铝的电阻率为26.548 nΩ·m。
电阻率用欧·米(Ω·m)为单位。这是因为导线的电阻, 用R为符号, Ω(欧姆)为单位, 与其长度(L, m)成正比, 与其截面积(A, mm2)成反比。
R∝L/A (1-1)
其比例常数(ρ)即为电阻率:
这样, 电阻率就是: 截面积为1 mm2长度为1 m导线的电阻。故其单位为Ω·mm2/m, 将其简化整理便是Ω·m。旧标准用前者, 新标准用后者。 用Ω·m时前面的数值太小, 故也用nΩ·m, 或μΩ·cm。
若现在铝线的电阻率为0.028264 Ω·mm2/m。
则相应于 0.028264×10-6 Ω·m2/m 即 0.028264×10-6 Ω·m
或0.028264×10-6×109 nΩ·m即 28.264 nΩ·m
或0.028264×10-6×106×102 μΩ·cm即 2.8264 μΩ·cm
当温度升高时电阻和电阻率都将增大。对铝而言, 每升1℃, 增加约0.004倍。称此为电阻温度系数, 用α表示。若冬夏温差25℃, 则输电线路的电阻将增大约10%, 可能这也是夏日供电紧张的原因之一。
ρ夏=ρ冬(1+0.004×25)=1.1ρ冬 (1-3)
规定用20℃的电阻率进行考核和对比, 故需把不同温度下测得的值换算到20℃时的值。20℃的电阻率用ρ20表示。关于电阻率和直流电阻的测试方法在GB/T 3048.2和GB/T 3048.4—1994中作了规定。
交流电在导线内传输时, 有集肤效应, 这如同缩小了导线的截面积。故同样长度、 同样截面积的导线在传输交流电时, 其电阻率ρ20大于直流电, 且频率越高越严重, 故统一用直流电阻率进行考核和对比。
电阻的倒数为电导, 单位称西门子, 符号为(S)。故电阻率的倒数叫电导率, 单位为(S/m)。然而使用更多的是相对电导率, 俗称导电率, 其定义为: 某材料在某温度下的电导率与退火态铜在20℃时的电导率之比, 其符号为IACS, 又称国际退火铜标准的电导率(International Annealed Copper Standard), 是相对值, 无单位, 用%表示。国际电工委员会(IEC)规定退火态20℃条件下铜的电阻率为: ρ20Cu=0.017241 Ω·mm2/m=17.241 nΩ·m
上文所述铝的电阻率0.028264 Ω·mm2/m, 就相当于其电导率: IACS=17.241/28.264=0.61或61%
铝的纯度越高, 即含杂质越低, 则电导率越高, 电阻率越低。也即输电线路上的电阻损耗少, 节能。要满足国标对其电阻率的需求, 铝的纯度应达99.7%及以上。关于杂质和纯度的影响, 第6章中还要介绍。
冷加工变形使铝的电阻率升高。例如牌号为1350的电工铝, 退火态时ρ20为27.9 nΩ·m, 冷变形后则为28.2 nΩ·m。电阻率升高就是导电率降低, 对应由61.8%IACS降低到61%IACS。
纯铝的强度较低, 软态下约70 MPa, 而铜为230 MPa, 钢则更高。虽然冷加工可提高铝的强度, 但也只到140~160 MPa。降低纯度, 掺入杂质是提高强度的方法, 合金化也是一个方法, 如铝镁硅合金和铝镁合金等, 铝包钢线等复合线材是提高强度的另一个方法。然而, 强度的提高会造成一些性能的降低, 如导电性、 韧性和抗蚀性能等。所以常找一妥协之道, 牺牲一些, 得到一些, 达到双方皆可接受的程度。
1.5.2 铝的化学性质
铝易氧化, 表面上生成致密的氧化膜, 能保护内部不被继续氧化。这氧化膜在强酸和强碱中被侵蚀, 而失去了保护作用(但浓硝酸, 冰醋酸和氢氧化铵除外)。
在温度较高, 温度较大的气氛中, 氧化膜会长得很厚, 并因湿气的存在, 表面生成带水合物的氧化铝, 它较厚且易脱落, 这就失去了保护作用。所以贮存堆放处应通风干燥, 不要淋雨。
因为电子逸出能力不同, 铝与别的金属接触时, 会产生原电池效应, Mg, Zn, Al, 钢, Cu, Ni在53 g/L NaCl和3 g/L H2O2水溶液中, 25℃时与0.1 mol甘汞电极的电极电位分别是-1.73 V, -1.10 V, -0.85 V, -0.58 V, -0.20 V和-0.07 V, 电极电位越负, 越活跃, 与别的金属接触时, 越易受到腐蚀。例如: 铜的螺钉压紧铝的导线, 经过一段时间后, 铝表面受到腐蚀, 产生一些腐蚀产物, 这样会增大了两者的接触电阻。
在铝基体内的非固溶性杂质(如含铁相), 和合金元素组成的第二相如MnAl6, CuAl2等, 它们也具有电极电位。它们与铝基体相接触, 两者中负电性更强的, 也将受到腐蚀。这种腐蚀首先从表面开始, 逐渐向里深入, 成为蚀坑(点蚀), 或造成剥落。
