Соединение напрямую через окисную пленку

Содержание

Соединение проводов. Как соединить медь и алюминий

Соединение напрямую через окисную пленку

Здравствуйте дорогие друзья! В сегодняшней статье рассмотрим соединение проводов, а вернее узнаем как правильно соединить медь и алюминий. Для электропроводки в квартире в настоящее время повсеместно применяют медные провода.

Сегодня можно встретить алюминиевую электропроводку только в тех местах, где нет выбора кабельной продукции или в условиях дефицита бюджета. Ведь еще каких-то 10-15 лет назад все новые дома сдавались с алюминиевыми проводами и медь использовали только прагматичные состоятельные люди и, разве что, эстеты.

Во время самостоятельного ремонта квартиры, в доме старого жилого фонда у вас может появиться задача правильного соединения медных и алюминиевых проводов.

Что же особенного в соединении медных и алюминиевых проводников между собой? И какие подводные камни могут встретиться на этом пути? Казалось бы, что за проблема? Соединять как обычно и не забивать себе голову. Однако, с такими соединениями все не так просто. Все правила категорически запрещают непосредственный контакт медных и алюминиевых проводов.

То, что в электротехнике нельзя напрямую соединять медные и алюминиевые проводники, не является секретом даже для многих обывателей, не имеющих никакого отношения к электрике. Со стороны тех же обывателей в адрес электриков-профессионалов часто звучит вопрос: «А почему?».

 Почемучки любого возраста способны загнать в тупик кого угодно. Вот и здесь подобный случай. Типичный ответ профессионала: «Почему-почему… Потому что гореть будет. Особенно, если ток большой». Но это не всегда помогает.

Так как вслед за этим часто следует другой вопрос: «А почему будет гореть? Почему медь со сталью не горит, алюминий со сталью не горит, а алюминий с медью – горит?»

На последний вопрос можно услышать разные ответы. Вот часть из них:

1) У алюминия и меди разный коэффициент теплового расширения. Когда через них проходит ток, они расширяются по-разному, когда ток прекращается, они остывают по-разному. В итоге серия расширений-сужений изменяет геометрию проводников, и контакт становится неплотным. А дальше уже в месте плохого контакта возникает нагрев, он ухудшается еще больше, появляется электрическая дуга, которая и довершает все это дело.

2) Алюминий образует на своей поверхности окисную непроводящую пленку, которая с самого начала ухудшает контакт, а дальше процесс идет по той же нарастающей: нагрев, дальнейшее ухудшение контакта, дуга и разрушение.

3) Алюминий и медь образуют «гальваническую пару», которая просто не может не перегреваться в месте контакта. И снова нагрев, дуга и так далее.

Что происходит в месте соединения меди и алюминия

Первый из приведенных ответов все-таки несостоятелен. Вот табличные данные по линейному коэффициенту теплового расширения для металлов, применяемых для электромонтажа: медь – 16,6*10-6 м/ (м*гр. Цельсия); алюминий – 22,2*10-6 м/ (м*гр. Цельсия); сталь – 10,8*10-6 м/ (м*гр. Цельсия).

 Очевидно, что если бы дело было в коэффициентах расширения, то самый ненадежный контакт был бы между стальным и алюминиевым проводником, ведь их коэффициенты расширения отличаются в два раза. Но и без табличных данных ясно, что различия в линейном тепловом расширении относительно легко компенсируются применением надежных зажимов, создающих постоянное давление на контакт.

Расширяться металлам, сжатым, например, при помощи хорошо затянутого болтового соединения, остается только в сторону, а перепады температуры не способны серьезно ослабить контакт.

   Соединение проводов

Вариант с оксидной пленкой тоже не совсем верен. Ведь эта же самая оксидная пленка позволяет соединять алюминиевые проводники со сталью и с другими алюминиевыми проводниками. Да, конечно, рекомендуется применение специальной смазки против окислов, да, рекомендуется систематическая ревизия соединений с участием алюминия. Но ведь все это допускается и работает годами.

