專利名稱：一種電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容器的陽極用鋁箔，更具體地說，本發(fā)明尤其涉及一種電解電容器的高壓陽極用鋁箔的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電器產(chǎn)品和信息技術(shù)設(shè)備不斷向高性能、小型化、集成化發(fā)展，而鋁電解電容器是現(xiàn)代電器產(chǎn)品和信息技術(shù)設(shè)備中必不可少的元件。很大程度上，鋁電解電容器的單位體積電容量在很大程度上取決于其中的陽極箔電極的比電容。為了適應(yīng)電解電容器小型化的需要，提高陽極箔電極的比電容，是適應(yīng)電解電容器乃至整個(gè)電器設(shè)備小型化發(fā)展的重要技術(shù)措施。根據(jù)平行板電容器電容公式C＝εS/d可知，電容器電容量C與電極的表面積S和介電常數(shù)ε成正比，而與電板間距成反比。因此，在材料確定的情況下，介電常數(shù)ε隨之確定，而電極間距d又不宜過小，否則會(huì)使電容器擊穿。這時(shí)要想提高電容量，擴(kuò)大電極表面積就成為主要因素。而調(diào)配適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成份并提高電解電容器陽極用鋁箔的立方織構(gòu)是擴(kuò)大電極的表面積，進(jìn)而提高陽極箔比電容的重要途徑。
在此方面，有專利號(hào)為01131402的中國專利文件公開了一種電解電容器高壓陽極用鋁箔的生產(chǎn)工藝，它基本上包括(1)熔鑄步驟，(2)鑄錠預(yù)熱、均勻化及高溫?zé)彳埐襟E，(3)冷軋及箔軋步驟，以及(4)真空熱處理步驟，以使鋁箔表面生產(chǎn)薄氧化膜并使加工織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎娇棙?gòu)，稱該方法制得的電解電容器高壓陽極用鋁箔立方織構(gòu)占有率95％以上，化成后電容為1.0～1.05μF/cm2(375Vf)，立方織構(gòu)和比電容不是很高。此外，申請?zhí)枮?0105387的發(fā)明專利中公開了一種用于電解電容器的鋁箔和制造方法，其制造方法通過加入部分微量元素，增加鋁箔腐蝕發(fā)孔密度，同時(shí)利用四次退火，提高立方織構(gòu)，工藝較為復(fù)雜，耗能較高，生產(chǎn)成本較高。公開號(hào)為2002-173748的日本專利申請文件公開了一種高純度鋁箔的制造方法，其冷軋過程中需經(jīng)二次中間退火，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要達(dá)到的技術(shù)目的是要提供一種生產(chǎn)成本較低、立方織構(gòu)及比電容高的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法。
為此，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，該制造方法包括如下步驟(A)熔鑄步驟在高純鋁液中適當(dāng)調(diào)配輔助元素，使鋁液達(dá)到如下的重量組成，F(xiàn)e0.0005％～0.0018％，Si0.0005％～0.003％，Cu0.003％～0.007％，Mg0.0002％～0.003％，Al≥99.98％，其它單個(gè)雜質(zhì)元素≤0.001％，然后快速冷卻成型為鑄錠；(B)鑄錠均勻化退火及熱軋步驟將成型鑄錠在580℃～620℃溫度范圍進(jìn)行均勻化退火處理，金屬保溫時(shí)間5小時(shí)～30小時(shí)；然后在480℃～560℃溫度進(jìn)行熱軋開軋，熱軋終了溫度控制在270℃～360℃，熱軋道次為13～21道，制得厚度為5mm～14mm的熱軋卷材；(C)冷軋步驟將熱軋卷材經(jīng)過7～11道次的冷軋，軋成硬態(tài)鋁箔；(D)中間退火步驟在所述冷軋步驟最末道次軋制前進(jìn)行一次退火處理。
