CN110938768B - 一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔及其制备方法。纯铝锭依次通过熔炼、扒渣、分析熔液中各元素成分，精炼，铸造，铣面，均匀热处理，热轧，冷箔轧，中间退火，箔轧及成品退火，得到高压电子铝箔。其中各元素的质量百分比如下：硅0.0005～0.0030％，铁0.0005～0.0025％，铜0.0025～0.0065％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al。该方法生产制备的高压电子铝箔内部没有了粗大异常晶粒的产生，解决了现有技术中高压电子铝箔内粗大异常晶粒无法有效消除的问题，其非(100)面织构晶粒度＜2mm，有效避免了其中粗大晶粒带来的缺陷，解决了现有技术中无法消除粗大晶粒的问题，具有很好的应用前景。

Description

一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔及其制备方法。
背景技术
随着光伏、变频器、LED照明灯、充电桩、电动汽车以及电子信息产业的发展，对电解电容器的需求量越来越大，而其中铝电解电容器因价格低廉、性能稳定在各个领域中具有广泛的应用。
根据对铝箔电压的划分，高压电子铝箔铝电解电容器高压电子铝箔的工作电压一般用于400～650vf，容量在0.5～1.2uF/cm2，(100)织构具有85～100％的占有率。高压电解电容器铝箔的要求是Al含量＞99.99％。厚度在80～150μm，并有合适的晶粒度和一定的强度。即高压电子铝箔需要很强的(100)织构，其体积分数要求达到85～100％，而且内部晶粒度对其性能具有关键性的影响，因此高压铝箔生产的难度相当大，技术含量相当高。
目前生产的高压电子铝箔难以避免其中产生的2mm以上的粗大晶粒，这些粗大晶粒为非(100)织构，使腐蚀后的比容发生大幅度下降，同时腐蚀外观呈现不均匀亮斑，大大降低产品性能，不能满足实际使用的需求，甚至导致产品报废、造成资源的严重浪费。
发明内容
本发明针对的技术问题是：现有技术中生产的高压电子铝箔中无法避免2mm以上非(100)面粗大晶粒的产生，使腐蚀后的比容发生大幅度下降，同时腐蚀外观呈现不均匀亮斑，降低了产品性能达不到使用要求，甚至造成产品报废，造成资源的严重浪费。
针对上述问题，本发明提供了一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔及其制备方法，本发明制备得到的高压电子铝箔内无粗大晶粒的产生，其非(100)面晶粒度＜2mm，有效避免了其中粗大晶粒带来的缺陷，解决了现有技术中无法消除粗大晶粒的问题，具有很好的应用前景。
本发明是通过以下技术方案产生的
一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔，该高压电子铝箔中各元素的质量百分比如下：硅0.0005～0.0030％，铁0.0005～0.0025％，铜0.0025～0.0065％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al。
所述无粗大晶粒产生的高压电子铝箔的制备方法，将纯铝锭(纯铝锭纯度≧99.99)依次通过熔炼、扒渣、分析熔液中各元素成分，精炼，铸造，铣面，均匀热处理，热轧，冷箔轧，中间退火，箔轧及成品退火，退火完成得到高压电子铝箔；其中冷箔轧的轧制道次为6～9次，每道次压下率为15～50％，轧制力为50～250吨，张力为10～40MPa，轧制时控制油温为20～60℃。
所述的高压电子铝箔的制备方法，所述熔炼的温度为720～760℃、时间为2～6小时；分析熔液中各元素成分，添加铝合金添加剂(铝合金添加剂为熟知的铝铜、铝硅或铝铁合金)以符合无粗大晶粒产生的高压电子铝箔中各元素的要求：硅0.0005～0.0030％，铁0.0005～0.0025％，铜0.0025～0.0065％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al。
