高压电解电容器阳极用铝轧制材料及其制造方法

文档序号:796778 发布日期:2021-04-13 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 高压电解电容器阳极用铝轧制材料及其制造方法 (Rolled aluminum material for high-voltage electrolytic capacitor anode and method for producing same ) 是由 宗宫和久 山之井智明 于 2019-10-09 设计创作,主要内容包括:本发明的目的是提供一种能够增大静电容量的高压电解电容器阳极用铝轧制材料。高压电解电容器阳极用铝轧制材料,铝纯度为99.9%以上,含有Fe:5~30ppm、Si:5~30ppm、Cu:35~80ppm,满足35≤C-(Cu)+5C-(Ag)≤80ppm(其中C-(Cu)表示Cu含量,C-(Ag)表示Ag含量)的关系,并且含有Mn:0.5~20ppm、Cr:0.5~15ppm、Mg:0.2~10ppm、Zn:0.5~20ppm、Ga:0.5~25ppm、Ti:0.2~5ppm。(The invention aims to provide an aluminum rolled material for a high-voltage electrolytic capacitor anode, which can increase the electrostatic capacity. An aluminum rolled material for a high-voltage electrolytic capacitor anode, having an aluminum purity of 99.9% or more, containing Fe: 5-30 ppm, Si: 5-30 ppm, Cu: 35-80 ppm, and C is more than or equal to 35 Cu &#43;5C Ag Less than or equal to 80ppm (wherein C) Cu Represents the Cu content, C Ag Representing Ag content), and contains Mn: 0.5-20 ppm, Cr: 0.5-15 ppm, Mg: 0.2-10 ppm, Zn: 0.5 to 20ppm, Ga: 0.5 to 25ppm, Ti: 0.2 to 5 ppm.)

高压电解电容器阳极用铝轧制材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及高压电解电容器阳极用铝轧制材料及其制造方法。

背景技术

一般作为铝电解电容器用阳极材料使用的铝轧制材料,为了扩大其有效面积、增大单位面积的静电容量,通常实施电化学或化学蚀刻处理。

但是,仅通过对箔进行蚀刻处理无法得到充分的静电容量。因此,提出了特别是在高压用途,通常在箔轧制后的最终退火工序中,为了形成具有许多立方体取向的集合组织、提高箔的蚀刻特性而控制中间退火、冷轧、最终退火条件的方法,或是为了进一步使蚀坑均匀且高密度地分布而从箔的合金组成的面添加各种微量元素的方法等。

对于这样的用途,例如专利文献1中公开了铝的纯度为99.98%以上,含有Si、Fe、Cu、Mg,此外还控制制造条件,提高铝轧制材料的立方体取向占有率的制造方法,专利文献2中公开了铝的纯度为99.98%以上,含有Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Mg、Zn、Ga、Ti,含有V、Zr、B中的一种以上,含有Pb、Bi、Sn中的一种以上的合金箔。

在先技术文献

专利文献1:CN 1807673A

专利文献2:CN 104616897B

发明内容

发明要解决的课题

但是,上述微量元素的添加、控制制造条件的铝轧制材料,并没有充分满足如今电解电容器的高静电容量化的要求。

本申请发明鉴于该背景技术,目的是提供能够增大静电容量的电解电容器电极用铝轧制材料及其制造方法。

用于解决课题的手段

为解决上述课题,本申请发明人认真研究的结果,发现通过在铝轧制材料的组成中使含有Fe、Si、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ga、Ti的合金中与Cu存在一定关系地共存Ag,能够增大由蚀刻实现的面积扩大率,并且通过各种微量元素的添加,能够协同发挥作用从而得到高静电容量的铝轧制材料。即、本申请发明如下所述。

(1)一种高压电解电容器阳极用铝轧制材料,其特征在于,铝纯度为99.9%以上,含有Fe:5~30ppm、Si:5~30ppm、Cu:35~80ppm,满足35≤CCu+5CAg≤80ppm(其中CCu表示Cu含量,CAg表示Ag含量)的关系,并且含有Mn:0.5~10ppm、Cr:0.5~15ppm、Mg:0.2~10ppm、Zn:0.5~20ppm、Ga:0.5~25ppm、Ti:0.2~5ppm。

(2)根据上述(1)记载的的高压电解电容器阳极用铝轧制材料,其特征在于,含有选自V:0.2~5ppm、Zr:0.2~5ppm、B:0.2~5ppm中的一种以上。

(3)根据上述(2)记载的高压电解电容器阳极用铝轧制材料,其特征在于,含有选自Pb:0.2~3ppm、Bi:0.2~3ppm、Sn:0.2~10ppm中的一种以上。

