電解電容器用高純鋁箔的生產工藝的製作方法
2023-06-19 23:53:51 1
專利名稱：電解電容器用高純鋁箔的生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於有色金屬加工及熱處理技術領域，特別涉及採用異步軋制技術加工電解電容器用高純鋁箔的方法。
背景技術：
當前世界上精密電子設備的產量急劇增長，因而對電容器的需求也迅速膨脹，高壓電子鋁箔已成為各國科學家和企業家競相研究和開發的熱點。國際上採用非常精密而昂貴的專門設備生產電子鋁箔，其價格是國內傳統加工設備的十倍以上。目前國內多採用傳統設備和工藝技術生產電子鋁箔，價格雖然僅是進口產品的一半，但因質量及性能差、{100}佔有率低於95％而基本不被市場接受。生產優質電容器的企業80％以上需依賴進口高壓陽極箔。進口鋁箔產品的價格非常昂貴。進口生產設備既不適合國內企業發揮競爭優勢，也不利於傳統鋁加工企業的升級改造。
電容器是一種貯存電荷的元器件，其主要電極都是由鋁箔製造的，高壓陽極鋁箔是由99.9％以上的高純鋁製成的。根據電容器靜電容公式可知，增加表面積是提高電子鋁箔比電容的一個關鍵環節。這就要求通過侵蝕人為地造成鋁箔表面的起伏從而增加電極的表面積。而在電容器內，最好的腐蝕通道是{100}001，也就是說，工業生產電容器鋁箔時，要求發達的立方織構存在。長期以來材料科學工作者不斷地致力於高純鋁箔微取向流變行為的研究，以期獲得較高的立方織構，尤其是最近幾年在這一領域也取得了一定進展。這些結果都是在同步軋制條件下取得的，對異步軋制迄今尚無人問津。
基於上述情況，本項目以利用傳統生產設備和所開發先進生產工藝為技術路線，以獲得高比電容電子鋁箔為目標，為高壓電子鋁箔國產化開發工業生產技術原型。
發明內容
本發明的目的在於提供一種電解電容器用高純鋁箔的高效生產工藝，解決了國內傳統設備和工藝技術生產電子鋁箔質量、性能較差的問題。
本發明的技術方案是一種電解電容器用高純鋁箔的高效生產工藝，主要包括高純鋁箔的異步冷軋步驟以及熱處理步驟，本發明的特點在於，採用異步軋制技術，控制鋁箔的軋制變形狀態及軋制織構組態，即經過較少道次的軋制，得到大形變量的高純鋁箔。在保護氣氛中連續退火，最終生產出含極強立方織構的高純鋁箔，具體工藝過程如下(1)異步軋制在四輥軋機上進行，上軋輥為慢速輥，下軋輥為快速輥，異步軋制時速比不能過大，異步速比過大對軋機穩定性不利，本發明選用異步速比1.05～1.30；(2)將冷軋樣品放入通有N2保護氣的管式退火爐中，以5～15℃/min的升溫速度隨爐升溫；當溫度升至設定溫度400-600℃時，保溫1-3小時，然後水淬或隨爐冷卻，製得退火態高純鋁箔，其{100}面立方織構佔有率達95％以上。
所述異步軋制時要求有前後張力，以保持良好的板形和防止跑偏，通常保持前張力大於後張力。
所述異步軋制的道次為3-4次，各道次下壓量為5-50％，累計形變量為89-99.5％。
異步軋制(Cross Shear Rolling——CSR)是指上、下工作輥線速度不等的一種軋制方法。軋制壓力小，產品精度高，適於軋制薄帶和超薄帶(軋制壓力可減少25％，產品精度提高一級，對工業及包裝用箔帶普遍使用)，對高純鋁箔的工業生產特別有利，因此，探討異步軋制下高壓電子鋁箔織構的控制問題不僅有理論意義，而且更有廣闊的應用前景，這也是本發明的創新之處。
