銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用的製作方法

2023-08-01 13:34:21 1

專利名稱：銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用的製作方法
專利說明銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用 本發明涉及銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用。汽車線束是組成汽車的重要分總成，是汽車的神經系統，及電能輸送系統(輸送信號電流及驅動電流)，使汽車的各個用電器有效的工作。主要材料有電線、插接件、及用於防護的包紮材料。用膠帶包紮成束狀。
至今為止，世界各國汽車線束均採用銅電線製作，尚無採用銅包鋁鎂合金電線的先例(雖然此種電線已被用於其他方面)。主要是因為銅材料具有良好的機械性能和電性能並且價格低廉(銅未漲價時約為2000美元/噸)但現在情況不同，全球銅資源越來越少世界各國的經濟發展用銅越來越多。一年多來銅價已飆升至約9000美元/噸。
汽車線束用銅線價格飆升，致使汽車線束生產企業全局性的經營艱難，也給汽車生產廠家造成巨大成本壓力。以乘用車為例因車型不同，每臺車的線束用銅約5-15公斤不等。僅製作線束所用銅線，微型車增加成本13-35美元不等，中檔車增加成本約30-90美元不等。本發明的目的是在不影響汽車性能的情況下，將銅包鋁鎂合金電線應用到汽車電線束中，以降低汽車線束成本。
本發明的技術方案為銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，所述汽車線束的線芯為銅包鋁鎂合金線。
銅包鋁鎂合金線芯與銅線芯有不同之處，當線芯被壓接變形後在外部介質參與的情況下會發生電化學反應。這種電化學反應(原電池效應)比氧化反應猛烈得多。在加速地反應條件下(如經稀鹽酸液浸泡、鹽水浸泡等)銅包鋁鎂合金線與端子的壓接處的線芯很快會變黑，這是因為銅包鋁鎂合金線的線芯的外部緊密包裹著銅外皮層，經壓接變形後，極易被剝離。這樣當銅和鋁兩種不同的金屬之間滲入或透進其它介質時電化學反應就發生了。
針對銅包鋁鎂合金電線易腐蝕氧化這一問題，應對端子壓接部位做防氧化處理。方法是保證絕對密封，使其壓接部位裸露的電線完全與空氣隔絕。解決這一問題，有如下方案可以保證非銅線在端子壓接處與空氣完全隔絕而不被氧化。
方案之一將裁線剝皮後的裸頭處壓接前沾錫，此工藝成本較高。
方案之二端子壓接後用瞬幹滲透膠(瞬幹滲透膠的配方是市售快速凝固劑和市售滲透劑體積的配比各半)密封壓接後的線頭裸露處。此方法同樣能有效地防止合金線壓接處的電化學反應，能長期的保證有效電連接，而且比方案之一的成本低得多。
以銅包鋁鎂合金線替代銅線應用於汽車電線束製作的優勢總結起來有以下3點1、降低了成本(電線價格減少約1/3)；2改進了線束的柔軟性，減少線束的硬度，更便於安裝；3降低了線束的重量。下面通過試驗數據進行比較一、如下表通過對使用銅包鋁鎂合金線的賽豹線束的重量比較，能夠看到顯著的效果，線束重量減少了1/4以上。
注以上比較，AVSS2.0以上線徑使用了Cu線二、銅包鋁鎂合金線與銅線的電性能比較
注本文所述之的實驗及分析均以Cu-Almg-10％為研究對象。當然Cu-Almg-15％的各項性能更優良。，其中，鋁鎂合金的重量比87％比13％。
表中可見10％的銅包鋁鎂合金線的電阻率約為0.0274；銅的電阻率約為0.0185。雖然電阻增加了，容許電流也有所減少，但不影響用其製作汽車線束的應用。
以往汽車電線的規格比實際使用所需要的線徑大得多，銅包鋁鎂合金線雖然電性能有所降低但完全可以取代銅線完成相同的功能。由於歷史的原因汽車電線的線徑設計的安全係數過大。例如，汽車前罩燈的功率為60W該電路承載的電流只有5A，而製作汽車電線束時選用的銅線的容許電流約20A。再如儀錶板上的幾種顯示器功率不過6W，電路的承載電流僅為0.5A，而以往線束設計時選用的卻是容許電流9A以上的粗線。實際上若選用同樣線徑的銅包鋁鎂合金線，擔任相同角色仍然綽綽有餘。容許電流仍然大大的超過相應用電器的功率所要求的電流。
因為歷史原因，在現時期以前電線的製作水平生產不了現在這樣優良的電線，出於對線束機械強度的考慮又由於銅價的低廉自然就容易選過粗的銅線。聯繫到老爺車上的喇叭線足有手指粗這樣的情景，上述現象也就不奇怪了。這種現象不是權威造成的，是歷史原因造成的。
兩種電線的發煙數據相差不大。
由於多數線束產品上使用的電線大部分是AVSS線，而AVSS所要求的最高使用溫度為70℃(其PVC絕緣一般耐熱溫度為60℃～90℃)，在通電的情況下其溫度在一定時間內會不斷上升而最後趨於穩定。通過對銅包鋁鎂合金線加以與Cu線相同的電流，在一定時間內銅包鋁鎂合金線的溫度變化符合要求。
1、普通型銅包鋁鎂合金線與Cu線冒煙時通過電流(A)的比值
2、耐熱型銅包鋁鎂合金線與Cu線冒煙時通過電流(A)的比值
通過試驗，得知銅包鋁鎂合金線可通過的電流只比Cu線可通過的電流少10％左右，而在汽車電路設計中電線通過的電流要比汽車在實際運行中通過的電流大若干倍，我們通過在賽豹車上進行銅包鋁鎂合金線3萬公裡的路試試驗中，也證明了這一點，所以使用銅包鋁鎂合金線可以不改變汽車電路及其保護電路的設計。
三、機械性能用銅包鋁鎂合金線替代銅線製作汽車線束，人們擔心它的機械強度，這種擔心可以由3種對比試驗來排除(一)電線拉力試驗；(二)端子壓接拉力試驗；(三)熱脹冷縮試驗。
