随着材料工业的技术进步,在矿产资源、国家政策、市场、价格等环境因素的相互作用下,性能相近材料在应用领域的“替代”与“被替代”在时刻发生着。正是由于材料的“替代”与“被替代”交互式发展,才促使了材料的升级换代,优化了材料工业的产品结构,推动了国民经济各产业的持续、协调、快速发展。铜价快速上涨的根本决定性因素,是资源的短缺与需求的增加。从资源的角度讲,铜、镍价格上涨是今后全球范围内的大势所趋,这种现象将会长久延续下去。铜价上涨以及铝和铜性能上的相似性,为铝材“替代”创造了机遇。
自2005年10月以来,铜价在全球范围实现了前所未有的大幅上升。持续的高铜价,使下游产业用户制造成本迅速上升,市场销路受阻,利润被挤压,用户不得不在原材料上另寻“替代品”,据CRU统计,2005年被替代的铜量达22.5万吨,是2004年的3倍,2006年铜被替代量将达到35万吨以上,预计2007年铜被替代量将达35~40万吨。而且铜被替代的市场可能形成永久性的退出。再看镍,全球每年镍供应短缺7万吨以上,镍价将持续上涨到3.5万美元/吨,我国的不锈钢年产量增速约22%,目前每年生产不锈钢消耗镍20万吨,2010年前将达40万吨。镍资源的短缺与价格的高涨,促进在下游一些应用不锈钢的领域,改为使用铝材。空调行业的铝材替代
在空调制造业除压缩机外,空调铜管用量较大,所占成本较高。对于空调铜管的替代,一直是空调制造业比较关注的课题。据调查,对于在空调换热器上用铝管替代铜管的研究一直都在进行着。替代应用实验证明:空调采用铝管替代铜管对空调的性能和使用年限没有任何影响。在国外,美国正在全力推进全铝热交换器的应用。在国内,著名空调制造商青岛海信电器股份有限公司在2005年就部分使用了铜铝结合型连接管,材质的变化并没有影响空调的使用和质量。中国家电检测所专家也指出,无论是铜管或是铝管,对于空调的制冷性能及使用年限都不会造成影响。在空调制造业,铝管替代铜管有两种,一种是半替代,即空调连接管两头采用铜管,中间则采用铝管,这种替代方式对减少空调企业制造成本的作用很小,每台空调成本只能下降20元至30元左右。另一种是全替代,即:全铝空调。采用全铝替代方式,每台空调可直接降低成本400元至600元左右。目前,包括格力、格兰仕、奥克斯在内的诸多名牌空调制造企业都在进行“铝代铜”的全面研发和测试,研发性价比优良的全铝空调。按我国每年生产空调7000万台、每台空调平均用铜7公斤计算,实施“铝代铜”方案,可节省铜管50万吨;按铜铝材料最小价差4万元计算,可减少成本200亿元。可见“铝代铜”的经济效果非常可观。电线电缆行业的铝材替代铝导线替代铜导线。铝导线与铜导线比,不足之处是导电率和安全性方面略为逊色,所以铜导线一直在电线电缆领域扮演主导角色。如果铜铝价差保持在正常水平,工业方面倾向于使用铜作为导体。但是,在铜铝价差背离较大时,以铝导线取代铜导线在经济上是非常有利的。
据JP摩根报告介绍,全球铝在电力导线上一直占有约6%的市场份额,目前较高的铜价致使铜在电力电线市场份额的扩大之势被遏止。由于铝具有价格比较优势,铝导线替代铜导线已在国内外成为快速发展之势。在国外铝导线广泛用于变电站的变压器、屏内母线、密集型母线、大小截面的干、支电线,其应用比率为泰国90%、沙特50%、韩国和日本70%、美洲50%。可见,国外的替代发展快于国内。铜包铝线替代铜线。铜包铝漆包线。铜包铝漆包线是采用铜包铝材料作内导体的新型电磁线,是铜漆包线的替代品,其特性介于铜和铝之间,吸取了铜的优良导电性和铝的重量轻的优点。