CN106783181A - 一种钽外壳及其制备方法和电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钽外壳的制备方法，包括：将冲压后的钽外壳坯件依次经过离心抛光和磁研磨抛光，得到钽外壳。与现有技术相比，本发明采用离心抛光和磁研磨抛光相结合的方式对钽外壳坯件进行表面处理，这种方法制备得到的钽外壳光泽度较好，表面比较均匀，且无氧化层、钝化层、注酸孔损伤等现象，大大提升了钽外壳的使用性能，从而使钽外壳制备得到的电容器具有良好的电容性能以及使用寿命。本发明还提供了一种钽外壳和电容器。
Description
技术领域
本发明涉及金属处理技术领域，尤其涉及一种钽外壳及其制备方法和电容器。
背景技术
在电子工业中，钽电容器以其特有的比容量高、可靠性高、寿命长、体积小、质量轻、工作温度范围宽、抗震等突出优势成为航天、航空、军事工程、电子计算机、自控设备、通讯设备及医疗电子器械等高科技领域中理想的电子元件。其中的高能混合钽电容器性能尤为优异，它是使用经过深拉伸成形的钽外壳，内装电解质经激光及玻璃焊封后制成。近几年随着钽电容器在民用市场高端领域应用范围的扩大，钽外壳作为制造高能混合钽电容器的封装关键材料，其产品质量的优劣直接影响着高能混合钽电容器的成品率和使用寿命。
目前，钽外壳产品一般是由0.3mm～0.5mm厚的板带材用冲压方式生产的具有注酸孔的筒形件，其制造周期短，尺寸均匀稳定，应用量在以极快的速度增加。但是冲压加工方式使产品表面产生拉伤甚至拉痕等情况，由于连续冲压过程中模具存在连续缓慢损耗现象，造成同批产品表面拉痕深度随冲压次数增加而变深。除此之外，带材本身的划伤、麻坑等也会影响钽外壳产品的表面质量。由于金属钽自身具有粘模的特性，在钽板带或模具方面的特殊处理并不能够从根本上解决这一问题(由连续引深加工方式决定)，冲压出的产品坯件需要进行表面处理才能达到客户需求。
金属表面抛光技术伴随着人类的生产活动和生活需要而发展。经过表面抛光的工件或产品不仅能增加其美观、提高装饰性能，而且还能提高材料表面的耐蚀性能，改善耐磨性及其他特殊性能。表面抛光的质量对产品性能及外观的评定及工件后处理的质量和使用性能有直接的影响。表面抛光技术分为机械抛光、化学抛光和电化学抛光。化学抛光和电化学抛光多用于零件电镀、氧化着色前的预处理，生产工艺过程会产生有毒有害副产物，添加多种络合剂、黏稠度调节剂及缓蚀剂等抛光助剂，清洗不彻底会污染电容器封装芯子，影响电容器的使用寿命。目前这两种抛光方式在设备设计、组装、工艺流程方面较为复杂，不适用于钽外壳的表面处理。
机械抛光是靠切削、研磨使材料表面塑性变形，压低材料被抛光面的凸部并向凹处填平并使得表面粗糙度减小而变得光滑，以改善制品的表面粗糙度，使产品表面光亮美观或为后续加工做准备。目前，机械抛光方法大部分还是使用原有的机械轮抛光、皮带抛光等陈旧的方法。这种方法设备简单、容易操作，靠工人的熟练程度及目视控制抛光质量。产品质量的稳定性、可靠性大打折扣。钽外壳目前采用的表面处理方式为使用抛光轮进行表面抛光处理，这种处理方法易出现钽外壳局部壁厚不均匀，表面氧化、烧灼，损伤钽壳体注酸孔等现象，易造成封装后的钽电容器出现鼓包、漏液性能受损的现象，尤其是形成的五氧化二钽氧化层对电容器的电性能产生容量损耗、漏电等影响；而且抛光轮带入的杂质同电解质溶液形成碳化反应，造成局部短路，产生电容器容量损耗不稳定或漏电流增大的问题；抛光过程碰伤注液孔，造成注液孔封装不平，形成漏液且无法修复。
因此，现有技术急需一种钽外壳的处理方法，这种方法制备得到的钽外壳表面质量好，应用于电容器能够使电容器具有较好的电容性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钽外壳及其制备方法和电容器，本发明提供的方法制备得到的钽外壳光泽度较好，表面比较均匀，且无氧化层、钝化层、注酸孔损伤等现象。
本发明提供了一种钽外壳的制备方法，包括：
将冲压后的钽外壳坯件依次经过离心抛光和磁研磨抛光，得到钽外壳。
优选的，所述离心抛光过程中使用的磨料由铬刚玉超微粉和金属结合剂制备得到。
优选的，所述离心抛光过程中使用的抛光剂包括：氧化铝、氧化铬、三乙醇胺、乙二醇、水、氢氧化钠、表面活性剂和二氧化硅水溶胶。
优选的，所述离心抛光过程中的转速为20～30r/min。
优选的，所述磁研磨抛光过程中的磁性磨料为磁钢针。