(一)電線的拉力是由於其自身的重量加以震動造成的。有如下的分析和試驗。
1、電線拉力的驗證因為汽車線束用電線的拉力標準是以線束在汽車運行中所受的外力(主要是振動)所決定的，而銅包鋁鎂合金線的重量約是Cu線的2/3(由於Cu線比重為8.9，銅包鋁鎂合金線比重為4.4，以及裸線的被覆層沒有變化)，所以改用銅包鋁鎂合金線後的導線拉力標準理論值應為Cu線的2/3。根據國內外銅包鋁鎂合金線的拉力標準以及本公司的測試數據可見銅包鋁鎂合金線拉力大大超過實際要求的拉力標準。通過對賽豹右地板線束中導線拉力的理論驗證，以及到目前為止改用賽豹全車線束為銅包鋁鎂合金線製作的線束後所做的3萬公裡車輛路試驗證，沒有出現銅包鋁鎂合金線線芯的斷裂現象。
假設推理經查各種汽車線束，線束在車體上固定距離最大為635mm，但實際上線束是安裝在車殼與內飾板之間的狹小空間裡，不會懸空)，下面的分析假設其是懸空的。
受力計算按照國標QC/T29106-2004，該分支公差為-10～+25，所以按規格AVSS0.5mm2長度為(625+25)mm的導線來計算，已知合金導線0.5mm2重量為6.98Kg/KM，經計算，該段導線重量為m＝0.004537Kg，設當汽車在行駛中振動導線加速度為a＝2g，那麼該段導線垂直於導線切線方向受力為F＝ma＝0.004537×2×9.8＝0.0889252N，根據力學原理，分解到導線軸向的力 F軸＝0.1612255N，而實際上0.5mm2合金導線壓上端子的拉力F拉＝74N，0.5mm2合金導線拉力F拉＝92N，所以該合金導線不會因為汽車的振動而造成導線從端子中脫出，更不會把導線拉斷。經過同樣計算，其它導線也是符合拉力要求的。
銅包鋁鎂合金線與Cu線拉力試驗數據
2、端子壓接拉力試驗端子壓接拉力推論按銅包鋁鎂合金線導體拉力的80％作為銅包鋁鎂合金線端子壓接拉力的暫定標準，可以滿足QC/T29106標準對端子壓接拉力的要求
端子壓接拉力試驗數據
實驗結論端子壓接的拉拔力必須小於電線的拉力值。上述試驗數據證明端子壓接的拉拔力符合要求。
3、關於熱脹冷縮壓接後端子拉拔力因熱脹冷縮可能產生衰減。對於銅包鋁鎂合金線在內，被壓接端子在外壓接後因為鋁的熱膨脹係數為23×10^-6/℃(偏大)；銅的熱膨脹係數為17.7×10^-6/℃(偏小) 所以經反覆多次的溫度變化亦即反覆多次的熱脹冷縮之後，外部的銅端子可能略微被脹開，使端子壓接後的拉拔力減小。不過下述試驗數據說明，汽車線束在實際使用中，外部的環境溫度即使變化再劇烈，溫度差與致使金屬劇烈熱脹的溫度差也是有限的。經過多次熱脹冷縮後壓接端子的拉拔力仍為原來的約90％，從此次實驗數據可見，約100次熱脹冷縮後拉拔力數據已趨於穩定了。這只需要調整端子拉拔力的技術標準以抵消此拉拔力損失即可。
熱脹冷縮壓接拉拔力實驗實驗數據如下
結論
銅包鋁鎂合金線製作的汽車電線束與銅線製作的汽車電線束同樣優良。前者完全可以替換後者。實施例下面是銅包鋁鎂合金線汽車電線束的具體規格Cu-Almg合金電線規格I
Cu-Almg合金電線規格II
前述表格中的「導體構成」欄中斜線前面的數字表示導線數量，斜線後面的數字表示導體線徑，意思是指某一線徑的某某數量的導線絞成的導線。
規格1與上述銅線規格中的線徑相同但容許電流略小。
規格2與上述銅線規格中容許電流相同但增加了線徑。
這兩種規格的銅包鋁鎂合金電線在製作汽車電線束時均可採用，不過使用規格1更為便捷，可以不改變原有生產條件，如銅線一樣用於製作汽車電線束。
權利要求
1.銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，其特徵在於所述汽車線束的線芯為銅包鋁鎂合金線。
2.根據權利要求1所述的銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，其特徵在於所述汽車線束裁線剝皮後的裸頭處壓接前沾有錫。
3.根據權利要求1所述的銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，其特徵在於所述汽車線束的端子密封壓接後的線頭裸露處塗有瞬幹滲透膠。
4.根據權利要求1所述的銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，其特徵在於所述的瞬幹滲透膠的配方是市售快速凝固劑和市售滲透劑的體積配比各半。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，其特徵在於所述汽車線束的規格為
6.根據權利要求1、2、3或4所述的銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，其特徵在於所述汽車線束的規格為
全文摘要
銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用，涉及銅包鋁鎂合金線在汽車線束中的應用。本發明將銅包鋁鎂合金電線銅線，在不影響汽車性能的情況下，降低1/3的成本；改進了線束的柔軟性，減少線束的硬度，更便於安裝；降低了線束的重量。在目前銅價高企的情況下，本發明具有很好的應用價值。
文檔編號B60R16/02GK101017712SQ20071008486
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者張紹林 申請人:張紹林