铝导线防腐技术在整车实际应用研究

摘要：本文探讨了车用铝导线在降本减重方面所具有的优势和铝导线应用的意义，分析了铝导线的应用现状，阐述了铝导线实际应用存在的电化学腐蚀问题及其对策，论述了整车不同环境下铝导线防腐要求的差异性，对未来铝导线应用进行了展望。

在汽车电动化和智能化趋势的推动下，汽车电子工程技术近些年迅速发展，汽车电气设备的数量大幅增加，使车辆线束的复杂程度大幅提升。广汽2024款某SUV，相比2012 某款同级SUV，整车线束重量和成本约分别上涨150%、140%。故整车线束的降本减重，是当前汽车电动化智能化趋势下电子电器领域不可忽视的重要课题。在相同载流能力下，和传统的铜导线相比，综合情况下铝导线可实现减重50%以上，在材料层面降本40%以上。由此可见，铝导线的应用是整车线束降本减重的关键途径之一。

另外，我国的铜矿资源储备量较为紧缺。在如今汽车转变为全民化产品的趋势下，汽车的产销量不断提升，车用导线的需求量也不断增大。铝导线的应用，可切实缓解我国的铜矿进口压力，对铜矿资源倾斜流向高精尖科研领域发挥了重要作用。

早在21 世纪初，世界各大主流车企便有了铝导线的应用实例。在随后十多年汽车电气化智能化潮流的推动下，整车线束减重的需求日益凸显，铝导线的应用在全球愈发常见。但由于铝的物化性能与铜差异较大，铝导线和铜端子间的连接存在诸多难题。较为常规的连接技术为超声波焊接。但该技术只适用于8mm²及以上的铝导线。随着线束厂工艺能力不断提升，铜端子和铝导线之间现已可通过压接技术实现，为小线径铝导线的实车搭载提供了可能性。当前已有0.5mm²小线径铝导线的实车搭载案例。可见铝导线已被越来越多的汽车厂商认可并应用，铝导线逐步替代铜导线已成为汽车行业内的必然趋势。

金属铝具有较为特殊的物化性，铜铝间的电化学反应导致铝导线易受腐蚀。

3.1　铜铝间的电化学反应原理

铜端子和铝导线完成压接后，两者紧密贴合。而由于铜铝化学活泼性存在差异，当通电且两者的连接部位接触到电解液时，即形成原电池。金属铝化学性质较为活泼，而金属铜为惰性金属，故形成原电池后铝发生氧化反应，铝导线受到的腐蚀尤为显著。

3.2　铝导线防腐对策

原电池基本条件为通电时铜铝相互接触，且铜铝间存在电解液。

可采用以下防腐对策：（1） 将铜铝接触区域完全密封，以隔绝铜铝与电解液的接触，可有效防止电化学腐蚀的发生；（2） 在满足导电性能的前提下，使用金属活泼性比铝活泼或与铝较为接近的材料，完全隔断铜和铝之间的接触，可有效大幅减缓铝导线的腐蚀速率，从而提升铝导线的使用寿命。

在整车的不同区域，接触到液体的可能性不尽相同。对此可将整车线束布置区域大致划分为湿区、潜在湿区以及干区，如图1 所示。湿区指在常规使用场景中，线束连接器接触液体的可能性一定存在的区域。

如底盘、机舱等乘员舱外区域。潜在湿区指在某些日常使用场景中，发生雨天开门、水杯倾倒、冰冻物品融化、冷凝水滴落等情形时，线束连接器可能会接触液体的区域。如乘员舱地板、车门扶手、座椅表面等。绝对干区指正常车辆使用场景下，线束连接器接触液体的可能性非常小的区域，如仪表台内部、顶棚内部等。位于湿区、潜在湿区及干区的线束连接器，其防水密封性的要求依次降低。

