微量合金元素對電子鋁箔坯料組織與性能的影響分析

張艷

摘 要：電子陽極鋁箔主要用在鋁電解電容器制作方面，對坯料組織與性能的要求非常高，而微量合金元素的添加對其組織與性能有一定的影響，本文主要對電子鋁箔坯料組織與性能和微量合金元素的關(guān)系進(jìn)行了分析，為高純電子鋁箔的加工提供參考。

關(guān)鍵詞：微量合金元素；電子鋁箔坯料；組織與性能影響

鋁箔是金屬鋁在經(jīng)過一系列加工后的一種材料，由于具有獨(dú)特優(yōu)良的特性，在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。鋁箔按照用途的不同分類也有很多種，像電子鋁箔、容器鋁箔、家用鋁箔等。電子陽極鋁箔是鋁電解非常重要的材料，其組織與性能的質(zhì)量非常重要，微量合金元素的使用對其能夠產(chǎn)生反應(yīng)，因此研究分析微量合金元素和電子鋁箔坯料組織與性能的關(guān)系，有助于優(yōu)化加工工藝。

1 微量合金元素在富鋁端的相反應(yīng)

依據(jù)元素周期表對微量合金元素在富鋁端的相反應(yīng)、成分、相變溫度以及相反應(yīng)類型進(jìn)行分析，如下圖所示：

從表中可以看出，微量合金元素在富鋁端與鋁的相變反應(yīng)類型共有四種，共晶反應(yīng)、偏晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)、包析反應(yīng)。在共晶反應(yīng)中，一定溫度下其成分點(diǎn)的液相能夠產(chǎn)生鋁的固溶體和二次鋁金屬間化合物，二元相和固溶共同發(fā)揮作用。溫度的變化與微量合金元素在鋁中的溶解度成正比，這樣的話其析出相的含量就增大，與合金元素一起使晶粒變得更細(xì)，再結(jié)晶溫度得到增高，作用是防止組織結(jié)構(gòu)變形和再結(jié)晶。通過相反應(yīng)可以得到鋁合金的組織與性能，這樣再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)就能夠使工作量減少。

2 微量合金元素對鋁合金組織與性能的影響情況

微量溶質(zhì)原子能夠影響再結(jié)晶的溫度，鋁合金的凈度越高，就具有越低的再變晶體的溫度。微量溶質(zhì)元素以及析出相能夠?qū)υ俳Y(jié)晶溫度產(chǎn)生影響，原因在于微量溶質(zhì)原子和晶界相互發(fā)生反應(yīng)，過程中位置移動(dòng)變化，再結(jié)晶的發(fā)生就會非常的困難。析出相粒子能夠促使金屬進(jìn)行再結(jié)晶，這樣能夠使再結(jié)晶的溫度降低，也同樣能夠妨礙再結(jié)晶，使再結(jié)晶的溫度升高。妨礙晶界中的移動(dòng)，析出相粒子以及微量溶質(zhì)原子能夠阻止結(jié)構(gòu)變形和再結(jié)晶，最后得到細(xì)晶粒。脫溶反應(yīng)的過程就是經(jīng)過溫度的變化而使新相從過飽和的固溶體中分離出來。這一反應(yīng)發(fā)生的條件是相圖上合金的溶解度有變化。一般在溫度高的情況下，其溶質(zhì)元素的固溶度也高，相反低溫其溶質(zhì)元素的固溶度也低，這種情況下，材料就能夠利用其反應(yīng)過程來使其強(qiáng)硬度性能得到有效的加強(qiáng)。結(jié)果的效用其析出要好于固溶。微量合金元素和電子鋁箔坯料組織與性能的關(guān)系也是同樣的。

通過上述圖表可以看出，有部分元素在其中的固溶度相當(dāng)，在加工效果不受影響的情況下對這些合金元素進(jìn)行適量的添加，可以強(qiáng)化固溶效果。但是添加的元素不能夠影響導(dǎo)電率。發(fā)生包晶反應(yīng)的元素，其溫度相對來說非常高，將這些元素在凈度很高的鋁合金中充當(dāng)核心形變劑，來細(xì)化晶粒，可以使鋁合金的強(qiáng)度和韌性得到增強(qiáng)。低熔點(diǎn)元素在相變反應(yīng)中發(fā)生偏晶反應(yīng)，這在鋁合金的加工中可能會使性能大幅下降，如果添加這類元素要和固溶大的元素一起，這樣使電子鋁箔坯料的易切削性能得到增加。稀土元素與鋁基本上沒有固溶，將這些元素微量的使用到其中，幾乎不影響鋁箔的特性。固溶度隨著溫度降低而降低的元素，利用相變熱處理來使析出相得到強(qiáng)化。在加工電子鋁箔的時(shí)候，將Cu、Mn、Sc適量的使用到其中，在進(jìn)行軋制時(shí)是固溶狀態(tài)，這樣能夠非常容易加工，常溫下使用鋁箔能夠析出析出相，使鋁箔的強(qiáng)度得到增加。通過適當(dāng)?shù)目刂莆⒘亢辖鹪靥砑拥牧亢皖悇e，來使作用效果得到合理控制，使鋁合金材料的強(qiáng)度以及導(dǎo)電性能夠達(dá)到最好的效果。

3 合金元素成分加工的優(yōu)化

電子鋁箔的相關(guān)特性要求都非常高，包括導(dǎo)電性和強(qiáng)度，加工過程中，鋁與合金元素發(fā)生反應(yīng)的溫度相比較純鋁的熔點(diǎn)要盡可能的低，這樣是為了能夠使析出相析出得到充分的保證，而且合金元素的固溶要得到適當(dāng)?shù)目刂疲^低就可以，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，時(shí)效和固溶能夠得到強(qiáng)化。而在電子鋁箔進(jìn)行熔煉過程中將Fe、Si、Ti等適量的添加其中作為晶粒細(xì)化劑，能夠固溶的元素可以起到強(qiáng)化的作用。而且鋁合金的再變晶體溫度也能夠得到升高，使其在力學(xué)方面的特性得到很好的改進(jìn)。而平衡化退火的時(shí)間和溫度能夠明顯的看出鋁合金的組織和性能。

a，b圖為垂直方向上的性能影響，c，d圖為水平方向上的性能影響，由圖可以看出，隨著溫度與時(shí)間的變化，其抗拉強(qiáng)度成反比關(guān)系，伸長率成正比關(guān)系，而當(dāng)時(shí)間超過7小時(shí)后，相應(yīng)變化度就小了。將熱處理的溫度以及時(shí)間相應(yīng)的增加，能夠使空間組織結(jié)構(gòu)的形成得到足夠的保證。然后再對再變晶體的溫度以及相變溫度進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

不同量和類別的微量合金元素對電子鋁箔坯料組織和性能的作用較大，在鋁合金加工過程中對其進(jìn)行合理的控制，能夠優(yōu)化加工工藝，使電子鋁箔坯料能夠得到更好的性能強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1]陳亮維，李平安，劉狀，等.微量合金元素對電子鋁箔坯料組織與性能的影響[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017（01）：20-24.