优选的，所述磁钢针的形状为梭子型。
优选的，所述磁研磨抛光过程中的抛光剂包括：硫酸、皂角粉和石英砂。
优选的，所述磁研磨抛光过程中的转速为40～70r/min。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的钽外壳。
一种电容器，所述电容器的外壳为上述技术方案所述的钽外壳。
与现有技术相比，本发明采用离心抛光和磁研磨抛光相结合的方式对钽外壳坯件进行表面处理，这种方法制备得到的钽外壳光泽度较好，表面比较均匀，且无氧化层、钝化层、注酸孔损伤等现象，大大提升钽外壳的使用性能，从而使钽外壳制备得到的电容器具有良好的电容性能以及使用寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钽外壳的制备方法，包括：
将冲压后的钽外壳坯件依次经过离心抛光和磁研磨抛光，得到钽外壳。
本发明对所述冲压后的钽外壳坯件的来源没有特殊的限制，按照本领域技术人员熟知的冲压制备钽外壳的方法制备得到即可。在本发明中，所述钽外壳坯件的制备方法优选为：
将厚度为0.3～0.5mm钽板带材进行冲压，得到具有注酸孔的筒形件，即为钽外壳坯件。
在本发明中，所述钽板带材的厚度优选为0.35～0.45mm，更优选为0.3mm、0.5mm或0.4mm，最优选为0.3mm或0.5mm。在本发明中，所述钽板带材优选为纯度99.9％的钽金属。本发明对所述冲压的设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的冲床即可，如80t冲床。本发明对所述冲压的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的冲压技术方案进行冲压即可：使用伺服送料机将钽板带材送入冲压机级进模中，通过冲床的上下运动压合模具，最终从模具的出料口送出产品。
在本发明中，所述钽外壳坯件的直径尺寸范围优选为16～36mm，更优选为20～30mm，最优选为34.5mm或35.5mm。在本发明中，所述钽外壳坯件的高度优选为2mm～18mm，更优选为5～16mm，最优选为2.2mm或16mm。在本发明中，所述钽外壳坯件的壁厚优选为0.4～0.6mm，更优选为0.5mm。在本发明中，所述钽外壳坯件优选为壁厚为0.5mm，尺寸为Ф34.5×2.2mm或Ф35.5×16mm的坯件。
在本发明中，所述离心抛光为粗抛，即把一定比例的零件、磨料和抛光剂放入一个转塔的转筒里，转塔高速旋转时，转筒从相反的方向低速旋转，从而使磨料与零件相互摩擦，相互作用，达到去毛刺使表面抛光的作用，抛光时零件间的相互撞击机会小，工件不产生相互撞伤，而且产品尺寸精度等发生的变化为微米之间，不破坏产品尺寸技术要求，不同批次的产品抛光质量一致性较好，离心抛光的加工时间仅为振动抛光的1/50。
在本发明中，所述磨料优选由铬刚玉超微粉和金属结合剂制备得到，更优选为G3P磨料，更优选为规格为8s的G3P磨料(RP8)。本发明对所述磨料的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。在本发明中，所述抛光剂优选包括：氧化铝、氧化铬、三乙醇胺、乙二醇、水、氢氧化钠、表面活性剂和二氧化硅水溶胶。在本发明中，所述水优选为去离子水，更优选为18MΩ以上超纯去离子水。在本发明中，所述表面活性剂优选为FA/O型表面活性剂，更优选为FA/O I型表面活性剂。在本发明中，所述二氧化硅水溶胶优选为纳米二氧化硅水溶胶。在本发明中，所述纳米二氧化硅水溶胶的粒度优选为15～100nm，更优选为20～80nm，最优选为30～60nm。在本发明中，所述氧化铝、氧化铬、三乙醇胺、乙二醇、水、氢氧化钠、表面活性剂和二氧化硅水溶胶的质量比优选为(15～24)：(34.3～55.6)：0.5：0.6：5～6.2：20～30：0.3～0.4：3～4，更优选为20：40：0.5：0.6：6：22～28：0.35：3.5。
在本发明中，所述离心抛光使用的抛光剂优选包括：氧化铝、氧化铬、三乙醇胺、乙二醇、18MΩ以上超纯去离子水、氢氧化钠和FA/O I型表面活性剂、粒径15～100nm纳米二氧化硅水溶胶。
在本发明中，所述钽外壳坯件、磨料和抛光剂的质量比优选为(10～15)：(1～3)：(0.2～0.8)，更优选为(12～14)：(1.5～2.5)：(0.3～0.75)，更优选为13：2：(0.3～0.75)，最优选为13：2：0.525。
