12月4日，在由国家精密微特电机工程技术研究中心、上海有色网信息科技股份有限公司、宁波招宝磁业有限公司、浙江电驱动创新中心主办的IEMC 2024SMM（第四届）电机年会暨产业链博览会——电机创新原材料论坛上，苏州市吴江神州双金属线缆有限公司常务副总张建峰分享了铜包铝漆包线应用优势及行业发展趋势。
1.铜包铝漆包线内导体介绍
铜包铝漆包线内导体介绍：铜包铝漆包线内导体是由外层是铜，内芯是铝组成的复合材料，俗称铜包铝线。
铜包铝复合线材的历史：最早由德国在上个世纪30年代推出，随后在英国、美国、法国等国得以推广，广泛应用于各个领域。美国的CATV电缆早在1968年就开始试用铜包铝线。
铜包铝复合线材的加工工艺：铜包铝线常用的制造工艺是的包覆焊接制造技术，将高品质铜带同心地包覆在铝杆芯线的外表面，并使铜层和芯线之间形成牢固的原子间的冶金结合。
铜包铝拉拔过程中，铜铝金属材料结合成为不可分割的整体，像加工单一金属丝那样，拉拔过程中铜层体积比则保持相对恒定不变另外铜包铝导体的常用工艺是电镀工艺。
电镀工艺制造的环境污染严重，产品含铜量低，表面铜层不均匀，因此性能不稳定，不推荐使用。
生产工艺介绍
铜包铝线执行标准
铜包铝线国标:GB/T29197——2012根据铜层体积比分：10A和10H，铜层体积应不小于8%且不大于12%；15A和15H，铜层体积应不小于13%且不大于17%；20A和20H，铜层体积应不小于18%且不大于22%。
2.什么是铜包铝漆包线？
铜包铝漆包线的定义
铜包铝漆包线是采用铜包铝材料作内导体的新型电磁线，其特性介于铜和铝之间，结合了铜的优良导电性和铝的重量轻的优点。
铜包铝漆包线的发展历史
随着全球经济一体化进程的深入，带来信息电子行业、线缆行业及电力行业的飞速发展和市场旺盛需求。铜资源的日益枯竭和铜价的持续攀高且波动剧烈，迫使国内各生产厂家和用户都在积极寻找既能保证产品使用性能，又能降低生产成本的新型导体材料来代替纯铜，降低成本。
我国是铜资源匮乏，铝资源丰富的国家，铜包铝漆包线出现使得很多电子，电机产品领域有了新的原材料选择。
铜包铝漆包线的类型
铜包铝漆包线分类可从导体的铜铝比例，导体形状（圆线，扁线），涂漆层性质等区分。运用较多的如聚氨酯，聚酯亚胺等涂层的漆包线。企业开发的铜包铝扁线也不断在生产运用中。
其还对铜包铝漆包线生产现场进行了介绍。
3.铜包铝漆包线的性能分析及应用领域
铜包铝漆包线的产品特性
物理性能：直流电阻率:铜包铝线(15A)的直流电阻率约为纯铜线的1.46倍；阻值长度相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的60%。
电性能：高频信号具有“趋肤效应”的特点，在传输高频信号（大于5MHz）时，与纯铜线导电性能相同。
其他性能：铜包铝漆包线内导体具有导电性好、密度小、柔软、耐腐蚀、易焊接、成本低等特点。
各类内导体漆包线数据对比
电阻率
以15A铜包铝漆包线为例，其电阻率ρ铜包铝为0.02520Ωmm2/m，约为铜漆包线的1.46倍（铜漆包线的电阻率ρ铜为0.01724Ωmm2/m）。
为保证代用前后器件的电性能参数保持一致，需使绕组具有相同的直流电阻。
通过电阻计算公式R=ρL/S，单位长度的导线在相同电阻条件下，代用后器件绕组截面积（体积）将增大为1.46倍（忽略线径增大，绕制相同圈数，导线长度会略有增长的因素），线径增加约21%。
若器件磁芯窗口面积、骨架体积（空间）余量较大，即相应增大线径后，绕组可以装入原骨架、磁芯内，则可根据线径之比相应地增大线径的方法，使用铜包铝漆包线代用铜漆包线，而不需要更换原器件的磁芯、骨架。
若代用后，绕组不能装入原骨架、磁芯内，则需重新设计整体结构。
交流电阻
影响交流电阻的主要指标有直流电阻、集肤效应、邻近效应。
