Độ dẫn điện, độ bền kéo của hợp kim đồng-thép

Báo cáo này là phần tiếp theo của “Vật liệu có độ bền cao và dẫn điện cao để thay thế hợp kim đồng berili”. Trong báo cáo ban đầu, các tác giả đã thảo luận về vật liệu này với kỳ vọng rằng nó sẽ được ứng dụng cho các lò xo dẫn điện. Tuy nhiên, trái với kỳ vọng này, nó đã nhận được nhiều nghi vấn về việc sử dụng vật liệu đồng berili cho dây dẫn điện có độ bền cao.

Dây được đặt dọc theo các khớp nối của máy bay không người lái và robot được yêu cầu phải có độ linh hoạt cao và cũng được yêu cầu ngày càng mỏng do số lượng dây được sử dụng để đấu dây cảm biến và các thiết bị khác tăng.

Ngoài ra, sự phát triển của xe điện cũng đẩy nhanh quá trình điện khí hóa hệ thống sưởi trong xe. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với dây chịu nhiệt, yêu cầu các sợi dây điện phải đủ mạnh để ngăn ngừa nguy cơ đứt do quá nhiệt. Để đáp ứng các yêu cầu trên, Sumitomo Electric để phát triển dây bọc thép đồng (TCC) với độ dẫn điện và độ bền kéo rất tốt so với các hợp kim đồng khác (hình dưới).

1. Sợi hợp kim TTC (đồng- thép)

a. Độ dẫn điện

Sợi TCC này được làm bằng vật liệu composite bao gồm đồng và thép, độ bền của nó cao hơn so với đồng berili và các hợp kim đồng khác, độ dẫn điện của sợi TTC từ 20 đến 60% độ dẫn điện tiêu chuẩn của đồng ủ (IACS), và có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau bằng cách thay đổi độ bền và chất liệu của lõi.

Sợi TCC xoắn bện: Khả năng chịu uốn của sợi được cải thiện, điện trở uốn của một dây bện tăng lên khi số lượng sợi tăng lên và đường kính của chúng giảm đi. Ngoài ra, một ruột dẫn có thể đạt được khả năng chống uốn cực cao bằng cách sử dụng sợi TCC.

b. Đường kính sợi

Giảm đường kính của sợi TCC giúp tiết kiệm trọng lượng dây và không gian đi dây. Đường kính của sợi TCC có thể được chọn trong phạm vi 0,03 đến 0,4 mm theo mục đích sử dụng vẫn giữ nguyên độ bền, cải thiện thiết kế và giảm kích thước của dây cáp.

c. Khả năng uốn

Dây điện chịu nhiều tác động bên ngoài chẳng hạn như uốn và xoắn tùy nơi mà chúng được sử dụng. Tái tạo các điều kiện tải điện dây và ước tính tuổi thọ của chúng là điều quan trọng. Trong này nghiên cứu, thử nghiệm uốn thể hiện trong hình bên dưới. Hợp kim Cu-3% Sn đã được thử nghiệm để so sánh. Tải trọng và trục gá đường kính lần lượt là 1,47 N và 10 mm.

Hình trên cho thấy trạng thái của các dây xoắn bện sau khi trải qua 10 triệu chu kỳ thử nghiệm. Khoảng 20 đến 30% sợi hợp kim Cu-3% Sn bị đứt, trong khi sợi TCC hầu như không bị đứt.

Thử nghiệm được tiếp tục trong điều kiện khắc nghiệt hơn bằng cách thiết lập đường kính trục gá đến 5 mm. Trong thử nghiệm này, sợiTCC không đứt ngay cả sau 13 triệu lần uốn dẻo.

Nghiên cứu của Sumitomo cũng cho thấy sợi hợp kim đồng- thép (TTC) cũng có khả năng kết nối với thiết bị đầu cuối tốt hơn sợi hợp kim Cu-Ag hoặc Cu-Sn.

2. Ứng dụng sợi dây điện TTC

a. Cáp di động

Dây điện sản xuất từ sợi TTC có thể ứng dụng làm dây kết nối của các thiết bị di động như xi lanh khí nén và cánh tay robot công nghiệp. Dây cáp tiên tục bị uốn cong mỗi khi xi lanh khí nén hoặc cánh tay robot di chuyển từ bên này sang bên kia.

b. Dây điện chịu nhiệt ô tô

Sự chuyển dịch sang xe điện thúc đẩy hệ thống sưởi bên trong xe tiết kiệm năng lượng hơn, dẫn đến nhu cầu ngày càng tăng đối với dây nhiệt sưởi ấm trong ô tô. Dây nhiệt bắt buộc phải có đủ độ bền và khả năng chống uốn., sử dụng dây có độ bền kéo và uốn cong tốt như sợi TCC sẽ làm giảm nguy cơ đứt dây điện do nhiệt cao.