所述的高压电子铝箔的制备方法，所述精炼为向铝合金熔液中通入氩气行精炼，精炼温度为720～760℃、时间为20～30min。
所述的高压电子铝箔的制备方法，铸造时的温度控制为700～730℃，铸造速度控制为45～65mm/min；所述铣面的大面单侧铣面量≥5mm，铣面后的厚度为250～270mm；。
所述的高压电子铝箔的制备方法，所述均匀热处理分为两个阶段，第一阶段炉气定温为500～610℃、铝合金铸锭在该温度下保温5～15小时；第一阶段保温完成后进行第二阶段加热，第二阶段炉气定温为500～570℃、铝合金铸锭在该温度下保温3～10小时；均匀热处理完成后，铝合金铸锭的出炉温度控制为500～560℃。
所述的高压电子铝箔的制备方法，均匀热处理之后的铝合金铸锭进行热轧，热轧道次为12～18次，热轧至厚度为4～9mm，每个道次的压下量为10％～50％，热轧时采用乳化液润滑和冷却铝合金铸锭，乳化液浓度为4～6％，其压力控制为0.3±0.05MPa；热轧后铝合金卷坯温度控制在200～300℃；
所述冷箔轧过程中采用轧制油润滑和冷却铝合金卷坯，轧制油温度控制为20～60℃；冷箔轧至铝合金卷坯的厚度为0.120～0.160mm。
所述高压电子铝箔的制备方法，所述中间退火(在空气退火炉或保护气氛退火炉中进行)的退火温度为200～280℃，该温度下保温10～25小时进行退火。
所述的高压电子铝箔的制备方法，所述箔轧时的轧制道次为1道次，每个道次的压下率为10～25％，轧制力为10～30吨，张力为5～20MPa，轧制至铝合金卷坯厚度为0.104～0.150mm。
所述高压电子铝箔的制备方法，成品退火过程采用保护气氛退火炉，炉气初始定温为600～630℃，待铝合金卷坯在10～30小时内温度由室温达到450～500℃后、炉气改定温度为500～580℃，并在该条件下保温5～20小时；保温完成后出炉，出炉时铝合金卷温度在250±5℃以下。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
本发明通过对高难度制备工艺的深入探究，使该方法生产制备的高压电子铝箔内部的非(100)面没有了粗大异常晶粒的产生，解决了现有技术中高压电子铝箔内粗大异常晶粒无法有效消除的问题。
本发明在冷箔轧过程中控制轧制油温度为20～60℃，采用6～9+1个道次的轧制、且每个道次的压下率为15～50％、轧制力为50～250吨等，在元素比例控制的条件下通过整个工艺中各条件的联合探究使得对铸锭内部组织晶粒进行了较好的破碎、且对其结构没有任何影响，避免了其中粗大异常晶粒的生成(在一定轧制温度和轧制压力下，晶粒的异常长大被抑制)。
现有技术中制备得到的高压电子铝箔内部晶粒度可达到2～300mm，粒度分布不均匀且明显有粗大晶粒产生，其抗拉强度一般为5～30MPa，波动范围大，导致成品材料性能不稳定。而本发明制备得到的高压电子铝箔，其退火态的室温抗拉强度为20～30MPa(成品材厚度为0.104～0.150mm)，抗拉强度稳定性好，检测结果显示无粗大异常晶粒生成，非(100)面织构晶粒度＜2mm。
附图说明
图1为本发明制备的高压电子铝箔示意图，
图2为现有技术制备的高压电子铝箔示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但并不用于对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔，该高压电子铝箔中各元素的质量百分比如下：硅0.0015％，铁0.0015％，铜0.0040％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％合计≤0.0100％，其余为Al。
该无粗大晶粒产生的高压电子铝箔的制备方法具体如下：
(1)熔炼：向熔化炉中加入10吨的纯铝锭(纯度≥99.99％)在720～760℃条件下熔炼3±0.5小时得到铝合金熔液基体，扒出铝合金熔液表面的浮渣，取样分析铝合金熔液基体的化学成分，并添加铝合金添加剂以符合无粗大晶粒产生的高压电子铝箔中各元素的要求：硅0.0015％，铁0.0015％，铜0.0040％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％合计≤0.0100％，其余为Al；使用电磁搅拌设备搅拌，得到合金元素均匀分布的铝合金熔液；
