铝电解电容器负极用素铝箔的质量控制

    铝电解电容器负极用素铝箔(以下简称负极素铝箔)是电容器制造所需的关键原材料之一。负极素铝箔经专业工厂进行化学腐蚀或电化学腐蚀后制成不同尺寸规格的负极电极箔片，再与阳极电极箔片和浸有电解质的衬垫纸等其他材料共同卷绕封装成铝电解电容器。素铝箔质量的高低直接决定着电容器质量的可靠性与稳定性。就负极素铝箔而言，其化学成分及加工质量很大程度地影响着铝箔的质量水平。现就这两方面的工业化生产技术与质量控制予以简述。

    1、负极素铝箔的化学成分及其技术特征
　　国内外报道的用于制造负极素铝箔的铝合金种类繁多，用于工业化生产的铝合金主要可归纳为四类：铝－铜系、铝—锰系、纯铝系及多元素混合系。不同类别的负极素铝箔具有不同的性能特点，所适应的腐蚀工艺也千差万别。负极素铝箔经腐蚀后制得的电极箔主要质量指标要求：较高的电容量、抗拉强度、折弯次数及低的表面氯离子含量等。目前国内应用最多的主要是铝—铜系和铝-锰系箔。三种典型的铝合金系的化学成分见表1。 

    1．1 、铝—铜系箔
　　铝—铜系负极素铝箔制成的电极箔具有电容量高、表面光亮灰粉少、强度中等的特点，特别适用于要求高电容量的品种。通常用硬状态箔通过化学腐蚀方法制得电极箔。

    铝—铜合金中的铜一部分固溶于铝基体中，一部分以金属间化合物CuAl2的形式析出。铜的电极电位高于铝的。固溶的铜及CuAl2成为腐蚀核心。铜具有一定的强化作用，但在铝-铜系负极素铝箔中的铜含量有限，所以对强度的贡献并不大。铜含量过低，增加铝箔静电容量的作用不大；铜含量过高，将产生粗大的腐蚀凹坑，形成过量腐蚀，反而降低静电容量。铜含量一般选择在0．1％～0．5％范围内。

    1．2 、铝-锰系箔
　　铝—锰系负极素铝箔制成的电极箔具有电容量中等、表面偏暗易生粉、强度高的特点，特别适用于要求较高强度及规格较薄的品种。通常用硬状态箔通过化学腐蚀方法制得电极箔。

    铝—锰合金属于不可热处理强化合金。锰具有一定的强化作用，随着锰含量的增加，合金强度提高。锰在铝中的溶解度较小，主要以MnAln的形式分布在铝基体中形成腐蚀核心。锰含量过低，析出的化合物MnAln少，不能得到足够的腐蚀蚀坑；锰含量过高，将析出粗大的MnAln相，造成不均匀腐蚀。锰含量一般控制在0．8％—1．3％之间。

    1．3 、纯铝系箔
　　纯铝系负极素铝箔制成的电极箔具有电容量中等、表面均匀灰粉少、强度较低、柔性好、抗衰减稳定性好等特点，特别适用于要求稳定性较高的品种。通常采用软状态箔通过交流电化学腐蚀方法制得电极箔。

　　纯铝箔与铝-铜系箔、铝-锰系箔的腐蚀机理有所区别，由于纯铝箔中没有刻意加入的铜、锰等可形成金属间化合物的腐蚀核心，因此，仅靠由纯铝中不可避免的杂质铜、铁、硅等元素所形成的金属间化合物腐蚀核心数量较少，其主要腐蚀核心为冷加工过程中产生的晶间缺陷——位错在铝箔表面形成的位错露头。这类箔的铝纯度一般在99．7％—99．95％之间，随着铝纯度的提高，铝箔的耐蚀性亦相应提高。

    1．4 、多元素组合系箔
　　除上述特点较鲜明的铝箔系列外，一些文献还报道了许多在此基础上改型的多元素组合系负极素铝箔。包括铝—铁系、铝-铜-锰系、铝—镍系、铝-硅系等等。这类铝箔更多的属于实验室研究与专利技术，工业生产上并不多见。

