【導讀】鋁線比銅線重量輕而且能夠持續低成本供應,應用在汽車上可以減輕重量并提高燃油經濟性。但是當前的汽車線束主要材料依然是銅,因為采用鋁質連接存在技術和工藝挑戰。現在,TE解決了這個問題,并已將鋁線壓接連接成功應用于知名汽車制造廠。
汽車燃油經濟性是汽車的一個重要性能。由于要求節約能源和減少消耗能源時產生的溫室效應的副作用,汽車制造商一直在尋找改善燃油經濟性的途徑,也找到了很多方法,比如8速變速器、先進的渦輪增壓技術和直噴技術。但是對內燃機性能的改進“已經達到極限”,車身的輕質化給燃油經濟性的提升帶來了想象空間。汽車在高速路上勻速行駛時,燃油消耗多用于抵抗空氣阻力;在擁擠的城市道路行駛時,頻繁的停車、起步導致燃油消耗多用于起步和加速時抵抗汽車本身的慣性,與質量直接相關。
在普通的家用小汽車中,線纜主要用于電能和傳感、控制信號的傳輸,當前車用線纜的主要材質是銅,在典型的家用小汽車中,它們的重量大約為30kg。鋁材應用在汽車上可以減輕重量、有助于提高燃油經濟性、降低二氧化碳排放。在汽車線纜連接中,采用鋁替換銅主要有如下兩個優勢:第一,鋁的重量比銅輕三分之二左右,采用鋁線可以電纜線束的整體重量。同樣電阻的鋁線比銅線輕50%。這種減重對降低燃油消耗有重要作用;第二,鋁是一種供應充足的基礎材料,在地球上,鋁元素的含量僅次于氧和硅,居第三位。而銅資源有限,因而銅有一部分“投資投機性需求”,導致國際銅價常常在高位震蕩。
鋁線比銅線重量輕而且能夠有保證的低成本供應,但是當前的汽車線束主要材料依然是銅,主要是因為采用鋁質連接存在技術和工藝挑戰。比如:
- 鋁在機械負載下從80C開始出現蠕變趨勢加劇(蠕變:固體材料在保持應力不變的條件下,應變隨時間延長而增加的現象。),而銅在230C以上采出現類似現象。因此,鋁和銅的連接必須做特殊設計,從而保證產品生命周期內不喪失電氣性能。
- 銅鋁連接處在潮濕環境下發生電化學反應,導致金屬接觸層發生溶解,必須采取措施防止這種不良反應;
- 鋁的機械強度只有銅的三分之一,而且對折彎很敏感。汽車中的部分應用對線纜本身和連接件的機械強度提出了要求;
- 鋁在空氣中會形成致密且堅硬的氧化層,氧化鋁可以保護材料不受循環腐蝕,但是它又很強的絕緣特性。因此,在進行鋁質線纜的連接時,需要徹底破壞氧化層。
在近期一場電子展上, TE Connectivity向CNT Networks介紹了TE新研發的鋁線壓接連接解決方案:一種特殊的F型壓接筒(如圖1)。它的內側具有鋸齒狀結構,壓接過程中,鋸齒結構可以破壞氧化層,暴露下面的純鋁,從而通過冷焊建立接觸點。
圖1 :一種特殊的F型壓接筒
壓接刀具完全閉合時,導線在沖擊下縱向伸長,壓接筒和導線之間形成了局部冷焊區域。接觸表面的晶格結構表明兩種材料相互滲透。形成良好導電性能的關鍵并不是壓接區的殘余應力,而是局部冷焊。
通過這種冶金法的連接,有效提高了導電耐久性。而且1.5mm截面的鋁線,采用這種新型壓接的拔出力為80N。此外,壓接筒中還整合了密封帶以及密封貼點來實現腐蝕保護。TE已經開發了全自動F型壓接模具,目前正用于某知名汽車制造廠。
對于線索總重30kg左右的中級普通汽車,用鋁線代替銅線(只替換導線,不包括信號線),在同等導電性能下,重量可減少大約7kg。在德國,近十年來,電源端子已經改用鋁材,這種情況下,每組線束至少可以減重2至3kg。
TE Connectivity汽車事業部副總裁兼中國區總經理沈偉明先生表示:從中國制造業發展趨勢來看,“智能化”、“綠色化”是產業升級的關鍵點,汽車領域未來市場的趨勢與此不謀而合,將進一步重視環保減排、降低成本、減輕重量、擴充空間、功能集成的產品,TE Connectivity也將伴隨市場的需求推出更小型化、輕量化、智能化的創新型產品,積極推進中國汽車事業的發展,助中國名族品牌汽車的成長一臂之力。
圖2:TE Connectivity汽車事業部副總裁兼中國區總經理 沈偉明先生
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TE在中國的最新業務進展及市場策略
鋁線壓接連接解決方案只是TE Connectivity汽車事業部眾多連接方案中的一種。沈偉明先生半開玩笑的說:“經常有客戶問我,哪種產品是TE汽車事業部的拳頭產品,在我看來,TE的產品都是拳頭產品,因為TE的產品太多了,我們可以根據客戶的需求提供他們需要的所有連接方案。”
“TE Connectivity 于25年前開始進入中國市場,迄今在中國有約 30, 000名員工,建立了 17 個生產基地,并通過設在全國 14 個城市的銷售辦事處為客戶提供服務,中國區年銷售額超過20億美元,占全球TE Connectivity市場15%的份額。TE Connectivity 對中國市場尤為重視,將消費類電子、工業、汽車三大事業部的全球總部設立于中國,自2009年已有638項獲中國專利產品。” TE Connectivity 高級副總裁兼中國區總裁王武小珍女士介紹到,“與此同時,TE Connectivity 非常重視社會責任,TERA活動遍布中國。 TE Connectivity 堅信要成為一家偉大的企業,不僅是優良的業績,同時還要求我們堅定德奉行核心價值觀、最高標準的道德和誠信準則。這體現在:誠信、擔當、團隊合作、創新精神。”
圖3:TE Connectivity高級副總裁兼中國區總裁王武小珍女士
對中國市場的重視也體現在前不久一場電子展的展臺上,TE的展臺占地面積達180平方米,成為整個展會最大的一個展臺。除了TE汽車事業部門,TE消費電子設備部高級副總裁兼總經理 Michael Dreyer與TE工業事業部副總裁兼中國總經理 Stefan Rustler均悉數到場。
Michael Dreyer表示:在智能手機、平板電腦以及超級本的成長推動下,2015年消費類設備連接市場有望達到180億美元。在消費電子領域,TE始終致力于幫助客戶制造更小巧、更輕便、更薄、更快速的產品,承諾提供給客戶最高性價比的解決方案,在消費類設備加速增長的同時,不斷創新出超前的產品,滿足用戶需求。
圖4:TE Connectivity消費電子設備部高級副總裁兼總經理 Michael Dreyer先生
圖5:TE Connectivity的智能手機連接解決方案
在工業領域,TE業務涉及工業、能源、航空航天及國防與船舶、醫療四大細分市場, 工業部又劃分為四大業務板塊:自動化與控制、智能樓宇、太陽能、鐵路,其中自動化與控制占據了58%的業務份額。Stefan Rustler表示:“未來,隨著工業自動化的持續增長,TE非常廣泛的產品組合、對客戶的理解和經驗、對中國市場的定位,將進一步為帶來機遇。TE將始終為客戶的利益著想,提供全球化標準的服務,來為客戶創造更大的價值。”
圖6:TE Connectivity工業事業部副總裁兼中國總經理 Stefan Rustler先生