Alüminyum dünyadaki popüler metallerden biridir. Hafif olması, yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip olması ve korozyona dayanıklı olmasıyla ünlüdür. Ancak alüminyumun tartışılan en önemli özelliklerinden biri de elektriği iletmesidir. Peki, alüminyum bir elektrik iletkeni midir sorusuna nasıl cevap vereceksiniz? İşte bu sorunun cevabına geliyoruz: evet, alüminyum elektriği iletebilir, ancak bir elektrik sistemi oluştururken tercih edilen metal olan bakır kadar iyi iletemez. 

Bu makalede alüminyumun elektrik iletkenliği, elektrik endüstrisinde kullanımı ve elektrik endüstrisinde kullanılmasının faydaları ve sınırlamaları tartışılacaktır.

Elektriksel İletkenlik ne anlama geliyor?

Alüminyumun bir elektrik iletkeni olup olmadığını söylemeden önce elektrik iletkenliğinin ne olduğunu ele alacağız. Bir malzemenin elektrik akımına izin verme kapasitesine elektrik iletkenliği denir. Bu, o malzemedeki serbest hareket eden elektronların sayısına bağlıdır. Metaller, genellikle, atomik yapıları içinde kolayca akabilen çok serbest elektronlara sahiptir, bu nedenle iyi iletkenlerdir.

Belirli bir malzemenin elektrik iletkenliğinin ölçüm birimi siemens bölü metre (S/m) olarak fark edilir. Direnç ne kadar büyükse, elektriğin geçme olasılığı o kadar azdır. Bakır ve alüminyum gibi yüksek iletkenliğe sahip malzemeler, güç kaynağı, güç iletimi, kablolama ve devreler gibi çeşitli elektrik uygulamalarında kullanım alanı bulur.

Alüminyum Elektrik İletir mi?

Evet, alüminyum bakırdan çok daha iletkendir. Metallerin iletkenliğine bakıldığında alüminyum iyi bir iletken olarak kabul edilir, ancak elektrik iletkenliği bakırın yalnızca yüzde 61'i kadardır. Bu, bakırın belirli bir boyuttaki telden daha fazla akım geçmesini sağlayacağı anlamına gelir.

Buna rağmen, alüminyumun nispeten yüksek bir iletkenliğe sahip olması, özellikle ağırlık ve maliyetin kritik hususlar olduğu çoğu elektrik uygulamasında uygulanabilir olmasını sağlar. Alüminyumun direnci diğer birçok malzemenin direnci kadar yüksek değildir; yani alüminyum da elektriği iletebilir, ancak nispeten daha az dirençle.

Alüminyum Elektriği Nasıl İletir?

Elektrik, atomların yapısı boyunca serbest elektronların akışı nedeniyle bir Alüminyumda iletilir. Bu serbest elektronlar metalin atomlarına sadece zayıf bir şekilde bağlıdır ve bir elektrik alanı mevcut olduğunda kolayca hareket edebilirler. Malzeme elektronların içinden geçmesine izin verdikçe, bir elektrik akımı oluşacaktır.

Alüminyum ayrıca oldukça yüksek miktarda serbest elektrona sahiptir, bu da iyi bir elektrik iletkeni olduğu anlamına gelir, ancak bakır kadar verimli değildir. Bakırdan yaklaşık 61 kat daha az elektrik iletkendir, bu nedenle elektron akışına karşı biraz daha dirençlidir.

Alüminyumun iletkenliği, metaldeki atomların artan titreşimi nedeniyle sıcaklıktaki bir artışla da azalır ve bu da direnci artırır. Ayrıca, alüminyumun yüzeyinde iletken olmayan oksit tabakaları oluşur ve bu da bağlantıların yapıldığı yerlerde iletkenliği azaltabilir. Oluşan bu oksit tabakası, özellikle elektrik kontaklarında iyi iletkenliği bozacağı için kontrol edilmelidir.

Elektriksel İletken Alüminyum Sınıfları 

Alüminyum bir elektrik iletkenidir ve çeşitli kaliteler farklı saflıklar ve alaşım metalleri içerdiğinden iletkenlik seviyesi de kaliteye bağlıdır. Belirli elektrik uygulamalarına uyan doğru alüminyum türünü seçerken alüminyum sınıfının türü ile iletkenliği arasındaki korelasyon zorunludur.