在本发明中，钽外壳坯件和磨料的体积总和优选为转筒容积的1/3～2/3。在本发明中，抛光剂的用量优选为钽外壳坯件和磨料总重量的2～5％，更优选为3～4％。在本发明中，所述离心抛光过程中添加去离子水的体积优选为转筒容积的1/2，优选超过钽外壳坯件和磨料5～10cm，更优选为6～9cm，最优选为7～8cm。在本发明中，所述离心抛光过程中的转速优选为20～30r/min，更优选为24～26r/min，最优选为25r/min。在本发明中，所述离心抛光的时间优选为30～60min，更优选为40～50min，最优选为45min。在本发明中，所述离心抛光达到30min时优选停止抛光检查工件表面质量并记录；将使用后的磨料进行清洗，避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物；然后在重新加入上述用量的磨料和抛光剂继续抛光30min，使离心抛光的时间达到60min。在本发明中，所述离心抛光优选在离心抛光机中进行。
在本发明中，所述磁研磨抛光为精抛，即把一定比例的零件、磁性磨料和抛光剂放入容器内，因钽不导磁，磁性磨料在磁场作用之下形成磨料刷对工件进行磨削加工，以达到表面光滑的目的。在抛光过程中，通过改变磁场，工件不做运动，工件间不产生碰撞伤，这种抛光方法效率高、质量好、加工条件容易操作控制。
在本发明中，所述磁性磨料优选为磁钢针。在本发明中，所述磁钢针的成分优选为不锈钢。在本发明中，所述磁钢针的直径优选为0.5～1mm，更优选为0.7～0.9mm，最优选为0.8mm。在本发明中，所述磁钢针的长度优选为5～12mm，更优选为8～10mm，最优选为10mm。在本发明中，所述磁钢针的形状优选为梭子型(如纺锤的梭子形)，这种形状的磁钢针进行抛光能够改善抛光表面的针状麻点现象。本发明优选将普通磁钢针加工成梭子型进行使用。
在本发明中，所述磁研磨抛光的抛光剂优选包括硫酸、皂角粉和石英砂。在本发明中，所述硫酸、皂角粉和石英砂的质量比优选为(5～10)：(2～5)：(10～20)，更优选为(6～9)：(3～4)：(12～18)，最优选为(7～8)：3.5：(14～16)。在本发明中，所述抛光剂配方成分优选为硫酸5～10g/L、皂角粉2～5g/L、石英砂10～20g/L。
在本发明中，所述钽外壳坯件、磁性磨料和抛光剂的质量比优选为(15～20)：(1～3)：(0.3～0.9)，更优选为(16～18)：(1.5～2.5)：(0.34～0.85)，更优选为17：2：(0.34～0.85)，最优选为17：2：0.665。在本发明中，所述磁研磨抛光过程中的转速优选为40～70r/min，更优选为45～65r/min，最优选为50～60r/min。在本发明中，所述磁研磨抛光的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min。
在本发明中，所述离心抛光和磁研磨抛光结束后优选进行断电出料和清洗，即可得到钽外壳。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的钽外壳。在本发明中，所述钽外壳的表面粗糙度优选为Ra0.1μm。本发明提供了一种电容器，所述电容器的外壳为上述技术方案所述的钽外壳。
本发明提供的方法能够获得表面质量均匀，光洁度良好的钽外壳，本发明提供的方法制备得到的钽外壳表面不形成影响钽电容器性能的化学钝化层，既可以提高钽外壳的耐腐蚀性能，避免钽外壳的注酸孔产生损伤，又能使钽外壳的表面美观，大大改善了机械抛光的工艺性能，使表面处理过程易操作。经实际测算，批次处理冲压件，批次合格率在95％以上，比使用机械手动抛光的合格率提升30％，效率提高50％，其表面良好、尺寸精度高，稳定性好，效率高，节省劳动力成本，产品后续使用性能优异。
本发明以下实施例所用到的G3P RP8磨料为市售商品，由铬刚玉超微粉和金属结合剂经压制、脱脂、高温烧结获得。离心抛光的抛光剂为市售的研磨抛光液，由氧化铝、氧化铬、三乙醇胺、乙二醇、18MΩ以上超纯去离子水、氢氧化钠和FA/O I型表面活性剂、粒径15～100nm纳米二氧化硅水溶胶混合制备得到。磁钢针选用优质、硬度较高的不锈钢经过模具挤压、整形制备获得，有针状磁针和梭形磁针两种。磁研磨抛光的抛光剂为市售的精抛光亮剂，由硫酸、皂角粉、石英砂混合制备得到。
实施例1