А вот версия с гальванической парой действительно имеет право на существование. Но здесь все-таки не обходится без окислов. Ведь медный проводник тоже достаточно быстро покрывается окислом с той лишь разницей, что окисел меди более-менее проводит ток.

Но если соединены медный и алюминиевый проводник, их окислы имеют возможность диссоциации, то есть распада на заряженные ионы. Диссоциация возможна благодаря естественной влаге, которая всегда есть в воздухе. Ионы окислов алюминия и меди, будучи частицами с разным электрическим потенциалом, начинают принимать участие в процессе течения тока. Начинается процесс, известный как «электролиз».

 В ходе электролиза ионы переносят заряды и перемещаются сами. Но, кроме того, ионы – это ведь частицы металлов проводников. При их перемещениях металл разрушается, образуются раковины и пустоты. Особенно это касается алюминия. Ну, а там где есть пустоты и раковины, там уже нельзя иметь надежный электрический контакт.

Плохой контакт начинает греться, становится еще хуже и так далее вплоть до возгорания.

Отметим, что чем влажнее окружающий воздух, тем более интенсивно протекают все перечисленные процессы. А неравномерное тепловое расширение и непроводящий слой окисла алюминия – это лишь отягчающие факторы, не более того.

Читайте также  Проверка переходного сопротивления контактных соединений

Как правильно соединять медные и алюминиевые проводники

Что же делать когда соединять разнородные металлы действительно нужно? Остается только два пути: соединять через другой металл или устранять образование разрушающей оксидной пленки. В первом случае используются самые различные соединители:

  • клеммные колодки без непосредственного соприкосновения разнородных проводников
  • защитный слой из третьего металла
  • шайбы
  • специальные наконечники

Для соединения меди и алюминия используются специальные пасты, которые и защищают контакт от окисления и попадания влаги, препятствуют последующему разрушению контакта.

   Соединение проводов, медь с алюминием через шайбы

Если для дружбы этих двух металлов нужен третий, то можно один из них залудить. Например луженый медный многожильный провод прекрасно выполнит поставленную задачу при соединении с одножильным алюминиевым. Для конкретной задачи подключения к алюминиевому стояку в подъездном щитке используются ответвительные зажимы (сжимы) с проколами или без, так называемые «орешки».

В них есть промежуточная пластина исключающая непосредственный контакт. Есть экземпляры как с пастой, так и без нее. Для более бытовых задач можно использовать клеммные колодки с перегородками или разными гнездами для проводников из меди и алюминия.

Можно даже использовать обычное болтовое соединение, главное не забыть проложить между медным и алюминиевым проводом шайбу, оцинкованную или из нержавейки.

Удачно сочетают в себе нужные нам свойства — клеммы Wago. У них отдельные зажимы для каждого провода и специальные пасты для соединения с алюминиевыми проводами. Такие клеммы Wago отличаются от чисто медных клемм цветом — они серо-черные. Для применения в домашних условиях, при ремонте старой электропроводки, рекомендуем вам присмотреться именно к ним.

   Соединение проводов с помощью клемников WAGO

Если все же придется решать задачу соединения медного и алюминиевого проводов, ни в коем случае не заделывайте на глухо место соединения, например, в стену. Оставляйте такой контакт под присмотром или обеспечьте доступ для профилактического подтягивания контакта или аварийного ремонта, иначе придется ломать стену и переклеивать обои.

Соединение алюминиевого и медного проводов при устройстве новой или ремонте старой электропроводки дело хлопотное и очень ответственное. Соблюдая нехитрые правила можно с блеском решить поставленную задачу.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Источник: https://powercoup.by/stati-po-elektromontazhu/soedinenie-provodov

Соединение напрямую через окисную пленку

Соединение напрямую через окисную пленку

Здравствуйте дорогие друзья! В сегодняшней статье рассмотрим соединение проводов, а вернее узнаем как правильно соединить медь и алюминий. Для электропроводки в квартире в настоящее время повсеместно применяют медные провода.

