鋁電解電容器負極用素鋁箔(以下簡稱負極素鋁箔)是電容器制造所需的關(guān)鍵原材料之一。負極素鋁箔經(jīng)專業(yè)工廠進行化學腐蝕或電化學腐蝕后制成不同尺寸規(guī)格的負極電極箔片，再與陽極電極箔片和浸有電解質(zhì)的襯墊紙等其他材料共同卷繞封裝成鋁電解電容器。素鋁箔質(zhì)量的高低直接決定著電容器質(zhì)量的可靠性與穩(wěn)定性。就負極素鋁箔而言，其化學成分及加工質(zhì)量很大程度地影響著鋁箔的質(zhì)量水平�，F(xiàn)就這兩方面的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)與質(zhì)量控制予以簡述。
1、 負極素鋁箔的化學成分及其技術(shù)特征
國內(nèi)外報道的用于制造負極素鋁箔的鋁合金種類繁多，用于工業(yè)化生產(chǎn)的鋁合金主要可歸納為四類：鋁－銅系、鋁—錳系、純鋁系及多元素混合系。不同類別的負極素鋁箔具有不同的性能特點，所適應的腐蝕工藝也千差萬別。負極素鋁箔經(jīng)腐蝕后制得的電極箔主要質(zhì)量指標要求：較高的電容量、抗拉強度、折彎次數(shù)及低的表面氯離子含量等。目前國內(nèi)應用最多的主要是鋁—銅系和鋁-錳系箔。三種典型的鋁合金系的化學成分見表1。
表1 國內(nèi)外典型鋁合金系負極素鋁箔的合金化元素質(zhì)量分數(shù) ％
生產(chǎn)廠家及鋁箔合金 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其他單位 Al
--------------------------------------------------------------------------------
國內(nèi)某公司的鋁-銅系 <0.15 0.20-0.30 0.20-0.30 <0.15 <0.05 <0.03 <0.05 余量
國外某公司的鋁-銅系 <0.12 <0.30 0.10-0.30 <0.05 <0.05 <0.05 <0.01 <0.05 余量
國內(nèi)某公司的鋁-錳系 <0.3 <0.50 0.10-0.20 1.0-1.3 <0.05 <0.10 <0.05 <0.05 余量
國外某公司的鋁-錳系 <0.60 <0.70 0.05-0.20 1.0-1.5 <0.05 <0.10 <0.05 <0.05 余量
國內(nèi)某公司的純鋁系 <0.10 <0.15 <0.01 0.05 <0.02 <0.03 <0.02 <0.03 >99.70
國外某公司的純鋁系 <0.05 <0.07 <0.005 <0.02 <0.02 <0.03 <0.02 <0.01 >99.85
1．1 、 鋁—銅系箔
鋁—銅系負極素鋁箔制成的電極箔具有電容量高、表面光亮灰粉少、強度中等的特點，特別適用于要求高電容量的品種。通常用硬狀態(tài)箔通過化學腐蝕方法制得電極箔。
鋁—銅合金中的銅一部分固溶于鋁基體中，一部分以金屬間化合物CuAl2的形式析出。銅的電極電位高于鋁的。固溶的銅及CuAl2成為腐蝕核心。銅具有一定的強化作用，但在鋁-銅系負極素鋁箔中的銅含量有限，所以對強度的貢獻并不大。銅含量過低，增加鋁箔靜電容量的作用不大；銅含量過高，將產(chǎn)生粗大的腐蝕凹坑，形成過量腐蝕，反而降低靜電容量。銅含量一般選擇在0．1％～0．5％范圍內(nèi)。
1．2 、 鋁-錳系箔
鋁—錳系負極素鋁箔制成的電極箔具有電容量中等、表面偏暗易生粉、強度高的特點，特別適用于要求較高強度及規(guī)格較薄的品種。通常用硬狀態(tài)箔通過化學腐蝕方法制得電極箔。
鋁—錳合金屬于不可熱處理強化合金。錳具有一定的強化作用，隨著錳含量的增加，合金強度提高。錳在鋁中的溶解度較小，主要以MnAln的形式分布在鋁基體中形成腐蝕核心。錳含量過低，析出的化合物MnAln少，不能得到足夠的腐蝕蝕坑；錳含量過高，將析出粗大的MnAln相，造成不均勻腐蝕。錳含量一般控制在0．8％—1．3％之間。
1．3 、 純鋁系箔
純鋁系負極素鋁箔制成的電極箔具有電容量中等、表面均勻灰粉少、強度較低、柔性好、抗衰減穩(wěn)定性好等特點，特別適用于要求穩(wěn)定性較高的品種。通常采用軟狀態(tài)箔通過交流電化學腐蝕方法制得電極箔。
純鋁箔與鋁-銅系箔、鋁-錳系箔的腐蝕機理有所區(qū)別，由于純鋁箔中沒有刻意加入的銅、錳等可形成金屬間化合物的腐蝕核心，因此，僅靠由純鋁中不可避免的雜質(zhì)銅、鐵、硅等元素所形成的金屬間化合物腐蝕核心數(shù)量較少，其主要腐蝕核心為冷加工過程中產(chǎn)生的晶間缺陷——位錯在鋁箔表面形成的位錯露頭。這類箔的鋁純度一般在99．7％—99．95％之間，隨著鋁純度的提高，鋁箔的耐蝕性亦相應提高。