(2)精炼：对步骤(1)得到的铝合金熔液进行精炼，向铝合金熔体中通入氩气进行精炼，精炼温度控制在720～760℃，精炼时间为20～30min；精炼完成后进行扒渣，静置；
(3)铸造：对步骤(2)精炼后的铝合金熔液采用铸造机进行铸造，铸造温度控制在700～730℃，铸造速度控制在45～50mm/min，铸造完成得到铝合金铸锭；
(4)铣面：将步骤(3)得到的铝合金铸锭切头，铣面，大面单侧铣面量≥5mm；铣面后铸锭表面光滑，无明显刀纹，铣面后厚度为250±1mm；
(5)均匀热处理：将步骤(4)铣面后的铝合金铸锭在均热炉中分两个阶段进行均匀热处理，第一阶段炉气定温为500～550℃、铝合金铸锭在该温度下保温14小时；第二阶段炉气定温为500～570℃、铝合金铸锭在该温度下保温4小时；
均匀热处理完成后，铝合金铸锭的出炉温度控制为500～560℃；
(6)热轧：将步骤(5)均匀热处理后的铝合金铸锭进行热轧13道次，轧至厚度为7mm，每个道次的压下率为10％～50％；热轧时采用乳化液润滑和冷却铝合金卷坯，乳化液浓度为4～6％，其压力控制为0.3±0.05MPa；
热轧后铝合金卷坯温度控制在200～250℃；
(7)冷箔轧：将步骤(6)热轧后的铝合金卷坯进行冷箔轧，其中冷箔轧的轧制道次为7次，每道次压下率为20～50％，轧制力为80吨，张力为10～30MPa，所述冷箔轧过程中采用轧制油润滑和冷却铝合金卷坯，轧制油温度控制为40～50℃；
冷箔轧至铝合金卷坯的厚度为0.155mm；
(8)中间退火：将步骤(7)冷箔轧后的铝合金卷坯进行中间退火(在空气退火炉或保护气氛退火炉中进行)，退火温度为200～240℃，该温度下保温20小时进行中间退火；
(9)冷轧：将步骤(8)中间退火后的铝合金卷坯进行冷轧，冷轧轧制道次为1道次，每个道次的压下率为10～25％，轧制力为20吨，张力为5～20MPa，轧制至铝合金卷坯厚度为0.125mm；
(10)成品退火：将步骤(9)冷轧后的铝合金卷坯进行退火，退火过程采用保护气氛退火炉，炉气初始定温为600～630℃，待铝合金卷坯在25个小时内温度由室温达到450～500℃后、炉气改定温度为500～580℃，并在该条件下保温8小时；保温完成后出炉，出炉时铝合金卷温度在250±5℃以下；得到无粗大晶粒的高压电子铝箔。采用盐酸+硝酸+氢氟酸(本领域技术人员熟知)进行腐蚀观测(腐蚀1～5min)，结果如图1所示。
实施例2
一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔，该高压电子铝箔中各元素的质量百分比如下：硅0.0010％，铁0.0010％，铜0.0065％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al。
该无粗大晶粒产生的高压电子铝箔的制备方法具体如下：
(1)熔炼：向熔化炉中加入15吨的纯铝锭(纯度≥99.99％)在720～760℃条件下熔炼4小时得到铝合金熔液基体，扒出铝合金熔液表面的浮渣，取样分析铝合金熔液基体的化学成分，并添加铝合金添加剂以符合无粗大晶粒产生的高压电子铝箔中各元素的要求：硅0.0010％，铁0.0010％，铜0.0065％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al；使用电磁搅拌设备搅拌，得到合金元素均匀分布的铝合金熔液；
(2)精炼：对步骤(1)得到的铝合金熔液进行精炼，向铝合金熔体中通入氩气进行精炼，精炼温度控制在720～760℃，精炼时间为20～30min；精炼完成后进行扒渣，静置；
(3)铸造：对步骤(2)精炼后的铝合金熔液采用铸造机进行铸造，铸造温度控制在700～730℃，铸造速度控制在50～55mm/min，铸造完成得到铝合金铸锭；
(4)铣面：将步骤(3)得到的铝合金铸锭切头，铣面，大面单侧铣面量≥5mm；铣面后铸锭表面光滑，无明显刀纹，铣面后厚度为260±1mm；
