電線電纜用鋁合金為什麼要進行雜質元素分析，這篇文章梳理清楚了
在電線電纜檢測中，鋁合金也常見材料之一。雖然鋁的導電性僅次於銀、銅和金，但是在輸送同等電量條件下，鋁合金導體的電線質量僅為銅線的一半，所以在電線電纜製造工業裡電工用鋁杆、鋁合金線，鋁合金帶材、型材等也都是重要的使用材料。導電用鋁合金重要的檢測專案之一就是化學成分分析，成分分析除了可以確定鋁合金的牌號外，另外一個重要目的就是對其雜質元素含量進行確定。
一、為什麼要對雜質元素分析？
我們之所以要對導電用鋁合金的雜質元素進行分析，就是因為鋁合金的製造工藝就是在純鋁中加入一定比例的合金化元素，這些新增的合金元素通常都是微量元素，
尤其是導電用鋁合金的微量元素新增百分比質量分數一般都不超過
1。0%
。我們常用新增的微量合金元素為
Cu
、
Mg
、
Fe
、
B
、
Zr
等元素，但
Zr
、
Cr
、
V
、
Mn
、
Li
和
Ti
等元素對鋁合金導體材料的電阻率有嚴重的影響。所以我們要嚴格控制
Zr
、
Cr
、
V
、
Mn
、
Li 7
和
Ti
等元素在鋁合金導體材料中的含量。
二、雜質元素對鋁合金電效能的影響原理分析
通常情況下，電阻率是鋁合金的標誌性電效能指標。原理就是當金屬材料受到外加電場作用時，載流子處於週期性排列的離子實形成的晶格場（又稱晶格庫侖勢場）
中發生定向運動而形成電流，這時如果是合金材料，裡面的微量合金元素、雜質、晶體缺陷等均會導致晶格場產生週期性破壞，那些破壞了晶格場週期性的異常離子實或晶格原子，就會碰撞或阻礙定向移動的載流子從而產生電阻，因此，合金材料的電導率高度依存於合金成分和組織結構。總結來講就是溶質原子和空位、析出相、位錯等均會引起晶格畸變，導致載流子在運動過程中發生散射，隨著合金元素的加入及加入量的增加，鋁合金的電阻率會大幅增加，因此合金元素及其存在狀態對鋁合金的導電率有著不同影響。
三、各類合金元素的影響差別
大量文獻資料表明，不同微量元素對鋁合金的電導率的影響存在差別的，在研究了
32
種合金元素對鋁合金導體材料電阻率的影響後，結果如下：
1。Zr
、
Cr
、
V
、
Mn
、
Li
和
Ti
等元素對鋁合金導體材料的電阻率有嚴重的影響；
2。Mg
、
Si
、
Cu
、
Ge
、
Ag
和
Fe
等元素對鋁合金導體材料的電阻率有影響；
3。Ca
、
Bi
、
Cd
、
Sb
、
Ni
、
Be
、
Tl
、
Pb
、
In
、
Ba
、
Ce
、
Sr
、
Co
、
Ga
和
Zn
等元素對鋁合金導體材料的電阻率的影響較小。
所以，我們要嚴格控制
Zr
、
Cr
、
V
、
Mn
、
Li
和
Ti
等元素在鋁合金導體材料中的含量。
四、導電鋁合金中雜質元素測定分析
步驟一：為了分析導電鋁合金的雜質元素影響，我們對電解原鋁進行化學成分測試，測試結果如下：
步驟二：最對電解鋁水的實測成分，我們將常見雜質元素引起的電阻率增加情況也詳細進行列表處理，具體如下：
從上表中我們可以看出電解鋁水中的主要雜質元素為
Fe
、
Si
、
Ti
、
V
、
Cr
、
Mn
。
步驟三：
我們用熱力學計算獲得的純鋁中形成的
MB2
化合物的組成隨溫度變化的情況 和純鋁中各元素在不同相的分配情況 ，如下兩圖：
圖三
圖四
從計算結果可以看出，新增
B
元素後，純鋁中會析出
AlB2
相，
M
（
V
，
Ti
）
B2
相（如圖三所示）以及
AlFeSi
相。圖四的計算結果表明，隨著溫度的降低，
Fe
元素在鋁基體中的固溶量非常低，絕大部分以
AlFeSi
相的形式析出。因此，這也決定了
Fe
對於純鋁的電阻率影響較小。而
Si
元素會參與到
AlCrSi
和
AlFeSi
相的析出。
Mn
元素會參與
AlFeMnSi
相的析出。因此，降低鋁基體中雜質元素含量，極大促進雜質元素以析出態形式存在於基體中，能極大提高純鋁的導電率。
五、硼化處理改善雜質元素影響分析
硼化處理是提高鋁合金導電效能的最有效途徑，因為
B
能與
Ti
、
V
、
Cr
、
Mn
、
Fe
雜質元素反應形成不溶解的硼化物或者含雜質元素的複雜化合物，從而使原來固溶在鋁中的雜質元素變成析出態，沉積於熔體底部，減少鋁導體內部晶格的畸變，從而改善鋁導體的導電性。
我們對澆鑄結束後爐底物取樣進行
SEM
觀察，照片如下：
圖五
（
a
）為
B
加入量為
0。01%
時的掃描照片，（
b
）為
B
加入量為
0。03%
時的掃描照片。由實驗結果可得，爐底樣品中含有大量的灰色塊狀和白色團絮狀的化合物存在，灰色顆粒物主要為
Al
、
Si
化合物，白色化合物主要為團絮狀
Ti
，
V
，
Fe
，
Zr
的硼化物。爐底取樣的
SEM
觀察照片和掃描能譜分析結果均未發現
Mn
、
Cr
的存在。隨著
B
加入量由
0。01%
增加至
0。03%
，試樣組織中的白色硼化物數量增多，其中硼化物中
B
元素的含量也在增加。由原子吸收光譜分析結果可知，硼在爐底產生富集，說明
B
元素參與了硼化物的形成過程。
電線電纜最重要的就是效能之一就是導電效能。採用鋁合金作為導體的產品，雜質元素分析是重要的專案之一，對其含量的控制加工也是關鍵技術之一。為了改善雜質元素對鋁合金電效能的影響，很多企業還會新增
Zr
（鋯） 元素 、
RE
（稀土）元素等，將裡面的雜質元素與其相結合，降低雜質元素的固溶量，從而改變夾雜物的性質和分佈，進而降低雜質元素對鋁合金導電性的有害作用 。