《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》是乳源東陽光精箔有限公司於2006年11月27日申請的專利，該專利的公布號為CN1975949，申請號為2006101571123，授權公布日為2007年6月6日，發明人是葉章良、郭飛躍。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》涉及一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法，鋁箔組份包括Al和Si、Fe、Cu、其他微量元素、不可避免雜質，而所述鋁箔的重量組份具體如下：Al含量為：99.980－99.993％，Si：15－50ppm，Fe：15－50ppm，Cu：20－60ppm，其他微量元素Mg+Mn+Zn+Ga總含量：10－50ppm，不可避免雜質：餘量。
2018年12月20日，《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法
- 公布號：CN1975949
- 授權日：2007年6月6日
- 申請號：2006101571123
- 申請日：2006年11月27日
- 申請人：乳源東陽光精箔有限公司
- 地址：廣東省韶關市乳源縣龍船灣
- 發明人：葉章良、郭飛躍
- Int.Cl.：H01G9/045(2006.01)；H01G9/055(2006.01)
- 代理機構：深圳市永傑專利商標事務所
- 代理人：陳小耕
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2006年11月，隨著電子信息技術產業不斷向高性能、小型化、集成化的方向發展，對鋁電解電容器的小型化、輕量化要求也日益增長。為此，也就要求有一種靜電容量高、在小的曲率半徑下能高速卷取的、機械強度十分優異的陽極用鋁箔。
就電容量而言，根據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ε成正比，而與電極間距d成反比。在電解質確定的情況下，介電常數ε隨之確定，而電極間距d又不宜過小，否則會使電容器擊穿。因此，要想提高電容量C，有效地擴大電極表面積S就成為關鍵。
而通過電化學或化學腐蝕處理能使陽極用鋁箔的表面和內部腐蝕時產生密集的蜂窩狀腐蝕形貌，從而有效地擴大表面積，提高其靜電容量。
但往往表面積的擴大與優異機械強度的獲得是一對矛盾，因為陽極箔在腐蝕過程中，會產生與擴面率相對應的腐蝕失重，陽極箔的機械強度將受到影響。特別當基體表面含有較多雜質元素時，在腐蝕時將起到局部電池陰極的作用，使鋁箔表面產生過溶解，一旦產生過溶解就在鋁箔表面形成粗大的腐蝕孔，此時腐蝕失重較大，不僅不能充分擴大鋁箔的表面積提高其靜電容量，而且也不能獲得優異機械強度的陽極箔。
由此可見，為了實現電解電容器的小型輕量化和成本的進一步降低，一方面希望能通過陽極箔的薄壁化、均勻腐蝕有效地擴大表面積提高其靜電容量，另一方面也希望能減少與擴面率相對應的腐蝕失重，保持優異的機械強度。
過去，一般使用純度極高的鋁作為鋁陽極箔的材料。高純鋁陽極箔由於表面雜質少，具有均勻腐蝕的優點，但同時也存在腐蝕速率慢、箔強度不高、生產成本高等缺點。特別對較薄厚度的陽極箔，如果箔強度不夠，無法正常上機腐蝕生產，極易拉斷且生產效率低下。而且，如果不能確保鋁的純度，所含雜質的誤差就會在腐蝕時引起鋁溶解機理產生偏差，不能獲取穩定的擴面率和優異的機械強度。
發明內容
專利目的
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》的目的是要提供一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法，該低壓陽極用箔及其製造方法具有產品擴面率大、同時機械強度也十分優異、而且生產成本低等優點。
技術方案
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》的技術解決方案之一是一種電解電容器低壓陽極用鋁箔，其組份包括Al和Si、Fe、Cu、其他微量元素、不可避免雜質，而所述鋁箔的重量組份具體如下：Al含量為：99.980-99.993％，Si：15-50ppm，Fe：15-50ppm，Cu：20-60ppm，其他微量元素Mg+Mn+Zn+Ga總含量：10-50ppm，不可避免雜質：餘量。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》是在高純鋁基體中通過必要的Si、Fe和Cu元素組合，控制Si、Fe單個元素含量≥15ppm，Cu≥20ppm，使原材料成本不至於太高。同時加入一定量的Mg、Mn、Zn、Ga等有益的微量元素，而其它則為不可避免雜質，這樣一方面使鋁箔的表面和內部有足夠多的腐蝕核心，腐蝕時產生密集的蜂窩狀腐蝕形貌，有效擴大表面積，提高比電容，同時利用上述元素的存在可以有效地提高陽極箔腐蝕後的機械強度。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》低壓陽極箔的具體改進還包括：其他微量元素Mg、Zn、Ga、Mn單個含量＜35ppm。不可避免雜質總含量＜30ppm。
