隨著材料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,在礦產(chǎn)資源、國家政策、市場、價格等環(huán)境因素的相互作用下,性能相近材料在應(yīng)用領(lǐng)域的“替代”與“被替代”在時刻發(fā)生著。正是由于材料的“替代”與“被替代”交互式發(fā)展,才促使了材料的升級換代,優(yōu)化了材料工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),推動了國民經(jīng)濟(jì)各產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、協(xié)調(diào)、快速發(fā)展。銅價快速上漲的根本決定性因素,是資源的短缺與需求的增加。從資源的角度講,銅、鎳價格上漲是今后全球范圍內(nèi)的大勢所趨,這種現(xiàn)象將會長久延續(xù)下去。銅價上漲以及鋁和銅性能上的相似性,為鋁材“替代”創(chuàng)造了機(jī)遇。

　　自2005年10月以來,銅價在全球范圍實(shí)現(xiàn)了前所未有的大幅上升。持續(xù)的高銅價,使下游產(chǎn)業(yè)用戶制造成本迅速上升,市場銷路受阻,利潤被擠壓,用戶不得不在原材料上另尋“替代品”,據(jù)CRU統(tǒng)計,2005年被替代的銅量達(dá)22.5萬噸,是2004年的3倍,2006年銅被替代量將達(dá)到35萬噸以上,預(yù)計2007年銅被替代量將達(dá)35~40萬噸。而且銅被替代的市場可能形成永久性的退出。再看鎳,全球每年鎳供應(yīng)短缺7萬噸以上,鎳價將持續(xù)上漲到3.5萬美元/噸,我國的不銹鋼年產(chǎn)量增速約22%,目前每年生產(chǎn)不銹鋼消耗鎳20萬噸,2010年前將達(dá)40萬噸。鎳資源的短缺與價格的高漲,促進(jìn)在下游一些應(yīng)用不銹鋼的領(lǐng)域,改為使用鋁材。空調(diào)行業(yè)的鋁材替代

　　在空調(diào)制造業(yè)除壓縮機(jī)外,空調(diào)銅管用量較大,所占成本較高。對于空調(diào)銅管的替代,一直是空調(diào)制造業(yè)比較關(guān)注的課題。據(jù)調(diào)查,對于在空調(diào)換熱器上用鋁管替代銅管的研究一直都在進(jìn)行著。替代應(yīng)用實(shí)驗證明:空調(diào)采用鋁管替代銅管對空調(diào)的性能和使用年限沒有任何影響。在國外,美國正在全力推進(jìn)全鋁熱交換器的應(yīng)用。在國內(nèi),著名空調(diào)制造商青島海信電器股份有限公司在2005年就部分使用了銅鋁結(jié)合型連接管,材質(zhì)的變化并沒有影響空調(diào)的使用和質(zhì)量。中國家電檢測所專家也指出,無論是銅管或是鋁管,對于空調(diào)的制冷性能及使用年限都不會造成影響。在空調(diào)制造業(yè),鋁管替代銅管有兩種,一種是半替代,即空調(diào)連接管兩頭采用銅管,中間則采用鋁管,這種替代方式對減少空調(diào)企業(yè)制造成本的作用很小,每臺空調(diào)成本只能下降20元至30元左右。另一種是全替代,即:全鋁空調(diào)。采用全鋁替代方式,每臺空調(diào)可直接降低成本400元至600元左右。目前,包括格力、格蘭仕、奧克斯在內(nèi)的諸多名牌空調(diào)制造企業(yè)都在進(jìn)行“鋁代銅”的全面研發(fā)和測試,研發(fā)性價比優(yōu)良的全鋁空調(diào)。按我國每年生產(chǎn)空調(diào)7000萬臺、每臺空調(diào)平均用銅7公斤計算,實(shí)施“鋁代銅”方案,可節(jié)省銅管50萬噸;按銅鋁材料最小價差4萬元計算,可減少成本200億元。