Сегодня можно встретить алюминиевую электропроводку только в тех местах, где нет выбора кабельной продукции или в условиях дефицита бюджета. Ведь еще каких-то 10-15 лет назад все новые дома сдавались с алюминиевыми проводами и медь использовали только прагматичные состоятельные люди и, разве что, эстеты.

Во время самостоятельного ремонта квартиры, в доме старого жилого фонда у вас может появиться задача правильного соединения медных и алюминиевых проводов.

Что же особенного в соединении медных и алюминиевых проводников между собой? И какие подводные камни могут встретиться на этом пути? Казалось бы, что за проблема? Соединять как обычно и не забивать себе голову. Однако, с такими соединениями все не так просто. Все правила категорически запрещают непосредственный контакт медных и алюминиевых проводов.

То, что в электротехнике нельзя напрямую соединять медные и алюминиевые проводники, не является секретом даже для многих обывателей, не имеющих никакого отношения к электрике. Со стороны тех же обывателей в адрес электриков-профессионалов часто звучит вопрос: «А почему?».

 Почемучки любого возраста способны загнать в тупик кого угодно. Вот и здесь подобный случай. Типичный ответ профессионала: «Почему-почему… Потому что гореть будет. Особенно, если ток большой». Но это не всегда помогает.

Так как вслед за этим часто следует другой вопрос: «А почему будет гореть? Почему медь со сталью не горит, алюминий со сталью не горит, а алюминий с медью – горит?»

На последний вопрос можно услышать разные ответы. Вот часть из них:

1) У алюминия и меди разный коэффициент теплового расширения. Когда через них проходит ток, они расширяются по-разному, когда ток прекращается, они остывают по-разному. В итоге серия расширений-сужений изменяет геометрию проводников, и контакт становится неплотным. А дальше уже в месте плохого контакта возникает нагрев, он ухудшается еще больше, появляется электрическая дуга, которая и довершает все это дело.

2) Алюминий образует на своей поверхности окисную непроводящую пленку, которая с самого начала ухудшает контакт, а дальше процесс идет по той же нарастающей: нагрев, дальнейшее ухудшение контакта, дуга и разрушение.

3) Алюминий и медь образуют «гальваническую пару», которая просто не может не перегреваться в месте контакта. И снова нагрев, дуга и так далее.

Припой не прилипает к проводу

Не прилипает к паяльнику припой? Это проблема не только новичков, но и специалистов с опытом. Единственного универсального преодоления этого препятствия в работе нет. Причины такого неудобства, как и способы его устранения могут быть различными. Ограничимся кратким их перечислением. А попавший в подобную ситуацию мастер уже самостоятельно подберет способ, подходящий к его случаю.

Возможные причины отсутствия прилипания припоя:

  • грязное жало паяльника;
  • грязная канифоль;
  • перегрев или недостаточный прогрев рабочей части паяльника;
  • плохое качество припоя;
  • отсутствие флюса при пайке;
  • неправильно подобран флюс и припой;
  • пайка на улице, на сквозняке;
  • отсутствие прогрева металлического изделия перед пайкой;
  • случайное касание горячим жалом какого-либо пластика;
  • нагар и химические окислы на поверхности жала;
  • недостаточная концентрация самостоятельно приготовленных жидких флюсов;
  • малая мощность паяльника.
Читайте также  Соединение заземления с электрощитом

Для механической зачистки медного жала подойдет любое народное средство:

  • нож, скальпель;
  • напильник, надфиль;
  • наждачная бумага, полировальная шкурка;
  • металлическая щетка;
  • швейная игла;
  • насадка для бормашины.

Источник: https://1000eletric.com/soedinenie-napryamuyu-cherez-okisnuyu-plenku/

Способы пайки алюминиевых проводов

Соединение напрямую через окисную пленку

Несмотря на то, что в современном строительстве при производстве электротехнических работ алюминиевые кабели все чаще вытесняются медными, алюминий остается незаменимым материалом при изготовлении проводов и кабелей большого сечения.