進(jìn)一步優(yōu)化本發(fā)明的工藝措施如下調(diào)配后的鋁液中如果Fe含量在0.0009％～0.0018％時(shí)，優(yōu)選Si的重量百分比含量比Fe的重量百分比含量高0.00005％～0.0015％；鑄錠規(guī)格優(yōu)選為寬1020mm～1100mm、厚280mm～600mm、長2500mm～6000mm；熱軋開軋溫度優(yōu)選為510℃～550℃，熱軋終了溫度優(yōu)選為270℃～320℃；熱軋卷材厚度優(yōu)選為5mm～7mm；熱軋道次優(yōu)選為15～19道；中間退火的保溫溫度優(yōu)選為210℃～270℃，金屬保溫時(shí)間優(yōu)選1小時(shí)～4小時(shí)，退火氣氛優(yōu)選為空氣退火、惰性氣體保護(hù)退火或真空退火；最末道次軋制時(shí)加工變形率優(yōu)選為18％～35％；所述的制造方法進(jìn)一步包括對(duì)冷軋后的硬態(tài)鋁箔作退火處理，該硬態(tài)鋁箔退火在真空或Ar2或N2氣體中進(jìn)行，退火保溫溫度為480℃～550℃；步驟A包括鋁液攪拌，且優(yōu)選采用電磁攪拌方法完成；本發(fā)明制造方法進(jìn)一步包括硬態(tài)鋁箔成品軋制道次后的清洗步驟，清洗采用溫度大于或等于70℃的水或中性清洗劑。
如所周知，高壓鋁箔屬于電子鋁箔范疇，這是一種在極性條件下工作的被腐蝕材料，不同電壓范圍的電子鋁箔要求有不同的被腐蝕類型，其中高壓陽極箔一般為柱孔隧道狀腐蝕結(jié)構(gòu)，因?yàn)椋诟邏合鹿ぷ鲿r(shí)需要有耐高壓的相對(duì)較厚的氧化膜，但這種厚的氧化膜又不能堵塞腐蝕生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的腐蝕孔洞，否則會(huì)引起比電容下降。為能同時(shí)滿足高壓陽極箔應(yīng)具備較厚的氧化膜以及較大的比電容這兩個(gè)條件，柱孔隧道狀腐蝕是最佳的選擇。因此，鋁箔材料應(yīng)具備的特點(diǎn)包括(1)腐蝕核心；(2)腐蝕通道。腐蝕核心是保證材料產(chǎn)生局部微孔腐蝕的必要條件，是擴(kuò)大鋁箔表面積，進(jìn)而提高陽極箔比電容的重要措施，而腐蝕核心，即腐蝕發(fā)孔密度主要與化學(xué)成份配比及各雜質(zhì)元素的存在方式有關(guān)。腐蝕通道則供腐蝕介質(zhì)向內(nèi)擴(kuò)散，使腐蝕過程順利進(jìn)行。國內(nèi)外高壓陽極箔一般采用直流電化學(xué)腐蝕，由于{100}面<001>取向的彈性模量很小，強(qiáng)度最低，故在直流電的作用下腐蝕便沿著{100}面<001>取向優(yōu)先腐蝕擴(kuò)展，形成正方形蝕坑，且正方形孔洞有效面積最大，有利于擴(kuò)大鋁箔的表面積，從而提高陽極箔的比電容。而立方織構(gòu)的發(fā)達(dá)程度主要受鋁箔純度、熱軋參數(shù)、冷軋參數(shù)、退火等工藝因素影響。
而本發(fā)明的制造方法主要特點(diǎn)在于適當(dāng)調(diào)配鋁液的化學(xué)成份，然后鑄錠、均勻化退火及熱軋、冷軋，在最末一個(gè)冷軋道次軋制前，進(jìn)行一次中間退火，制得高壓陽極用硬態(tài)鋁箔。其機(jī)理在于特有的配方和制造工藝使得鋁箔上生成合適的腐蝕核心，同時(shí)能增加{100}面立方織構(gòu)含量，使得以后的腐蝕工序能產(chǎn)生合適的腐蝕孔和在垂直箔面的{100}方向產(chǎn)生各種腐蝕隧道，提高鋁箔的表面積，進(jìn)而提高陽極箔比電容；而且在冷軋中，本發(fā)明控制使每道次壓下量不致太大，以防止組織動(dòng)態(tài)回復(fù)的產(chǎn)生，保證軋制變形更均勻、更高效，使軋制織構(gòu)分布均勻，增強(qiáng)成品退火后立方織構(gòu)的均勻性。又因?yàn)樵诶滠埐襟E中，大的冷變形條件下，鋁箔中的立方織構(gòu)有所破壞，特意設(shè)置中間退火步驟以重新獲得更大量的立方織構(gòu)核心，使成品退火再結(jié)晶時(shí)形成的立方織構(gòu)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明特色的軋制步驟等工藝措施制得的鋁箔，其立方織構(gòu)達(dá)98％以上，腐蝕化成后的比電容達(dá)1.05～1.3μF/cm2(375Vf)。
