隨著材料工業的技術進步,在礦產資源、國家政策、市場、價格等環境因素的相互作用下,性能相近材料在應用領域的“替代”與“被替代”在時刻發生著。正是由于材料的“替代”與“被替代”交互式發展,才促使了材料的升級換代,優化了材料工業的產品結構,推動了國民經濟各產業的持續、協調、快速發展。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的大勢所趨,這種現象將會長久延續下去。銅價上漲以及鋁和銅性能上的相似性,為鋁材“替代”創造了機遇。
自2005年10月以來,銅價在全球范圍實現了前所未有的大幅上升。持續的高銅價,使下游產業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CRU統計,2005年被替代的銅量達22.5萬噸,是2004年的3倍,2006年銅被替代量將達到35萬噸以上,預計2007年銅被替代量將達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,全球每年鎳供應短缺7萬噸以上,鎳價將持續上漲到3.5萬美元/噸,我國的不銹鋼年產量增速約22%,目前每年生產不銹鋼消耗鎳20萬噸,2010年前將達40萬噸。鎳資源的短缺與價格的高漲,促進在下游一些應用不銹鋼的領域,改為使用鋁材。空調行業的鋁材替代
在空調制造業除壓縮機外,空調銅管用量較大,所占成本較高。對于空調銅管的替代,一直是空調制造業比較關注的課題。據調查,對于在空調換熱器上用鋁管替代銅管的研究一直都在進行著。替代應用實驗證明:空調采用鋁管替代銅管對空調的性能和使用年限沒有任何影響。在國外,美國正在全力推進全鋁熱交換器的應用。在國內,著名空調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合型連接管,材質的變化并沒有影響空調的使用和質量。中國家電檢測所專家也指出,無論是銅管或是鋁管,對于空調的制冷性能及使用年限都不會造成影響。在空調制造業,鋁管替代銅管有兩種,一種是半替代,即空調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企業制造成本的作用很小,每臺空調成本只能下降20元至30元左右。另一種是全替代,即:全鋁空調。采用全鋁替代方式,每臺空調可直接降低成本400元至600元左右。目前,包括格力、格蘭仕、奧克斯在內的諸多名牌空調制造企業都在進行“鋁代銅”的全面研發和測試,研發性價比優良的全鋁空調。按我國每年生產空調7000萬臺、每臺空調平均用銅7公斤計算,實施“鋁代銅”方案,可節省銅管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”的經濟效果非常可觀。電線電纜行業的鋁材替代鋁導線替代銅導線。鋁導線與銅導線比,不足之處是導電率和安全性方面略為遜色,所以銅導線一直在電線電纜領域扮演主導角色。如果銅鋁價差保持在正常水平,工業方面傾向于使用銅作為導體。但是,在銅鋁價差背離較大時,以鋁導線取代銅導線在經濟上是非常有利的。
據JP摩根報告介紹,全球鋁在電力導線上一直占有約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大之勢被遏止。由于鋁具有價格比較優勢,鋁導線替代銅導線已在國內外成為快速發展之勢。在國外鋁導線廣泛用于變電站的變壓器、屏內母線、密集型母線、大小截面的干、支電線,其應用比率為泰國90%、沙特50%、韓國和日本70%、美洲50%。可見,國外的替代發展快于國內。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導體的新型電磁線,是銅漆包線的替代品,其特性介于銅和鋁之間,吸取了銅的優良導電性和鋁的重量輕的優點。銅包鋁漆包線的優點: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。銅包鋁漆包線的應用領域:用于制作要求重量輕、相對導電率較高、散熱性好的繞組,特別是傳輸高頻信號的繞組。應用于高頻變壓器、普通變壓器、電感線圈、工業電機、家用電機、微型馬達、微型電機轉子線圈、音響線圈、光驅、顯示器偏轉線圈、消磁線圈、手機內部線圈、手表驅動元件等。
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的3.5%。其導電率大約是銅線的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。銅包鋁線廣范應用于有線電視工業中,在美國銅包鋁線已成為同軸電纜的標準材料。因為高頻信號傳輸是完全在導線外層運行,所以銅包鋁線可以代替相同規格的銅線。在低頻應用中,銅包鋁的安載容量是同規格銅線的65%。因其重量輕,在需要大線規格尺寸時也比銅更為柔軟,銅包鋁用于電瓶電纜,焊接電纜,樓宇電纜和電磁導線。由于銅包鋁是優化了兩種金屬的最佳特性于一體的復合線材。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濟,質輕,易于操作和安裝等優點,在實際應用中是取代銅線的最佳制品。