高温退火对阴极铝箔腐蚀性能的影响

高温退火对阴极铝箔腐蚀性能的影响

黄锦洪

广东华锋新能源科技股份有限公司，广东 肇庆，526108

摘要：阴极铝箔是否具备良好的抗腐蚀性，不仅直接影响到比电容情况，而且关系到电容器的使用寿命。此次综合运用显微镜分析、腐蚀量试验等方式，在不同的高温退火工艺下，根据第二相粒子在形貌、分布等方面的变化，分析高温退火对阴极铝箔腐蚀性能的影响，在此基础上，基于铝箔抗腐蚀性能的增强，对比分析最佳的高温退火工艺、

关键词：高温退火；阴极铝箔；腐蚀性能；影响

前言：铝电解电容器大致可划分为两部分，分别是阳极与阴极铝箔。通常情况下，阴极铝箔以3003铝合金为主要材料，并对其进行化学腐蚀。在化学腐蚀过程中，合金中铜元素作为腐蚀核心，胞状结构等位错源能为腐蚀过程提供便捷通道。在经过化学腐蚀后，阴极铝箔会表现为海绵状，并使比电容水平得以大幅提升。然而在铝箔实际的腐蚀过程中，时常会发生剥落，通俗而言就是“掉粉现象”，若掉粉较为严重，会妨碍电容器的正常使用。通过剖析剥落现象的发生原因，可以发现该现象与合金晶体腐蚀敏感性存在一定关联。若晶体腐蚀发生于扁平、有方向性的组织中，不溶性产物所占比例偏高、体积较大，进而因楔入效应造成分层剥落。点蚀敏感性一方面与金属间结合能关联密切，另一方面又直接关系到铝合金的腐蚀敏感性，因此在金属件结合能较高的情况下，合金产生点蚀的难度偏高，受此影响，其腐蚀敏感度也会相对偏低。不过目前，有关高温退火与阴极铝箔腐蚀性能的关系，相关研究成果较少，希望本研究能在此方面做出补充。

1 阴极铝箔腐蚀性能的特点

当3003合金处于室温条件下，其中Mn所占比例偏低，通常由MnAl6相析出。在MnAl6中，Fe固溶度较高，主要以（Mn，FE）Al6的形式出现，降低Mn偏析过度的可能性，同时还有利于晶粒大小处于相对均匀的状态。在合金均匀化处理时，若其中含Si，将会使MnAl6发生变化，进而出现α-Al（Mn，Fe）Si相。受到化合物粒子析出过多的影响，合金腐蚀性能将随之改变。在第二相粒子增多的情况下，合金腐蚀敏感性也在相应增强。在多相合金中，受电化学特性差异影响，不同相的腐蚀速度各不相同，而化学均匀性又会影响到其耐腐蚀性，无论是晶内偏析还是化学成分偏析，都会减弱合金腐蚀性。由此可见，第二相的析出往往会对合金腐蚀性产生负面影响[1]。

2 实验设计

表1 试样合金成分表（%）

此次试验中所选试样的主要成分如表1所示，除Al外，还包含Cu、Mn、Si、Fe等成分。在阴极铝箔制备中，通常要先加以熔铸，随后对其进行均匀化处理，为使合金材料成型，需有序进行热轧和冷轧，在中间退火后，再将其冷轧至0.5mm。在得到0.5mm厚的铝带后，将其转移到空气炉中，根据温度与时间条件的不同，分别以6种不同的工艺对其进行高温退火：①600℃，1h；②600℃，2h；③620℃，0.5h；④620℃，1h；⑤620℃，2h；⑥620℃，3h。在完成高温退火后，都将阴极铝箔置于空气中进行冷却。通过显微镜、透射电镜对其进行观察，并做能谱分析。在阴极铝箔的腐蚀过程中：先在35℃条件下，铝箔放置于浓度为0.1mol/L的NaOH中进行30s的预处理，随后同样在35℃环境下，选用浓度为1.0mol/L的HCL和浓度为200g/L的AlCl3进行30s的化学腐蚀，最后通过分析天平测得腐蚀量[2]。