可見“鋁代銅”的經(jīng)濟(jì)效果非常可觀。電線電纜行業(yè)的鋁材替代鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線。鋁導(dǎo)線與銅導(dǎo)線比,不足之處是導(dǎo)電率和安全性方面略為遜色,所以銅導(dǎo)線一直在電線電纜領(lǐng)域扮演主導(dǎo)角色。如果銅鋁價差保持在正常水平,工業(yè)方面傾向于使用銅作為導(dǎo)體。但是,在銅鋁價差背離較大時,以鋁導(dǎo)線取代銅導(dǎo)線在經(jīng)濟(jì)上是非常有利的。

　　據(jù)JP摩根報告介紹,全球鋁在電力導(dǎo)線上一直占有約6%的市場份額,目前較高的銅價致使銅在電力電線市場份額的擴(kuò)大之勢被遏止。由于鋁具有價格比較優(yōu)勢,鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線已在國內(nèi)外成為快速發(fā)展之勢。在國外鋁導(dǎo)線廣泛用于變電站的變壓器、屏內(nèi)母線、密集型母線、大小截面的干、支電線,其應(yīng)用比率為泰國90%、沙特50%、韓國和日本70%、美洲50%。可見,國外的替代發(fā)展快于國內(nèi)。銅包鋁線替代銅線。銅包鋁漆包線。銅包鋁漆包線是采用銅包鋁材料作內(nèi)導(dǎo)體的新型電磁線,是銅漆包線的替代品,其特性介于銅和鋁之間,吸取了銅的優(yōu)良導(dǎo)電性和鋁的重量輕的優(yōu)點(diǎn)。銅包鋁漆包線的優(yōu)點(diǎn):直流電阻率:銅包鋁線的直流電阻率約為純銅線的1.5倍;阻值相同時,銅包鋁線重量約為純銅線的1/2。良好的釬焊性:銅包鋁線由于其表面包覆了一層純銅,因此具有跟純銅線一樣的可釬焊性。重量輕:銅包鋁線密度是相同線徑銅線的1/3,對降低電纜和線圈的重量十分有效。銅包鋁漆包線的應(yīng)用領(lǐng)域:用于制作要求重量輕、相對導(dǎo)電率較高、散熱性好的繞組,特別是傳輸高頻信號的繞組。應(yīng)用于高頻變壓器、普通變壓器、電感線圈、工業(yè)電機(jī)、家用電機(jī)、微型馬達(dá)、微型電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈、音響線圈、光驅(qū)、顯示器偏轉(zhuǎn)線圈、消磁線圈、手機(jī)內(nèi)部線圈、手表驅(qū)動元件等。

　　銅包鋁線。銅包鋁線是一種雙金屬線材,是在鋁線外表包復(fù)一層一定厚度的銅層,使該線材成為一種高性能的雙金屬線材,其銅的厚度大約是在最小半經(jīng)的3.5%。其導(dǎo)電率大約是銅線的62.9%。而同樣重量的銅包鋁線的長度是純銅線長度的2.7倍。銅包鋁線廣范應(yīng)用于有線電視工業(yè)中,在美國銅包鋁線已成為同軸電纜的標(biāo)準(zhǔn)材料。因為高頻信號傳輸是完全在導(dǎo)線外層運(yùn)行,所以銅包鋁線可以代替相同規(guī)格的銅線。在低頻應(yīng)用中,銅包鋁的安載容量是同規(guī)格銅線的65%。因其重量輕,在需要大線規(guī)格尺寸時也比銅更為柔軟,銅包鋁用于電瓶電纜,焊接電纜,樓宇電纜和電磁導(dǎo)線。由于銅包鋁是優(yōu)化了兩種金屬的最佳特性于一體的復(fù)合線材。銅占線材截面的10%,其厚度最小為線材的3.5%。銅包鋁線的密度每立方英寸為12磅(每立方厘米3.32克)是銅線的37%。由于銅包鋁線具有經(jīng)濟(jì),質(zhì)輕,易于操作和安裝等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中是取代銅線的最佳制品。