(5)均匀热处理：将步骤(4)铣面后的铝合金铸锭在均热炉中分两个阶段进行均匀热处理，第一阶段铝合金铸锭的温度控制为550±10℃、在该温度下保温10小时；第二阶段的铝合金铸锭温度控制为500～570℃、在该温度下保温6小时；
均匀热处理完成后，铝合金铸锭的出炉温度控制为500～560℃；
(6)热轧：将步骤(5)均匀热处理后的铝合金铸锭进行热轧15个道次，轧至厚度为6mm，每个道次的压下率为10％～50％；热轧时采用乳化液润滑和冷却铝合金铸锭，乳化液浓度为4～6％，其压力控制为0.3±0.05MPa；
热轧后铝合金卷坯温度控制在250～300℃；
(7)冷箔轧：将步骤(6)热轧后的铝合金卷坯进行冷箔轧，其中冷箔轧的轧制道次为7次，每道次压下率为20～50％，轧制力为150吨，张力为10～30MPa，所述冷箔轧过程中采用轧制油润滑和冷却铝合金卷坯，轧制油温度控制为30～40℃；
冷箔轧至铝合金卷坯的厚度为0.140mm；
(8)中间退火：将步骤(7)冷箔轧后的铝合金卷坯进行中间退火(在空气退火炉或保护气氛退火炉中进行)，退火温度为260±10℃，该温度下保温15小时进行中间退火；
(9)箔轧：将步骤(8)中间退火后的铝合金卷坯进行冷轧，冷轧轧制道次为1道次，每个道次的压下率为10～25％，轧制力为25吨，张力为5～20MPa，轧制至铝合金卷坯厚度为0.115mm；
(10)成品退火：将步骤(9)冷轧后的铝合金卷坯进行退火，退火过程采用保护气氛退火炉，炉气初始定温为600～630℃，待铝合金卷坯在20个小时内温度由室温达到450～500℃后、炉气改定温度为500～580℃，并在该条件下保温15小时；保温完成后出炉，出炉时铝合金卷温度在250±5℃以下；得到无粗大晶粒的高压电子铝箔。采用盐酸+硝酸+氢氟酸(本领域技术人员熟知)进行腐蚀观测(腐蚀1～5min)，结果如图1所示。
实施例3
一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔，该高压电子铝箔中各元素的质量百分比如下：硅0.0020％，铁0.0018％，铜0.0050％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al。
该无粗大晶粒产生的高压电子铝箔的制备方法具体如下：
(1)熔炼：向熔化炉中加入20吨的纯铝锭(纯度≥99.99％)在720～760℃条件下熔炼4±0.5小时得到铝合金熔液基体，扒出铝合金熔液表面的浮渣，取样分析铝合金熔液基体的化学成分，并添加铝合金添加剂以符合无粗大晶粒产生的高压电子铝箔中各元素的要求：硅0.0020％，铁0.0018％，铜0.0050％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al；使用电磁搅拌设备搅拌，得到合金元素均匀分布的铝合金熔液；
(2)精炼：对步骤(1)得到的铝合金熔液进行精炼，向铝合金熔体中通入氩氯混合气进行一次精炼，精炼温度控制在720～760℃，精炼时间为20～30min；精炼完成后进行扒渣，静置；
(3)铸造：对步骤(2)精炼后的铝合金熔液采用铸造机进行铸造，铸造温度控制在700～730℃，铸造速度控制在55～65mm/min，铸造完成得到铝合金铸锭；
(4)铣面：将步骤(3)得到的铝合金铸锭切头，铣面，大面单侧铣面量≥5mm；铣面后铸锭表面光滑，无明显刀纹，铣面后厚度为270±1mm；
(5)均匀热处理：将步骤(4)铣面后的铝合金铸锭在均热炉中分两个阶段进行均匀热处理，第一阶段铝合金铸锭的温度控制为590～610℃、在该温度下保温6小时；第二阶段的铝合金铸锭温度控制为500～570℃、在该温度下保温7小时；
均匀热处理完成后，铝合金铸锭的出炉温度控制为500～560℃；
(6)热轧：将步骤(5)均匀热处理后的铝合金铸锭进行热轧18道次，轧至厚度为5mm，每个道次的压下率为10％～50％；热轧时采用乳化液润滑和冷却铝合金铸锭，乳化液浓度为4～6％，其压力控制为0.3±0.05MPa；
热轧后铝合金卷坯温度控制在280～300℃；
