高、温度愈低，其抗蚀性能愈好。浓的和稀的硫酸在低温中与铝的反应很慢，但热的浓硫酸却能与铝起剧烈的反应，产生SO₂气体。

碱类、盐酸、碳酸盐、食盐等能破坏氧化膜，引起铝的强烈腐蚀。因此，烧碱（NaOH）往往用作铝或铝合金的宏观组织腐蚀剂。

在沿海地区，大气中盐雾所含的氯离子凝集在铝表面，易在表面的杂质和缺陷周围引起局部腐蚀，形成孔洞、沟洼和裂纹，因此必须采用高纯度铝，或采取特殊防腐蚀措施。