CN107492450B - 一种铝电解电容器低压阳极用软态铝箔及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，该软态铝箔按重量比计算包括以下组分：铝：9.98‑99.99％、硅：30‑70ppm、铁：30‑70ppm、铜：10‑50ppm、硼：3‑20ppm、其他微量元素：5‑40ppm；所述其他微量元素为镁、锰、锌、镓中的任意一种或多种。本发明还涉及所述铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法。本发明所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔具有腐蚀核心多、机械强度高、成本低、制得的阳极箔性能高等优点。本发明所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法能使软态铝箔获得高容量和高强度，其步骤易于控制和实现。
Description
技术领域
本发明属于铝电解电容器技术领域，特别涉及一种铝电解电容器低压阳极用软态铝箔及其制造方法。
背景技术
电解电容器家族中，铝电解电容器因性能上乘，价格低廉，用途广泛，近20年来在世界范围内得到快速发展。近年来，由于国内电子信息行业的高速增长、以及传统行业如家电业等的稳定增长，市场对铝电解电容器的需求越来越大，促使我国的电子铝箔加工业和电极箔加工业飞速发展。经过20多年发展，特别是最近五、六年来，中国电子铝箔的质量已有了很大提高。
由于铝电解电容器的小型化、轻量化要求日益增长，需要用到静电容量更高、机械强度更加优异的阳极用铝箔。阳极箔是在铝电解电容器中用作阳极的铝箔，其由高纯铝箔经过腐蚀和化成工序制成。目前，市场上的阳极箔产品按使用电压分为中高压阳极箔和低压阳极箔，其中，低压阳极箔为海绵状腐蚀，在低压下保持较高的比容。而根据腐蚀及化成工艺的不同，低压阳极箔又分为硬态和软态两大类，这两大类的产品在成分和热处理工艺上有较大差别。一般来说，小于35Vf的低压阳极箔，采用硬态高纯铝箔制造，特点是硬态高纯铝箔可以提供数量多的腐蚀细小核心和腐蚀通道；大于50Vf的低压阳极箔，采用软态高纯铝箔制成，特点是软态高纯铝箔提供了诸多晶面位向差的条件，可以获得蚀孔较大的腐蚀箔。随着软态低压阳极箔交流变频腐蚀工艺的发展，软态低压阳极箔的静电容量可以比硬态低压阳极箔提高20％以上，意味着相同容量的铝电解电容器所用阳极箔的面积可以减少20％以上，因而铝电解电容器的体积大幅减少。所以，软态低压阳极箔的开发具有非常重要的经济和社会意义，而生产软态低压阳极箔所用的原料软态高纯铝箔的性能也亟待提升。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，通过调整软态铝箔中的成分配比，使其具备腐蚀核心多、机械强度高、成本低等优点，有利于生产出高性能的软态低压阳极箔。
本发明采用的技术方案如下：
一种铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，其按重量比计算包括以下组分：
铝：9.98-99.99％
硅：30-70ppm
铁：30-70ppm
铜：10-50ppm
硼：3-20ppm
其他微量元素：5-40ppm；
所述其他微量元素为镁、锰、锌、镓中的任意一种或多种。
本发明通过调整高纯铝基体中必要的硅、铁和铜元素组合，控制硅、铁单个元素含量≥30ppm，铜≥10ppm，使原材料纯度不至于太高，保持一定的易腐蚀性，并加入一定量的硼，可以去除原材料附带的钛等有害元素的影响，同时控制镁、锰、锌和镓四种有益杂质元素的总含量，一方面使铝箔的表面和内部有足够多的腐蚀核心，有利于腐蚀时产生密集的蜂窝状腐蚀形貌，有效扩大表面积，提高比电容，另一方面利用上述元素的存在可以有效地提高产品的机械强度，并降低原料成本。
铝(Al)的含量达到99.98％或以上，能确保在制造过程中铝箔表面不会有大量的粗大杂质析出，避免腐蚀处理时产生过溶解现象以及铝箔表面形成粗大的孔径，有利于生产具备高静电容量的软态低压阳极箔。