(4)根据上述(3)记载的高压电解电容器阳极用铝轧制材料,其特征在于,含有Ag:0.2~9ppm以上和P:0.2~10ppm中的至少一者。

(5)一种高压电解电容器电极用铝轧制材料的制造方法,其特征在于,包括下述工序:对于具有上述(1)~(4)的任一项记载的组成的铝合金锭,在后续实施的面切削之前或之后,以500℃以上且620℃以下的温度、1小时以上且40小时以下的时间实施均质化处理,在以该状态冷却后、或进行再加热以450℃以上且560℃以下的温度保持5分钟以上且20小时以下后,开始热轧,通过多个轧制道次实施压下率为95%以上且99.5%以下的热轧后,继续实施冷轧,然后在中间退火后实施5%以上且30%以下的冷轧、和以400℃以上且580℃以下的温度进行的1小时以上且20小时以下的热处理。

发明的效果

本发明涉及的电解电容器电极用铝合金箔,能够提高蚀坑的密度、增大其深度、并使其均匀分散,通过蚀刻处理得到非常大的面积扩大率。因此,能够提供具有大的静电容量且电特性优异的电解电容器电极用铝轧制材料。

具体实施方式

本申请发明的电解电容器电极用铝合金箔,其特征在于,铝纯度为99.9%以上,含有Fe:5~30ppm、Si:5~30ppm、Cu:35~80ppm,满足35≤CCu+5CAg≤80ppm(其中CCu表示Cu含量,CAg表示Ag含量)的关系,并且含有Mn:0.5~10ppm、Cr:0.5~15ppm、Mg:0.2~10ppm、Zn:0.5~20ppm、Ga:0.5~25ppm、Ti:0.2~5ppm。

以下,对本申请发明进行详细说明。

本发明涉及的铝合金箔,用于形成能够增大静电容量的电解电容器阳极用铝轧制材料。

(铝纯度)

本发明涉及的电解电容器电极用铝轧制材料,铝纯度需要为99.9%以上,这是由于如果纯度小于99.9%,在蚀刻时会由于许多杂质的存在而阻碍蚀坑的生长,即使存在本发明范围的微量元素也无法形成均匀且深的坑道状的蚀坑,从而无法得到静电容量高的铝轧制材料。优选将铝纯度设为99.98%以上。

箔组成中所含的微量元素Fe、Si、Cu、Mn、Cr、Mg、Zn、Ga、Ti,如下所述分别有助于箔的蚀刻特性的提高,并且通过还含有选自V:0.2~10ppm、Zr:0.2~10ppm、B:0.2~20ppm中的一种以上,含有选自Pb:0.2~5ppm、Bi:0.2~5ppm、Sn:0.2~10ppm中的一种以上,能够得到与它们各自的作用相对应的协同效果。

(Fe、Si含量)

Fe、Si在Al基质中容易形成与Al的化合物,通过控制这些元素的分散状态,能够使蚀坑分布均匀。但是,如果含量过多,则会成为蚀刻时的过度溶解的原因,导致静电容量降低。因此,Fe含量需要为5~30ppm,优选下限值为12ppm,优选上限值为20ppm。另外,Si含量需要为5~30ppm,优选下限值为12ppm,优选上限值为25ppm。另外,通常实施坑道型的蚀刻的情况下,如果铝轧制材料表面中的具有{100}面取向的晶粒的面积占有率(以下称为立方体取向占有率)为95%以上,则能够谋求静电容量的增大,如果Fe、Si含量为上述范围内,则通过控制工序条件能够达成95%以上。

(Cu含量)

Cu通过固溶于Al基质中,能够增加箔的溶解性,促进蚀坑的生长,形成深的蚀坑,使静电容量增大。Cu含量如果小于35ppm则上述效果差,如果大于80ppm则局部溶解性增强,会妨碍蚀坑的均匀分布。因此,Cu含量需要为35~80ppm,优选下限值为40ppm,优选上限值为75ppm。

(Ag含量)

在Cu与Ag之间存在显示出用于控制箔的溶解性、形成微细的蚀坑、得到高的静电容量的相互作用的相关性。因此将其范围限定为下述范围。

35≤CCu+5CAg≤80ppm

其中,CCu表示Cu含量,CAg表示Ag含量。

但是,如果Ag的含量变多,则蚀坑的微细化过度,由此会发生由蚀坑的合体导致的脱落,静电容量反而降低。因此,Ag含量需要为0.2~9ppm,Ag含量的优选下限值为0.3ppm,优选上限值为8ppm。