所述不可避免雜質中，Cr、Ti、V、Ni、Ca、Cd、Sb單個元素的最高含量＜5ppm。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》優選配方中各組份含量如下：Al含量為：99.980-99.991％。
其他微量元素Mg+Mn+Zn+Ga總含量為：10-35ppm。
不可避免雜質總含量＜30ppm，Cr、Ti、V、Ni、Ca、Cd、Sb單個元素的最高含量＜5ppm。
Si：15-40ppm，Fe：15-40ppm，Cu：25-50ppm。
具體而言，在大量實驗基礎上，《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》陽極鋁箔選擇了如下的組份設計理念：
鋁純度限定在99.980％以上：這是因為，若鋁純度不到99.980％，即使含有設定的Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Zn、Ga等形成腐蝕核的主要元素，在製造過程中，箔表面也不可避免地會有大量的粗大雜質析出，腐蝕處理時就會產生過溶解，箔表面就會形成粗大的孔徑，這樣就不能有效地擴大鋁箔的的表面積，電解電容器用陽極箔也就不能獲得高的靜電容量。
Si含量為15-50ppm：若Si含量降到15ppm以下，不僅鋁箔的強度較低，而且生產成本較高，不利於生產控制；另外，若Si含量超出50ppm，容易在基體中大量析出，腐蝕化成後得不到高的靜電容量，而且也影響化成時間。
Fe含量為15-50ppm：若Fe含量降到15ppm以下，生產成本較高，不利於生產控制；若Fe含量超出50ppm，Fe容易以粗大的化合物的形式析出，該析出物與鋁之間形成局部電池，導致鋁在腐蝕液中產生過溶解，降低了陽極箔的比電容和增大漏電流。
Cu含量為20-60ppm：Cu是一種提高腐蝕箔的比電容最有效的元素，Cu的電極電位比Al高，且Cu在鋁基體中固溶效果好，無論是固溶的Cu原子還是析出的CuAl2都是陰極質點。當Cu均勻彌散地分布於基體中，其周圍基體的電極電位由於相對較低，腐蝕時優先發生在這些區域，得到高密度、均勻一致的海綿狀腐蝕孔，增加了鋁箔的表面積，從而提高了鋁箔比電容。若Cu含量不到20ppm，箔的腐蝕核心少，腐蝕效果欠佳，不能充分顯示提高強度和提高比電容的效果，同時不利於降低原材料成本。若Cu含量超過60ppm，則作為低壓箔溶解性太快、耐腐蝕性很差，生產不易控制。
10＜Mg+Mn+Zn+Ga＜50ppm，其中Mg、Zn、Ga、Mn單個含量＜35ppm：在《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》中，Mg、Mn、Ga、Zn作為一種有益的微量元素加入，這些元素在Al中的固溶度大，在酸性環境下，在鋁基體中形成的是均勻腐蝕，對提高比電容效果好，對腐蝕後的陽極箔強度也是有利的。如果Mg+Mn+Zn+Ga含量達不到下限值，由於腐蝕核心不夠，達不到進一步提高比容的目的，另一方面，如果Mg+Mn+Zn+Ga含量超出上限值或單個含量超出上限值，腐蝕發孔點將過多，腐蝕時會引起局部過度腐蝕，這樣反而不能得到高的擴面率，並且腐蝕損失增大，導致機械強度下降。
相應地，《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》的另一技術解決方案是一種如上所述電解電容器低壓陽極用鋁箔的製造方法，其包括如下步驟：熔煉、鑄造、銑面、均勻化處理、熱軋、冷軋和箔軋，而所述均勻化處理步驟的溫度控制在550-610℃，金屬保溫時間5-40小時，所述熱軋步驟的終軋溫度控制在220～270℃。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》製造方法採用高溫均勻化熱處理工藝和低的熱終軋溫度，使雜質元素有一定的固溶度，不至於析出太多影響鋁箔的機械性能和失重率，從而確保鋁箔中的化學組份配比得以恰當地實現。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》低壓陽極用鋁箔製造方法的具體改進還包括：優選金屬保溫時間不超過30小時。
均熱步驟中，在550-610℃下保溫5-40小時：均熱溫度低於550℃，雜質元素析出太多，會導致過腐蝕；均熱溫度高於610℃，易導致板錠析氫，後續加工產生氣泡。550-610℃均熱，控制雜質元素固溶和析出在一個合適的比例，既有利於發孔和提高比電容，又不會產生過腐蝕。
均熱時間少於5小時，其他微量元素和不可避免雜質元素固溶不足，均熱時間超過40小時，增加生產成本、生產效率低。
