高比容铝电极箔制造技术及其机理研究

高比容铝电极箔制造技术是实现铝电解电容器小型化的关键技术,本论文从提高铝电极箔电蚀扩面倍率及提高介质膜介电常数两个不同角度出发,对低压铝电极箔增容技术的机理及相关工艺进行了详细研究,大幅度地提高了国产铝电极箔比容水平,所取得的主要结论及创新性的结果如下: (1)提出了高纯铝在腐蚀性介质体系中发生点蚀时,蚀核萌生机制和蚀孔生长机制研究了高纯铝在不同腐蚀介质中点蚀萌生时的恒电位电化学电流噪声,结果表明:蚀核的萌生主要来自于高纯铝表面膜结构内部与表面的活性点;这些活性点主要与高纯铝表面膜结构与电化学条件相关,而与溶液组成并无直接关系;蚀核的萌生是高纯铝表面膜结构中活性点与侵蚀性离子的相互作用的结果.活性点能否萌生为蚀核受溶液中侵蚀性离子的攻击作用与缓蚀性离子的保护作用共同影响,因此也受溶液组成的影响;Cl浓度的增加可提高蚀核的萌生几率,而SO2-4离子的加入则大幅度降低了高纯铝在含Cl溶液中蚀核萌生几率. (2)对高纯铝交流腐蚀机理进行了研究,首次提出了Cl氧空位输运侵蚀机制,以及SO2-4氧空位缓蚀作用机制采用三角波动电位扫描法研究了高纯铝交流腐蚀机理,提出了Cl通过存在于侵蚀膜内微晶晶界上的氧空位输运,从而对铝基体进行侵蚀的机制.并利用上述机制对相关实验现象进行了解释.对SO2-4在铝电极箔电蚀扩面工程中缓蚀作用机理进行了研究,指出SO2-4的独特缓蚀作用为:在点蚀萌生时,通过氧空位阻断机制阻止蚀孔萌生,但一旦蚀孔生成,促进蚀孔迅速增大,同时蚀孔内发孔数量增加.因此一定量SO2-4的添加有利于铝电极箔海绵层结构的生成. (3)建立了YF基元生长模型对铝电极箔理论扩面倍率进行了计算针对已有的铝电极箔理论扩面倍率计算模型不能准确反映中低压铝电极箔的海绵状蚀孔特征的缺点,提出了YF基元生长模型对铝电极箔理论扩面倍率进行了较为准确地计算.结果表明:目前实际的扩面倍率在高压部分与理论扩面倍率很接近,但在中低压部分实际扩面倍率与理论扩面倍率相差较大.因此高压铝电极箔通过电蚀扩面提高比容的前景较小,而对于中低压铝电极箔,提高单位面积静电容量的余地还很大. (4)研究了交流发孔工艺发孔工艺是铝电极箔电蚀扩面工程中的关键工艺,本文分析对比了低压铝电极箔交流发孔工艺与直流发孔工艺.对交流发孔工艺进行了工艺研究,优选出了一套较好的交流发孔工艺参数,该工艺与常规蚀孔生长工艺进行配套后,腐蚀箔比容在51Vf时可达到18.8μF/cm2. (5)研究了高介电常数的介质膜生长技术提高铝电极箔介质膜的介电常数可大幅度地提高铝电极箔比容.本文研究了一系列与目前工业联动腐蚀、化成线具有良好兼容性的后处理增容技术,并对相关机制进行了研究.其中经过磷酸-铬酸处理或胺类溶液处理,提高铝氧化膜内γ'-Al2O3或γ-Al 2O3的含量,在合适的工艺条件下,国产铝电极箔比容在51Vf下分别可增容37.5%和35%.首次提出并研究了通过无机盐水解的技术途径在铝介质膜内复合高介电常数阀金属氧化物,在实验室工艺条件下,铝电极箔比容在51Vf下可增容45.6%.目前该技术已申请国家发明专利. (6)将小波及小波包信号分解及重构引入测试信号的分析处理中,取得了良好效果在高纯铝点蚀机理的研究方面,首次提出了电化学噪声小波包分解子带能量谱分析技术,该分析技术具有表现电化学噪声信号"指纹"特征的能力,对腐蚀体系、腐蚀类型及腐蚀状态都具有较强的敏感性.对高纯铝变频腐蚀机制所进行的研究中,采用小波包时频分解,证明了高纯铝变频腐蚀动力学机制仍服从Tafel关系.首次基于小渡包分解与信号重构方法,给出了在进行变频腐蚀动力学机制研究中动力学参数βa的实时测量方法.     

电容器用铝箔交流腐蚀理论扩面倍率K的计算机模拟计算*

建立了YF基元生长模型来模拟腐蚀箔形态,并利用该模型计算了各种形成电压下的理论扩面倍率,所得到的结果介于C.G.Dunn的圆孔模型和永田佐也的方孔模型之间。结果显示：目前近高压区（＞300V）的实际扩面倍率与理论扩面倍率已很接近,通过电蚀扩面的前景较小,而对于中低压腐蚀箔,单位面积的静电容量的提高余地还很大。     

阳极箔扩面腐蚀中缓蚀剂的研究进展

简述了铝电解电容器用阳极箔扩面腐蚀中缓蚀剂的国内研究现状,介绍了阳极箔的制备方法.对缓蚀剂如何提高阳极箔比容的机理进行了综述.阐述了阳极箔扩面腐蚀中缓蚀剂的缓蚀效果和缓蚀机理,最后对缓蚀剂未来发展的方向进行了展望.     

