铝电解电容器用阴极光箔的加工工艺研究

池国明，廖孝艳

（东阳光优艾希杰精箔有限公司，韶关512721）

0 前言

铝电解电容器阴极光箔经腐蚀后的比容对电解电容器的容量有着重要的影响，其比电容的提高可以有效提高电容器的比电容[1]。阴极箔实际承受极低的工作电压，但要求它具备非常高的比电容值。静电容量通常可根据C=ε0εrS/d来计算，其中C为静电容量，ε0为真空介电常数，是一个固定的常数，εr为电极箔相对介电常数，S为电极箔的比表面积，d为电极箔间距。提高腐蚀箔的静电容量，通常考虑增加电极箔的相对介电常数[2-3]或者增加电极箔的比表面积[4-6]，但由于电极箔的相对介电常数与材料直接相关，当材料一定时，电极箔的相对介电常数是一定的。因此增加铝箔腐蚀表面的比表面积成为提高铝箔腐蚀后静电容量的关键手段。毛卫民[7]等研究发现不同加工状态的铝箔会有不同的织构，进而造成不同晶体学指数的表面铝箔，各晶面腐蚀发孔的难易程度不同，会对腐蚀发孔的密度倾向产生影响，进而影响阴极箔的比容。而Alphen[8]等认为织构对阴极箔比电容影响不大。以上都是对硬态的阴极箔的研究，而对软态阴极箔的研究非常少。鉴于此，本文设计了三种不同的加工工艺，研究了不同工艺条件对软态阴极光箔织构的影响以及不同织构对阴极光箔腐蚀后的比容的影响。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

实验材料选用某公司生产的铸轧高纯度阴极光箔坯料，坯料厚度6.0 mm，实测化学成分见表1。

表1 阴极光箔化学成分（质量分数/%）

1.2 实验方案

（1）将6.0 mm厚度的铸轧阴极光箔坯料经过不同的工艺轧制到成品0.050 mm厚度，具体工艺见表2。对轧制出的0.050 mm厚度阴极铝箔进行成品退火得到阴极光箔成品，成品退火工艺为280℃×3 h。

表2 轧制工艺方案

（2）将退火后的0.050 mm厚度的阴极铝箔裁剪成合适的大小，并称重，进行电化学腐蚀。腐蚀条件如下：在1 mol/L盐酸+0.1 mol/L硝酸+0.1 mol/L硫酸溶液中于30℃下电化学腐蚀30 s，电流密度0.2 mA/cm2，交流电频率25 Hz。之后用纯水清洗5 min后烘干。将烘干后的阴极光箔在550℃下进行烧片，按照SJ/T 11140要求测试静电容量[9]。

（3）将不同工艺下得到的阴极光箔成品沿轧制方向和轧制垂直方向裁减成10 mm×10 mm大小的样品，然后送检进行EBSD分析。将样品放置在观察平面上，垂直于该平面的方向为样品表面的法相，水平方向为样品的轧向[10]，以步长5 μm对样品进行检测。可以通过EBSD自动计算出各种不同取向织构的比例从而测量出阴极光箔成品的织构组成。

2 实验结果及讨论

2.1 加工工艺对静电容量的影响

表3 是不同加工工艺得到的阴极光箔成品进行电化学腐蚀后的静电容量。从表中数据可知，C工艺的静电容量最大，A工艺次之，B工艺最小。

表3 阴极光箔成品电化学腐蚀后的静电容量

2.2 加工工艺对织构的影响

图1 是不同加工工艺所得成品的织构在{111}、{110}和{100}面的极图。可见工艺A和工艺B的织构构成具有很大程度上的相似性，而工艺C的织构构成与工艺A和B有显著的差异。

图1 不同加工工艺所得成品的织构在{111}、{110}和{100}面的极图

图2 是不同加工工艺所得成品的织构分布图。从此图也可以看出工艺A、工艺B和工艺C得到的阴极光箔成品的晶粒尺寸有着显著的差异，其中工艺A的晶粒尺寸最大，工艺B的晶粒尺寸次之，工艺C的晶粒尺寸最小。可见成品退火前不同的加工硬化率对成品再结晶的晶粒尺寸影响显著。从试验结果可知，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。

图2 不同加工工艺的织构分布图

表2 是不同加工工艺得到的阴极光箔成品的织构组成。可以发现不同加工工艺之间的织构具有显著差异。经过中间退火的工艺A含Cube织构最多，其次是Rotating Cube织构和Copper织构，S织构含量最少；经过中间退火的工艺B含Cube织构最多，其次是Copper织构和R织构，S织构含量最少；而未中间退火的工艺C含Copper织构最高，达45.5%，其次是Rotating Cube织构，Cube织构含量最少。这是因为在冷轧过程中，随压下量的增加，晶粒由等轴状逐渐演变为纤维状，织构由弱到强，最后稳定在Copper织构、Brass织构和S织构三个组分[11]；再结晶织构主要由Goss织构、R织构、Cube织构和Copper织构组成；因此增加中间退火会降低Copper织构、Brass织构和S织构的含量，提高R织构、Cube织构和Goss织构的含量，导致阴极光箔在成品退火后的织构组成具有显著的差异。工艺A与工艺B虽然都经过中间退火，但由于中间退火厚度不一样，轧制到成品0.050 mm时的加工硬化率不同，因此成品退火后的织构组成也有所差异。成品退火前的加工硬化率工艺C＞工艺B＞工艺A。图3为加工硬化率与织构的关系图。根据检测结果可以发现：成品退火前加工硬化率越大，Cube织构越少，Copper和S织构越多。未经过中间退火的阴极光箔成品中的立方织构和Goss织构含量明显低于经过中间退火的；另外该成品中Copper织构、Rotating Cube织 构、Brass织 构 和S型织构的含量明显高于经过中间退火的阴极光箔成品相应织构的含量。

图3 加工硬化率与织构的关系

2.3 织构组成对静电容量的影响

铝箔表面为{112}、{123}和{110}时，整体属于比较容易发孔的表面，而铝箔表面为{100}和{111}时，整体属于不太容易发孔的表面，{124}面非常接近{123}面，容易造成铝箔表面相对较高的腐蚀发孔率[7]。各织构的取向如表4所示。由此可知，含有Copper型、S型和R型的织构更容易提高表面发孔率。从通过工艺A、B、C得到的阴极光箔成品的织构组成来看，工艺C得到的阴极光箔成品显然获得了更多的易于发孔的织构，因此可以推断工艺C可使阴极光箔成品表面发孔率更高，从而获得更高的比容。

表4 不同加工工艺得到的阴极光箔成品的织构组成

表4 各织构的取向特征

3 结论

（1）阴极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）未经过中间退火得到的阴极光箔成品与经过中间退火得到的阴极光箔成品的织构具有显著的差异；而经过中间退火得到的阴极光箔成品，虽然退火后的加工硬化率有差异，但织构组成具有极大的相似性。

（3）成品退火前加工硬化率越大，Cube织构越少，Copper织构和S织构越多。未经过中间退火的阴极光箔成品中立方织构和Goss织构的含量明显低于经过中间退火的阴极光箔成品对应织构含量；另外其Copper织构、Rotating Cube织构、Brass织构和S型织构含量明显高于经过中间退火的阴极光箔成品对应织构的含量。

（4）含有Copper型、S型和R型的织构更容易提高表面发孔率，从而获得高比容。

（5）电化学腐蚀用阴极光箔最佳工艺为工艺C：6.0 mm→冷轧到成品厚度→成品退火280℃×3 h。