Алюмомі́дний дріт () — провідник, виготовлений з композитного матеріалу, що складається з алюмінієвого сердечника та мідного покриття. Поєднує властивості алюмінію та міді, забезпечуючи меншу масу і нижчу вартість порівняно з міддю при помірній електропровідності та захисті алюмінію від окиснення.

Є компромісним матеріалом між мідними та алюмінієвими провідниками. Застосовується переважно у коаксіальних та інших високочастотних кабелях, де завдяки скін-ефекту електричний струм значною мірою проходить по мідному шару.

Історія створення та впровадження Уперше отриманий методом холодного прокатування композит з міді та алюмінію, як відповідь на дефіцит міді, був зареєстрований в Німеччині у 1938 році під торговельною маркою «CUPAL». Міднопластований алюміній спочатку розроблявся у вигляді прокатних листів, які застосовувалися для пресування монет, медалей, кухонного посуду, виробів промислового штампування, а також у деяких типах труб та декоративних і облицювальних елементів у будівництві.

Подальший розвиток композитних матеріалів із поєднанням алюмінію та міді як провідникової основи був зумовлений пошуком альтернатив мідним провідникам і прагненням поєднати їхню електропровідність із меншою масою та вартістю. Водночас алюміній як провідниковий матеріал почав використовуватися раніше: ще у 1901 році він був визнаний у Національному електричному кодексі (NEC), а в 1958 році розпочалися його перші випробування для застосування у внутрішніх електромережах. Експлуатаційні обмеження суто алюмінієвих провідників (повзучість, окиснення, нестабільність контактних з’єднань тощо) зумовили розвиток комбінованих провідників, зокрема алюмомідних.

Подальше промислове розроблення алюмомідних дротів було зумовлене як технічними, так і економічними факторами, зокрема зростанням вартості міді та потребою зменшення маси провідників. Воно розпочалося у другій половині XX століття з акцентом на забезпеченні їхньої стійкості до корозії. Перші алюмомідні провідники для практичного застосування були розроблені наприкінці 1950-х років німецькою компанією «Kabelmetal», яка у 1965 році запатентувала ключові елементи технології їх виготовлення. Паралельно аналогічні дослідження були розпочаті у США, зокрема компанією «Texas Instruments». Спочатку такі провідники були розроблені для високочастотних кабелів (зокрема коаксіальних антенних), де завдяки скін-ефекту основний струм проходить поверхневим шаром міді. Згодом вони почали використовуватися і в інших недорогих кабельних виробах, а з початку 1970-х років отримали обмежене застосування в силових електромережах окремих країн, насамперед у США. У 1971 році алюмомідний дріт було внесено до Національного електричного кодексу, що стало офіційним визнанням цієї технології як стандартизованого рішення в електротехніці. + Хронологія патентного розвитку технологій покриття металів і алюмомідного дроту (CCA) Період / рік Подія Автор Характеристика 1937 Патент Ґ. Г. Шпехт (). Правовласник: Eastwood-Nealey Corporation Загальні методи покриття металевого дроту; ранні технології нанесення металевих шарів на провідники 1956 Патент Чарльз Л. Карлсон (). Правовласник: Westinghouse Метод мідного покриття алюмінієвого дроту; створення біметалевого провідника з алюмінієвим ядром і мідною оболонкою, що поєднує провідність міді та легкість алюмінію 1960 Патент Чарльз Л. Карлсон (); Стенлі А. Роузкранс (). Правовласник: Westinghouse Біметалевий провідник Cu/Al із проміжним шаром; зменшення контактного опору та підвищення механічної міцності з’єднання шарів 1971 Патент Пол А. Діон (); Артур Дж. Томсон (). Правовласник: Texas Instruments Спосіб виготовлення металокладеного дроту (clad wire) шляхом формування твердотільного з’єднання металів методом холодного прокатування та тиску 1972 Патент Йоганнес Г. Д. Шлютер (); Генріх Г. Шуберт (). Правовласник: Kabelmetal Метод виробництва CCA-заготовки (прутка); покращення адгезії між міддю та алюмінієм перед волочінням 1972 Патент Йоганнес Г. Д. Шлютер (); Генріх Г. Шуберт (). Правовласник: Kabelmetal Технологія безпосереднього виготовлення CCA-дроту; оптимізація процесу спільної деформації металів 1973 Патент Франсіс Джозеф Фукс-молодший (). Правовласник: Western Electric Біметалевий провідник з металевою оболонкою; технологія покриття провідника металом для підвищення електричних та механічних властивостей 1974 Патент Тецуо Ямаґучі (); Теруюкі Такаяма (); Масао Хідеріта (). Правовласник: The Fujikawa Cable Works Limited Композитний електричний провідник; удосконалення структури та характеристик провідників із металевою оболонкою 1975 Патент Вольфрам Клебль (), Фрідріх Шатц (), Гаррі Шташе́вські (), Ґергард Цімек (). Правовласник: Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG Метод і апарат для безперервного виготовлення мідно-обкладеного сталевого дроту; формування мідної оболонки з подальшою дифузійною обробкою для забезпечення міцного з’єднання міді зі сталлю 1975 Патент Ґергард Цімек (). Правовласник: Kabel- und Metallwerke – Gutehoffnungshütte AG Удосконалення виробництва CCA; підвищення стабільності електричних і механічних властивостей дроту 1993 Патент Кадзунао Кудо (); Кадзуо Ямадзакі (). Правовласник: Sumitomo Electric Industries CCA з Al–Mg сердечником; підвищення міцності та корозійної стійкості при збереженні електропровідності 2007 Патент Роберт Н. Каллігем (). Правовласник: CommScope, Inc. Методи покриття та обробки; покращення рівномірності шару та адгезії металів 2011 Патент Роберт Н. Каллігем () Безперервне виробництво CCA; оптимізація промислового процесу та підвищення продуктивності 2013 Патент Ґуофен Сє (); Сяовень Сє (). Правовласник: Jiangsu Guangchuan Cable Co Ltd Покращені властивості CCA; удосконалення структури та характеристик для сучасних застосувань (телекомунікації, кабелі)