本發(fā)明所述步驟A中，所述調(diào)配好的鋁液的質(zhì)量百分比控制為Fe0.0005％～0.0018％，Si0.0005％～0.003％，Cu0.003％～0.007％，Mg0.0002％～0.003％，Al≥99.98％，其它單個(gè)雜質(zhì)元素≤0.001％，如果Fe含量高于此范圍則阻礙立方織構(gòu)的形成，且易析出粗大的化合物，降低陽極箔的比電容和增大陽極箔的漏電流；Fe含量低于此范圍，冷軋加工困難，且生產(chǎn)成本高；Si含量高于此范圍則會(huì)影響立方織構(gòu)的形成和化成時(shí)間，低于此范圍則不利于生產(chǎn)控制；Cu是高壓箔中最有效的腐蝕核心，但其含量如果高于此范圍，會(huì)由于腐蝕坑的密度過高而相互連接形成大的腐蝕坑，降低電容量，另外高的Cu含量也會(huì)增大陽極箔的漏電流；Cu含量低于此范圍，箔的腐蝕核心少，腐蝕效果差，比電容低；Mg含量有時(shí)由于原料的關(guān)系，有時(shí)不可避免，高于此范圍則影響鋁箔腐蝕化成后的強(qiáng)度，低于此范圍則不易于生產(chǎn)控制；其它雜質(zhì)含量高于此范圍，則產(chǎn)品質(zhì)量如比電容等不高，不易于控制；當(dāng)Fe含量為0.0009％～0.0018％時(shí)，優(yōu)選Si的重量百分比含量比Fe的重量百分比含量高0.00005％～0.00015％，有利于消除高鐵的不利影響，提高立方織構(gòu)和比電容，降低鋁箔純度要求，降低生產(chǎn)成本。
為結(jié)合設(shè)備具體情況實(shí)現(xiàn)高效工業(yè)化生產(chǎn)，最大限度降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明在所述步驟A中，所述鑄錠規(guī)格優(yōu)選為寬1020mm～1100mm、厚280mm～600mm、長2500mm～6000mm；所述鋁液優(yōu)選采用電磁攪拌，有利于使鋁液更加均勻，使制造出來的鋁箔經(jīng)腐蝕后橫向和縱向比電容更加均勻，同一批鋁箔一致性更好。
本發(fā)明所述步驟B中，所述均勻化工序中均勻化保溫溫度選580℃～620℃，金屬保溫時(shí)間選5小時(shí)～30小時(shí)，有利于保證鐵充分固溶，消除鐵的偏析，使鑄錠各處成分均勻，均勻化溫度高于此范圍，鑄錠表面會(huì)產(chǎn)生高溫氧化，影響產(chǎn)品質(zhì)量，均勻化溫度低于此范圍或保溫時(shí)間過短則達(dá)不到成分均勻化的效果，保溫時(shí)間超過此范圍，則生產(chǎn)效率低，能耗大，生產(chǎn)成本較高，不經(jīng)濟(jì)。所述熱軋開軋溫度控制選480℃～560℃，熱軋終了溫度選270℃～350℃，有利于形成高的立方織構(gòu)，一般開軋溫度高，終軋溫度也高，開軋溫度不低于480℃，有利于終軋溫度容易達(dá)到不低于270℃，且有利于析出尺寸大、數(shù)量少的Fe的化合物，這種尺寸的化合物有利于成為退火時(shí)再結(jié)晶核心，促進(jìn)鋁箔立方織構(gòu)的形成；終軋溫度不低于270℃，使料冷卻下來前熱軋卷有較充分的時(shí)間進(jìn)行再結(jié)晶，增加立方織構(gòu)含量，熱軋卷所含立方織構(gòu)越多，冷軋保留下來的立方織構(gòu)也多，有利于成品退火時(shí)形成高的立方織構(gòu)，且若終軋溫度低于270℃，則熱軋冷卻速度太快，不利于Fe等化合物的析出，不利于立方織構(gòu)的形成；熱軋開軋溫度優(yōu)選控制在510℃～550℃，熱軋終了溫度優(yōu)選控制在270℃～320℃，對(duì)鋁箔立方織構(gòu)的提高有利，同時(shí)可減少粘鋁或晶粒粗大等情況的產(chǎn)生。熱軋卷材厚度選5mm～14mm，熱軋卷材若厚度低于5mm，則熱軋時(shí)不容易控制，對(duì)設(shè)備要求高，熱軋卷材厚度高于14mm，則冷軋時(shí)軋制道次增多，使生產(chǎn)成本升高，熱軋卷材厚度優(yōu)選5mm～7mm，熱軋卷材厚度薄，可減少冷軋時(shí)的軋制道次，使生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本較低，提高立方織構(gòu)。熱軋道次選13～21道，熱軋道次不在此范圍，則不利于終軋溫度的控制，且對(duì)設(shè)備要求高，熱軋道次優(yōu)選15～19道，便于生產(chǎn)控制。