铜包铝漆包线的优点:直流电阻率:铜包铝线的直流电阻率约为纯铜线的1.5倍;阻值相同时,铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。良好的钎焊性:铜包铝线由于其表面包覆了一层纯铜,因此具有跟纯铜线一样的可钎焊性。重量轻:铜包铝线密度是相同线径铜线的1/3,对降低电缆和线圈的重量十分有效。铜包铝漆包线的应用领域:用于制作要求重量轻、相对导电率较高、散热性好的绕组,特别是传输高频信号的绕组。应用于高频变压器、普通变压器、电感线圈、工业电机、家用电机、微型马达、微型电机转子线圈、音响线圈、光驱、显示器偏转线圈、消磁线圈、手机内部线圈、手表驱动元件等。
铜包铝线。铜包铝线是一种双金属线材,是在铝线外表包复一层一定厚度的铜层,使该线材成为一种高性能的双金属线材,其铜的厚度大约是在最小半经的3.5%。其导电率大约是铜线的62.9%。而同样重量的铜包铝线的长度是纯铜线长度的2.7倍。铜包铝线广范应用于有线电视工业中,在美国铜包铝线已成为同轴电缆的标准材料。因为高频信号传输是完全在导线外层运行,所以铜包铝线可以代替相同规格的铜线。在低频应用中,铜包铝的安载容量是同规格铜线的65%。因其重量轻,在需要大线规格尺寸时也比铜更为柔软,铜包铝用于电瓶电缆,焊接电缆,楼宇电缆和电磁导线。由于铜包铝是优化了两种金属的最佳特性于一体的复合线材。铜占线材截面的10%,其厚度最小为线材的3.5%。铜包铝线的密度每立方英寸为12磅(每立方厘米3.32克)是铜线的37%。由于铜包铝线具有经济,质轻,易于操作和安装等优点,在实际应用中是取代铜线的最佳制品。据悉,近年来我国通讯行业的CATV同轴电缆生产企业为了提高产品质量,降低成本,实现与国际技术接轨,已经采用铜包铝线作为CATV同轴电缆的更新换代产品,且用量逐年增加。铜包铝线与铜线比,成本下降20%~40%,且具有良好的耐腐蚀性,良好的焊接性及比重小,易于加工,便于安装运输,传输性能好等诸多优点,必将成为铜线的替代品。铝芯电缆替代铜芯电缆。由于铜线缆的制造成本比铝线缆要高出59%,因此,电力行业将更多地使用铝制造线缆。在国外,欧美和日本都在推广应用铝芯电力电缆。据MBR预计,2006年北美铝线缆的发货量将提高8%至10%。特别是在英联邦国家,铝芯电缆使用得很普遍。发展中国家的电缆工程招标书中,很多都提出用铝芯电力电缆。但是在我国,除铝占有中低电压电缆18%的市场份额外,其他基本上都是铜芯电缆,随着铜价的升高,我国铝芯电缆和铜芯电缆的使用比例必定发生结构性变化。由于铝芯电缆造价较低(在同等载流量的情况下,铝导体电缆的金属导体原材料成本较铜导体约低四分之一),另据国际铝协副秘书长ChristopherBaylissc称,1公斤的铝电缆能够输送的电量相当于1公斤铜输电量的两倍,因此,铝芯电缆将以较快的发展速度替代铜芯电缆。我国2000多家电机生产企业和7000余家电线电缆生产企业将为铝芯电缆创造一个庞大的市场。电力供应部门已经得到授权,指定在中低电压电缆业使用铝。在这一领域,铜的总体消费量约60多万吨将被铝替代。据《中国电力报》报道:常州供电公司首次成功使用了铝芯电缆,此批规格为500平方毫米、长1640米的10千伏铝芯电缆替代铜芯电缆后,可节约工程投资189万元,只相当于铜芯电缆费用的23%。另外,从国外电缆行业的发展情况看,铝制电缆将应用于航空业,空中客车(Airbus)基于重量因素已经决定部分采用铝制电缆制造A380客机。汽车行业铝制电缆应用也正在研究之中。