1. SAF Alüminyum (1100 Grd)

Alüminyum sınıfı 1100, yüzde 99 ve üzeri saflık seviyesiyle en saf alüminumlardan biri olarak kabul edilebilir. Bu saflık yüksektir, bu da elektriksel olarak iyi elektrik iletkenliğine yol açar, bu nedenle kablolama ve elektrik bağlantıları gibi elektrik iletkenliği ve performansı en iyi gerektiren alanlarda iyi olacaktır.

• Elektriksel İletkenlik: Bakırın yaklaşık yüzde 61'i.
• Uygulamalar: Güç kablosu sistemlerinde, elektrik iletkenlerinde ve yüksek iletkenlik ve düşük direncin gerekli olduğu diğer cihazlarda kullanılır.

2. Alüminyum Alaşım 1350

Alüminyum Alaşım 1350 başka bir yüksek saflıkta alüminyumdur, sadece gücünü ve diğer özelliklerini arttırmak için çok az miktarda bakır ile birleştirilmiştir. Bu kalite, 1100 dereceli alüminyumdan bir kademe daha düşük seviyede iletkendir, ancak elektriksel işlevlerde de iyi performans sağlamada uzun bir yol kat eder.

• Elektrik İletkenliği: 1100 kalite alüminyum gibi olan bakırın iletkenliğinin yaklaşık yüzde 61'i.
• Uygulamalar: Tellerde, iletkenlerde ve transformatörlerde, özellikle yüksek voltajlı elektrik sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

3. 6063 Alüminyum Alaşım

6063 kalite alüminyum orta mukavemetli bir alaşımdır ve normalde ekstrüzyonlar ve çerçeveler gibi yapısal amaçlar için kullanılır. Mekanik mukavemete katkıda bulunan magnezyum ve silikon gibi daha fazla alaşım malzemesine sahiptir, bu nedenle elektriksel olarak 1100 ve 1350 kalite alüminyumdan daha az iletken hale getirir.

• Elektriksel İletkenlik: Bakırın iletkenliği, elementlerin ilave alaşım etkileri ile yüzde 50-55 daha düşüktür.
• Uygulamalar: Esas olarak mimari ekstrüzyonlarda, pencere çerçevelerinde ve havacılık bileşenlerinde uygulanır. Daha saf kaliteler kadar iletken olmamasına rağmen, iletkenlikten ziyade mukavemet ve şekillendirilebilirliğin önemli olduğu alanlarda bazı kullanım alanları bulur.

4. Alüminyum Alaşım 1050

Alüminyum Alaşım 1050 de yüksek saflıkta alüminyumdur, ancak hafif bir demir varlığına sahiptir; bu nedenle iletkenliği 1100 dereceli alüminyumdan daha azdır. Bununla birlikte, çeşitli uygulamalar için elektrik iletkenliği açısından iyidir.

• Elektriksel İletkenlik: Elektrik iletkenlik oranı bakırın 99,76 %'si olup 1100 dereceye eşdeğerdir.
• Uygulamalar: Yüksek iletkenliğin önemli olduğu, ancak belirtilen mekanik mukavemetin önemli bir sorun olmadığı elektrik kabloları, teller ve akü konektörleri.

5. Aloy 6061 alüminyum

Bu 6061 sınıfı alüminyum alaşımını popüler yapan şey, iyi mekanik özellikleri ve çok yönlülüğüdür. Güçlü olması için magnezyum ve silikon ile alaşımlandırılır ve iletkenlikte orta derecede bir kayba neden olur.

-Elektriksel İletkenlik: bakırın iletkenliğinin yaklaşık yüzde 45-50'si.

Uygulama: Elektrik iletkenliğinin çok önemli olmadığı, ancak mukavemet ve korozyona karşı direncin önemli olduğu yapısal parçalarda, otomobil parçalarında ve açık denizlerde kullanılan ekipmanlarda yaygın olarak bulunmalıdır.

Elektriksel İletkenlik Alüminyum Kaplamadan Etkilenir mi?