異步軋制時由於軋輥速度不同，快速輥側首先流動，且存在著很大的剪切變形，摩擦阻力指向出口；而慢速輥側則相反，與慢速輥側相接觸的金屬表面不產生剪切變形，摩擦阻力指向入口，這樣，變形區內就形成了所謂的「搓軋區」。由於「搓軋區」的存在，使變形區內產生不對稱形變，這種不對稱的金屬流變行為在織構類型和強度上呈現出一種特殊的變化，並且與速比和形變量的大小有關，不同的織構類型，因取向差異而有所不同。本發明的原理在於選用1.05～1.3的速比將高純鋁板進行異步冷軋，控制鋁箔的軋制變形狀態及軋制織構組態，經過較少道次的軋制，得到大形變量的高純鋁箔。將冷軋鋁箔在保護氣氛中隨爐升溫連續退火，最終生產出含極強立方織構的高純鋁箔。用本發明的方法製得的電解電容器用高純鋁箔具有下列優點1異步軋制產品精度比常規軋制提高一級，2{100}面立方織構佔有率達95％以上。
再結晶晶核的臨界半徑為Rc＝2γ/Pd，式中γ為各種取向亞晶的平均晶界能，Pd為再結晶驅動力。當一亞晶尺寸大於臨界半徑時，它將成為再結晶晶核。
當速比較小時，異步軋制就接近於同步軋制，在搓軋區中剪應力也較小。雖然形變儲能存在，在形變帶處原子的移動、無畸變的立方{001}100織構組分再結晶晶核的形成和長大，仍需要有一定的能量。因此立方織構組分的形成與發展要在較高的溫度下進行，該結論在同步軋制方面，早已被國內、外從事鋁合金織構研究的學者所證實，所不同的是異步軋制下，當速比增加時，搓軋區中剪應力相應增大，形變儲能也增加，在形變組織中的各種缺陷也相應增多，給原子的移動提供了有利條件，進而提高了再結晶驅動力，導致再結晶臨界晶核半徑減小，即異步軋制下樣品發生再結晶所需臨界半徑比同步軋制時小，因此，無畸變的立方{001}100織構組分的形成與發展，可在較低的溫度下就開始，且隨著速比的增加，立方織構出現的溫度移向低溫。異步軋制下，當速比較大、形變量也較大時，伴隨著形變常有動態再結晶的發生，也可能促使立方織構出現的溫度進一步降低。由於異步軋制條件下的高純鋁箔微取向流變行為與同步軋制不同，這種變形模式、應力狀態和能量的傳遞方式使織構的類型和數量亦與常規軋制過程不同。研究表明，異步軋制高純鋁箔在相同的退火工藝制度下，其立方織構佔有率不低於常規軋制；異步軋制有利於降低高純鋁箔的再結晶溫度，這就為降低能耗，提高生產效率奠定了基礎，從而也確定了在工業生產山採用異步軋制的可行性。
本發明的有益效果是1、高壓陽極鋁箔經腐蝕化成後，價格將達30萬元/噸以上，因而屬高技術含量高附加值產品，有巨大的市場需求。本發明以利用傳統生產設備和所開發先進生產工藝為技術路線開發優質高壓陽極鋁箔產品，在保證技術指標達到國際先進水平的同時，要使價格保持在約為進口價格的一半，使用本發明開發產品的用戶將獲得巨大的經濟效益。
2、本發明成功開發的產品可望取代昂貴的進口產品，為用戶節省大量外匯，同時也可明顯地遏制進口產品價格上升的趨勢，取得良好的經濟效益和社會效益。
3、本發明的成功開發及相關產品產量的不斷增加將促使使用進口產品的國內企業逐漸轉向國內採購。同時本開發產品優質低價的特點也極具國際競爭力，可望擁有良好的發展前景。
具體實施例方式
實施例1取200mm(長)×50mm(寬)×7.5mm(厚)的高純鋁(Al≥99.99％Wt.)熱軋板，按1.06的速比，本實施例採用4道次軋制，軋制的下壓量依次為40％、30％、20％、9.2％，達到99.2％的形變量異步冷軋成高純鋁箔，軋後尺寸為0.06mm厚，切取20mm×20mm樣品，對其表面以NaOH溶液清洗，標明軋向，製得冷軋態織構樣品。將冷軋樣品放入通有N2保護氣的管式退火爐中，以10℃/min的升溫速度隨爐升溫。當溫度升至600℃時保溫3h並水淬，製得退火態織構樣品。
對冷軋及退火樣品分別進行織構測定，織構測定在東北大學測試中心D/max-IIIA型X射線衍射儀及B-7半自動織構測角臺上掃測完成，並按Schulz反射法進行。採用CuKα輻射，管電壓為35kV，管電流為20mA，發散狹縫DS2°+2mm限高光闌，防散射狹縫SS5mm，接受狹縫RS5mm。測量樣品的{111}、{200}、{220}三張不完整極圖，掃測按同心圓步進方式進行，α由0°～70°，β由0°～360°，測量步長為5°，由計算機採集數據。ODF分析採用東北大學材料研究所的「二步法」定量織構分析軟體系統進行。經測量該工藝製得的高純鋁箔立方織構體積分數為96.20％。