據(jù)悉,近年來我國通訊行業(yè)的CATV同軸電纜生產(chǎn)企業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,實(shí)現(xiàn)與國際技術(shù)接軌,已經(jīng)采用銅包鋁線作為CATV同軸電纜的更新?lián)Q代產(chǎn)品,且用量逐年增加。銅包鋁線與銅線比,成本下降20%~40%,且具有良好的耐腐蝕性,良好的焊接性及比重小,易于加工,便于安裝運(yùn)輸,傳輸性能好等諸多優(yōu)點(diǎn),必將成為銅線的替代品。鋁芯電纜替代銅芯電纜。由于銅線纜的制造成本比鋁線纜要高出59%,因此,電力行業(yè)將更多地使用鋁制造線纜。在國外,歐美和日本都在推廣應(yīng)用鋁芯電力電纜。據(jù)MBR預(yù)計,2006年北美鋁線纜的發(fā)貨量將提高8%至10%。特別是在英聯(lián)邦國家,鋁芯電纜使用得很普遍。發(fā)展中國家的電纜工程招標(biāo)書中,很多都提出用鋁芯電力電纜。但是在我國,除鋁占有中低電壓電纜18%的市場份額外,其他基本上都是銅芯電纜,隨著銅價的升高,我國鋁芯電纜和銅芯電纜的使用比例必定發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化。由于鋁芯電纜造價較低(在同等載流量的情況下,鋁導(dǎo)體電纜的金屬導(dǎo)體原材料成本較銅導(dǎo)體約低四分之一),另據(jù)國際鋁協(xié)副秘書長ChristopherBaylissc稱,1公斤的鋁電纜能夠輸送的電量相當(dāng)于1公斤銅輸電量的兩倍,因此,鋁芯電纜將以較快的發(fā)展速度替代銅芯電纜。我國2000多家電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和7000余家電線電纜生產(chǎn)企業(yè)將為鋁芯電纜創(chuàng)造一個龐大的市場。電力供應(yīng)部門已經(jīng)得到授權(quán),指定在中低電壓電纜業(yè)使用鋁。在這一領(lǐng)域,銅的總體消費(fèi)量約60多萬噸將被鋁替代。據(jù)《中國電力報》報道:常州供電公司首次成功使用了鋁芯電纜,此批規(guī)格為500平方毫米、長1640米的10千伏鋁芯電纜替代銅芯電纜后,可節(jié)約工程投資189萬元,只相當(dāng)于銅芯電纜費(fèi)用的23%。另外,從國外電纜行業(yè)的發(fā)展情況看,鋁制電纜將應(yīng)用于航空業(yè),空中客車(Airbus)基于重量因素已經(jīng)決定部分采用鋁制電纜制造A380客機(jī)。汽車行業(yè)鋁制電纜應(yīng)用也正在研究之中。

　　變壓器繞組的鋁材替代一個370kVA變壓器約使用33噸銅。因為鋁只有銅一半的導(dǎo)電性,但是同樣只有其重量的三分之一,只需要60%鋁的重量能達(dá)到同樣的導(dǎo)電性。在國外,銅和鋁的變壓器都有供應(yīng)。然而在中國,目前只有銅變壓器。如果銅鋁價差繼續(xù)保持目前的水平或進(jìn)一步拉大,那么相關(guān)產(chǎn)業(yè)界將有足夠的動力來研制鋁變壓器,實(shí)現(xiàn)對銅制變壓器的替代,一旦這種替代變成現(xiàn)實(shí),鋁材在此領(lǐng)域的消費(fèi)份額將較銅具有更大的發(fā)展?jié)摿Αｋ娮硬牧闲袠I(yè)的鋁材替代在功率模塊中鋁材替代銅材。美國加州的功率半導(dǎo)體和集成電路的供應(yīng)商IXYS公司近日宣布一項新型的鋁基基片技術(shù)。