CH645135A5

CH645135A5 - Aluminiumlegierungsfolie zur verwendung als kathodenfolie in elektrolytkondensatoren und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: CH645135A5
Application number: CH223880A
Authority: CH
Inventors: Kozo Arai; Takao Suzuki; Syozo Umetsu
Original assignee: Showa Aluminium Co Ltd
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1984-09-14
Also published as: DE3011819A1; DE3011819C2; GB2048940A; FR2452773A1; FR2452773B1; US4401489A; GB2048940B; NL8001666A; IT1147045B; IT8048269A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumlegierungfolie zur Verwendung als Kathodenfolie in Elektrolytkondensatoren, welche eine mit einer dielektrischen Beschichtung versehene Anodenfolie aufweisen, sowie eine Kathodenfolie ohne solche dielektrische Beschichtung, welche unter Zwischenschaltung eines Elektrolyten der Anodenfolie gegenüberliegt.

Die in der Beschreibung sowie in den Ansprüchen erscheinenden Prozentangaben beziehen sich durchwegs auf Gewichtsprozente.

Eine ganze Reihe von Verbesserungen sind bei Anodenfolien bereits vorgenommen worden, um die Kapazität solcher Anodenfolien zu erhöhen und damit auch die Kapazität von Kondensatoren der oben genannten Gattung zu steigern, während als Kathodenfolien in der Regel Aluminiumfolien von einem niedrigen Reinheitsgrad, nämlich von etwa 99,3%, verwendet werden. Für die Herstellung von Elektrolytkondensatoren mit höherer Kapazität muss jedoch auch die Kathodenfolie, genau wie die Anodenfolie, eine erhöhte Kapazität aufweisen. Aluminiumfolien von einer Reinheit zwischen 99,5 und 99,8%, sowie Folien aus Legierungen von Aluminium mit einem anderen Element, beispielsweise mit Mangan, haben zwar, als Kathodenfolie verwendet, eine höhere Kapazität als Aluminiumfolien mit einem niedrigen Reinheitsgrad von ungefähr 99,3%, jedoch ist es erwünscht, auch die Kapazität dieser verbesserten Folien noch zu erhöhen.

Kathodenfolien mit erhöhter Kapazität werden durch Ätzen der Oberfläche einer Folie gewonnen, um darin gleich-mässig und mit hoher Dichte kleinste Vertiefungen zu bilden und dadurch die Oberfläche der Folie zu vergrössern. Bei Aluminiumfolien mit einer Reinheit zwischen 99,5 und 99,8% muss die Folie übermässig geätzt werden, um die gewünschte Kapazität zu erzielen. Dies wiederum führt zu einem übermässigen Gewichtsverlust durch die Korrosion, zum Entstehen lokaler Korrosionsnarben in der Folie und führt möglicherweise auch zu einer reduzierten Kapazität und jedenfalls zu einer erheblichen mechanischen Schwächung der Folie. Auch bei Folien aus Aluminium-Mangan-Legierungen treten bei der Bildung gleichmässiger kleinster Vertiefungen hoher Dichte durch Ätzen der Oberfläche Schwierigkeiten auf. Bei zu starkem Ätzen besteht die Gefahr lokaler Zerfressung der Folie, wodurch die Erzielung der gewünschten Kapazität in Frage gestellt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aluminiumlegierungfolie für Elektrolytkondensatoren zu schaffen, welche eine grössere Kapazität aufweist, beim Ätzen weniger der Gefahr von Gewichtsverlust als Folge der Korrosion ausgesetzt ist und welche eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als bisher bekannte Kathodenfolien und die sich ausserdem durch Walzen aus einer rissfreien Bramme herstellen lässt.

Hierzu ist die erfindungsgemässe Aluminiumlegierungfolie dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, welche zwischen 0,03 und 0,5% Kupfer und zwischen 0,002 und 0,05% Titan enthält.

Solche Aluminiumlegierungfolien sind bezüglich der drei vorgenannten Punkte den bisher bekannten Kathodenfolien überlegen, wobei die Brammen für die Herstellung solcher Folien rissfrei aus der Aluminiumlegierung gegossen werden können.

