不同波形交流波形對(duì)低壓鋁合金腐蝕形貌及電性能的影響

不同波形交流波形對(duì)低壓鋁合金腐蝕形貌及電性能的影響

目前，鋁電解電壓裝置的發(fā)展方向不僅是傳統(tǒng)的精細(xì)、薄型、低低頻、寬溫長(zhǎng)壽、高性能化等。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)各種電子產(chǎn)品的特殊要求越來(lái)越多。包括移動(dòng)電子線路電源的電壓降低，這相當(dāng)于技術(shù)的發(fā)展方向，這意味著鋁電解電壓裝置呈現(xiàn)出高產(chǎn)、低能耗、高溫長(zhǎng)壽、高性能等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的低壓腐蝕生產(chǎn)工藝采用正弦波交流電侵蝕技術(shù),該工藝雖然電源設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低,在工業(yè)應(yīng)用上有顯著優(yōu)勢(shì),但其技術(shù)經(jīng)過(guò)了幾十年的研究和突破,鋁箔交流腐蝕擴(kuò)面率仍與理論值相差甚遠(yuǎn),可調(diào)整的工藝參數(shù)較少,很難有較大突破。影響低壓交流腐蝕的因素有很多,除了表面質(zhì)量以外,還有腐蝕液配方、電源的選擇(頻率、波形等)、腐蝕工藝(電流密度、溫度、時(shí)間)等因素,關(guān)系非常復(fù)雜。目前大量的研究限于對(duì)腐蝕液配方、電流密度、溫度、時(shí)間的研究,也有少量的頻率影響規(guī)律的研究。一直處在鋁電解電容器用鋁箔的研究與生產(chǎn)前沿的日本,早在二十世紀(jì)九十年代就開(kāi)始研究正弦波以外的波形對(duì)鋁箔腐蝕的影響規(guī)律,并成功應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。國(guó)內(nèi)也有對(duì)不同波形進(jìn)行研究的先例,但數(shù)量非常少。為此筆者進(jìn)行了不同于正弦波的其他波形對(duì)電子鋁箔腐蝕形貌及電性能的影響規(guī)律的研究。1腐蝕溶液及加電腐蝕液制備樣品采用新疆眾和股份有限公司低壓陽(yáng)極退火光箔,厚度90μm,純度大于99.99%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程:40℃下采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的NaOH溶液化學(xué)處理60s,除去氧化膜及表面油污和雜質(zhì),用去離子水清洗,在腐蝕溶液中浸泡60s,目的是消除箔面殘留水分的影響,腐蝕溶液成分為質(zhì)量比10∶1的鹽酸與硫酸的混合溶液,加少量添加劑(目的是緩蝕作用),0.333mol/L鋁離子(目的是緩蝕作用),然后加電腐蝕。腐蝕樣片在150g/L己二酸銨溶液中分別進(jìn)行30,60,80,132V化成。1.1流交流電源測(cè)試采用韓國(guó)PNEsolution公司生產(chǎn)交流變頻電源,頻率可調(diào)范圍0～200Hz;采用的化學(xué)試劑均為分析純。樣品表面形貌用ZEISS-EVO50型掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。1.2波幅采用不同交流電波形對(duì)鋁箔進(jìn)行腐蝕,其波形如圖1所示。2結(jié)果和討論2.1電流波形的并孔通過(guò)對(duì)不同波形和頻率交流電形貌的多次實(shí)驗(yàn)和觀測(cè),發(fā)現(xiàn)采用1Hz腐蝕頻率能夠較好地反映不同波形對(duì)電子鋁箔腐蝕形貌的影響規(guī)律。圖1為1Hz條件下正弦波、三角波、方波、梯形波及變形正弦波腐蝕鋁箔的表面形貌。從圖2可以看出:(1)正弦波和三角波形貌相似,孔徑也較大;方波所產(chǎn)生的孔徑最細(xì)密;而方波、梯形波和雙正弦波并孔較多。由此得出如果電流波形有一段平穩(wěn)不變期時(shí),易產(chǎn)生并孔。(2)方波電流大小不變期較多,并孔最多?？赡苁且?yàn)殡娏髟谒查g升至很大,活性點(diǎn)區(qū)開(kāi)始發(fā)孔,保持電流大小不變,比較其他波形,保持峰值電流時(shí)間較長(zhǎng),電流密度在活性點(diǎn)處很大,因而孔密度大,其他區(qū)域反而沒(méi)有發(fā)孔的機(jī)會(huì),而在下一周期,大電流會(huì)使電流更加集中在已活化的蝕坑上,導(dǎo)致并孔,宏觀觀察箔片上有許多黑點(diǎn)。(3)梯形波雖然存在一段電流大小變化不變期,但一個(gè)周期也存在四段電流大小在變化的時(shí)間,因而并孔比方波少。(4)變形正弦波較之正弦波,一個(gè)周期存在四個(gè)峰值電流,發(fā)孔幾率比正弦波要大,因而也易出現(xiàn)并孔。(5)對(duì)于三角波和正弦波來(lái)說(shuō),電流始終處于變化過(guò)程中,形成的并孔較少,而正弦波除峰值電流處的電流變化小外,其余部分電流變化率都不同,三角波則不同,其電流的變化率在一段時(shí)間內(nèi)保持恒定,就能保證蝕坑有縱向發(fā)展的機(jī)會(huì),同時(shí)電流大小的不變又能引發(fā)新的點(diǎn)蝕的萌生。三角波孔小密度大孔深,而正弦波孔尺寸大而淺,因此就陽(yáng)極電流變化速率而言,三角波是最佳波形。2.2靜電壓最佳波形的確定采用不同波形、頻率分別為1,10,20,50Hz相同電流及腐蝕時(shí)間制備樣品,樣品面積為56cm2,腐蝕電流密度0.625A/cm2(峰值電流密度)、加電時(shí)間90s,在己二酸銨溶液里進(jìn)行30,60,80,132V化成,測(cè)其CV(指靜電容量與耐壓值的乘積)值變化規(guī)律(采用CV值而不直接采用靜電容量比較,是考慮到相同化成電壓不同樣片的耐壓值略有不同的原因),如圖3所示。從圖3的曲線可以看出不同波形都有CV值的最佳條件:(1)正弦波和三角波基本是隨著頻率的增加,CV值呈上升趨勢(shì),這與正弦波微觀孔洞大而淺恰好對(duì)應(yīng);而三角波也是這種變化趨勢(shì),可能是因?yàn)楦g頻率高導(dǎo)致并孔,并孔對(duì)CV值有較大貢獻(xiàn)所致;(2)梯形波在不同化成電壓下與其他波形相比,CV值隨頻率增加呈下降趨勢(shì),而在50Hz狀態(tài)下CV值呈上升趨勢(shì),因?yàn)槠湟欢坞娏鞔笮〔蛔兤?50Hz電流方向變化頻次高,在下一周期,大電流會(huì)使電流更加集中在已活化的蝕坑上,為發(fā)孔少并孔多所致,在不同頻率條件下較高化成電壓下其CV值較高,說(shuō)明其并孔起到了較大作用;(3)方波電流大小不變期較多,并孔最多,因此相比而言,低頻低電壓化成的CV值反而最高;(4)對(duì)于不太常用的變形正弦波比較適用于10,20Hz兩種頻率。如果在不同腐蝕階段選擇適合的波形和頻率,電子鋁箔的性能指標(biāo)肯定會(huì)有較大提高。3影響面形貌的因素不同交流電波形因?yàn)椴ㄐ卧O(shè)置不同,電流大小變