(Mn含量)

Mn在Al基质中容易形成与Al的化合物,通过控制该元素的分散状态,能够增大箔的溶解性,促进蚀坑的生长,形成深的蚀坑,使静电容量增大。Mn含量如果小于0.5ppm则上述效果差,如果大于10ppm则局部溶解性增强,会妨碍蚀坑的均匀分布。因此,Mn含量需要为0.5~10ppm,优选下限值为1ppm,优选上限值为8ppm。

(Cr含量)

Cr在Al基质中容易形成与Al的化合物,通过控制该元素的分散状态,能够增大箔的溶解性,促进蚀坑的生长,形成深的蚀坑,使静电容量增大。Cr含量如果小于0.5ppm则上述效果差,如果大于15ppm则局部溶解性增强,会妨碍蚀坑的均匀分布。因此,Cr含量需要为0.5~15ppm,优选下限值为1ppm,优选上限值为12ppm。

(Mg含量)

Mg是为了在蚀刻时使蚀坑高密度且均匀分布所需的元素。即、通常在蚀刻初期存在于箔表面的表面的凹凸、以及由于油、辊涂料等附着物或它们的变质产物而产生的不均匀的局部溶解坑,会导致蚀坑密度不均匀(疏密),严重的情况下表面会呈火山口状溶解。该不均匀性在蚀刻结束后也会残留,成为静电容量降低的原因。因此,为了防止这样的不良情况,尝试控制这些存在于表面的蚀坑的不均匀的原因,本发明人对于这一点进行了认真研究,结果发现Mg具有消除蚀坑的局部性、并且使蚀坑高密度形成的效果。另一方面,如果大于10ppm则最终退火后的立方体取向占有率降低,从而无法得到高静电容量箔。因此,Mg含量需要为0.2~10ppm。Mg含量的优选下限值为1ppm,优选上限值为8ppm。

(Zn含量)

Zn是通过固溶于Al基质中而使基质电位稍微降低的元素,通过微量存在能够增加箔的溶解性,促进蚀坑的生长、扩大,使静电容量增大。Zn含量如果小于0.5ppm则上述效果差,如果大于20ppm则局部溶解性变强,会妨碍蚀坑的均匀分布。因此,Zn含量需要为0.5~20ppm,优选下限值为1ppm,优选上限值为18ppm。

(Ga含量)

Ga如果过剩存在则容易在晶界或亚晶界偏析,是单独存在会导致蚀坑不均匀分布的元素,但由于Mg会使亚晶界的尺寸变小,因此在Mg的存在下,Ge具有提高蚀坑的均匀分散性的效果。Ga含量如果小于0.5ppm则上述效果差,如果大于25ppm则局部溶解性变强,会妨碍蚀坑的均匀分布。因此,Ga含量需要为0.5~25ppm,优选下限值为1ppm,优选上限值为20ppm。

(Ti含量)

Ti通过微量固溶于Al基质中,能够增加箔的溶解性,促进蚀坑的生长、扩大,使静电容量增大。但是如果含量变多则容易在晶界偏析,成为蚀坑不均匀的原因,因此需要控制为Ti:0.2~5ppm,优选下限值为1ppm,优选上限值为3ppm。

(V、Zr、B含量)

B、V、Zr能够促进蚀坑的产生,使静电容量增大。但是如果含量增多则容易偏析,成为蚀坑不均匀的原因,因此需要控制为V:0.2~5ppm、Zr:0.2~5ppm、B:0.2~5ppm。

(Pb、Bi、Sn含量)

Pb、Bi、Sn抑制蚀刻初期的局部溶解性,有助于蚀坑的均匀分布。如果Pb、Bi含量小于0.2ppm则上述效果差,如果大于3ppm则有可能发生表面溶解。因此,Pb、Bi含量需要为0.2~3ppm。Sn也具有同样的效果,但对于表面溶解的影响程度弱,所以上限为10ppm。因此,Sn含量需要为0.2~10ppm。优选下限值~优选上限值分别为Pb:0.2~2ppm、Bi:0.2~2ppm、Sn:0.5~8ppm。

(P含量)

P抑制蚀刻初期的局部溶解性,有助于蚀坑的均匀分布。如果P含量小于0.2ppm则上述效果差,如果大于10ppm则有可能发生表面溶解。因此,P含量需要为0.2~10ppm。