Alüminyumun elektrik iletkenliği, alüminyum kaplamadan büyük ölçüde etkilenebilir ve bu, metale uygulanan kaplama ile belirlenir. Alüminyumun iletkenlik özelliği farklı yüzey işlemleriyle değiştirilebilir: oksit tabakası oluşumu, anotlama, kaplama, parlatma vb.

1. Oksit tabakasının oluşumu

Oksidasyon sürecinde olduğu gibi havanın varlığında alüminyum ince bir oksit tabakası (Al 2 O 3 ) oluşturur. Bu oksit tabakası korozyona karşı koruyucu bir örtü oluştursa da iletken değildir. Bu, elektriğin bağlandığı noktadaki bu oksit filminin direnci artırabileceği ve böylece alüminyumun genel iletkenliğini tehlikeye atabileceği anlamına gelir. Bu oksit tabakasının varlığı nedeniyle yüksek performanstaki elektrik faaliyetlerinin verimliliği kaybolabilir. İyi bir iletkenlik elde etmek için, böyle bir oksit tabakası ortadan kaldırılmalı veya temas bölgelerinde sınırlandırılmalı veya oksit birikimini önlemek için yüzey işlemleri sağlanmalıdır.

2. Eloksal

Alüminyum söz konusu olduğunda, eloksal, oksit filmini kasıtlı olarak daha kalın hale getirmeyi amaçlayan bir işlemdir. Korozyon direncini arttırmasına ve yüzeyin estetik görünümünü iyileştirmesine rağmen, eloksallama işlemi yüzeyi daha yalıtkan hale getirir. Bu da alüminyumun iletkenliğini önemli ölçüde azaltarak elektrik akımı kullanımını içeren uygulamalar için uygunsuz hale getirir. Ancak estetik öneme sahip olanlar gibi bazı uygulamalarda, büyük bir tehdit olan koruyucu etki nedeniyle anodik kaplama kaldırılmaz. Bağlantı noktalarında oksit tabakasının kasıtlı olarak kaldırılması planlanmadıkça, iletken uygulamalarda eloksallama optimum olamaz.

3. Kaplamalar ve boyalar

Alüminyum, çevresel unsurlara karşı ekstra koruma sağlamak ve görünümünü iyileştirmek için kaplanır ve boyanır. Ancak kaplamaların büyük çoğunluğu (özellikle normal boya) yalıtkandır ve elektrik iletkenliği bariyerleri oluşturur. Kaplamalar, kaplamanın uygulandığı durumlarda metalin elektrik iletkenliğini büyük oranda azaltma etkisine sahiptir. Elektrik sistemi uygulamalarında alüminyum söz konusu olduğunda, elektrik temasının yapıldığı parçaların kaplanmaması gerektiği veya özel durumlarda iletken kaplama kullanılmasının istenebileceği unutulmamalıdır.

4. Yüzey Parlatma

Alüminyumun temiz ve pürüzsüz bir yüzeye sahip olması için kullanılan son işlem yöntemlerinden biri de yüzey parlatmadır. Mekanik olarak, elektrik iletkenliği söz konusu olduğunda parlatma, daha temiz bir temas yüzeyi sunmak için elektrik iletkenliği açısından özelliği geliştiren işlemdir. Cilalı alüminyum yüzey, elektrik bağlantısında daha fazla verimlilik sağlar, direnci düşürür ve elektrik sistemlerinde performansı artırır. Ancak cilalama çok fazla yapıldığında, malzeme kaybına yol açabilir ve bu da bazı uygulamalarda alüminyumun bütünlüğü ve boyutu için bir sorun olabilir. Sonuç olarak, parlatma sadece iletkenlik ve malzemenin mukavemeti arasında arzu edilen dengeyi sağlamak için kullanılmalıdır.

Alüminyum Elektrikte Neden Kullanılıyor?