1、当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象称为集肤效应。
2、相邻导线流过高频电流时，由于磁电作用使电流偏向一边的特性，这种现象称为邻近效应。
集肤效应、邻近效应驱使电子向金属表层运动，而铜包铝材质表面为高精度A2铜层，高频传输过程中优势明显。高频传输或者交流电机频率传输时，电流趋向于表面铜层表面，实际电阻值相对降低，使用效果比直流电机好，可不用或者适当增加表面线径即可达到预定参数特性。
在高频传输5MHz情况下，电流在近表面的约0.025毫米厚度中流动。
其还以15A铜包铝漆包线为例，对其密度和温升情况进行了阐述。
以上总结：单位长度达到铜漆包线相同的电阻、15A铜包铝漆包线的体积增加46%；15A铜包铝漆包线的截面积增加46%；15A铜包铝漆包线的线径增加21%；15A铜包铝漆包线的重量减少37%；15A铜包铝漆包线的温升提高3%。
机械性能
铜包铝漆包线的抗拉强度为96~135MPa，约为铜漆包线的44%~51%（铜漆包线的抗拉强度为215~265MPa），且铜包铝漆包线的伸长率相对于铜漆包线也略小。
通过采取调整绕线机张力和避免反复弯折等措施来减少绕线阻力，同时增强表面润滑、铜包铝漆包线可以满足绕组对力学性能的要求。
化学特性
虽然铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝漆包线已经完全冶金化，铝完全被铜所覆，不会与水蒸汽、空气、盐雾等气体接触，完全达到与铜一样的性能，使得生产及使用过程中耐腐蚀、耐氧化。
钎焊性
铜包铝漆包线由于其表面同心包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜漆包线一样的可焊性，便于生产。而不必像铝线那样做特殊处理。
电镀铜包铝线由于表层铜含量少，可焊性没有包覆铜包铝线稳定。
铜包铝漆包线应用的三大领域
领域一：应用于各类大、中、小型电力变压器，各类机床、设备变压器、各类充电器、各类整流器等。
领域二：应用于各类电磁电感线圈，如各类磁环线圈，各类电磁炉线圈等。
领域三：应用于各类水泵、洗衣机、风扇，园林工具、吸尘器等高速电机。
注：社会在发展，技术在创新，铜包铝漆包线的应用也将迎来无限可能。
4.关于铜包铝漆包线优劣分析
较铜线优势分析
1、价格低：市场行情铜70000，铝20000的情况下，铜包铝漆包线价格在50000左右，而纯铜漆包线至少在75000左右。是纯铜线价格的2/3。
2、用量少：达到同样效果的电阻率，铜包铝漆包线重量减少至纯铜漆包线的63%。
3、成本低：不考虑工艺损耗差距，采用铜包铝漆包线单位产品成本可降至2/3 *0.63=42%。
4、实际运用，客户可根据产品需求制定合适的含铜量的铜包铝漆包线，在保证正常质量的情况下降低成本。
以上总结：单位长度达到铜漆包线相同的电阻，与采用传统铜漆包线相比：15A铜包铝漆包线的单价要低1/3；15A铜包铝漆包线的成本减少58%。
较铜线劣势分析
因此：经过上述推理计算，铜包铝漆包线在一定情况下可以代用铜漆包线，且能够保证相同的电性能参数，并带来一定的经济效益！
较铝线比性能分析
1、抗拉抗压：铜包铝线的表面铜层赋予了其比纯铝线更高的抗拉和抗压强度。在生产和应用过程中，铜包铝线的表层展现出更优越的耐磨性，有效预防了因导体硬度不足而引起的刮伤问题。
2、表面清洁：在生产过程中，铜包铝线与铜线一样，采用水溶性拉丝油，而铝线通常使用油性拉丝油。水溶性拉丝油在退火和水洗后能确保表面的清洁度。相比之下，铝线在使用油性拉丝油后，需要通过退火高温和超声波清洗等更多步骤，这增加了处理过程中的风险。若清洗不彻底，可能会导致漆珠和粒子异常。