1．4 、 多元素組合系箔
除上述特點較鮮明的鋁箔系列外，一些文獻還報道了許多在此基礎上改型的多元素組合系負極素鋁箔。包括鋁—鐵系、鋁-銅-錳系、鋁—鎳系、鋁-硅系等等。這類鋁箔更多的屬于實驗室研究與專利技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)上并不多見。
2 、 負極素鋁箔的加工質(zhì)量控制
負極素鋁箔由于其特殊的使用用途，因而對加工質(zhì)量的要求相對較高。要求鋁箔組織均勻、化學成分范圍窄、平整無波浪、箔面色澤一致、無條紋、無孔洞針孔、端面整齊無毛刺、厚度偏差范圍小、長度定尺等。要滿足這些要求需要對整個生產(chǎn)過程進行嚴格的控制，重點應抓好熔鑄和軋制環(huán)節(jié)的控制。
2．1 、 熔鑄過程的控制
熔鑄過程包括配料、熔化、精煉、鑄造、銑面、均勻化處理等環(huán)節(jié)。
配料：配料是保證化學成分穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。投爐料應保證潔凈，無泥沙、雨雪等夾雜物；每熔次新金屬與回用料的比例應相對固定；投爐前應詳細測算受控合金元素及雜質(zhì)的含量范圍，保證配料成分的準確性。
熔化與精煉：熔化與精煉對最終產(chǎn)品的化學成分、孔洞及針孔數(shù)量的影響最為直接。熔化時應避免熔體過熱，以防對產(chǎn)品的耐蝕性產(chǎn)生不良影響；需成分調(diào)整的合金應在基礎鋁料熔化完畢初次取樣后，再進行成分調(diào)整，并應進行充分攪拌，以保證合金成分均勻；嚴格控制和除去熔體中的氣體和夾雜物，對減少鋁箔成品的孔洞和針孑L缺陷至關(guān)重要，一般應保證熔體氫含量小于0．15mL／(100gAl)，20μm級夾雜物的濾去率不低于60％。
鑄造與銑面：鑄造質(zhì)量對產(chǎn)品組織均勻性、內(nèi)在缺陷等有較大影響，銑面質(zhì)量不好易造成壓人缺陷。鑄造時應確立合理的鑄造工藝參數(shù)，包括鑄造溫度、鑄造速度、冷卻水溫、水壓等，避免鑄錠表面出現(xiàn)冷隔、掛溜等宏觀缺陷，避免鑄錠內(nèi)部產(chǎn)生疏松、夾雜及粗大的第二相化合物組織等缺陷；應實施在線晶粒細化措施，防止晶粒粗大；應嚴格管理現(xiàn)場工藝衛(wèi)生，防止灰塵等落人熔體中。
均勻化處理：均勻化處理可有效消除枝晶偏析、溶解非平衡相，使金屬組織趨于均勻化，這將對鋁箔成品最終形成均勻的表面腐蝕，防止因組織不均造成的腐蝕條紋有重要意義。與一般普通鋁箔相比，用于生產(chǎn)負極素鋁箔的鋁合金鑄錠宜采取均勻化處理溫度的上限，通常不低于550℃。
2．2 、 軋制過程的控制
軋制過程主要指熱軋和箔冷軋加工環(huán)節(jié)。
熱軋：熱軋過程應重點做好軋輥、乳液及導輥的質(zhì)量控制。軋制過程中應防止軋輥及導輥粘鋁、硌傷，以免造成坯料壓人和印痕缺陷，這些缺陷會在進一步的鋁箔加工中產(chǎn)生針孔，嚴重時甚至會產(chǎn)生孔銅。熱軋機最好應配置清輥裝置或制定定期的軋輥清理工藝。保證乳液的潤滑、冷卻性能和潔凈程度。乳液的潤滑、冷卻性能不好會加速軋輥的粘鋁傾向，乳液潔凈程度差會導致壓人缺陷增多。乳液宜配置連續(xù)過濾系統(tǒng)，并根據(jù)所使用乳液的特征和生產(chǎn)特點制定其使用周期，并定期對乳液的主要質(zhì)量指標，如濃度、酸堿度、灰分、電導率等進行監(jiān)測控制。
箔冷軋：箔冷軋對控制最終鋁箔成品的平整度、厚度偏差、表面色澤均勻性等起著關(guān)鍵的作用。負極素鋁箔要求厚度偏差小于5％、平整度不大于20I，箔面腐蝕前后色澤均勻無條紋，這些要求主要由冷加工過程來滿足，因而對生產(chǎn)過程硬件的配置要求較高。一般來說，要求冷軋機需配置厚度和板形自動控制(AGC和AFC)系統(tǒng)。日常管理中，應強化對軋輥和軋制油的管理，保持軋輥輥面粗糙度均勻，保證軋制油質(zhì)量指標穩(wěn)定、油質(zhì)潔凈，這對減少箔面條紋、色差缺陷十分重要。
3 、 結(jié)束語
不論采用何種合金成分制作鋁電解電容器負極用素鋁箔，必須與其后續(xù)的腐蝕工藝相匹配。就鋁箔加I過程而言，其基本原理是一致的，但生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)應根據(jù)合金自身的特點而定。