Будова та складники Алюмомідні дроти мають двошарову коаксіальну структуру у вигляді алюмінієвого сердечника з металургійно з’єднаною мідною оболонкою (сорочкою). Сердечник зазвичай становить близько 70–90% об’єму поперечного перерізу провідника і розташований у центральній частині. Мідна оболонка займає приблизно 10–30% перерізу та утворює зовнішній струмопровідний шар.

Алюмінієвий сердечник забезпечує основну механічну міцність і провідність при зниженій масі, тоді як мідна оболонка виконує функцію контактної поверхні, забезпечуючи стабільний електричний контакт жили з електричними клемами, затискачами та іншими струмопровідними елементами. Завдяки цьому реалізується поєднання низької густини алюмінію з високою електропровідністю та контактною надійністю міді.

Мідний шар в алюмомідних провідниках виконує першорядну роль у забезпеченні їхніх електричних і експлуатаційних характеристик, тому до нього висуваються підвищені вимоги. Насамперед використовується електротехнічна мідь із високою електропровідністю (зазвичай не нижче ніж ~97–101% за стандартом (IACS)) і мінімальним вмістом домішок, оскільки це забезпечує низькі електричні втрати, особливо з урахуванням скін-ефекту.

Важливим є міцне адгезійне з’єднання мідного шару з алюмінієвим сердечником, яке гарантує стійкість до механічних навантажень, вигину та процесів волочіння, а також запобігає розшаруванню під час експлуатації. Матеріал мідного шару повинен зберігати достатню пластичність і технологічність для можливості виготовлення дроту без утворення дефектів.

Суттєвими є також корозійна стійкість і стабільність електричних контактів, оскільки мідь повинна протистояти окисненню та мінімізувати гальванічні ефекти у парі з алюмінієм, що впливають на довговічність провідника.