硅(Si)的含量控制在30-70ppm范围内，一方面通过保持一定的硅含量，降低铝箔纯度，达到降低成本的目的；另一方面可避免硅含量过高在铝基体中大量析出，提高腐蚀、化成后的阳极箔的静电容量，并缩短化成时间。
铁(Fe)的含量控制在30-70ppm范围内，一方面通过保持一定的铁含量，降低铝箔纯度，达到降低成本的目的，同时能减弱铝箔的耐腐蚀性，有利于腐蚀工艺的进行；另一方面可避免铁含量过高，防止铁以粗大的化合物的形式析出与铝之间形成局部电池，因此能确保铝在腐蚀液中不会产生过溶解，从而提高比电容和减小漏电流。
硅、铁单个元素含量高于30ppm，能使铝箔具备一定的易腐蚀性，有利于在后续腐蚀处理时获得高比容，适合生产软态低压阳极箔；硅、铁单个元素含量低于70ppm，能防止硅、铁过量析出，同样有利于提高腐蚀化成后的阳极箔的比电容。具体地，硅和铁单个元素含量介于30-55ppm时，铝箔性能较好，考虑到铝箔纯度越高，成本越高，此时铝箔的成本会比较高；而硅和铁单个元素含量介于55-70ppm时，成本较低，铝箔性能略有下降，但通过下游客户腐蚀工艺的调整可以确保最终制得阳极箔的性能水平。
铜(Cu)的含量控制在10-50ppm范围内，一方面通过保持一定的铜含量，降低铝箔纯度，达到降低成本的目的，而且铜在铝中以固溶状态存在，均匀分散在铝基体中可提高铝箔的点腐蚀性，有利于腐蚀时形成高密度、均匀一致的海绵状腐蚀孔，提高铝箔的比电容，同时能增强铝箔的强度；另一方面可避免铜含量过高，能确保铝在腐蚀液中不会产生过溶解、不均匀分布现象，有利于提高比电容。优选地，将铜含量限定在13-35ppm范围内。
硼(B)的含量控制在3-20ppm范围内，加入一定量的硼可以消除钛(Ti)等有害元素的不利影响，钛会使腐蚀难以深入铝箔芯层，使腐蚀层厚度减少，从而降低比容，同时还会导致化成时间及漏电流显著增加，降低阳极箔生产效率，而加入硼有利于除去钛等有害元素，降低钛等有害元素在铝箔中的含量；而控制硼含量不超过20ppm，能避免硼杂质过量对铝箔腐蚀工艺造成负面影响。优选地，将硼含量限定在3-10ppm范围内。
其他微量元素，即镁(Mg)、锰(Mn)、锌(Zn)和镓(Ga)的总含量控制在5-40ppm范围内，由于镁、锰、锌和镓为有益杂质元素，在铝中以固溶状态存在，能使主体电位降低，增大析出物的电位差，使腐蚀更容易进行，有利于铝箔表面的均匀腐蚀，提高比电容；而控制镁、锰、锌和镓的总含量不超过40ppm，能避免铝箔表面溶解增大，有利于均匀腐蚀。优选地，将镁、锰、锌和镓的总含量限定在5-30ppm范围内。
进一步地，所述铝电解电容器低压阳极用软态铝箔按重量比计算包括以下组分：
铝：99.983-99.986％
硅：35-50ppm
铁：35-50ppm
铜：13-35ppm
硼：3-10ppm
其他微量元素：5-30ppm。
进一步地，所述铝电解电容器低压阳极用软态铝箔按重量比计算包括以下组分：
铝：99.983-99.986％
硅：38ppm
铁：36ppm
铜：25ppm
硼：10ppm
其他微量元素：15ppm。
本发明另一目的在于，提供上述任一项铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，该制造方法包括以下步骤：熔铸、铣面、均匀化处理、热轧、冷轧、精轧、清洗、分切、退火及包装；所述退火先后分为低温除油段和高温再结晶组织控制段，其中，低温除油段的温度为150～250℃，高温再结晶组织控制段的温度为280～380℃。
本发明所述的制造方法中的退火分为两段，第一段为低温除油段，其目的是除油，如果铝箔除油不干净，在下游客户的腐蚀工艺中会出现腐蚀不均现象；第二段为高温再结晶组织控制段，其目的是确定再结晶退火的程度及第二相的析出程度，有利于控制铝箔腐蚀后比容等参数。本发明通过设置两段退火，能使铝箔的组织及氧化膜均匀，使其抗拉强度达到合适的强度范围，有利于使最终制得的软态铝箔获得高容量和高强度。