所述步驟C中，所述冷軋的道次選7～11道次，冷軋道次多于此范圍則生產(chǎn)效率低，低于此范圍則道次壓下量太大，易使軋制變形不均勻。
所述步驟D中，所述中間退火步驟在冷軋最末道次軋制前進(jìn)行，保溫溫度優(yōu)選210℃～240℃，金屬保溫時(shí)間優(yōu)選1小時(shí)～4小時(shí)。中間退火溫度低于此范圍不易發(fā)生再結(jié)晶，達(dá)不到增加立方織構(gòu)的目的；退火溫度高于此范圍則再結(jié)晶已基本完成，對(duì)成品的再結(jié)晶退火不利；退火時(shí)間高于此范圍，則效率不高，且鋁箔太軟，不易后續(xù)軋制，低于此范圍則立方織構(gòu)有所降低；中間退火氣氛可采用空氣退火、惰性氣體保護(hù)退火或真空退火，真空退火的真空度一般要求小于或等于0.05Pa；所述最末一個(gè)道次軋制的加工變形率優(yōu)選18％～35％，加工變形率不在此范圍會(huì)使立方織構(gòu)有所降低，低于此范圍，不易軋制。
本發(fā)明所述的制造方法進(jìn)一步包括硬態(tài)鋁箔退火，冷軋后的硬態(tài)鋁箔退火在真空或Ar2或N2氣體中進(jìn)行，退火保溫溫度為480℃～550℃，若溫度高于550℃，會(huì)產(chǎn)生粘箔，低于480℃，則立方織構(gòu)不高。
本發(fā)明所述的制造方法進(jìn)一步包括成品鋁箔軋制道次后的清洗步驟，清洗采用溫度大于或等于70℃的水或中性清洗劑，有利于清洗掉鋁箔表面殘留的軋制油，使鋁箔表面的氧化膜更加均勻，從而使鋁箔腐蝕后表面均勻一致，鋁箔各處比電容均勻一致，偏差進(jìn)一步縮小。
在這之外，本發(fā)明沒有說明的鑄錠銑面、鋁帶或鋁箔的重卷、鋁箔切割等附帶工程均按常規(guī)，可適當(dāng)選擇。
本發(fā)明的上述特色制造方法生產(chǎn)得到的優(yōu)質(zhì)高壓箔，鋁純度≥99.98％，且具有下列優(yōu)點(diǎn)1、測試方法采用金相定量顯微鏡測量，樣片采用金相蝕坑法制作，測得鋁箔{100}面立方織構(gòu)達(dá)98％以上；2、測試方法用電容電橋法，測得腐蝕化成后陽極箔靜電容量達(dá)到1.05～1.3μF/cm2(375Vf)。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例具體見表1、表2和表3實(shí)施例化學(xué)成份控制見表1表1鋁液化學(xué)成份控制

在正常加工過程中，化學(xué)成份不發(fā)生變化，鑄錠、鋁板、鋁帶、鋁箔的化學(xué)成份與鋁液化成份相同。
實(shí)施例制造過程參數(shù)控制見表2表2制造過程及參數(shù)控制

表2中沒列出的過程編號(hào)A1在熔煉時(shí)采用電磁攪拌，其它同A；A2在終軋后采用80℃的水清洗，其它同A；A3在終軋后采用中性清洗劑清洗，其它同A；A4在熔煉時(shí)采用電磁攪拌，且在終軋后采用85℃的水清洗，其它同A。表2中沒有說明的鑄錠銑面、鋁箔切割等工程均按常規(guī)，可根據(jù)需要選擇。
對(duì)上述工藝制得的鋁箔進(jìn)行立方織構(gòu)的測量及腐蝕化成處理后的測量，結(jié)果見表3。
表3 鋁箔性能及經(jīng)腐蝕化成后的性能對(duì)比


表3中的立方織構(gòu)采用GB/T 3246.1中的方法進(jìn)行測量，腐蝕化成后的靜電容量采用SJ/T 11140中的方法進(jìn)行測試，靜電容量偏差按SJ/T 11140中的方法進(jìn)行計(jì)算。
由上述系列實(shí)施例可見，用本發(fā)明所述方法制造的電解電容器高壓陽極用鋁箔具有立方織構(gòu)高，腐蝕化成后靜電容量高、靜電容量偏差小的特點(diǎn)，且生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低。
權(quán)利要求