Причины этого лежат на поверхности – удельное электрическое сопротивление алюминия больше, чем у меди примерно в полтора раза, а объемный вес меньше в три раза.

При большом сечении проводника, когда вес важнее прочности, выбор в пользу алюминия очевиден. Площадь сечения алюминиевого проводника будет больше, чем у медного в полтора раза, и при этом алюминиевый все равно будет в два раза легче медного. Для соединения проводов среди прочих методов применяют пайку.

Методы спаивания

Проблемой при использовании алюминиевых проводников является их быстрое окисление. Пленка оксида оказывает значительное препятствие прохождению электрического тока при соединениях. Для этого скрутки алюминиевых проводов пропаивают.

Паять алюминиевые провода в распределительной коробке можно, пользуясь паяльником или газовой горелкой. Применять паяльник сложнее из-за невозможности точно осуществить нагрев до необходимой температуры. А для алюминия перегрев так же неприемлем, как и недогрев.

Металл обладает большой теплопроводностью, и изоляция на большом участке от места пайки может просто оплавиться.

Газовой горелкой регулировать температуру нагрева проще, но ею долго осуществлять подготовку поверхности. Тем не менее, именно горелку нужно будет применять, если необходимо припаять какие-либо массивные детали друг к другу. В любом случае, при пайке алюминиевых проводов нужна их подготовка.

Предварительная обработка

Сложность при пайке заключается в том, что сам алюминий является очень легкоплавким материалом (660 ℃) и при неосторожном нагреве он может расплавиться.

Еще одним фактором, затрудняющим пайку алюминиевых проводов, является быстрое окисление на воздухе.

Окисная пленка на поверхности материала надежно защищает алюминий от воздействия всевозможных внешних факторов, но она же препятствует адгезии припоя с материалом, и ее нужно обязательно удалять.

Механически снять пленку оксида в обычных условиях практически невозможно. Материал моментально окисляется и покрывается новой пленкой. Можно механически удалить окисную пленку под слоем масла.

Но масло перед этим нужно прокалить до 200 ℃, чтобы удалить из него активный кислород, который может там присутствовать. Этот способ очень неудобен в домашних условиях и трудоемок.

Поэтому концы алюминиевых проводников необходимо облудить перед пайкой. Использование канифоли или большинства других флюсов не даст результата из-за высокой химической стойкости оксидной пленки. Она не растворяется даже органическими кислотами.

Чтобы облудить провода, необходимо использовать одновременно специальный флюс и механический способ.

Конечно же, делать это надо до того, как провода скручены, иначе механически очистить всю поверхность провода не удастся. Только облуженные концы можно скрутить друг с другом и спаять.

Работа паяльником

Для того чтобы запаять алюминий паяльником, существует несколько способов, суть которых заключается в том, чтобы производить очистку сразу под слоем флюса при непосредственном контакте с расплавленным припоем.

Первый способ заключается в том, что алюминиевые проводники, перед тем как припаивать, зачищают горячим облуженным паяльником, используя смесь канифоли и стальных опилок.

Опилки оказывают абразивное действие, канифоль удаляет все примеси и сразу же очищенные участки покрываются припоем, который должен быть на жале паяльника.

Второй способ предполагает зачистку алюминиевого провода об наждачную бумагу средней зернистости непосредственно под воздействием горячего паяльника с припоем и флюсом.

Газовой горелкой

Обработка газовой горелкой производится, когда детали находятся в таком положении относительно друг друга, при котором они будут эксплуатироваться. Обработка плавно переходит в сам процесс пайки.

Происходит это следующим образом:

  • горелкой нагреваются поверхности алюминиевых деталей;
  • по достижению температуры, при которой металл восстанавливается из оксида, пленка механически счищается;
  • под воздействием пламени детали покрываются флюсом, и в зону пайки вносится припой.