熱終軋溫度220-270℃：在此溫度範圍內雜質元素不會從基體中析出，保持了均熱固溶的效果，高於此溫度範圍時雜質元素會進一步從基體中析出，低於此溫度範圍時乳液會燒結在熱軋卷坯上，使鋁卷表面發黑，影響最終產品表面質量。
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》的電解電容器低壓陽極鋁箔的生產可按常規工業化大生產方法進行。通過熔煉、半連續鑄造法鑄錠，經銑面、均勻化處理後，將錠坯進行熱軋、冷軋及箔軋，最後製得低壓陽極鋁箔。這種鋁箔可以在硬態或軟態兩種狀態下進行電化學或化學腐蝕處理、以擴大鋁箔的有效表面積，腐蝕後進行化成處理，繼而用作電解電容器低壓陽極箔。
改善效果
如果使用《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》的電解電容器低壓陽極鋁箔，可以有效抑制腐蝕的局部過溶解從而形成大量細小且較深的腐蝕孔，正如後面實施例中所表明的那樣，可以提供具有較高靜電容量的低壓陽極箔。而且，通過對局部溶解的抑制可以儘量減少與擴面率相對應的腐蝕失重，獲得優異的機械強度。
技術領域
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》涉及一種鋁箔產品，更具體地說，該發明涉及一種電解電容器中陽極用鋁箔及其生產方法。
權利要求
1、一種電解電容器低壓陽極用鋁箔，其組份包括Al和Si、Fe、Cu、其他微量元素、不可避免雜質，其特徵在於：所述鋁箔的重量組份具體如下：Al含量為：99.980-99.993％，Si：15-50ppm，Fe：15-50ppm，Cu：20-60ppm，其他微量元素Mg+Mn+Zn+Ga總含量：10-50ppm，不可避免雜質：餘量。
2、如權利要求1所述電解電容器低壓陽極用鋁箔，其特徵在於：Al含量為：99.980-99.991％。
3、如權利要求1所述電解電容器低壓陽極用鋁箔，其特徵在於：Si：15-40ppm，Fe：15-40ppm，Cu：25-50ppm。
4、如權利要求1所述電解電容器低壓陽極用鋁箔，其特徵在於：所述其他微量元素Mg、Zn、Ga、Mn單個含量＜35ppm。
5、如權利要求1所述電解電容器低壓陽極用鋁箔，其特徵在於：其他微量元素Mg+Mn+Zn+Ga總含量為：10-35ppm，其中Mg、Zn、Ga、Mn單個含量＜35ppm。
6、如權利要求1所述電解電容器低壓陽極用鋁箔，其特徵在於：不可避免雜質總含量＜30ppm。
7、如權利要求1所述電解電容器低壓陽極用鋁箔，其特徵在於：所述不可避免雜質中，Cr、Ti、V、Ni、Ca、Cd、Sb單個元素的最高含量＜5ppm。
8、一種如權利要求1-7之一所述電解電容器低壓陽極用鋁箔的製造方法，其包括如下步驟：熔煉、鑄造、銑面、均勻化處理、熱軋、冷軋以及箔軋，其特徵在於：所述均勻化處理步驟的保溫溫度控制在550-610℃，金屬保溫時間5-40小時，所述熱軋步驟的終軋溫度控制在220～270℃。
9、如權利要求8所述電解電容器低壓陽極用鋁箔的製造方法，其特徵在於：所述金屬保溫時間不超過30小時。
實施方式
《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》實施例組份及《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》以外的比較例組份見表1。
表1
將表1所示組份的鋁熔體通過半連續鑄造法鑄造成熱粗軋板坯，然後將該板坯進行銑面、均勻化處理、控制熱終軋溫度下進行熱軋、冷軋以及箔軋，製成100微米厚的各種鋁箔試樣，接著在下列條件下對這些鋁箔進行腐蝕預處理、腐蝕處理：腐蝕預處理是指將鋁箔箔浸泡在85℃的12％鹽酸+6％草酸的水溶液中，在電流密度為直流0.1安/平方厘米且時間為1分鐘的條件下進行的處理；腐蝕處理是指將腐蝕預處理後的鋁箔箔浸泡在30℃的8％鹽酸+0.2％草酸的水溶液中，在50赫茲矩形波電流密度為0.2安/平方厘米且時間為9分鐘的條件下進行的處理；再用純水清洗；通風條件下烘乾；然後按日本電子機械工業會的鋁電解電容器用電極箔的EIAJRC-2364A標準試驗方法進行檢測。製造工藝有關條件及腐蝕所得電容器陽極箔的測定結果示於表2。
表2
註：表2中比較例13組份同表1中發明例4，表1及表2中帶數據表示不在《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》權利要求範圍內。
從上表可以看出，使用該發明鋁箔可以獲得靜電容量較高的陽極箔，同時腐蝕失重也減少了，因而能保持優異的機械強度。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種電解電容器低壓陽極用鋁箔及其製造方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