1.一種電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，該制造方法包括如下步驟(A)熔鑄步驟在高純鋁液中調(diào)配輔助元素，使其達(dá)到如下的重量組成，F(xiàn)e0.0005％～0.0018％，Si0.0005％～0.003％，Cu0.003％～0.007％，Mg0.0002％～0.003％，Al≥99.98％，其它單個(gè)雜質(zhì)元素≤0.001％，然后快速冷卻成型為鑄錠；(B)鑄錠均勻化退火及熱軋步驟將成型鑄錠在580℃～620℃溫度范圍進(jìn)行均勻化退火處理，金屬保溫時(shí)間5小時(shí)～30小時(shí)；然后在480℃～560℃溫度范圍進(jìn)行熱軋開軋，熱軋終了溫度控制在270℃～350℃，熱軋道次為13～21道，制得厚度為5mm～14mm的熱軋卷材；(C)冷軋步驟將熱軋卷材經(jīng)過7～11道次的冷軋，軋成硬態(tài)鋁箔；(D)中間退火步驟在所述冷軋步驟最末道次軋制前進(jìn)行一次退火處理。
2.權(quán)利要求1所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟A中，鋁液中Fe含量優(yōu)選為0.0009％～0.0018％，Si的重量百分比含量比Fe的重量百分比含量高0.00005％～0.0015％。
3.權(quán)利要求1所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟A中，所述鑄錠尺寸為寬1020mm～1100mm、厚280mm～600mm、長2500mm～6000mm。
4.權(quán)利要求1或2或3所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟B中，所述熱軋卷材厚度優(yōu)選為5mm～7mm，熱軋道次優(yōu)選為15～19道。
5.權(quán)利要求1或2或3所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟B中，所述熱軋開軋溫度優(yōu)選為510℃～550℃，熱軋終了溫度優(yōu)選為270℃～320℃。
6.權(quán)利要求1或2或3所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟D中，所述的中間退火的保溫溫度為210～270℃，金屬保溫時(shí)間1小時(shí)～4小時(shí)，退火氣氛為空氣退火、惰性氣體保護(hù)退火或真空退火。
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟D中，所述最末道次軋制的加工變形率為18％～35％。
8.如權(quán)利要求1或2或3的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述的制造方法進(jìn)一步包括對(duì)冷軋后的硬態(tài)鋁箔作退火處理，該硬態(tài)鋁箔退火在真空或Ar2或N2氣體中進(jìn)行，退火保溫溫度為480～550℃。
9.如權(quán)利要求1或2或3的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述步驟A還包括采用電磁攪拌方法實(shí)施鋁液攪拌。
10.如權(quán)利要求1或2或3所述的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，其特征在于所述的制造方法進(jìn)一步包括對(duì)硬態(tài)鋁箔成品的清洗步驟，清洗采用溫度大于或等于70℃的水或中性清洗劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法，包括熔鑄步驟在高純鋁液中調(diào)配輔助元素；(B)鑄錠均勻化退火及熱軋步驟；(C)冷軋步驟；(D)中間退火步驟在所述冷軋步驟最末道次軋制前進(jìn)行一次退火處理。本發(fā)明提供一種生產(chǎn)成本較低、立方織構(gòu)及比電容高的電解電容器高壓陽極用鋁箔的制造方法。
文檔編號(hào)C22F1/04GK1807673SQ20051012093
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月17日
發(fā)明者葉章良 申請人:乳源東陽光精箔有限公司