鋁電解電容器用陰極光箔的加工工藝研究

池國(guó)明，廖孝艷

（東陽(yáng)光優(yōu)艾希杰精箔有限公司，韶關(guān)512721）

0 前言

鋁電解電容器陰極光箔經(jīng)腐蝕后的比容對(duì)電解電容器的容量有著重要的影響，其比電容的提高可以有效提高電容器的比電容[1]。陰極箔實(shí)際承受極低的工作電壓，但要求它具備非常高的比電容值。靜電容量通?？筛鶕?jù)C=ε0εrS/d來(lái)計(jì)算，其中C為靜電容量，ε0為真空介電常數(shù)，是一個(gè)固定的常數(shù)，εr為電極箔相對(duì)介電常數(shù)，S為電極箔的比表面積，d為電極箔間距。提高腐蝕箔的靜電容量，通常考慮增加電極箔的相對(duì)介電常數(shù)[2-3]或者增加電極箔的比表面積[4-6]，但由于電極箔的相對(duì)介電常數(shù)與材料直接相關(guān)，當(dāng)材料一定時(shí)，電極箔的相對(duì)介電常數(shù)是一定的。因此增加鋁箔腐蝕表面的比表面積成為提高鋁箔腐蝕后靜電容量的關(guān)鍵手段。毛衛(wèi)民[7]等研究發(fā)現(xiàn)不同加工狀態(tài)的鋁箔會(huì)有不同的織構(gòu)，進(jìn)而造成不同晶體學(xué)指數(shù)的表面鋁箔，各晶面腐蝕發(fā)孔的難易程度不同，會(huì)對(duì)腐蝕發(fā)孔的密度傾向產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響陰極箔的比容。而Alphen[8]等認(rèn)為織構(gòu)對(duì)陰極箔比電容影響不大。以上都是對(duì)硬態(tài)的陰極箔的研究，而對(duì)軟態(tài)陰極箔的研究非常少。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了三種不同的加工工藝，研究了不同工藝條件對(duì)軟態(tài)陰極光箔織構(gòu)的影響以及不同織構(gòu)對(duì)陰極光箔腐蝕后的比容的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料選用某公司生產(chǎn)的鑄軋高純度陰極光箔坯料，坯料厚度6.0 mm，實(shí)測(cè)化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 陰極光箔化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

（1）將6.0 mm厚度的鑄軋陰極光箔坯料經(jīng)過(guò)不同的工藝軋制到成品0.050 mm厚度，具體工藝見(jiàn)表2。對(duì)軋制出的0.050 mm厚度陰極鋁箔進(jìn)行成品退火得到陰極光箔成品，成品退火工藝為280℃×3 h。

表2 軋制工藝方案

（2）將退火后的0.050 mm厚度的陰極鋁箔裁剪成合適的大小，并稱(chēng)重，進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。腐蝕條件如下：在1 mol/L鹽酸+0.1 mol/L硝酸+0.1 mol/L硫酸溶液中于30℃下電化學(xué)腐蝕30 s，電流密度0.2 mA/cm2，交流電頻率25 Hz。之后用純水清洗5 min后烘干。將烘干后的陰極光箔在550℃下進(jìn)行燒片，按照SJ/T 11140要求測(cè)試靜電容量[9]。

（3）將不同工藝下得到的陰極光箔成品沿軋制方向和軋制垂直方向裁減成10 mm×10 mm大小的樣品，然后送檢進(jìn)行EBSD分析。將樣品放置在觀察平面上，垂直于該平面的方向?yàn)闃悠繁砻娴姆ㄏ?，水平方向?yàn)闃悠返能埾騕10]，以步長(zhǎng)5 μm對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)?？梢酝ㄟ^(guò)EBSD自動(dòng)計(jì)算出各種不同取向織構(gòu)的比例從而測(cè)量出陰極光箔成品的織構(gòu)組成。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 加工工藝對(duì)靜電容量的影響

表3 是不同加工工藝得到的陰極光箔成品進(jìn)行電化學(xué)腐蝕后的靜電容量。從表中數(shù)據(jù)可知，C工藝的靜電容量最大，A工藝次之，B工藝最小。

表3 陰極光箔成品電化學(xué)腐蝕后的靜電容量

2.2 加工工藝對(duì)織構(gòu)的影響

圖1 是不同加工工藝所得成品的織構(gòu)在{111}、{110}和{100}面的極圖?？梢?jiàn)工藝A和工藝B的織構(gòu)構(gòu)成具有很大程度上的相似性，而工藝C的織構(gòu)構(gòu)成與工藝A和B有顯著的差異。

圖1 不同加工工藝所得成品的織構(gòu)在{111}、{110}和{100}面的極圖

圖2 是不同加工工藝所得成品的織構(gòu)分布圖。從此圖也可以看出工藝A、工藝B和工藝C得到的陰極光箔成品的晶粒尺寸有著顯著的差異，其中工藝A的晶粒尺寸最大，工藝B的晶粒尺寸次之，工藝C的晶粒尺寸最小?？梢?jiàn)成品退火前不同的加工硬化率對(duì)成品再結(jié)晶的晶粒尺寸影響顯著。從試驗(yàn)結(jié)果可知，成品退火前的加工硬化率越大，成品退火后的晶粒尺寸越小。