进一步地，所述低温除油段分2级退火，退火时间总长为10～30小时。通过将低温除油段分为两级退火，能确保除油干净，同时易于控制铝箔质量变化。
进一步地，所述低温除油段中，第1级退火温度为160℃，保温时间为10小时，第2级退火温度为200℃，保温时间为10小时。
进一步地，所述高温再结晶组织控制段的退火时间为10～30小时。
进一步地，所述高温再结晶组织控制段的退火温度为320℃，保温时间为20小时。
进一步地，所述退火时退火炉内气氛为空气、氮气或惰性气体。退火时退火炉内气体进行置换，有利于加速除油改善铝箔表面质量。
进一步地，所述退火完成后，待退火炉温度冷却至180～160℃时铝箔出炉。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造工艺流程图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造工艺流程图。
本发明的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法按以下步骤进行：熔铸、铣面、均匀化处理、热轧、冷轧、精轧、清洗、分切、退火和包装。其中，铣面与均匀化处理步骤的顺序可互换，退火与包装步骤之间还可增加倒箔步骤。
实施例1
先将高纯铝锭加热熔化，添加合金元素，调整元素成分，使铝合金成分在设定的目标成分范围内，熔铸成大尺寸扁锭。然后，选取合格的扁锭进行铣面，除去表面杂质和氧化膜，再进行均匀化处理。接着，将扁锭送到热轧机中轧成厚度为7mm的板卷，待板卷冷却至常温后进一步冷轧为0.3mm厚度，再进行精轧轧至92μm成品厚度。然后，将铝箔清洗、分切后送进退火炉内进行退火，退火卷重量为400～500kg。所述退火先后分为低温除油段和高温再结晶组织控制段两段进行。所述低温除油段分两级退火，第1级退火温度为160℃，保温时间为10小时，第2级退火温度为200℃，保温时间为10小时；所述高温再结晶组织控制段的退火温度为320℃，保温时间为20小时。退火炉内气氛为空气，退火时炉内气体进行置换。所述退火完成后，待退火炉温度冷却至170℃时铝箔出炉，得到铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，然后进行包装。
对所得铝电解电容器低压阳极用软态铝箔进行元素检测，测得其按重量比计算包括以下组分：
铝：99.983-99.986％
硅：38ppm
铁：36ppm
铜：25ppm
硼：10ppm
其他微量元素(镁、锰、锌、镓)总含量：15ppm。
实施例2
先将高纯铝锭加热熔化，添加合金元素，调整元素成分，使铝合金成分在设定的目标成分范围内，熔铸成大尺寸扁锭。然后，选取合格的扁锭进行铣面，除去表面杂质和氧化膜，再进行均匀化处理。接着，将扁锭送到热轧机中轧成厚度为7mm的板卷，待板卷冷却至常温后进一步冷轧为0.3mm厚度，再进行精轧轧至92μm成品厚度。然后，将铝箔清洗、分切后送进退火炉内进行退火，退火卷重量为400～500kg。所述退火先后分为低温除油段和高温再结晶组织控制段两段进行。所述低温除油段分两级退火，第1级退火温度为160℃，保温时间为10小时，第2级退火温度为200℃，保温时间为10小时；所述高温再结晶组织控制段的退火温度为320℃，保温时间为20小时。退火炉内气氛为空气，退火时炉内气体进行置换。所述退火完成后，待退火炉温度冷却至170℃时铝箔出炉，得到铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，然后进行包装。
对所得铝电解电容器低压阳极用软态铝箔进行元素检测，测得其按重量比计算包括以下组分：
铝：99.983-99.986％
硅：38ppm
铁：36ppm
铜：25ppm
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其他微量元素(镁、锰、锌、镓)总含量：15ppm。
对比例
