رفتن به مطلب

مقایسه آلومینیوم ومس


rkiahoseyni

پست های پیشنهاد شده

  • مقالات

مقایسه آلومینیوم ومس

مقدمه

بحث مقایسه و کارآیی آلومینیوم در مقابل مس مدت زیادی است که در مجامع علمی و صنعتی در جریان است. نکته جالب توجه این است که هر دوی آنها به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و استفاده از آنها به قدری گسترده است که می توان گفت کاربرد یکی بیشتر از دیگری است. اما این بدان معنا نیست که هر دوی آنها وظیفه خود را به درستی انجام نمی دهند. به طور کل آلیاژهای آلومینیوم بیشتر از مس و آلیاژهای مس مورد استفاده قرار می گیرند. در بازار فلزات، تولید کنندگان مس و آلومینیوم به طور گسترده فعال هستند ولی با وجود اینکه تولید و فروش مس بسیار زیاد است ولی استفاده از آن در مقایسه با آلومینیوم ناچیز می باشد.

 مزایای آلومینیوم نسبت به مس به عنوان یک فلز صنعتی:

انتخاب آلومینیوم به عنوان جایگزین مس چیزی است که اغلب محققین را شگفت زده می کند. دانشمندان می دانند که مس و آلیاژهای آن رسانایی گرمایی بسیار مناسبی دارند و وقتی صحبت از هدایت حرارتی به میان می آید، مس بهترین انتخاب است. بنابراین، چرا آلومینیوم ماده ای بهتر از مس است؟ آیا این فقط به این دلیل است که ممکن است قدرت نفوذ جهانی تولید کنندگان ورق آلومینیوم بیشتر از تولیدکنندگان مس باشد؟ در ذیل مقایسه این دو ماده با یکدیگر انجام شده است.

وزن مواد:

با بررسی و مقایسه چگالی دو ماده، بزرگترین ویژگی آلومینیوم نسبت به مس آشکار می گردد. آلومینیوم به میزان قابل توجهی سبکتر از مس است. مشاهده می شود که چگالی آلومینیوم حدود 30 درصد چگالی مس را دارد. در طراحی تجهیزات و وسایل صنعتی، وقتی صحبت از کاهش وزن می گردد، استفاده از آلومینیوم یک انتخاب بسیار هوشمندانه و مفید است. به طور طبیعی، اگر به دنبال یک ترکیب سبک با خواص بهینه مس باشیم، استفاده از لایه های آلومینیوم بر روی مس می تواند ضمن کاهش وزن، به بهینه سازی سایر خواص کمک نماید.

صرفه جویی در هزینه:

صرفه جویی در هزینه همیشه در خط مقدم هر پروژه ای قرار دارد. هر کسی می خواهد تا آنجا که می تواند در پروژه خود صرفه جویی کند، بدون اینکه کیفیت را فدای کاهش هزینه نماید. در صنایع فلزی، بهترین راه برای انجام این کار از طریق جایگزینی آلومینیوم به جای مس انجام می گیرد. آلومینیوم به طور قابل توجهی ارزان تر از مس است. ارقام دقیق قیمت آلومینیوم حدود یک سوم مس است.

یک فلز انعطاف پذیرتر:

مزیت اصلی آلومینیوم نسبت به مس، انعطاف پذیری آن است. آلومینیوم به طور قابل توجهی انعطاف پذیرتر از مس است. تغییر شکل ساده و قابلیت نورد عالی آن موجب شده است که تولید ورق آلومینیوم آسان‌تر از مس باشد. آلومینیوم همچنین دارای مقاومت بالاتری است که تلفات گردابی کمتری در این فرآیند ایجاد می کند. علاوه بر این، خطر ایجاد لک را نیز کاهش می دهد.

آلومینیوم تابش گرمای بهتر از مس دارد:

مس رسانایی حرارتی بالاتری نسبت به آلومینیوم دارد، لذا در این مورد نسبت به آلومینیوم برتری دارد. در تجهیزاتی که به انتقال حرارت نیاز است، قطعاً مس و آلیاژهای آن پیشتاز هستند و این رسانایی حرارتی بالاتر امکان فرآیند خنک سازی بهتر را فراهم می کند. اما وقتی صحبت از تابش گرما به میان می آید، مس با آلومینیوم همخوانی ندارد. دلیل این امر چگالی کمتر فلز است. آلومینیوم به دلیل چگالی کمتری که دارد می تواند گرما را بهتر در هوا تابش کند. این چیزی است که آن را به عنوان ماده عایق گرم بسیار مفید می کند.

کار آلیاژهای آلومینیوم آسان تر است:

در آخر نکته ای در مورد ورق آلومینیوم برای نصب و استفاده سقف داریم. به طور کلی، کار با آلومینیوم به طور قابل توجهی راحت تر از مس است و این ممکن است در درجه اول دلیل استفاده گسترده آنها باشد. از نصب آسان گرفته تا ماهیت انعطاف پذیر آنها، همه اینها در ترکیب باعث محبوبیت بیشتر آلومینیوم می شود. منصفانه است که بگوییم آلومینیوم ماده ای بهتر از مس است.