Если детали толстые, то кромки их необходимо разделать под углом 45°. Обычно разогрев происходит до температуры плавления олова, когда припой растекается и заполняет желобок скрутки.

Отличия технологии при использовании флюса

Благодаря достижениям современной науки и техники, получены составы флюсов для алюминия, которые активно растворяют оксидную пленку и защищают материал от дальнейшего окисления.

Примерами таких препаратов могут служить составы с маркировкой Ф-59А и Ф-61А. Буква А означает, что эти составы предназначены для пайки алюминия.

При использовании этих флюсов пайка алюминиевых проводов значительно облегчается. Достаточно просто обработать флюсом уже готовую скрутку, даже не нагревая ее, а потом, прогрев паяльником или горелкой, наложить припой.

Он растечется по всей поверхности проводов и хорошо прилипнет, обеспечивая прочное и электропроводное паяное соединение.

Особенности пайки многожильных проводов

Многожильные провода необходимо паять только с применением специального флюса, так как механическая обработка их практически невозможна. Технология пайки отличается тем, что каждый проводок нужно сначала хорошо обработать флюсом.

Для этого пучок придется раскрутить и распушить. После обработки каждый тонкий проводок жилы покрывают припоем и скручивают жгут. После этого делают скрутку двух концов и пропаивают ее.

Можно ли соединять с медью

Нередко возникают ситуации, когда необходимо соединить алюминиевый провод с медным. Это, пожалуй, единственный случай, когда пайка не может использоваться.

Все дело в самом алюминии. Он вообще не может припаиваться к другим металлам из-за своих физических и химических свойств. При соединении с медью напрямую, между этими двумя активными металлами возникает электрохимическая коррозия, которая быстро уничтожит соединение.

Читайте также  Параллельное соединение дросселей

А если их спаять, используя нейтральный к обоим материалам припой, то разный коэффициент температурного расширения металлов быстро разрушит спаянный контакт. Ведь при прохождении тока через проводник, он непременно будет нагреваться, а после отключения – остывать.

Техника безопасности

Техника безопасности при пайке алюминиевых проводов сводится к соблюдению общих мер предосторожности при работе с электрическими нагревательными приборами, с открытым пламенем и с агрессивными жидкостями, примером которых могут стать флюсы.

Недопустимо использование неисправных паяльников с нарушенной изоляцией, с мощностью более необходимой.

Запрещается использование горелок вблизи легковозгораемых предметов. При работе в помещениях должна быть правильно организована принудительная вентиляция.

Сложности при спаивании проводов из алюминия

Основной сложностью при спайке проводов из алюминия, как указано выше, является наличие оксидной пленки на поверхности металла. Борьба с ней сильно замедляет процесс пайки.

А если учесть, что провода из алюминия сейчас используются в основном для прокладки наружной силовой проводки, становится очевидным, что обычным паяльником и наждачной бумагой в этом случае не обойтись. Для соединения таких проводов все чаще применяется сварка.

Источник: https://svaring.com/soldering/praktika/pajka-aljuminievyh-provodov

Реакции алюминия с водородом и другими веществами

Соединение напрямую через окисную пленку

Алюминий — активный металл. Он устойчив на воздухе, при нормальной температуре быстро окисляется, покрываясь плотной пленкой оксида, которая защищает металл от дальнейшего разрушения.

При обычных условиях не взаимодействует с водой даже в состоянии кипения. При удалении защитной оксидной пленки алюминий вступает в энергичное взаимодействие с водяным паром воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия с выделением водорода и тепла. Уравнение реакции:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Если снять защитную оксидную пленку с алюминия, то металл вступает в активное взаимодействие с кислородом. При этом порошок алюминия сгорает, образуя оксид. Уравнение реакции:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Этот металл также активно взаимодействует со многими кислотами. При реакции с соляной кислотой наблюдается выделение водорода:

2Al + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂

При обычных условиях концентрированная азотная кислота не взаимодействует с алюминием, так как будучи сильным окислителем, она делает оксидную пленку еще крепче. По этой причине азотная кислота хранится и перевозится в алюминиевой посуде.