按照下述方法制备得到钽外壳坯件：
选用80t普通冲床，原材料选用0.5mm厚度纯度为99.9％的钽带材，使用伺服送料机将原材料送入冲压级进模中，通过冲床的上下运动压合模具，依次经过落料、冲孔、翻边、引深、整形、裁断，最终从模具的出料口送出产品，得到壁厚为0.5mm、尺寸为Ф34.5×2.2mm的钽外壳坯件。
将质量比为13：2：0.525的钽外壳坯件、RP8磨料、研磨抛光剂放入离心抛光机中；离心抛光机设定转速在25r/min，时间设定为30min和60min；抛光时间到后，断电出料清洗，其中30min时断电检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。然后重新加入同比例的磨料和抛光剂，继续抛光30min，使离心抛光的时间达到60min。
将离心抛光后的钽外壳坯件、磁钢针、磁研磨抛光剂(精抛光亮剂)按照质量比17：2：0.665放入磁力抛光机中；磁力抛光机设定转速在60r/min，时间设定为30min；抛光时间到后，断电出料清洗，得到钽外壳。断电后检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。
实施例2
按照实施例1的方法制备得到离心抛光后的钽外壳坯件。
将得到的离心抛光后的钽外壳坯件、磁钢针、磁研磨抛光剂(精抛光亮剂)按照质量比17：2：0.665放入磁力抛光机中；磁力抛光机设定转速在45r/min，时间设定为30min；抛光时间到后，断电出料清洗，得到钽外壳。断电后检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。
实施例3
按照下述方法制备得到钽外壳坯件：
选用80t普通冲床，原材料选用0.5mm厚度纯度为99.9％的钽带材，使用伺服送料机将原材料送入冲压级进模中，通过冲床的上下运动压合模具，依次经过落料、冲孔、翻边、引深、整形、裁断，最终从模具的出料口送出产品，得到壁厚为0.5mm、尺寸为Ф35.5×16mm的钽外壳坯件。
将质量比为13：2：0.525的钽外壳坯件、RP8磨料、研磨抛光剂放入离心抛光机中；离心抛光机设定转速在40r/min，时间设定为30min和60min；抛光时间到后，断电出料清洗。其中30min时断电检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。然后重新加入同比例的磨料和抛光剂，继续抛光30min，使离心抛光的时间达到60min。
将得到的离心抛光后的钽外壳坯件、磁钢针、磁研磨抛光剂(精抛光亮剂)按照质量比17：2：0.665放入磁力抛光机中；磁力抛光机设定转速在45r/min，时间设定为30min；磁钢针进行加工，外形状如纺锤的梭子形，用于改善抛光表面针状麻点现象。抛光时间到后，断电出料清洗，得到钽外壳。断电后检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。
比较例1
按照实施例1所述的方法制备得到钽外壳坯件，然后采用手动抛轮进行抛光，得到钽外壳，抛轮为布轮、粉粒状抛光材料(碳化硅磨料)以及粘结剂制备而成，根据布轮粘附的粉粒状抛光材料的粒度分布情况，依次采用200#、400#、600#、800#、1000#、1500#对钽外壳坯件进行抛光，每次更换布轮粒度时，需对坯件进行清洗，避免上一次抛光产生的纹痕或杂质影响下一步抛光效果。
比较例2
按照下述方法制备得到钽外壳坯件：
选用80t普通冲床，原材料选用0.5mm厚度纯度为99.9％的钽带材，使用伺服送料机将原材料送入冲压级进模中，通过冲床的上下运动压合模具，依次经过落料、冲孔、翻边、引深、整形、裁断，最终从模具的出料口送出产品，得到壁厚为0.5mm、尺寸为Ф34.5×2.2mm的钽外壳坯件。
将质量比为13：2：0.525的钽外壳坯件、RP8磨料、研磨抛光剂放入离心抛光机中；离心抛光机设定转速在25r/min，时间设定为30min和60min；抛光时间到后，断电出料清洗，其中30min时断电检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。然后重新加入同比例的磨料和抛光剂，继续抛光30min，使离心抛光的时间达到60min。
比较例3
按照下述方法制备得到钽外壳坯件：