    2 、负极素铝箔的加工质量控制
　　负极素铝箔由于其特殊的使用用途，因而对加工质量的要求相对较高。要求铝箔组织均匀、化学成分范围窄、平整无波浪、箔面色泽一致、无条纹、无孔洞针孔、端面整齐无毛刺、厚度偏差范围小、长度定尺等。要满足这些要求需要对整个生产过程进行严格的控制，重点应抓好熔铸和轧制环节的控制。

    2．1 、熔铸过程的控制
　　熔铸过程包括配料、熔化、精炼、铸造、铣面、均匀化处理等环节。
配料：配料是保证化学成分稳定的重要环节。投炉料应保证洁净，无泥沙、雨雪等夹杂物；每熔次新金属与回用料的比例应相对固定；投炉前应详细测算受控合金元素及杂质的含量范围，保证配料成分的准确性。

　　熔化与精炼：熔化与精炼对最终产品的化学成分、孔洞及针孔数量的影响最为直接。熔化时应避免熔体过热，以防对产品的耐蚀性产生不良影响；需成分调整的合金应在基础铝料熔化完毕初次取样后，再进行成分调整，并应进行充分搅拌，以保证合金成分均匀；严格控制和除去熔体中的气体和夹杂物，对减少铝箔成品的孔洞和针孑L缺陷至关重要，一般应保证熔体氢含量小于0．15mL／(100gAl)，20μm级夹杂物的滤去率不低于60％。
　　
    铸造与铣面：铸造质量对产品组织均匀性、内在缺陷等有较大影响，铣面质量不好易造成压人缺陷。铸造时应确立合理的铸造工艺参数，包括铸造温度、铸造速度、冷却水温、水压等，避免铸锭表面出现冷隔、挂溜等宏观缺陷，避免铸锭内部产生疏松、夹杂及粗大的第二相化合物组织等缺陷；应实施在线晶粒细化措施，防止晶粒粗大；应严格管理现场工艺卫生，防止灰尘等落人熔体中。
　　
    均匀化处理：均匀化处理可有效消除枝晶偏析、溶解非平衡相，使金属组织趋于均匀化，这将对铝箔成品最终形成均匀的表面腐蚀，防止因组织不均造成的腐蚀条纹有重要意义。与一般普通铝箔相比，用于生产负极素铝箔的铝合金铸锭宜采取均匀化处理温度的上限，通常不低于550℃。

    2．2 、 轧制过程的控制　　
轧制过程主要指热轧和箔冷轧加工环节。

　　热轧：热轧过程应重点做好轧辊、乳液及导辊的质量控制。轧制过程中应防止轧辊及导辊粘铝、硌伤，以免造成坯料压人和印痕缺陷，这些缺陷会在进一步的铝箔加工中产生针孔，严重时甚至会产生孔铜。热轧机最好应配置清辊装置或制定定期的轧辊清理工艺。保证乳液的润滑、冷却性能和洁净程度。乳液的润滑、冷却性能不好会加速轧辊的粘铝倾向，乳液洁净程度差会导致压人缺陷增多。乳液宜配置连续过滤系统，并根据所使用乳液的特征和生产特点制定其使用周期，并定期对乳液的主要质量指标，如浓度、酸碱度、灰分、电导率等进行监测控制。
箔冷轧：箔冷轧对控制最终铝箔成品的平整度、厚度偏差、表面色泽均匀性等起着关键的作用。负极素铝箔要求厚度偏差小于5％、平整度不大于20I，箔面腐蚀前后色泽均匀无条纹，这些要求主要由冷加工过程来满足，因而对生产过程硬件的配置要求较高。一般来说，要求冷轧机需配置厚度和板形自动控制(AGC和AFC)系统。日常管理中，应强化对轧辊和轧制油的管理，保持轧辊辊面粗糙度均匀，保证轧制油质量指标稳定、油质洁净，这对减少箔面条纹、色差缺陷十分重要。

    3 、 结束语
　　不论采用何种合金成分制作铝电解电容器负极用素铝箔，必须与其后续的腐蚀工艺相匹配。就铝箔加I过程而言，其基本原理是一致的，但生产过程中的工艺参数应根据合金自身的特点而定。