Алюминий при обычной температуре пассивируется разбавленной азотной и концентрированной серной кислотами. В горячей серной кислоте металл растворяется:

2Al + 4H₂­SO4 = Al₂(SO4)₃ + S + 4H₂O

Взаимодействие с неметаллами

Алюминий реагирует с галогенами, серой, азотом, углеродом и всеми неметаллами. Для протекания реакции необходимо нагревание, после чего взаимодействие происходит с выделением большого количества тепла.

Взаимодействие алюминия с водородом

Алюминий непосредственно с водородом не реагирует, хотя известно твердое полимерное соединение алан, в котором существуют так называемые трехцентровые связи. При температуре выше 100 градусов Цельсия алан необратимо разлагается на простые вещества. Гидрид алюминия бурно реагирует с водой.

Алюминий напрямую не реагирует с водородом: металл образует соединения путем потери электронов, которые принимаются другими элементами. Атомы водорода не принимают электроны, которые отдают металлы для образования соединений. «Принуждать» атомы водорода принять электроны с образованием твердых ионных соединений (гидридов) могут только очень реактивные металлы (калий, натрий, магний, кальций). Для прямого синтеза гидрида алюминия из водорода и алюминия требуется огромное давление (около 2 миллиардов атмосфер) и температура выше 800 К. Здесь вы сможете узнать о химических свойствах других металлов.

Следует отметить, что водород — это единственный газ, заметно растворяющийся в алюминии и его сплавах. Растворимость водорода изменяется пропорционально температуре и квадратному корню из давления. Растворимость водорода в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом. Это свойство незначительно изменяется в зависимости от химического состава сплавов.

Алюминий и его водородная пористость

Образование в алюминии пузырей водорода непосредственно зависит от скорости охлаждения и затвердевания, а также от наличия центров зарождения для выделения водорода — захваченных внутрь расплава оксидов. Для образования пористости алюминия необходимо значительное превышение содержания растворенного водорода по сравнению с растворимостью водорода в твердом алюминии. При отсутствии центров зарождения для выделения водорода требуется относительно высокая концентрация вещества.

Расположение водорода в затвердевшем алюминии зависит от уровня его содержания в жидком алюминии и условий, при которых происходило затвердевание. Так как водородная пористость — это результат механизмов зарождения и роста, контролируемых диффузией, то такие процессы, как снижение концентрации водорода и увеличение скорости затвердевания, подавляют зарождение и рост пор. Из-за этого выполненные методом литья в разъемный кокиль отливки металла более подвержены дефектам, связанным с водородом, чем отливки, изготовленные методом литья под давлением.

Есть разные источники попадания водорода в алюминий.

Шихтовые материалы (лом, слитки, литейный возврат, оксиды, песок и смазки, применяющиеся при механической обработке). Эти загрязнители — потенциальные источники водорода, образовавшегося при химическом разложении паров воды или восстановлении органических веществ.

Плавильные инструменты. Скребки, пики, лопаты являются источником водорода. Оксиды и остатки флюсов на инструментах впитывают влагу из окружающего воздуха. Печные огнеупоры, распределительные каналы, ковши для отбора проб, известковые желоба и цементные растворы — потенциальные источники водорода.

Атмосфера печи. Если плавильная печь работает на мазуте или на природном газе, возможно неполное сгорание топлива с образованием свободного водорода.

Флюсы (гигроскопичные соли, готовые мгновенно впитывать воду). По этой причине влажный флюс неизбежно вносит в расплав водород, образовавшийся при химическом разложении воды.

Литейные формы. В процессе заполнения литейной формы жидкий алюминий течет турбулентно и захватывает воздух во внутренний объем. Если воздух не успеет выйти из формы до начала затвердевания алюминия, то водовод проникнет в металл.

Источник: https://melscience.com/RU-ru/articles/reakcii-alyuminiya-s-vodorodom-i-drugimi-veshestva/