选用80t普通冲床，原材料选用0.5mm厚度纯度为99.9％的钽带材，使用伺服送料机将原材料送入冲压级进模中，通过冲床的上下运动压合模具，依次经过落料、冲孔、翻边、引深、整形、裁断，最终从模具的出料口送出产品，得到壁厚为0.5mm、尺寸为Ф35.5×16mm的钽外壳坯件。
将质量比为13：2：0.525的钽外壳坯件、RP8磨料、研磨抛光剂放入离心抛光机中；离心抛光机设定转速在40r/min，时间设定为30min和60min；抛光时间到后，断电出料清洗。其中30min时断电检查工件表面质量并做测试及记录，随后将磨料盛出并清洗，用来避免抛光过程中产生的污物污染钽外壳件，使钽外壳件表面晦暗且附着污染物。然后重新加入同比例的磨料和抛光剂，继续抛光30min，使离心抛光的时间达到60min。
实施例6
对本发明实施例1～3以及比较例1～3得到的钽外壳进行尺寸检测，利用卡尺、螺旋测微仪测量钽外壳的料厚△d、高度△H、注酸孔高度△h的尺寸损耗量；检测结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例得到的钽外壳的尺寸检测结果。
表1 本发明实施例和比较例得到的钽外壳的尺寸检测结果
实施例7
采用肉眼检查，判断实施例1～3以及比较例1～3得到的钽外壳表面是否划痕、缺陷、鼓泡、斑点、麻点及粗糙性；采用OLYMPUS金相显微镜200倍下观察实施例1～5以及比较例1得到的钽外壳注酸孔小孔端面是否有裂缝、毛刺、撞伤倾斜损伤。检测结果表2所示，表2为本发明实施例和比较例得到的钽外壳的外观质量检测结果。
表2 本发明实施例和比较例得到的钽外壳的外观质量检测结果
由表1和表2可知，针对伤痕的大小，合理使用范围的转速、时间等关键技术参数，可获得性能优异的钽外壳，且钽外壳表面不形成影响钽电容器性能的化学钝化层，既可以提高钽外壳的耐腐蚀性能，避免钽外壳的注酸孔产生损伤，又能使钽外壳的表面美观，因而大大改善机械抛光工艺性能，使表面处理过程易操作，经实际测算得知，批次处理冲压件，批次合格率在95％以上，比使用机械手动抛光的合格率提升30％，效率提高50％，其表面良好、尺寸精度高，稳定性好，效率高，节省劳动力成本。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钽外壳的制备方法，包括：将冲压后的钽外壳坯件依次经过离心抛光和磁研磨抛光，得到钽外壳。与现有技术相比，本发明采用离心抛光和磁研磨抛光相结合的方式对钽外壳坯件进行表面处理，这种方法制备得到的钽外壳光泽度较好，表面比较均匀，且无氧化层、钝化层、注酸孔损伤等现象，大大提升了钽外壳的使用性能，从而使钽外壳制备得到的电容器具有良好的电容性能以及使用寿命。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种钽外壳的制备方法，包括：
将冲压后的钽外壳坯件依次经过离心抛光和磁研磨抛光，得到钽外壳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心抛光过程中使用的磨料由铬刚玉超微粉和金属结合剂制备得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心抛光过程中使用的抛光剂包括：氧化铝、氧化铬、三乙醇胺、乙二醇、水、氢氧化钠、表面活性剂和二氧化硅水溶胶。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心抛光过程中的转速为20～30r/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁研磨抛光过程中的磁性磨料为磁钢针。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述磁钢针的形状为梭子型。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁研磨抛光过程中的抛光剂包括：硫酸、皂角粉和石英砂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁研磨抛光过程中的转速为40～70r/min。
9.权利要求1～8中任意一项所述的方法制备得到的钽外壳。
10.一种电容器，所述电容器的外壳为权利要求9所述的钽外壳。
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