Сырьем, используемым для изготовления алюминиевых рулонов с покрытием, являются промышленные алюминиевые рулоны высокой чистоты, чистота которых должна быть выше 99,93% (массовая доля). Среди них массовая доля Al в рулонах алюминия с покрытием должна быть выше 99,99%. К элементам-примесям в промышленном алюминии высокой чистоты относятся Fe, Si, Cu, Mg, Zn, Mn, Ni, Ti и др., среди которых основными являются Fe, Si и Cu. Чистота алюминия высокой чистоты может влиять на температуру его восстановления. В процессе отжига атомы твердого раствора его примесных элементов распределяются по границам субзерен, что может препятствовать миграции границ зерен, тем самым влияя на рост зерен кубической ориентации, тем самым влияя на производительность электролитических конденсаторов. Современная международная тенденция заключается в том, чтобы требовать более низкого содержания Fe, Si и Cu в алюминиевых катушках электролитических конденсаторов при строгом контроле содержания других примесных элементов.
(1) Влияние Fe.
Fe является наиболее вредным элементом-примесью в алюминии высокой чистоты. Его содержание и форма распределения могут повлиять на характеристики рулонов алюминия с покрытием. Fe обычно существует в форме твердого раствора в рулонах алюминия высокой чистоты. Повышенное содержание Fe приведет к снижению содержания кубической структуры; неравномерное распределение Fe приведет к образованию крупных зерен, неравномерной коррозии и ухудшению электрических свойств алюминиевых катушек. По сравнению с его содержанием, наличие и распределение Fe оказывают большее влияние на характеристики рулонов алюминия с покрытием. Растворимость Fe в Al чрезвычайно мала. При различных температурах Fe растворяется в Al, а также может сегрегироваться или осаждаться в виде частиц, таких как FeAl₃ и FeAl.6.
Когда в матрице AI растворено больше Fe, это будет препятствовать миграции большеугловых границ зерен в процессе отжига, препятствовать образованию и росту кубической структуры, а также увеличивать температуру рекристаллизации, что приводит к образованию текстура R, благодаря чему содержание кубической текстурной структуры уменьшается. Когда Fe выпадает в осадок в виде FeAl₂ и FeAl6соединения, это ухудшит характеристики проржавевшей алюминиевой катушки.
Видно, что какое бы состояние Fe ни существовало в алюминии высокой чистоты, оно не способствует образованию и росту кубических структур в процессе отжига алюминиевых рулонов и коррозии алюминиевых рулонов. Поэтому компании-производители строго контролируют содержание Fe в процессе производства рулонов алюминия с покрытием.
(2) Влияние Si.
Основным источником примесей Si в алюминии высокой чистоты являются загрязнения тугоплавких материалов. Примеси Si контролировать труднее, чем примеси Fe. Чрезмерное содержание Si повлияет на рост кубической текстуры, склонной к чрезмерному растворению, а также приведет к появлению крупных зерен во время рекристаллизации алюминия. По сравнению с Fe Si имеет большую растворимость в Al и существует преимущественно в виде твердого раствора. Его способность к осаждению твердых растворов слабее, чем у Fe, а его отрицательное влияние на процесс формирования кубической текстуры гораздо менее существенно, чем у Fe.
Si и Fe могут влиять на состояние существования друг друга, когда они сосуществуют в алюминии высокой чистоты. После добавления Si к алюминию высокой чистоты скорость объемной диффузии Fe увеличивается, что может изменить состояние пересыщенного твердого раствора Fe и дисперсное состояние FeAl3, что способствует образованию и росту кубических структур. Влияние Si на характеристики алюминиевых рулонов также связано с соотношением содержания Si и Fe.
Когда содержание Fe низкое, а содержание Si и Fe относительно велико, электростатическая емкость алюминиевой катушки увеличивается. Когда содержание Fe находится в пределах (10~20)x10-6Соотношение содержания Si и Fe оказывает более существенное влияние на электростатическую емкость алюминиевой катушки. Когда содержание Fe превышает 30x10-6, это не оказывает очевидного влияния на электростатическую емкость.
Когда содержание Si слишком велико, тройное соединение AI-Fe-Si, образованное избытком Si, имеет более высокий потенциал, чем AI, что не способствует растворению матрицы Al во время коррозионного образования. Когда содержание Si превышает 500x10-6, время формирования алюминиевой катушки продлится, а дальнейшее его увеличение приведет к снижению удельной емкости алюминиевой катушки. Поэтому содержание Si в рулонах алюминия с покрытием обычно необходимо контролировать на уровне ниже 30x10.-6.
(3) Влияние Cu.