کاربرد مس و آلومینیوم در صنعت برق:

مس و آلومینیوم دو ماده متداول برای رساناها و باس بارها در تجهیزات الکتریکی هستند. هر کدام دارای ویژگی های مثبت و منفی می باشند که بر استفاده از آنها در کاربردهای مختلف تأثیر می گذارد. هر دوی این مواد برای سالیان متمادی در صنعت برق مورد استفاده مستمر بوده اند. در حالی که آلومینیوم درمقایسه با مس به وفور در صنایع مختلف استفاده می گردد، تقاضا و کمبود مس نیز باعث شده است که هزینه آن به طور گسترده ای در نوسان باشد. برخی از فلزات دیگر نظیر نقره نیز به طور کلی بهترین رسانای الکتریکی در نظر گرفته می شود، با این حال هزینه بالا و استحکام کم آن، استفاده از آن را به کاربردهای خاصی مانند آبکاری مفصل و سطوح تماس کشویی محدود می کند.

 

image.jpeg.b615d5005531e1015006991d3c18a74a.jpeg

ظرفیت انتقال جریان الکتریکی:

خواص الکتریکی و مکانیکی یک ماده به آلیاژ آن بستگی دارد. بیشترین آلیاژ مس مورد استفاده در صنعت برق، مس از نوع مس سخت الکترولیتی سرد کار شده مشابه ASTM B187، آلیاژ UNC C11000 است. مس مورد استفاده در تجهیزات الکتریکی به طور اسمی خالص 98٪ رسانایی تجاری بر اساس استاندارد بین المللی مس آنیل شده (IACS) است. آلومینیوم خالص به عنوان رسانای الکتریکی در تجهیزات استفاده نمی شود زیرا برای مجموعه های مکانیکی بسیار نرم است و بنابراین با مواد دیگر آلیاژ می شود. آلیاژ آلومینیوم 1350 که قبل از سال 1975 استفاده می شد، به عنوان آلومینیوم درجه EC (رسانای الکتریکی) با محتوای آلومینیوم 99.50٪ تعیین شد. با وجود اینکه 61 درصد رسانایی مس دارد، اما فاقد خواص مکانیکی است و به عنوان یک رسانا در تجهیزات ایده آل نیست. آلیاژ 6101 اصلی ترین ماده باس بار آلومینیومی است که مورد استفاده قرار می گیرد و از آلومینیوم 1350 قوی تر است زیرا با عملیات حرارتی سخت شده است، اما فقط 56 درصد رسانایی مس را دارد. کاهش رسانایی آلومینیوم 6101 به این معنی نیست که هادی Al گرمتر از Cu کار می کند.  میزان هدایت به این معنی است که هادی Al برای همان درجه آمپر باید سطح مقطع بزرگتری داشته باشد. برای تجزیه و تحلیل ظرفیت حمل فعلی، دو معیار طراحی باید در نظر گرفته شود:

  • افزایش دمای هادی در تجهیزات بالاتر از حداکثر دمای مجاز محیط
  • چگالی جریان بر حسب آمپر در هر اینچ مربع از سطح مقطع

افزایش دما روش تعیین شده برای تعیین درجه جریان هادی ها در تجهیزات الکتریکی است. گرمای تولید شده در یک باس بار توسط همرفت، تابش یا رسانش یا ترکیبی از این روش ها دفع می شود. استانداردهای صنعتی مانند UL و ANSI الزامات طراحی را برای محصولات مختلف تجهیزات الکتریکی فراهم می کنند. تابلوها و تجهیزات کنترل برق به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با استانداردهای UL مطابقت داشته باشند که امکان افزایش 55 درجه سانتی‌گراد برای تابلوهای برق و افزایش 50 درجه سانتی‌گراد را برای تابلوهای کنترل فراهم می‌کند.

تعویض دنده مطابق با استاندارد ANSI C37.20 است که امکان افزایش دمای 65 درجه سانتیگراد را بالاتر از حداکثر محیط 40 درجه سانتیگراد فراهم می کند، مشروط بر اینکه از انتهای پیچ و مهره ای نقره ای (یا جایگزین قابل قبول) استفاده شود. در غیر این صورت، افزایش دما 30 درجه سانتیگراد در همان محیط مجاز است.

صرف نظر از اینکه از کدام ماده رسانا استفاده می شود، آلومینیوم یا مس، سازندگان تجهیزات باید اندازه هادی مناسب را اعمال کنند تا در چارچوب الزامات طراحی باقی بمانند تا تجهیزات تحت همان افزایش دمای مجاز کار کنند. برای رسیدن به این هدف، سطح مقطع یک هادی Al باید به صورت معکوس به عنوان تابعی از رسانایی آلیاژ مورد استفاده افزایش یابد.