Використання мідних сплавів допускається лише в окремих спеціалізованих випадках. До них можуть належати сплави з невеликим вмістом легуючих елементів (наприклад, срібла), які підвищують механічну міцність або термостійкість. Водночас такі матеріали повинні зберігати високу електропровідність і відповідати вимогам до адгезії, контактних властивостей і корозійної стійкості. Через зниження провідності та можливі технологічні обмеження застосування мідних сплавів у алюмомідних провідниках є обмеженим, і в більшості випадків використовується саме високочиста електротехнічна мідь.

Сердечник алюмомідного дроту може виготовлятися не лише з технічно чистого алюмінію, але й з його сплавів. Окрім системи Al–Mg, що дозволяє підвищити механічну міцність і стійкість до деформації, застосовують також сплави Al–Mg–Si (наприклад, типу 6101 і 6201), що забезпечують оптимальне поєднання електропровідності та механічної міцності. Для підвищення термостійкості та зменшення повзучості використовують мікролегування цирконієм (Al–Zr). У деяких випадках застосовують сплави з невеликими добавками заліза (Al–Fe), нікелю (Al–Ni) або кальцію (Al–Ca), які покращують механічні властивості, жароміцність і стабільність структури, хоча зазвичай це супроводжується певним зниженням електропровідності. Високоміцні сплави системи Al–Cu для провідникових застосувань використовуються обмежено через суттєве зменшення електропровідності та корозійну чутливість.

Властивості Провідність: середня між міддю та алюмінієм, приблизно 63–65 % від провідності чистої міді; завдяки скін-ефекту на високих частотах ефективна провідність наближається до провідності міді Маса та густина: густина алюмомідного дроту становить приблизно 37–40 % від густини чистої міді; за однакової маси та діаметра довжина такого дроту може бути у 2,45–2,65 раза більшою порівняно з мідним дротом; межа міцності на розрив у 1,6–2 рази вища, ніж у чистої міді Захист від окиснення: зовнішній мідний шар запобігає утворенню оксидної плівки на алюмінієвому сердечнику та зменшує ризик гальванічної корозії Механічні властивості: вища витривалість і довговічність порівняно з чистим алюмінієм; після термічної обробки (наприклад, відпалювання) знижується межа міцності, але підвищується пластичність (відносне видовження), що є важливим для кабелів, які піддаються вигину. Алюмінієвий дріт, плакований міддю, класифікується за механічними властивостями як м’який (відпалений) та твердий (наклепаний), що визначає його поведінку при деформації та обробці Коефіцієнт шару міді / об’ємний вміст міді: конструктивний параметр, що визначає відношення товщини мідного покриття до загального діаметра дроту; впливає на електричні та механічні властивості. На практиці найчастіше застосовуються конфігурації з об’ємною часткою міді близько 10–15%, а також існують варіанти з вищим вмістом міді (зокрема до ~40%), які використовуються у спеціалізованих застосуваннях. Найбільш поширеним є рівень близько 15%, який забезпечує баланс між вартістю та характеристиками, наближеними до чистої міді Деформація: дріт витримує багаторазове вигинання та намотування Термостійкість: емальовані алюмомідні дроти за класами термостійкості ізоляції належать до стандартних класів обмотувальних проводів. Найпоширенішими є класи 180 °C і 200 °C, тоді як підвищену термостійкість забезпечують дроти класу до 220 °C. Гранична робоча температура визначається переважно властивостями ізоляційного лаку (зокрема на основі поліестеріміду (PEI) або поліамід-іміду (PAI)), а не матеріалом провідника. Порівняння з іншими матеріалами Алюмомі́дний дріт має середню вартість між міддю та алюмінієм: дешевший за мідь, але дорожчий за алюміній. Він поєднує помірну електропровідність із значно меншою масою (приблизно у 2,5–3 рази меншою за мідь).

Наявність мідної оболонки у багатьох випадках дозволяє використовувати стандартні мідні клеми (за умови дотримання вимог до монтажу) та зменшує ризик утворення оксидної плівки і контактної корозії, що є перевагою порівняно з чистим алюмінієм.

Матеріал Провідність Маса Вартість Мідь висока висока висока Алюміній нижча низька низька Алюмомі́дь (Al–Cu композит) середня середня середня