Aluminiumlegierungfolien, welche gemäss der Erfindung aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, welche zwischen 0,03 und 0,5% Kupfer und 0,002 und 0,05% Titan enthalten, weisen, als Kathodenfolien in Elektrolytkondensatoren verwendet, eine hohe Kapazität auf, sie neigen beim Ätzen nicht zu übermässiger Korrosion, und sie weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf. Für die Herstellung solcher Folien können Brammen aus der Aluminiumlegierung ohne Rissgefahr gegossen werden. Kupfer ist edler als Aluminium und hat gute Legierungseigenschaften mit Aluminium, so dass beim Ätzen einer Kupfer enthaltenden Aluminiumfolie in der Oberfläche der Folie kleinste Vertiefungen mit hoher Dichte gleichförmig hergestellt werden können, was zu einer gleichmässigen Flächenvergrösserung führt und damit gleichzeitig der Folie eine erhöhte Kapazität vermittelt. Dieser Vorteil der Vermittlung einer erhöhten Kapazität der Folie fällt allerdings weg, wenn der Kupfergehalt unter 0,03% fällt. Beträgt der Kupfergehalt dagegen über 0,5%, neigt die Folie zu übermässigem Ätzen, was übermässige Gewichtsverluste durch die Korrosion zur Folge hat. Deshalb ist ein Kupfergehalt im Bereich zwischen 0,03 und 0,5%, zweckmässig zwischen 0,1 und 0,3% vorgesehen.

Beim Giessen einer Bramme aus einer Aluminiumlegierung mit einem Kupfergehalt von mehr als 0,03% können sich allerdings in der Bramme Risse bilden. Durch Verwendung von Titan in einem Gehalt von mindestens 0,002% kann dies vermieden werden. Da hingegen die Anwesenheit von mehr als 0,05% Titan sich nachteilig auf die Kapazität der Aluminiumlegierungfolie auswirkt, ist der Titangehalt im Bereich zwischen 0,002 und 0,05% vorgesehen und beträgt vorzugsweise zwischen 0,005 und 0,01%. Titan verbessert auch die Festigkeit der Aluminiumlegierungfolie. Die Verwendung von Titan in einer Menge zwischen 0,002 und 0,05% vermittelt somit der Aluminiumlegierungfolie eine verbesserte mechanische Festigkeit, ohne die Kapazität der Folie zu reduzieren.

Wird einer Aluminiumlegierungfolie mit einem Gehalt zwischen 0,03 und 0,5% Kupfer und zwischen 0,002 und 0,05% Titan Beryllium zugefügt, kann die Kapazität der Folie nochmals erheblich erhöht werden, weil Beryllium, das nur eine geringe Löslichkeit in Aluminium aufweist, im Aluminium in Form feiner Partikelchen auftritt, so dass bei Ätzen einer Beryllium enthaltenden Aluminiumlegierungfolie in der Oberfläche der Folie feine Vertiefungen gebildet werden, welche mit hoher Dichte gleichmässig verteilt sind und die Oberfläche der Folie vergrössern. Bei einem Gehalt an Beryllium unterhalb 0,001% weist die Folie dagegen keine erhöhte Kapazität auf. Ein Gehalt an Beryllium über 0,2% wiederum führt zu übermässigen Gewichtsverlusten durch Korrosion. Der Berylliumgehalt sollte deshalb zweckmässig zwischen 0,001 und 0,2%, vorteilhaft zwischen 0,005 und 0,05% betra5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

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bO

65

3

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gen. Bei einem Berylliumgehalt über 0,02% wird auch die Rissbildung in der Bramme vermieden.

Zur Erhöhung der Kapazität erfindungsgemässer Aluminiumlegierungfolien sieht das erfindungsgemässe Verfahren vor, zu ihrer Herstellung ein Aluminiummaterial zu verwen- 5 den, das eine Reinheit von mindestens 99,7% aufweist.

Die Kapazität steigt mit dem Grad der Reinheit des Aluminiums, so dass zweckmässig zur Herstellung der Folie Aluminium mit einer Reinheit von mindestens 99,85% verwendet wird. 10

Aluminiumlegierungfolien enthalten Eisen, Silizium und andere Verunreinigungen, welche bei der Aluminiumgewinnung hineingelangen und deren Vorhandensein unvermeidlich ist. Besonders wenn der Gehalt an Eisen und Silizium kombiniert 0,3% übersteigt, führt dies zu einer verringerten 15 Kapazität der Aluminiumlegierungfolie. Der Gehalt an Eisen und Silizium kombiniert soll daher höchstens den Wert von 0,3% erreichen.