4.1　在铜铝压接区域使用树脂材料实现防水密封

在铜端子和铝导线的压接区域涂抹树脂，将其包裹，可有效隔绝液体接触压接区域，进而避免电化学腐蚀，如图2 所示。该方案需先将树脂加热使其融化为液态，随后滴注于压接区域，为保证树脂冷凝后能够切实有效隔绝液体，需保证熔融状态下的树脂内不存在气泡。且为保证树脂冷凝后的密封效果，还需对树脂液体滴注时的定位精度和滴注量进行较为精确的管控。若液量过多，可能导致树脂液体流入端子内影响电性能或导致无法插入连接器；若液量过少，可能导致树脂冷凝后无法将压接区域完全包裹，无法满足密封防水的基本需求。 

树脂密封方案防腐性能优异，但由于在树脂热熔工艺较为繁琐，且对树脂滴注的定位精度要求较高，因此其成本较高。该技术方案可应用于湿区，出于线束冗余防护的考虑也可用于潜在湿区，考虑经济性，不建议使用于干区。另外因树脂受热后会熔融滴落，该方案不适用于发动机周围的高温区域。

4.2　使用金属锌及其合金镀层隔断铜铝接触

对于小线径铝导线的压接工艺，通常情况下是将铝导线进行特殊处理后，置于压接前呈开口状的铜端子中，压接后铜端子将导线紧密包裹并相互接触实现电流导通。现将金属锌以及锌合金作为镀层，以一定的厚度电镀于铜端子的外表面，从而隔断铜端子和铝导线之间的直接接触，如图3 所示。与铜和铝相比，锌和铝的活泼性差异阶梯已大大降低，故锌及其合金作为隔断层的技术方案可有效降低铝导线受到电化学腐蚀的速率，有效提升了小线径铝导线于整车环境中的使用寿命。

锌合金镀层的方案相比树脂防腐方案在经济性方面更具优势，所以多用于潜在湿区。且在车辆的常规使用场景下，也满足使用于绝对湿区的要求。同时，出于线束冗余防护的考虑，也可使用于干区。

4.3　在铜铝压接区域涂抹密封剂实现防水

除使用树脂的方案外，还可在压接区域涂抹膏体或胶剂等作为密封剂，其防腐原理与树脂方案完全一致，但其加工工艺及其密封材料在经济性方面的优势更为突出。该方案直接将密封剂涂抹于压接区域后，待密封剂自然风干即可。由于膏体或胶剂等较为蓬松，其在细微层面存在较多气泡及小孔，若与液体长时间接触，液体可能会渗入。且由于密封剂在端子上的附着力较小，若将其用于乘员舱外或底盘等区域，密封剂可能会脱落。所以涂抹密封剂的防腐方案并不适用于绝对湿区。而考虑其经济性，该方案是作为冗余防护用于潜在湿区和绝对干区的较优选择。

随着铜价的不断上涨，各大主机厂对铝导线应用越来越重视，铝导线大范围应用还存在一些难题。虽然一些解决方案可以满足当前部分应用场景的需求，但是与铜导线比存在比较大的局限性且工艺复杂。随着整车技术的进步及铝导线、连接器等线束行业的发展，铝导线的应用将越来越普及，特别是小线径铝导线的应用将得到很好的解决。

本文阐述了铝导线与整车搭载在降本减重方面的贡献和铝导线应用的战略意义，介绍了铝导线的应用现状。针对铝导线及小线径铝导线普遍存在的电化学腐蚀现象，进行了化学原理解析。其本质为铜和铝间形成化学原电池，产生电化学腐蚀。隔断铜和铝的直接接触，或在铜铝接触区域有效隔离电解液，是解决铝导线电化学腐蚀的两大对策。由于整车各区域接触到液体的可能性存在差异，本文将整车大致划分为绝对湿区、潜在湿区和绝对干区，引入了三种小线径铝导线的防腐方案，各方案各具优劣，可根据实车环境的具体情况和各方案的经济性在整车不同区域选用不同的方案。本文对未来铝导线的应用进行了展望，随着线束厂工艺、金属材料技术的发展，铝导线未来在整车大范围应用的潜力巨大。