变压器绕组的铝材替代一个370kVA变压器约使用33吨铜。因为铝只有铜一半的导电性,但是同样只有其重量的三分之一,只需要60%铝的重量能达到同样的导电性。在国外,铜和铝的变压器都有供应。然而在中国,目前只有铜变压器。如果铜铝价差继续保持目前的水平或进一步拉大,那么相关产业界将有足够的动力来研制铝变压器,实现对铜制变压器的替代,一旦这种替代变成现实,铝材在此领域的消费份额将较铜具有更大的发展潜力。电子材料行业的铝材替代在功率模块中铝材替代铜材。美国加州的功率半导体和集成电路的供应商IXYS公司近日宣布一项新型的铝基基片技术。该项技术也称为直接铝材连接(directaluminumbonded简称DAB)技术,已经用于集成功率半导体模块的生产中,例如:马达驱动、DC/DC转换器和功率模块中。该项技术是一项替换直接铜材连接(directcopperbonded简称DCB)的先进技术,在直接铜材连接(DCB)技术中铜作为主要的导体被连接到铝或者氮化铝陶瓷上。在直接铝材连接(DAB)技术中,铝材作为主要的导体与陶瓷形成非常坚固和可靠的连接。这样就可以形成良好的热循环性能,以满足在汽车、工业、航空和航天等应用中对功率控制技术标准的要求。铝材层的安置所采用的方法绝大多数与在标准的DCB和PC板中铜材层的安置方法相同,为了能够方便使用,表面镀覆了一层具有可焊性的材料。DAB基片也比DCB要轻得多,通常情况下可以节省下37%至64%的重量。
CPU散热片的铝材替代铜材。CPU散热片一般用铜材和铝材制作,但铜制CPU散热器比例较大。据国外最新研究结果表明,经过脱脂处理的银白色铝材,其导热效果最佳。与铜比较,铝材有着导热性能突出,易加工,抗氧化以及重量轻(比相同规格的CPU散热器减重20%~40%)、价廉等突出优点。铝材已成为CPU散热片材料的最佳选择。从著名制造商富士康公司推出了一系列物美价廉的铝质高效CPU散热器应用效果看,也证实了以上研究结果,预示在CPU散热片用材上,铝材将替代铜材。印刷电路配线板铝箔替代铜箔。电器自动控制系统的配线板是用粘贴在绝缘膜上的铜箔经过腐蚀后构成电路,现在改为铝箔,替代的优点体现在配线板重量减轻三分之二;价格只有铜箔的四分之一;铜箔电路厚度0.018mm~0.035mm,而铝箔仅为0.007mm;铜箔配线宽度为0.6mm,而铝箔仅为0.15mm。其他行业的铝材替代汽车制造业的热传输领域。MBR研究认为,热传输行业的热交换器对1050、1200、3003和3103铝合金薄板或铝箔的需求已有显著增加,热交换器向全铝化发展。汽车用铝散热器(水箱)在轿车、轻型车上已大部分替代铜散热器;建筑行业的装饰制品、水管道、采暖散热器;家具;工业领域的高压导体等都存在铝材替代或部分替代铜材的发展趋势。铝替代镀镍不锈钢。由于镍价大幅攀升,钢材价格近几年来也有一定的涨幅,使用以镀镍不锈钢为原料生产家用电器、器皿厂家的成本急剧上升,迫使企业寻找替代原材料。铝虽然不如镀镍不锈钢光洁度高,但在价格上,相对镀镍不锈钢合金有较大优势。使用铝材替代或部分替代镀镍不锈钢,虽然在制成品的性能外观上略有不足,但在经济上非常实惠,更容易为消费者所接受。目前铝的表面处理技术日臻完善和成熟,铝材外观上已经基本可以与镀镍不锈钢相媲美,具有替代条件和优势。铝替代马口铁。近年来,在西欧市场,铝的竞争力超过了钢,德国的马口铁两片罐成本已与铝相当,西欧国家有10余条生产马口铁两片罐的生产线被铝罐生产线置换。