Beispiele 1 bis 7 20

Aus sieben verschiedenen Aluminiumlegierungen, deren

Zusammensetzungen in der Tabelle 1 erscheinen, wurden Brammen gegossen und auf Rissbildung untersucht. Hierauf wurden von der Bramme jeder Aluminiumlegierung in üblicher Weise jeweils zwei Aluminiumlegierungfolien hergestellt. Die eine Folie jeder Legierung wurde auf ihre mechanische Festigkeit hin untersucht. Die andere Folie wurde in eine wässrige Lösung von 3% Salzsäure und 0,5% Oxalsäure bei 60 °C getaucht und während VA Minuten mit einem Wechselstrom bei einer Stromdichte von 30 A/dm2 geätzt. Ohne weitere Behandlung wurde hierauf die Folie auf ihre Kapazität hin untersucht.

Vergleichsbeispiele I bis 4

Aus den vier verschiedenen Arten Aluminiumlegierungen wurden Brammen gegossen und auf Rissbildung untersucht. In gleicher Weise wie in den vorhergehenden Beispielen wurden aus den verschiedenen Brammen Folien erzeugt und auf ihre mechanische Festigkeit und Kapazität untersucht.

Die Tabelle 2 zeigt die Resultate der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4.

Tabelle 1

Bei- Reinheit des Alu- Zusammensetzung (%)

spiel minimummaterials (%) Al Cu Ti Si Fe Be

1

99,85

Bai.

0,3

0,005

0,05

0,1

0,001

2

99,94

Bai.

0,1

0,01

0,02

0,04

0,001

3

99,85

Bai.

0,05

0,03

0,05

0,1

0,001

4

99,7

Bai.

0,45

0,05

0,1

0,2

0,001

5

99,7

Bai.

0,3

0,005

0,1

0,2

0,001

6

99,86

Bai

0,45

0,013

0,05

0,09

0,01

7

99,86

Bai.

0,3

0,01

0,05

0,09

0,005

Ver

gleichs-

beispiel

1

-

Bai.

0,01 >

0,005

0,07

0,11

0,001

2

99,75

Bai.

0,3

0,002 >

0,1

0,15

0,001

3

99,5

Bai.

0,3

0,005

0,2

0,3

0,001

4

99,75

Bai.

0,2

0,002 >

0,1

0,15

0,01

Tabelle 2

Beispiel

Rissbildung

Kapazität

Festigkeit

(u.F/cm2)

(kg/mm2)

1

keine

245

29,8

2

keine

190

30,1

3

keine

185

30,5

4

keine

230

30,8

5

keine

235

30,2

6

keine

263

30,5

7

keine

270

30,3

Vergleichs

beispiel

keine

170

20,0

2

Risse

230

27,2

3

keine

175

30,7

4

Risse

260

30,3

55

60 Aus der Tabelle 2 geht hervor, dass die Brammen aus den Aluminiumlegierungen gemäss den Beispielen 1 bis 7 rissfrei sind und dass die aus diesen Brammen erzeugten Folien eine hohe Kapazität und mechanische Festigkeit aufweisen, während die Aluminiumlegierungen nach den Vergleichsbeispie-65 len 1 bis 4 bezüglich der Rissfestigkeit der Bramme oder der Kapazität oder der mechanischen Festigkeit der aus solchen Legierungen erzeugten Folien nicht befriedigen.

G

Claims

645 135

1. Aluminiumlegierungfolie zur Verwendung als Kathodenfolie in Elektrolytkondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, welche zwischen 0,03 und 0,5% Kupfer und zwischen 0,002 und 0,05% Titan enthält.

2. Aluminiumlegierungfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter zwischen 0,001 und 0,2% Beryllium enthält.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Aluminiumlegierungfolie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Beryllium zwischen 0,02 und 0,2% beträgt.

4. Aluminiumlegierungfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie Eisen und Silizium als Verunreinigungen kombiniert in einer Menge bis 0,3% enthält.

5. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumlegierungfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu ihrer Herstellung Aluminium mit einer Reinheit von mindestens 99,7% verwendet wird.