Исследования показали, что если содержание меди слишком низкое, алюминиевые катушки имеют плохую коррозионную стойкость, а если содержание меди слишком велико, это легко может вызвать чрезмерную коррозию. Когда содержание Cu в алюминии высокой чистоты увеличивается, электростатическая емкость алюминиевой катушки может быть увеличена. Когда содержание Cu достигает (27~30)x10-6, увеличение содержания Cu приведет к снижению удельной емкости алюминиевой катушки. Умезава Ацуши и др. изучили эволюцию текстуры рекристаллизации в алюминии высокой чистоты и обнаружили, что, когда содержание Cu в рулонах алюминия высокой чистоты составляет 50x10-6, содержание кубической текстуры в текстуре рекристаллизации после отжига не содержит меди. в два раза больше, и нет {123}<634>Текстура R была найдена. Более низкое содержание меди и более высокая температура роста зерна способствуют увеличению содержания кубической текстуры в рулонах алюминия высокой чистоты. Определенное количество Cu может увеличить пористость в процессе коррозионного образования алюминиевых катушек и увеличить удельную емкость алюминиевых катушек. Поэтому отечественные и зарубежные производители обычно добавляют в алюминий высокой чистоты определенное количество меди для увеличения удельной емкости алюминиевых катушек. При высоком содержании Cu в катушках из алюминия высокой чистоты в рабочем электролите катушек из алюминия с покрытием легко образуются микробатарейки, которые разрушают оксидную пленку диэлектрика и ухудшают характеристики конденсатора. Таким образом, содержание меди в рулонах алюминия высокой чистоты обычно следует контролировать на уровне ниже 60x10.-6.
(4) Влияние других микроэлементов.
Другие основные микроэлементы в алюминиевых рулонах включают Mg, Be, Pb, Sn, Ni, Ti и т. д. Эти микроэлементы в твердом растворе легко отделяются вблизи дислокаций алюминия, что влияет на кристаллизацию алюминиевого рулона при последующей прокатке. и процессы отжига. Он оказывает важное влияние на формирование решетки, размер зерен, формирование кубической текстуры, ток утечки и процесс коррозии, что в конечном итоге влияет на работу конденсатора, поэтому его содержание необходимо строго контролировать.
Слишком большое количество Mg снизит скорость зародышеобразования и скорость зародышеобразования алюминия, что не способствует образованию и развитию кубической текстуры. Эти микроэлементы не всегда присутствуют в виде мономеров в алюминиевых катушках. По мере изменения условий они будут образовывать различные типы соединений с другими микроэлементами и AI с образованием твердых растворов или осадка. Изучая наличие микроэлементов в различных формах алюминиевых рулонов, можно эффективно контролировать их содержание в алюминиевых рулонах. Присутствие Mg вызовет боковое развитие коррозионного туннеля алюминиевого змеевика и может способствовать отслаиванию коррозионной ткани на поверхности алюминиевого змеевика, что не способствует улучшению его удельной емкости. В то же время добавление соответствующего количества редкоземельных элементов и Be может снизить тормозящее влияние Fe на формирование кубической текстуры в рулонах алюминия высокой чистоты, способствовать образованию и росту кубической текстуры, тем самым увеличивая содержание кубической текстуры.
В настоящее время лучшими методами контроля содержания микроэлементов являются: добавление следовых количеств редкоземельных элементов (Y) в алюминий высокой чистоты может изменить относительную прочность деформированных компонентов текстуры в алюминиевом рулоне; добавление меньшего количества Be может увеличить кубическую текстуру готовой фольги. прочность конструкции. Растворимость редких земель и Ве в Al чрезвычайно мала, и они могут образовывать ряд соединений со следами примесей, например Fe. После осаждения матрица может быть очищена, концентрация Fe в матрице снижается, а негативное влияние примесей на кубическую текстуру алюминиевого рулона устраняется. По мере увеличения содержания редкоземельных элементов плотность ориентации латуни увеличивается, S-компонента текстуры уменьшается и соответственно уменьшается содержание кубической текстуры в готовой отожженной фольге. Когда содержание редкоземельных элементов составляет 0.003%, стандартный электродный потенциал Pb2+ значительно выше, чем AI+3. Добавление Pb в рулоны алюминия высокой чистоты может эффективно увеличить количество зерен и очагов коррозии, что благоприятно сказывается на коррозии на поверхности рулона алюминия, тем самым увеличивая эффективную площадь поверхности рулона алюминия. По мере увеличения содержания Pb содержание кубической текстуры в готовом алюминиевом рулоне постепенно уменьшается. Когда содержание Pb достигнет 0,3x10-6, катушка из алюминия высокой чистоты может получить максимальную удельную емкость. Следовые количества Pb в алюминиевой катушке будут концентрироваться на поверхности алюминиевой катушки, вызывая коррозионные поры на поверхности, тем самым увеличивая удельную емкость, и не будут влиять на сильную кубическую текстуру алюминиевой катушки. Таким образом, добавление следовых количеств Pb может улучшить характеристики обычных катушек из бессвинцового алюминия. важные технические средства. Однако Pb является канцерогеном. Мао Вэйминь и другие изучали использование олова для замены свинца и добились хороших результатов.
При содержании Sn в рулонах алюминия высокой чистоты ниже 20х10-6, содержание кубической текстуры в отожженных алюминиевых рулонах может достигать более 95%, а при содержании Sn более 20x10-6, содержание кубической текстуры в алюминиевых рулонах будет уменьшено. . Влияние содержания Sn на удельную емкость алюминиевых катушек аналогично эффекту Pb, поэтому оно может заменить Pb для снижения загрязнения окружающей среды.
В процессе производства алюминиевых рулонов с покрытием не только ограничивается содержание отдельных микроэлементов, но и требуется строгий контроль общего количества других микроэлементов. Во избежание негативного влияния на общую производительность алюминиевых рулонов с покрытием содержание других микроэлементов в алюминиевых рулонах с покрытием обычно следует контролировать в пределах 10x10.-6.