(7)冷箔轧：将步骤(6)热轧后的铝合金卷坯进行冷箔轧，其中冷箔轧的轧制道次为6个道次，每道次压下率为40～50％，轧制力为250吨，张力为20～40MPa，所述冷箔轧过程中采用轧制油润滑和冷却铝合金卷坯，轧制油温度控制为20～30℃；
冷箔轧至铝合金卷坯的厚度为0.130mm；
(8)中间退火：将步骤(7)冷箔轧后的铝合金卷坯进行中间退火(在空气退火炉或保护气氛退火炉中进行)，退火温度为280℃，该温度下保温10小时进行中间退火；
(9)箔轧：将步骤(8)中间退火后的铝合金卷坯进行冷轧，冷轧轧制道次为1道次，每个道次的压下率为10～25％，轧制力为30吨，张力为5～20MPa，轧制至铝合金卷坯厚度为0.110mm；
(10)退火：将步骤(9)冷轧后的铝合金卷坯进行退火，退火过程采用保护气氛退火炉，炉气初始定温为600～630℃，待铝合金卷坯在15个小时内温度由室温达到450～500℃后、炉气改定温度为500～580℃，并在该条件下保温20小时；保温完成后出炉，出炉时铝合金卷温度在250±5℃以下；得到无粗大晶粒的高压电子铝箔。采用盐酸+硝酸+氢氟酸(本领域技术人员熟知)进行腐蚀观测(腐蚀1～5min)，结果如图1所示。
图1为本发明制备的高压电子铝箔示意图，图2为现有技术制备的高压电子铝箔示意图。由图1及图2可知，本发明制备的高压电子铝箔明显优于现有技术制备的高压电子铝箔。

Claims (4)

1.一种无粗大晶粒产生的高压电子铝箔的制备方法，其特征在于，将纯铝锭依次通过熔炼、扒渣、分析熔液中各元素成分，精炼，铸造，铣面，均匀热处理，热轧，冷箔轧，中间退火，箔轧及成品退火，退火完成得到高压电子铝箔；
其中所述熔炼的温度为720～760℃、时间为2～6小时；
分析熔液中各元素成分，添加铝合金添加剂以符合无粗大晶粒产生的高压电子铝箔中各元素成分的要求：硅0.0005～0.0030％，铁0.0005～0.0025％，铜0.0025～0.0065％，锰＜0.0015％，锌＜0.0010％，钛＜0.0010％，镓＜0.0010％，硼＜0.0005％，铅＜0.0003％，合计≤0.0100％，其余为Al；
所述均匀热处理分为两个阶段，第一阶段炉气定温为500～610℃、铝合金铸锭在该温度下保温5～15小时；第一阶段保温完成后进行第二阶段加热，第二阶段炉气定温为500～570℃、铝合金铸锭在该温度下保温3～10小时；均匀热处理完成后，铝合金铸锭的出炉温度控制为500～560℃；
均匀热处理之后的铝合金铸锭进行热轧，热轧道次为12～18次，热轧至厚度为4～9mm，每个道次的压下率为10％～50％，热轧时采用乳化液润滑和冷却铝合金铸锭，乳化液浓度为4～6％，其压力控制为0.3±0.05MPa；热轧后铝合金卷坯温度控制在200～300℃；
所述冷箔轧的轧制道次为6～9次，每道次压下率为15～50％，轧制力为50～250吨，张力为10～40MPa，轧制时控制油温为20～60℃；
所述冷箔轧过程中采用轧制油润滑和冷却铝合金卷坯，轧制油温度控制为20～60℃；冷箔轧至铝合金卷坯的厚度为0.120～0.160mm；
所述箔轧时的轧制道次为1道次，每个道次的压下率为10～25％，轧制力为10～30吨，张力为5～20MPa，轧制至铝合金卷坯厚度为0.104～0.150mm；
所述成品退火过程采用保护气氛退火炉，炉气初始定温为600～630℃，待铝合金卷坯在10～30小时内温度由室温达到450～500℃后、炉气改定温度为500～580℃，并在该条件下保温5～20小时；保温完成后出炉，出炉时铝合金卷坯温度在250±5℃以下。
2.根据权利要求1所述的高压电子铝箔的制备方法，其特征在于，所述精炼为向铝合金熔液中通入氩气进行精炼，精炼温度为720～760℃、时间为20～30min。
3.根据权利要求1所述的高压电子铝箔的制备方法，其特征在于，铸造时的温度控制为700～730℃，铸造速度控制为45～65mm/min；所述铣面的大面单侧铣面量≥5mm。
4.根据权利要求1所述高压电子铝箔的制备方法，其特征在于，所述中间退火的退火温度为200～280℃，该温度下保温10～25小时进行退火。
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