Bakır, alüminyuma kıyasla elektriksel olarak daha iletken olmasına rağmen, elektrik endüstrisinin alüminyum kullanmaktan vazgeçmesine yol açmamıştır. Bunun nedenleri şunlardır:

1. Maliyet-Etkinlik

Daha ucuz bir fiyat, elektronikte alüminyum uygulamasının ana avantajlarından biridir. Bakırın aksine alüminyum daha ucuzdur; aslında fiyatı bakırın maliyetinin yaklaşık üçte biri kadardır. Bu uygun fiyat faktörü, büyük ölçekli elektrik tesisatları söz konusu olduğunda alüminyumu mükemmel bir seçenek haline getirecektir çünkü bol miktarda malzemeye ihtiyaç vardır.

2. Hafif ağırlık

Alüminyum ayrıca bakıra kıyasla çok hafiftir ve yoğunluğu bakırın yaklaşık üçte biri kadardır. Bu da onu havai enerji nakil hatlarında olduğu gibi ağırlığın sorun olduğu alanlarda uygun hale getirir. Alüminyumun hafifliği nedeniyle nakliye maliyeti daha düşüktür ve aynı zamanda kurulumu da kolay hale gelir.

3. Korozyon Direnci

Açık havadayken, alüminyum da doğal olarak yüzeyi kaplayan ince bir koruyucu oksit kaplama geliştirir. Bu oksit film daha fazla oksitlenemeyen bir sızdırmazlık maddesi görevi görür ve bu nedenle alüminyum korozyona karşı son derece dayanıklı bir malzemedir. Hava koşulları ve nem bakır gibi diğer metalleri kolayca korozyona uğratabileceğinden, bu durum özellikle açık havada bulunan elektrik sistemleri için avantajlıdır.

4. Güç-Ağırlık Oranı

Alüminyum büyük bir mukavemet-ağırlık oranına sahiptir, bu da hafif olmasına rağmen büyük bir yapısal mukavemet sunabileceği anlamına gelir. Bu özellik, alüminyumu kablolar, iletim hatları ve hatta elektrikli ekipman inşa ederken bile neredeyse tüm elektrik konularında güzel bir seçenek haline getirir.

Alüminyum ve Bakırın Mukavemeti Karşılaştırıldı: Elektriksel İletkenlik

Yukarıda da belirtildiği gibi, elektrik koAlüminyumun iletkenliği bakırın yaklaşık yüzde 61'i kadardır. Bununla birlikte, iletkenlik farkı göründüğü kadar büyük değildir. Güç aktarımı gibi birçok büyük ölçekli uygulamada, alüminyumun sağladığı maliyet ve ağırlık tasarrufu, biraz daha düşük iletkenliğini dengelemektedir. Bununla birlikte, yüksek elektrik performansı söz konusu olduğunda, bakır hala daha iyi iletken olacaktır.

Alüminyum ve Bakır karşılaştırması:

Bakır daha iletken olmasına rağmen, performanstaki eşitsizlik normalde daha küçük kesitli bir bakır kablodaki aynı miktarda elektriği taşımak için daha büyük kesitli bir alüminyum kablo kurmakla açıklanır. Bu nedenle havai enerji nakil kabloları ve diğer büyük ölçekli elektrik tesisatlarında genellikle alüminyum kablolar kullanılır.

Alüminyumun diğer iletkenlerle karşılaştırılması

Alüminyumun bakır ve gümüş gibi diğer elektrik iletkenleriyle karşılaştırılması söz konusu olduğunda, performanslarının birçok kez tatmin edici olduğu, ancak yüksek performanslı bir sistemde iyi kullanılmadığı söylenir.

Alüminyumun Elektrikte Kullanım Alanları

Alüminyum, çok çeşitli elektrik ürünlerinde, özellikle de belirtilen özelliklerin fayda sağladığı yerlerde uygulama alanı bulur: düşük maliyet, düşük yoğunluk ve korozyon direnci.

1. Güç iletim hatları

Alüminyumun en yaygın uygulama alanı, düşük ağırlığı ve yüksek iletkenlik değerinin uzun mesafeli elektrik iletimleri için uygun hale getirdiği havai enerji nakil hatlarıdır. Alüminyumdan oluşan enerji hatlarının döşenmesi ve bakımı bakıra kıyasla daha ucuzdur ve hafif olmaları nedeniyle hatların kurulumu açısından kolaylıkla işlenebilirler.