據悉,近年來我國通訊行業的CATV同軸電纜生產企業為了提高產品質量,降低成本,實現與國際技術接軌,已經采用銅包鋁線作為CATV同軸電纜的更新換代產品,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,便于安裝運輸,傳輸性能好等諸多優點,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,電力行業將更多地使用鋁制造線纜。在國外,歐美和日本都在推廣應用鋁芯電力電纜。據MBR預計,2006年北美鋁線纜的發貨量將提高8%至10%。特別是在英聯邦國家,鋁芯電纜使用得很普遍。發展中國家的電纜工程招標書中,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生結構性變化。由于鋁芯電纜造價較低(在同等載流量的情況下,鋁導體電纜的金屬導體原材料成本較銅導體約低四分之一),另據國際鋁協副秘書長ChristopherBaylissc稱,1公斤的鋁電纜能夠輸送的電量相當于1公斤銅輸電量的兩倍,因此,鋁芯電纜將以較快的發展速度替代銅芯電纜。我國2000多家電機生產企業和7000余家電線電纜生產企業將為鋁芯電纜創造一個龐大的市場。電力供應部門已經得到授權,指定在中低電壓電纜業使用鋁。在這一領域,銅的總體消費量約60多萬噸將被鋁替代。據《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,可節約工程投資189萬元,只相當于銅芯電纜費用的23%。另外,從國外電纜行業的發展情況看,鋁制電纜將應用于航空業,空中客車(Airbus)基于重量因素已經決定部分采用鋁制電纜制造A380客機。汽車行業鋁制電纜應用也正在研究之中。
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%鋁的重量能達到同樣的導電性。在國外,銅和鋁的變壓器都有供應。然而在中國,目前只有銅變壓器。如果銅鋁價差繼續保持目前的水平或進一步拉大,那么相關產業界將有足夠的動力來研制鋁變壓器,實現對銅制變壓器的替代,一旦這種替代變成現實,鋁材在此領域的消費份額將較銅具有更大的發展潛力。電子材料行業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體和集成電路的供應商IXYS公司近日宣布一項新型的鋁基基片技術。該項技術也稱為直接鋁材連接(directaluminumbonded簡稱DAB)技術,已經用于集成功率半導體模塊的生產中,例如:馬達驅動、DC/DC轉換器和功率模塊中。該項技術是一項替換直接銅材連接(directcopperbonded簡稱DCB)的先進技術,在直接銅材連接(DCB)技術中銅作為主要的導體被連接到鋁或者氮化鋁陶瓷上。在直接鋁材連接(DAB)技術中,鋁材作為主要的導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性能,以滿足在汽車、工業、航空和航天等應用中對功率控制技術標準的要求。鋁材層的安置所采用的方法絕大多數與在標準的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。據國外最新研究結果表明,經過脫脂處理的銀白色鋁材,其導熱效果最佳。與銅比較,鋁材有著導熱性能突出,易加工,抗氧化以及重量輕(比相同規格的CPU散熱器減重20%~40%)、價廉等突出優點。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高效CPU散熱器應用效果看,也證實了以上研究結果,預示在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。電器自動控制系統的配線板是用粘貼在絕緣膜上的銅箔經過腐蝕后構成電路,現在改為鋁箔,替代的優點體現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。其他行業的鋁材替代汽車制造業的熱傳輸領域。MBR研究認為,熱傳輸行業的熱交換器對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;建筑行業的裝飾制品、水管道、采暖散熱器;家具;工業領域的高壓導體等都存在鋁材替代或部分替代銅材的發展趨勢。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家用電器、器皿廠家的成本急劇上升,迫使企業尋找替代原材料。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,但在經濟上非常實惠,更容易為消費者所接受。目前鋁的表面處理技術日臻完善和成熟,鋁材外觀上已經基本可以與鍍鎳不銹鋼相媲美,具有替代條件和優勢。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,西歐國家有10余條生產馬口鐵兩片罐的生產線被鋁罐生產線置換。
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