下面,关于本发明的制造方法,更优选以下方法。例如,可举出对于采用半连续铸造法制作的铝合金锭,在后续实施的面切削之前或之后,以500℃以上且620℃以下的温度、1小时以上且50小时以下的时间实施均质化处理,在以该状态冷却后、或进行再加热以450℃以上且560℃以下的温度保持5分钟以上且20小时以下后,开始热轧,通过多个轧制道次实施压下率为95%以上且99.5%以下的热轧后,继续实施冷轧的方法。均质化处理的更优选的范围为520℃以上且600℃以下的温度、3小时以上且30小时以下。热轧开始温度以及保持时间更优选的范围为480℃以上且520℃以下的温度、5分钟以上且15小时以下。

另外,在冷轧后的最终退火工序中,需要通过再结晶形成具有许多立方体取向的集合组织。因此,以400℃以上且580℃以下的温度实施1小时以上且20小时以下的退火是有效的。如果低于400℃,则立方体取向晶粒的生长不充分,导致坑道状坑不均匀,静电容量降低。另外,在大于580℃的温度区域中,会发生材料的密合、晶粒的粗大化,导致材料的强度降低、蚀坑密度降低。该最终退火温度的更优选范围为450℃以上且560℃以下。时间更优选为2小时以上且18小时以下。

另外,在冷轧的过程中实施至少一次中间退火以及之后的冷轧,能够更有助于最终退火后的立方体取向占有率提高。该情况下的中间退火的温度可以为220℃以上且300℃以下,时间可以为1小时以上且30小时以下。再者,关于实施中间退火的情况下直到最终冷轧为止的冷轧率,可以为5%以上且30%以下。中间退火后的冷轧率的更优选范围为10%以上且25%以下。

实施例

以下,通过实施例对本发明进行说明。再者,本发明的范围并不限定于在此记载的实施例,可以在本发明的主旨范围内施加适当变更而实施,其都包含在本发明的技术范围内。

首先,采用半连续铸造法制作表1所示的各种组成的铝锭,将厚度为400mm的锭在表2所示的条件下实施均质化处理、热轧。接着,继续实施冷轧、中间退火、冷轧后,得到表3记载的厚度的箔,然后实施最终退火。

接着,对于所得到的各铝轧制材料,在以下的条件下实施蚀刻、化成处理后,测定了静电容量。将其结果作为各蚀刻条件不同的比较箔的静电容量设为100%、耐折强度设为100%的相对比较示于表3(比较:No.7)。

[蚀刻条件]

一次蚀刻液使用5%HCl+25%H2SO4的水溶液,进行温度为75℃、电流密度为直流40A/dm2、时间为90秒的蚀刻处理。然后,二次蚀刻使用5%盐酸的水溶液,在温度90℃的条件下进行10分钟浸渍蚀刻处理。

[化成条件]

将进行了蚀刻处理的铝材在10%硼酸浴+0.09%硼酸铵的水溶液中以温度85℃、化成电压270V进行化成处理。

[静电容量测定条件]

在室温下8%硼酸铵溶液中使用LCR测试仪,以频率:120Hz测定静电容量。

[耐折强度测定条件]

基于EIAJ RC-2364A

静电容量数值越高越好。本发明中,2%以上的提高可以判断为观察到有效性。另一方面,在由从箔表面延伸的坑道状的蚀坑形成的残芯适当的情况下,耐折强度的值与比较材料接近,而在没有充分进行蚀刻的情况下成为较高的值。但是即使过高也没有效果,反而会以坑道状的蚀坑的长度短的程度使静电容量降低。另外,在过度进行蚀刻的情况下,从箔表面延伸的坑道状的蚀坑会在箔中心部合体,导致耐折强度明显降低。耐折强度的合适的值,在本实施例中为98%以上,即使提高至102%以上也判断为同等的效果。

在表3中示出结果。由表3的结果可知,使含有本发明范围的Fe、Si、Cu、Mn、Cr、Mg、Zn、Ga、Ti的合金中与Cu具有一定相关性地共存Ag,还含有V、Zr、B中的一种以上,并且含有Pb、Bi、Sn中的一种以上,还含有P的本发明实施品,与脱离本发明范围的比较品相比,蚀刻特性提高,静电容量增大。

产业可利用性

本发明涉及的电解电容器电极用铝合金箔,能够提高蚀坑的密度、增大其深度、使其均匀分散、通过蚀刻处理得到非常大的面积扩大率。因此,能够用于形成具有大的静电容量并且电特性优异的电解电容器电极用铝轧制材料。

表1组成

表2工序

表3评价结果

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