3 结果与讨论

3.1实验前后的阴极铝箔显微组织情况

在未经高温退火而直接进行冷轧的情况下，在厚度为0.05mm的阴极铝箔中，除了Al基体外，还包含许多第二相粒子，通过能谱分析发现，其中以（Mn，Fe）Al6居多，在腐蚀过程中，该相发生较为明显的剥落腐蚀现象，在微观组织成像上，表现为长条形大孔洞。

3.2高温退火与第二相粒子形貌、分布的关系

在基体中，合金中元素的热稳定性，与其溶解度、扩散率关联较大。而在铸态组织中，含有各种析出相。经图像分析，发现3003合金经高温退火后，其中的第二相不仅会在大小、形状等方面发生变化，分布情况也会较之前有所不同。如在600℃条件下退火2h，会有许多粒子变为球状，粒子分布并不均匀。而在620℃条件下退火2h，由于粒子扩散加快，球形粒子数量更多，粒子更加分散。若保持温度不变，将退火时间延长至3h，绝大多数粒子变为球状，粗大第二相明显减少，粒子总数也在下降。在铝合金中，已溶解的第二相在经空气冷却后，以细小的形貌再次析出，且在基体中呈不规则分布[3]。

3.2第二相形貌、分布与阴极铂腐蚀的关系

在Al-Mn合金中，随着Mn溶于基体并转变为固溶体，在化合物与基体之间，二者的电位差会明显下降，受此影响，基体抗腐蚀性也会增强。但在3003合金中，Mn固溶度相对偏低，而且在析出时多表现为MnAl6，在化学腐蚀过程中，受到周围铝基体溶解的影响，第二相很可能会发生脱落，而且脱落情况与第二相数目正向关联。而在退火温度较高、退火时间较长的情况下，铝箔中第二相数量会明显降低，以此来促进铝箔抗蚀性的增强

[4]。

若未经高温退火处理，在1.0mol/L的HCL和浓度为200g/L的AlCl3混合液中，铝箔会在短时间内被腐蚀，尤其是在第二相尖角部位。然而在同时段内，周围基体尚未出现腐蚀迹象。究其原因，主要是因基体晶格有所变化，使得畸变部位的能量升高。另外在冷轧环节中，第二相尖角周围基体易出现裂纹，并因此减弱铝箔的抗腐蚀性。

而在试样中，在620℃退火3h后，第二相粒子变为球状，而且其周围错密度差异不大。实验过程中，试样第二相尖角部位最先被腐蚀，由此能够较为直观地发现其腐蚀规律，即错密度越高，往往越先发生腐蚀。另外，由于第二相粒子相对较大，位错作用力会加剧合金基体的形变，使得腐蚀敏感性升高。

表2 不同退火工艺下的阴极铝箔腐蚀速率（kg·m2/h）

通过质量损失法能够测量得知铝箔腐蚀速率，如表2所示，在经过高温退火后，随着金属抗腐蚀性增强，腐蚀质量损失量有所下降，受此影响，腐蚀速度减慢。经对比能够直观发现，在以上各组退火工艺中，在620℃，3h的退火工艺下，铝箔的抗腐蚀性最佳。

3 结论

在3003合金中，高温退火会从形状、分布等方面，使第二相粒子发生改变，进而影响到铝箔的腐蚀性能。若第二相粒子呈条状，由于位错密度较高，其尖角部位会更早发生腐蚀，而且发生剥落腐蚀的可能性较高；但在粒子呈球状时，由于腐蚀均匀性好，铝箔不易出现剥落腐蚀的情况。

由此表明，在第二相粒子形貌有所差异、分布有所不同的情况下，铝箔腐蚀性能也会发生较为显著的变化，二者间关联相对较高。经过高温退火后，原子加快扩散，粒子变为球状且分布弥散。尤其是在620℃，3h工艺下，第二相溶解后再经空气冷却析出，第二相数量下降，由此使铝箔腐蚀性能增强。

参考文献：

[1]王会一.铝箔表面抗菌涂层的制备及性能研究[D].东南大学，2021.

[2]易章毅.1A80阴极铝箔热处理工艺及其组织性能的研究[D].中南大学，2014.

[3]李荣平.退火和轧制变形对3003阴极电子铝箔显微组织的影响[D].郑州大学，2011.

[4]贾一.热处理对电解铝液直接铸轧3003阴极铝箔组织及性能的影响[D].郑州大学，2010.