該項技術(shù)也稱為直接鋁材連接(directaluminumbonded簡稱DAB)技術(shù),已經(jīng)用于集成功率半導(dǎo)體模塊的生產(chǎn)中,例如:馬達(dá)驅(qū)動、DC/DC轉(zhuǎn)換器和功率模塊中。該項技術(shù)是一項替換直接銅材連接(directcopperbonded簡稱DCB)的先進(jìn)技術(shù),在直接銅材連接(DCB)技術(shù)中銅作為主要的導(dǎo)體被連接到鋁或者氮化鋁陶瓷上。在直接鋁材連接(DAB)技術(shù)中,鋁材作為主要的導(dǎo)體與陶瓷形成非常堅固和可靠的連接。這樣就可以形成良好的熱循環(huán)性能,以滿足在汽車、工業(yè)、航空和航天等應(yīng)用中對功率控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。鋁材層的安置所采用的方法絕大多數(shù)與在標(biāo)準(zhǔn)的DCB和PC板中銅材層的安置方法相同,為了能夠方便使用,表面鍍覆了一層具有可焊性的材料。DAB基片也比DCB要輕得多,通常情況下可以節(jié)省下37%至64%的重量。

　　CPU散熱片的鋁材替代銅材。CPU散熱片一般用銅材和鋁材制作,但銅制CPU散熱器比例較大。據(jù)國外最新研究結(jié)果表明,經(jīng)過脫脂處理的銀白色鋁材,其導(dǎo)熱效果最佳。與銅比較,鋁材有著導(dǎo)熱性能突出,易加工,抗氧化以及重量輕(比相同規(guī)格的CPU散熱器減重20%~40%)、價廉等突出優(yōu)點(diǎn)。鋁材已成為CPU散熱片材料的最佳選擇。從著名制造商富士康公司推出了一系列物美價廉的鋁質(zhì)高效CPU散熱器應(yīng)用效果看,也證實(shí)了以上研究結(jié)果,預(yù)示在CPU散熱片用材上,鋁材將替代銅材。印刷電路配線板鋁箔替代銅箔。電器自動控制系統(tǒng)的配線板是用粘貼在絕緣膜上的銅箔經(jīng)過腐蝕后構(gòu)成電路,現(xiàn)在改為鋁箔,替代的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在配線板重量減輕三分之二;價格只有銅箔的四分之一;銅箔電路厚度0.018mm~0.035mm,而鋁箔僅為0.007mm;銅箔配線寬度為0.6mm,而鋁箔僅為0.15mm。其他行業(yè)的鋁材替代汽車制造業(yè)的熱傳輸領(lǐng)域。MBR研究認(rèn)為,熱傳輸行業(yè)的熱交換器對1050、1200、3003和3103鋁合金薄板或鋁箔的需求已有顯著增加,熱交換器向全鋁化發(fā)展。汽車用鋁散熱器(水箱)在轎車、輕型車上已大部分替代銅散熱器;建筑行業(yè)的裝飾制品、水管道、采暖散熱器;家具;工業(yè)領(lǐng)域的高壓導(dǎo)體等都存在鋁材替代或部分替代銅材的發(fā)展趨勢。鋁替代鍍鎳不銹鋼。由于鎳價大幅攀升,鋼材價格近幾年來也有一定的漲幅,使用以鍍鎳不銹鋼為原料生產(chǎn)家用電器、器皿廠家的成本急劇上升,迫使企業(yè)尋找替代原材料。鋁雖然不如鍍鎳不銹鋼光潔度高,但在價格上,相對鍍鎳不銹鋼合金有較大優(yōu)勢。使用鋁材替代或部分替代鍍鎳不銹鋼,雖然在制成品的性能外觀上略有不足,但在經(jīng)濟(jì)上非常實(shí)惠,更容易為消費(fèi)者所接受。目前鋁的表面處理技術(shù)日臻完善和成熟,鋁材外觀上已經(jīng)基本可以與鍍鎳不銹鋼相媲美,具有替代條件和優(yōu)勢。鋁替代馬口鐵。近年來,在西歐市場,鋁的競爭力超過了鋼,德國的馬口鐵兩片罐成本已與鋁相當(dāng),西歐國家有10余條生產(chǎn)馬口鐵兩片罐的生產(chǎn)線被鋁罐生產(chǎn)線置換。
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