圖2 不同加工工藝的織構(gòu)分布圖

表2 是不同加工工藝得到的陰極光箔成品的織構(gòu)組成?？梢园l(fā)現(xiàn)不同加工工藝之間的織構(gòu)具有顯著差異。經(jīng)過(guò)中間退火的工藝A含Cube織構(gòu)最多，其次是Rotating Cube織構(gòu)和Copper織構(gòu)，S織構(gòu)含量最少；經(jīng)過(guò)中間退火的工藝B含Cube織構(gòu)最多，其次是Copper織構(gòu)和R織構(gòu)，S織構(gòu)含量最少；而未中間退火的工藝C含Copper織構(gòu)最高，達(dá)45.5%，其次是Rotating Cube織構(gòu)，Cube織構(gòu)含量最少。這是因?yàn)樵诶滠堖^(guò)程中，隨壓下量的增加，晶粒由等軸狀逐漸演變?yōu)槔w維狀，織構(gòu)由弱到強(qiáng)，最后穩(wěn)定在Copper織構(gòu)、Brass織構(gòu)和S織構(gòu)三個(gè)組分[11]；再結(jié)晶織構(gòu)主要由Goss織構(gòu)、R織構(gòu)、Cube織構(gòu)和Copper織構(gòu)組成；因此增加中間退火會(huì)降低Copper織構(gòu)、Brass織構(gòu)和S織構(gòu)的含量，提高R織構(gòu)、Cube織構(gòu)和Goss織構(gòu)的含量，導(dǎo)致陰極光箔在成品退火后的織構(gòu)組成具有顯著的差異。工藝A與工藝B雖然都經(jīng)過(guò)中間退火，但由于中間退火厚度不一樣，軋制到成品0.050 mm時(shí)的加工硬化率不同，因此成品退火后的織構(gòu)組成也有所差異。成品退火前的加工硬化率工藝C＞工藝B＞工藝A。圖3為加工硬化率與織構(gòu)的關(guān)系圖。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：成品退火前加工硬化率越大，Cube織構(gòu)越少，Copper和S織構(gòu)越多。未經(jīng)過(guò)中間退火的陰極光箔成品中的立方織構(gòu)和Goss織構(gòu)含量明顯低于經(jīng)過(guò)中間退火的；另外該成品中Copper織構(gòu)、Rotating Cube織 構(gòu)、Brass織 構(gòu) 和S型織構(gòu)的含量明顯高于經(jīng)過(guò)中間退火的陰極光箔成品相應(yīng)織構(gòu)的含量。

圖3 加工硬化率與織構(gòu)的關(guān)系

2.3 織構(gòu)組成對(duì)靜電容量的影響

鋁箔表面為{112}、{123}和{110}時(shí)，整體屬于比較容易發(fā)孔的表面，而鋁箔表面為{100}和{111}時(shí)，整體屬于不太容易發(fā)孔的表面，{124}面非常接近{123}面，容易造成鋁箔表面相對(duì)較高的腐蝕發(fā)孔率[7]。各織構(gòu)的取向如表4所示。由此可知，含有Copper型、S型和R型的織構(gòu)更容易提高表面發(fā)孔率。從通過(guò)工藝A、B、C得到的陰極光箔成品的織構(gòu)組成來(lái)看，工藝C得到的陰極光箔成品顯然獲得了更多的易于發(fā)孔的織構(gòu)，因此可以推斷工藝C可使陰極光箔成品表面發(fā)孔率更高，從而獲得更高的比容。

表4 不同加工工藝得到的陰極光箔成品的織構(gòu)組成

表4 各織構(gòu)的取向特征

3 結(jié)論

（1）陰極光箔成品退火前的加工硬化率越大，成品退火后的晶粒尺寸越小。

（2）未經(jīng)過(guò)中間退火得到的陰極光箔成品與經(jīng)過(guò)中間退火得到的陰極光箔成品的織構(gòu)具有顯著的差異；而經(jīng)過(guò)中間退火得到的陰極光箔成品，雖然退火后的加工硬化率有差異，但織構(gòu)組成具有極大的相似性。

（3）成品退火前加工硬化率越大，Cube織構(gòu)越少，Copper織構(gòu)和S織構(gòu)越多。未經(jīng)過(guò)中間退火的陰極光箔成品中立方織構(gòu)和Goss織構(gòu)的含量明顯低于經(jīng)過(guò)中間退火的陰極光箔成品對(duì)應(yīng)織構(gòu)含量；另外其Copper織構(gòu)、Rotating Cube織構(gòu)、Brass織構(gòu)和S型織構(gòu)含量明顯高于經(jīng)過(guò)中間退火的陰極光箔成品對(duì)應(yīng)織構(gòu)的含量。

（4）含有Copper型、S型和R型的織構(gòu)更容易提高表面發(fā)孔率，從而獲得高比容。

（5）電化學(xué)腐蝕用陰極光箔最佳工藝為工藝C：6.0 mm→冷軋到成品厚度→成品退火280℃×3 h。