汽車線束中小線徑鋁導(dǎo)線的應(yīng)用

隨著汽車安全性和舒適性的不斷提升，汽車系統(tǒng)電路的數(shù)量也相應(yīng)增加，這不可避免地導(dǎo)致了電線數(shù)量的增多。因此，線束重量的增加成為了一個(gè)備受關(guān)注的問題。

為了有效減輕線束的重量，現(xiàn)在越來越多地采用鋁線作為導(dǎo)體，以替代傳統(tǒng)的銅線。鋁線因其低比重的特點(diǎn)，在線束制造中發(fā)揮了重要作用。此外，使用鋁線還有助于降低成本，尤其是在當(dāng)前原材料價(jià)格不斷上漲的背景下，銅線的價(jià)格也隨之攀升，而鋁線則成為了一個(gè)更具經(jīng)濟(jì)效益的選擇。

鑒于鋁線的諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用前景預(yù)計(jì)將持續(xù)擴(kuò)大。然而，我們必須注意到，傳統(tǒng)的鋁線在導(dǎo)體強(qiáng)度上存在一定的不足。特別是在0.35mm2或0.5mm2等小尺寸電線上，鋁線難以達(dá)到傳統(tǒng)銅線的性能水平。同時(shí)，對(duì)于受到強(qiáng)烈振動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙室，鋁線的使用也面臨一定的挑戰(zhàn)。因此，盡管鋁線的采用有助于減輕線束重量，但這一減輕的程度是受到一定限制的。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要綜合考慮鋁線的性能和適用場景，以實(shí)現(xiàn)最佳的減重效果。

高強(qiáng)度鋁合金的發(fā)展

小線徑鋁導(dǎo)線的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最小尺寸為0.35mm2的鋁線，0.35mm2是傳統(tǒng)銅線的尺寸。對(duì)于汽車的應(yīng)用，電線需要同時(shí)具有高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）和良好的導(dǎo)電性能。

住友電工對(duì)于小線徑，高強(qiáng)度鋁導(dǎo)線的研究有著深刻的了解。

對(duì)于小線徑鋁導(dǎo)線的研究，我們最終的目標(biāo)是確保小線徑鋁線與傳統(tǒng)銅線等效或小于傳統(tǒng)銅線的振動(dòng)電阻。根據(jù)以往關(guān)于端子壓接強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，設(shè)定了220MPa 的目標(biāo)抗拉強(qiáng)度和50%IACS的電導(dǎo)率，這樣即使在常規(guī)銅線ISO線上增加一個(gè)尺寸，熔斷器的匹配也不會(huì)改變。

此外，對(duì)于特定的材料性能，我們的目標(biāo)是滿足ISO等官方標(biāo)準(zhǔn)。

合金設(shè)計(jì)

一般工業(yè)用途的純鋁材料（1060：純度99.6%）具有62% IACS的高導(dǎo)電性，但只有70MPa低抗拉強(qiáng)度。因此有必要提高汽車應(yīng)用的強(qiáng)度。

這時(shí)候一些加強(qiáng)元件被添加到用于常規(guī)電線的鋁合金中。然而，這只能將強(qiáng)度提高到120MPa左右，約為常規(guī)導(dǎo)線銅強(qiáng)度的一半，并且將導(dǎo)線縮小到小于0.75mm2 很難。

在這種新的合金發(fā)展中，住友電工比較了各種鋁合金的性能，最終并選擇了6000系列，因?yàn)樗奶匦宰罱咏繕?biāo)。鎂(Mg)和硅(Si)被作為添加到鋁中的元素。

為了確定Mg和Si添加劑的用量，住友電工將合金材料鑄造為原型，并從合金強(qiáng)度、導(dǎo)電性和延伸率縮小了范圍，這些性能影響線材的拉伸性和易用性。

圖1 各種鋁合金的特性

因此，縮小了可以滿足的目標(biāo)特性的范圍，如下圖所示。確定了滿足目標(biāo)抗拉強(qiáng)度220MPa和電導(dǎo)率50%IACS的添加劑量。住友電工還考慮了精煉方法，如后面所述，并進(jìn)一步縮小了范圍使生產(chǎn)管理變得容易。因此，我們選擇了Al-0.6mass%Mg-0.5mass%Si的合金設(shè)計(jì)值。