實施例2取200mm(長)×50mm(寬)×7.5mm(厚)的高純鋁熱軋板，按1.17的速比，本實施例採用3道次軋制，軋制的下壓量依次為45％、35％、18.7％，達到98.7％的形變量異步冷軋成高純鋁箔，軋後尺寸為0.1mm厚，切取20mm×20mm樣品，對其表面以NaOH溶液清洗，標明軋向，製得冷軋態織構樣品。將冷軋樣品放入通有N2保護氣的管式退火爐中，以10℃/min的升溫速度隨爐升溫。當溫度升至500℃時保溫2h並水淬，製得退火態織構樣品。經測量該工藝製得的高純鋁箔立方織構體積分數為95.0％。
實施例3取200mm(長)×50mm(寬)×7.5mm(厚)的高純鋁熱軋板，按1.17的速比，本實施例採用3道次軋制，軋制的下壓量依次為42％、38％、16.7％，達到96.7％的形變量異步冷軋成高純鋁箔，軋後尺寸為0.25mm厚，切取20mm×20mm樣品，對其表面以NaOH溶液清洗，標明軋向，製得冷軋態織構樣品。將冷軋樣品放入通有N2保護氣的管式退火爐中，以5℃/min的升溫速度隨爐升溫。當溫度升至400℃時保溫2h並水淬，製得退火態織構樣品。經測量該工藝製得的高純鋁箔立方織構體積分數為95.57％。
實施例4取200mm(長)×50mm(寬)×7.5mm(厚)的高純鋁熱軋板，按1.28的速比，本實施例採用3道次軋制，軋制的下壓量依次為50％、35％、11.7％，達到96.7％的形變量異步冷軋成高純鋁箔，軋後尺寸為0.25mm厚，切取20mm×20mm樣品，對其表面以NaOH溶液清洗，標明軋向，製得冷軋態織構樣品。將冷軋樣品放入通有N2保護氣的管式退火爐中，以15℃/min的升溫速度隨爐升溫。當溫度升至600℃時保溫1h並水淬，製得退火態織構樣品。經測量該工藝製得的高純鋁箔立方織構體積分數為96.65％。
權利要求
1.一種電解電容器用高純鋁箔的生產工藝，其特徵在於包括高純鋁箔的異步冷軋步驟以及熱處理步驟，採用異步軋制技術，控制鋁箔的軋制變形狀態及軋制織構組態，在保護氣氛中連續退火，最終生產出高純鋁箔，具體工藝過程如下(1)異步軋制在四輥軋機上進行，上軋輥為慢速輥，下軋輥為快速輥，異步速比1.05～1.30；(2)將冷軋樣品放入通有N2保護氣的管式退火爐中，以5～15℃/min的升溫速度隨爐升溫；當溫度升至設定溫度400-600℃時，保溫1-3小時，然後水淬或隨爐冷卻，製得退火態高純鋁箔，其{100}面立方織構佔有率達95％以上。
2.按照權利要求1所述的電解電容器用高純鋁箔的生產工藝，其特徵在於所述異步軋制時要求有前後張力，保持前張力大於後張力。
3.按照權利要求1所述的電解電容器用高純鋁箔的生產工藝，其特徵在於所述異步軋制的道次為3-4次，各道次下壓量為5-50％，異步軋制累計形變量為89-99.5％。
全文摘要
本發明提供了一種電解電容器用高純鋁箔的高效生產工藝。主要包括高純鋁箔的異步冷軋步驟以及熱處理步驟，本發明的特點在於，採用速比為1.05～1.30的異步軋制技術，控制鋁箔的軋制變形狀態及軋制織構組態，即經過較少道次的軋制，得到大形變量的高純鋁箔。在保護氣氛中連續退火，最終生產出含極強立方織構的高純鋁箔。用本發明的方法製得的電解電容器用高純鋁箔具有下列優點1.異步軋制產品精度比常規軋制提高一級；2.{100}面立方織構佔有率達95％以上。
文檔編號H01G9/00GK1887513SQ20051004677
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者黃濤, 王福, 劉沿東, 高明, 田鵬, 左良 申請人:黃濤, 王福