先将高纯铝锭加热熔化，添加合金元素，调整元素成分，使铝合金成分在设定的目标成分范围内，熔铸成大尺寸扁锭。然后，选取合格的扁锭进行铣面，除去表面杂质和氧化膜，再进行均匀化处理。接着，将扁锭送到热轧机中轧成厚度为7mm的板卷，待板卷冷却至常温后进一步冷轧为0.3mm厚度，再进行精轧轧至92μm成品厚度。然后，将铝箔清洗、分切后送进退火炉内进行退火，退火卷重量为400～500kg。所述退火先后分为低温除油段和高温再结晶组织控制段两段进行。所述低温除油段分两级退火，第1级退火温度为160℃，保温时间为10小时，第2级退火温度为200℃，保温时间为10小时；所述高温再结晶组织控制段的退火温度为320℃，保温时间为20小时。退火炉内气氛为空气，退火时炉内气体进行置换。所述退火完成后，待退火炉温度冷却至170℃时铝箔出炉，得到铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，然后进行包装。
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硼：1ppm
其他微量元素(镁、锰、锌、镓)总含量：15ppm。
对实施例1、实施例2和对比例所得软态铝箔、市场购买软态铝箔及市场购买硬态铝箔进行常规低压阳极箔生产线中的腐蚀和化成处理，再进行性能测试，测试结果如下表1所示。
表1
由上表1可以看出，与对比例所得软态铝箔相比，由于实施例1和实施例2的软态铝箔中加入了一定量的硼，因此其软态铝箔经过腐蚀、化成处理后获得的比容更高；与市场购买软态铝箔相比，由于实施例1和实施例2调整了铝箔成分配比，并对制造工艺作出改进，因此其软态铝箔经过腐蚀、化成处理后的比容更高、抗拉强度更高、横向氧化膜偏差更小；与市场购买硬态铝箔相比，实施例1和实施例2的软态铝箔经过腐蚀、化成处理后获得的比容明显更高，抗弯强度也更高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铝电解电容器低压阳极用软态铝箔，其特征在于按重量比计算包括以下组分：
铝：99.983-99.986％
硅：38ppm
铁：36ppm
铜：25ppm
硼：10ppm
其他微量元素：15ppm；
所述其他微量元素为镁、锰、锌、镓中的任意一种或多种。
2.权利要求1所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于包括以下步骤：熔铸、铣面、均匀化处理、热轧、冷轧、精轧、清洗、分切、退火及包装；所述退火先后分为低温除油段和高温再结晶组织控制段，其中，低温除油段的温度为150～250℃，高温再结晶组织控制段的温度为280～380℃。
3.根据权利要求2所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于：所述低温除油段分2级退火，退火时间总长为10～30小时。
4.根据权利要求3所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于：所述低温除油段中，第1级退火温度为160℃，保温时间为10小时，第2级退火温度为200℃，保温时间为10小时。
5.根据权利要求2所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于：所述高温再结晶组织控制段的退火时间为10～30小时。
6.根据权利要求5所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于：所述高温再结晶组织控制段的退火温度为320℃，保温时间为20小时。
7.根据权利要求2所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于：所述退火时退火炉内气氛为空气、氮气或惰性气体。
8.根据权利要求2所述的铝电解电容器低压阳极用软态铝箔的制造方法，其特征在于：所述退火完成后，待退火炉温度冷却至180～160℃时铝箔出炉。
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