通過這種成分，住友電工獲得了抗拉強(qiáng)度為250MPa，電導(dǎo)率為52%IACS的合金，這些特性超過了目標(biāo)。

高強(qiáng)度鋁線結(jié)構(gòu)

下表顯示了0.35mm2的規(guī)格的住友電工開發(fā)的高強(qiáng)度鋁線。導(dǎo)體有19條0.155mm2股絲。它靈活的結(jié)構(gòu)抗發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。這些特點(diǎn)使得該鋁線與傳統(tǒng)的同規(guī)格銅線相比。重量可以減少53%，

表高強(qiáng)度0.35mm2鋁線

下圖顯示了高強(qiáng)度鋁合金的S-N（應(yīng)變幅值和循環(huán)彎曲次數(shù)）曲線。應(yīng)變幅值是彎曲時(shí)表面導(dǎo)體長度變化率的波動(dòng)。

各種導(dǎo)體的S-N特性

結(jié)果表明，與傳統(tǒng)鋁合金相比，高強(qiáng)度鋁合金在低應(yīng)變下的壽命有了很大的提高。

它在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)應(yīng)變方面也優(yōu)于傳統(tǒng)的銅線，這是這一發(fā)展的目標(biāo)。在低應(yīng)變下，材料越強(qiáng)，其壽命就越長，因此我們可以說，這顯示了將強(qiáng)度提高到比銅更高的值的效果。

高強(qiáng)度鋁合金在開門和關(guān)門的彎曲公差上也超過了銅。這可以描述為彎曲公差和振動(dòng)公差的最佳導(dǎo)體。

住友電工測試了高強(qiáng)度鋁線在模擬發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的情況下，電線實(shí)際上是用于線束上。

在結(jié)果中，得到了良好的特性，如下圖所示. 與傳統(tǒng)的鋁線相比，所開發(fā)的電線的強(qiáng)度有了很大的提高，并且比傳統(tǒng)的銅線承受了更多的循環(huán)。

模擬發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的試驗(yàn)情況

圖6. 模擬發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的試驗(yàn)結(jié)果

假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)艙室的環(huán)境，住友電工研究了在125°C高溫下暴露期間和之后的導(dǎo)體強(qiáng)度。

所開發(fā)的鋁合金比傳統(tǒng)鋁合金強(qiáng)，雖然隨著溫度的升高，強(qiáng)度下降，但不低于銅的強(qiáng)度。即使在125°C時(shí)，強(qiáng)度也高于銅。此外，雖然在室溫下強(qiáng)度下降，但在125°C下測試的電線保持的強(qiáng)度超過銅。

這樣，高強(qiáng)度鋁線可以確保至少與傳統(tǒng)銅線在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的強(qiáng)度水平相同。

強(qiáng)度的溫度特性

經(jīng)過高溫儲(chǔ)存后的強(qiáng)度

鋁線的壓接

住友電工的壓接模式

端子是特定的！

通常用于汽車線束上連接部分的結(jié)構(gòu)如下圖所示。用一種叫做壓接的方法將端子連接到電線上，然后將端子插入連接器并與連接器配合在一起。

為了擴(kuò)大這些鋁線束的使用，需要有專門用于傳統(tǒng)的鋁線的端子，可以通過壓接連接，壓接在線束制作中很常見。這是一種新的壓接技術(shù)

傳統(tǒng)壓接是一種制造方法，將復(fù)合電線剝皮，在端子上用U形桶擠壓，從而獲得接觸電阻和保持力。

由于鋁的表面覆蓋著很強(qiáng)的絕緣氧化膜，它需要比銅更強(qiáng)的擠壓，以獲得穩(wěn)定的接觸電阻。住友電工從連接性能方面研究了高強(qiáng)度鋁線導(dǎo)體的物理性能，并驗(yàn)證了常規(guī)鋁線的壓接方法是否也可用于已開發(fā)的導(dǎo)線。結(jié)果見下表。

導(dǎo)線導(dǎo)體的物理性能

研究發(fā)現(xiàn)，所研制的導(dǎo)線上的氧化膜與傳統(tǒng)的鋁線導(dǎo)體的物理性質(zhì)相當(dāng)相似。由于傳統(tǒng)的壓接方法很可能用于開發(fā)的電線，住友電工發(fā)明了一種新型的壓接的模式。如圖下圖所示，得到了滿足接觸電阻和保持力標(biāo)準(zhǔn)的壓接條件。