根据实际数据，相同规格的铜包铝线和铝线制成的漆包线，铜包铝线在漆膜附着性和耐压特性方面均胜过铝线。
3、焊接稳定：小规格的铜包铝线通常采用批量锡焊，这一方法经过多年的实践证明是稳定可靠的。而铝线若采用焊锡焊接，则需要使用专门的铝助焊剂，并且焊接完成后还想需对接头进行额外处理。尽管当前铝助焊剂的性能已有所提升，但额外的工序以及化学试剂的差异性意味着铜包铝线在安全稳定性方面仍然更胜一筹。
注：电气连接中如果铝和铜等异种金属直接混接，可能引发的电偶腐蚀、接触不良、金属间化合物生成、熔点差异和电磁性能差异等问题。2020 美国国家电气规范（NEC）第110.14 条规定：不同金属材料的导体不能混接在同一个端子或接线器中，除非该连接器件明确标识适用于这种用途和使用条件。
而铜包铝具有厚铜表面“隐藏了铝面”这允许了在专为纯铜线设计的电路中连接类似金属，并保持稳定。铜包铝双金属结合的稳定性，不会受到电偶腐蚀。
4、含铜量可调：根据各个领域的特定需求，铜包铝漆包线能够依据实际应用选择适宜的含铜量导体（一般现在含铜量区间可以选择25%——70%），以满足不同导电性能和抗拉强度的标准。这正是铜包铝漆包线相较于单一材质导线所具备的独特优势。
铜包铝扁漆包线相对铝扁线的优势
1. 导电性能提升：尽管铜包铝扁线的导电性不及纯铜扁线，但其导电性能优于铝扁线，有助于在一定程度上降低电阻和减少电能损耗。
2. 抗氧化性增强：铝扁线容易在空气中氧化，而铜包铝扁线表面的铜层在一定程度上提升了其抗氧化性能，从而延长了使用寿命并增强了稳定性。用户可以根据需要选择不同厚度的铜层，以确保稳定使用。
3. 焊接性能改善：与铝扁线相比，铜包铝扁线的焊接性能更佳，焊接更为牢固，连接更为可靠。
4. 抗拉性能提升：在实际生产过程中，由于外层为铜，其强度高于铝，铜包铝扁线在轧制和拉拔过程中展现出更佳的表面一致性和外观特性。此外，在使用过程中，铜包铝扁线由于其强度高于铝扁线，更能承受外部力量和机械应力。
5. 传输性能提高：在对信号传输有特定要求的场合，尤其是在高频传输领域，铜包铝扁线的性能明显优于铝扁线，能够有效减少信号失真和衰减。这一特性使得铜包铝扁线在电感元器件领域得到了广泛应用。
5.行业发展趋势
铜包铝漆包线现在存在哪些问题？如何解决？
1.铜包铝导体对接的问题。
铜包铝对接时无论是热接还是冷接，接触面是铝芯的连接，铜层被碰头挤出的铝材质挤出，实际是没有连接在一起，后期的拉拔更是加宽了连接处铝线裸露的长度。
建议1：提升铝材质的质量，提升纯度不出现空心，减少后期断线隐患。
建议2：不要过多的降低含铜量，来增加漏铝的概率。
建议3：提升在线检测能力，如在中拉环节对线材进行涡轮探伤，发现缺陷停机下盘，再进入下一流程。
建议4：尝试快速镀铜工艺，对探伤发现缺陷的连接处进行铜层修补。
2.微细铜包铝焊锡点电腐蚀的问题。
太细的铜包铝铜层表面薄，铝原子将开始从其晶粒基质向其铜迁移。有透过铜层，有放电氧化腐蚀的现象。一般出现在0.13mm以下的小线中出现的概率比较多。
解决的途径：1——用较厚铜层的铜包铝、2——表面涂层，以防水防氧化。
3.铜包铝导体新型的加工工艺
如套铜管工艺：运行更适合高含铜量漆包线，并且技术不成熟，所以单位成本相对大，市场并未推广。
如铜带冷接工艺：将两层铜片压制铝杆上，软化后铜片冷接，实验试生产阶段，但技术尚未成熟。
铜包铝漆包线未来会有哪些新方向？
1.高含铜量铜包铝应用在电机转子；如电机定子可适当采用含铜量低的的铜包铝漆包线，而转子在生产制造过程中需要更好的紧密性，对线材的物理性能要求更好，建议采用含铜量高的铜包铝漆包线。
2.铜包铝漆包线——扁线，铜包铝相对铜扁线，现在主要还是考虑成本较低，特别是在高频传输的领域，应用更有优势，如高频电感，已经批量在生产使用。