2. Elektrik Tesisatı / Kablolar

Alüminyum kablolar genellikle konut ve ticari yapılarda, özellikle de düşük ve orta düzeyde elektrik yükü kapasitesine sahip devrelerde kullanılır. Bakır tel hala yüksek performanslı devrelerde kullanılabilir, ancak alüminyum maliyet ve ağırlığın hayati bir rol oynadığı büyük tesisatlarda uygulanabilir.

3. Topraklama Kabloları

Topraklama kabloları da alüminyumdan yapılır, çünkü bir arıza durumunda elektrik akımının akabileceği güvenli bir yol sağlanmasına ihtiyaç vardır. Topraklama, herhangi bir ekipmanın zarar görmemesi ve elektrik yangını olasılığının en aza indirilmesi için aşırı elektrik akımının güvenli bir şekilde yere atılmasında temel bir rol oynar.

4. Elektrik Motorları ve Aparatları

Elektrik motorları ve transformatörlerin sargı malzemesi alüminyumdur. Metal hafiftir, nispeten güçlüdür ve iyi iletkenliğe sahiptir, bu da onu çok çeşitli endüstriyel ve ticari uygulamalara uygularken oldukça iyi bir seçenek haline getirir

Alüminyum İletkenliği ile İlgili Sorunlar ve Çözümleri

Alüminyum her ne kadar uygun bir iletken olsa da, bir elektrik sisteminde iletken olarak kullanıldığında çözülmesi gereken bazı sorunları da beraberinde getirir.

1. Daha Yüksek Direnç

Alüminyumun en büyük dezavantajı elektriksel olarak bakırdan daha iletken olmasıdır. Bu, eşit akım aktığında, alüminyum telde daha fazla ısı ve voltaj düşüşü meydana geldiği anlamına gelir. Bu, bazı durumlarda, bakır tellerle aynı performansı sağlamak için daha büyük alüminyum iletkenlerin kullanılmasını gerektirir.

2. Bağlantı ve Oksidasyon sorunları

Alüminyum, özellikle bağlantı noktaları olmak üzere kolayca oksitlenecektir. Alüminyum bir yandan oksit tabakası ile kaplandığında korozyona karşı dirençli olurken, diğer yandan oksit tabakası elektrik yalıtkanı olarak katmanlaşarak daha yüksek direnç oluşturabilir ve bağlantı noktalarını izole edebilir. Bu durum aşırı ısınmaya, hatalı çalışmaya ve en kötü durumlarda elektrik arızasına neden olabilir. Bunu engellemek amacıyla, montaj sırasında doğru bağlantıların yapılmasına ve bağlantı noktalarında korozyon oluşmamasına özellikle dikkat edilmelidir.

3. Mekanik Dayanım

Alüminyum mükemmel bir mukavemet-kütle oranına sahip olsa da, bakırdan daha az sağlamdır ve özellikle yüksek stres/titreşim koşullarında mekanik hasara karşı hassas olabilir. Yüksek stresli uygulamalarda, alüminyum teller genellikle çelik veya diğer malzemelerle güçlendirilir.

Sonuç

Bununla birlikte, alüminyumun gerçekten de elektriği ilettiği sonucuna varılabilir, ancak aynı zamanda iyi iletkenliği, ekonomikliği, hafif olması ve korozyona karşı direnci nedeniyle elektrik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Bakır kadar iletken olmamasına rağmen, yeterince ucuzdur ve diğer faydalı özelliklere sahiptir, bu nedenle çoğu elektrik uygulamasında bakıra alternatif olarak kullanılabilir.

Alüminyum özellikle güç aktarımı ve elektrik kabloları gibi büyük ölçekli çalışmalarda, fiyat ve ağırlık avantajlarının daha düşük iletkenlik eğilimine ağır bastığı durumlarda pratiktir. Bununla birlikte, alüminyum bazlı elektrik sistemlerini tasarlarken ve döşerken mühendisler ve elektrikçiler tarafından göz önünde bulundurulması gereken zorlukları, artan direnci ve oksidasyonudur.

Bununla birlikte, alüminyum elektrik endüstrisinde kullanılan hayati bir malzemedir ve tüm dünyada daha verimli ve uygun fiyatlı elektrik altyapıları talep edildiğinden kullanımı artacaktır.