مشخصات فیزیکی:

مقایسه برخی از خواص مس و آلومینیوم در جدول زیر آورده شده است. خواص آنها بستگی به آلیاژ مورد استفاده خواهد داشت.

image.jpeg.d8e6e4fcf2cb791467211fa5ada49159.jpeg

اطلاعات جدول فوق از بولتن های GE Properties و Material B11B4 برای مس و B12H60 برای آلومینیوم به دست آمده است. خواصی که باید مورد بحث قرار گیرد مقاومت کششی و انبساط حرارتی هادی ها است. قابل توجه ویژه توانایی هادی در مقاومت در برابر نیروهای ناشی از اتصال کوتاه و اثرات انبساط ناشی از گرما بر روی اتصالات و پایانه ها است. با بررسی اطلاعات جدول بالا، می بینید که هادی آلومینیومی دارای سطح مقطع 56 درصد بزرگتر از مس برای همان قابلیت حمل جریان خواهد بود.

اگرچه آلومینیوم دارای استحکام کششی کمتری نسبت به مس است، می‌توان دید که Al اساساً همان استحکام کششی مس را دارد. همانطور که قبلاً گفته شد، منطقه اصلی که در آن باعث نگرانی می شود، قدرت مقاومت در برابر نیروها در طول اتصال کوتاه است.

آزمایشگاه (Underwriters (UL، انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) و مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) استانداردهای صنعت پیشرو برای طراحی و آزمایش تجهیزات الکتریکی را منتشر می کنند. تجهیزاتی که تحت این استانداردها تولید می‌شوند، چه هادی از جنس Al یا مس باشند، باید معیارهای تجویز شده برای تست مقاومت در برابر اتصال کوتاه را رعایت کنند. علاوه بر این، تجهیزاتی که توسط شخص ثالثی مانند UL تأیید شده اند، توسط پرسنل UL نظارت می شوند تا از انطباق آنها با اسناد گواهی سازنده اطمینان حاصل شود. این تضمین می کند که مشتری تجهیزاتی را تهیه می کند که به اندازه کافی برای درجه مقاومت تعیین شده بدون توجه به مواد هادی مهار شده است.

جدول بالا اشاره می کند که ضریب انبساط حرارتی برای آلومینیوم 42 درصد بیشتر از مس است. این ویژگی زمانی که ما انبساط و انقباض هادی ها در اتصالات الکتریکی را در طول چرخه حرارتی مطالعه می کنیم، نگران کننده است.

یکی از عوامل مهم در ایجاد و حفظ اتصال باس بار با مقاومت کم، استفاده از نیروی مناسب و به خوبی توزیع شده است. برای تجزیه و تحلیل این موضوع، ابتدا باید مشکل بالقوه را درک کرد و سپس به روش‌ها و تکنیک‌هایی که سازندگان برای رفع این مشکل استفاده می‌کنند، نگاه کرد.

سطح یک قطعه فلز، هر چقدر هم که صاف باشد، از قله ها و دره های میکروسکوپی تشکیل شده است. هنگامی که فشار افزایش می یابد، نقاط اولیه تغییر شکل داده و مسطح می شوند و امکان تماس در نقاط بیشتری را فراهم می کنند. حتی تحت حداکثر فشاری که می‌توان اعمال کرد، نزدیک به قدرت تسلیم مواد، سطح تماس واقعی تنها درصد کمی از کل سطح سطوح جفت‌گیری را نشان می‌دهد. هنگامی که یک اتصال پیچی ساخته می شود، فلز تحت فشار افزایش یافته به صورت پلاستیکی تسلیم می شود، که امکان تماس واقعی فلز و فلز را فراهم می کند. نوع سخت افزار بر توزیع فشار در محل اتصال پیچ تاثیر می گذارد. اگر فقط از پیچ و مهره استفاده شود، ناحیه تماس به شدت در اطراف پیچ و مهره متمرکز می شود. مواد موجود در مجاورت ممکن است به شدت تحت فشار قرار گرفته و در معرض خزش باشند. تغییر شکل یا خزش قابل برگشت نیست.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی

لینک به دیدگاه
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

  • rkiahoseyni عنوان را به مقایسه آلومینیوم ومس تغییر داد
  • 1 ماه بعد...

 مس تاثیر بسیار چشمگیری بر روی استحکام، مقاومت و سختی آلیاژ های آلومینیومی دارد و سبب می شود که سختی زمینه این آلیاژ ها افزایش یابد. این عنصر با اضافه کردن ویژگی های فوق به آلیاژ های آلومینیومی، خواص مکانیکی این آلیاژ ها را بهبود می بخشد.

 

عنصر مس دارای قدرت شکل پذیری، رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی بسیار بالایی است و رتبه دوم رسانایی الکتریکی را پس از نقره در اختیار دارد.اما به علت قیمت مناسب تری که این عنصر در مقابل نقره دارد اغلب از مس در سیم های برق استفاده می شود. این عنصر یک ماده معدنی حیاتی برای اندام های بدن نیز محسوب میشود.

جهت بررسی دقیق تر به وبسایت آریا متال مراجعه کنید.

https://aria-metal.com/

لینک به دیدگاه
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • ایجاد مورد جدید...

اطلاعات مهم