铝电解电容器高压电子箔点蚀机理的研究

采用极化曲线和场发射扫描电镜等方法,研究了铝电解电容器高压电子箔在高温强酸性溶液中的点蚀机理。结果表明:在开路状态下铝光箔在硫酸盐酸发孔溶液中可以产生点蚀,测到自腐蚀电位就是点蚀电位;形成隧道孔后,阳极极化曲线出现点蚀电位,且点蚀过电位与隧道孔长度之间存在线性关系。根据点蚀的微电池模型及其在阳极极化下微电池的腐蚀极化图,提出产生上述现象的原因是阳极极化时带孔铝箔的表面由阴极向阳极转变,其转变的临界点即所测到的点蚀电位。     

X65管线钢及牺牲阳极材料在海水环境中的交流腐蚀行为研究

目前针对海洋环境下的管线钢及牺牲阳极交流腐蚀行为研究鲜有开展，为给海管交流腐蚀风险评判以及牺牲阳极在交流干扰下的消耗性能提供参考，通过交流腐蚀模拟试验研究了模拟海水环境中X65管线钢、铝合金和锌合金牺牲阳极在不同交流电流密度下的交流腐蚀行为。结果表明：施加交流干扰后，X65管线钢、铝合金牺牲阳极和锌合金牺牲阳极试样电位均发生负向偏移，且交流电流密度越大，偏移量越大；3种材料的腐蚀速率随交流电流密度的增大而增大，但铝合金的腐蚀速率远大于锌合金和X65管线钢；X65管线钢在0～30 A/m²交流干扰下，呈现均匀腐蚀，当交流电流密度增大至100 A/m²时，表面出现点蚀坑；铝合金在不同交流电流密度下的表面均会产生点蚀，而锌合金材料则以均匀腐蚀为主，海洋环境中锌合金的服役性能优于铝合金。     

磁场作用下十二烷基苯磺酸钠对阳极铝箔的缓蚀性能及比电容的影响

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为缓蚀剂,通过在扩面增容过程中引入磁场系统研究了磁致涡流(MHD,Magnetohydrodynamics)效应对腐蚀箔缓蚀性能及比电容的影响规律。通过XRD、扫描电镜(SEM)、EDS、Tafel极化曲线以及交流阻抗曲线等手段对腐蚀箔的表面晶相、表面/截面形貌、S元素分布以及耐蚀性能进行研究。结果表明,MHD效应提高了电解液中DBS~-、NO_3-向箔面及孔内的传质速率,腐蚀箔表面SDBS吸附量及分布均一性提高,腐蚀箔失重降低耐蚀性能增强;同时蚀孔内NO_3~-含量增加,平均蚀孔长度及比表面积增大。对应的腐蚀箔缓蚀效率提高至62.36%比电容增大至65.39μF·cm~(-2)。与无MHD作用下制备的腐蚀箔相比,MHDT作用下所得腐蚀箔的缓释效率及比电容分别提高了15.10%和10.03%。     

铝箔表面复合阳极氧化膜研究

采用溶液浸渍法在低压腐蚀铝箔表面沉积一层Ti氧化物．然后将试样在有机盐水溶液中阳极氧化至20．0V。在恒流升压过程中,记录电压-时间曲线。借助XPS和XRD等分析手段分析阳极氧化膜结构,并对复合阳极氧化膜的生长机理进行了探讨。结果表明：含Ti处理液浸渍处理后,试样阳极氧化的电压-时间曲线斜率显著增大,阳极氧化膜是由Al2O3和TiO2构成的复合阳极氧化膜,其介电常数高于Al2O3阳极氧化膜,使阳极箔比容提高24．8％。     

颗粒增强铝基复合材料阳极氧化与耐蚀性的研究

基体中加入与铝合金基体电位不同、高体积分数的碳化硅和石墨颗粒增强材料,可能导致材料的耐蚀性降低.采用盐雾腐蚀和硬质阳极氧化方法对4种喷射沉积制备的颗粒增强铝基复合材料和一种喷射沉积锭坯颗粒增强铝基复合材料的腐蚀行为及阳极氧化工艺进行了研究.结果表明,颗粒增强铝基复合材料具有较高的腐蚀率,腐蚀形态均为明显的点蚀;在适当阳极氧化工艺条件下,颗粒增强铝基复合材料表面可以制得优良耐蚀性的硬质阳极氧化膜.     

铝电解电容器用高介电常数复合氧化膜的制备

用水解沉积-阳极氧化法制备高介电常数的Al-Ti复合氧化膜,通过XPS分析Al-Ti复合氧化膜的成分及各元素的相对含量.监测铝电极箔恒电流阳极氧化过程中的升压曲线,对复合氧化膜的介电常数进行理论计算,并测试铝电解电容器的容量及耐久性.结果表明:铝电极箔在含钛无机盐溶液中的最佳处理时间为10min,处理后的铝电极箔阳极氧化速率高于纯铝电极箔,Al-Ti复合氧化膜中的高介电常数相为TiO2.对16V/1000μF规格的铝电解电容器,形成Al-Ti复合氧化膜的样品,容量提高率为23%,且耐久性良好,复合氧化膜介电常数的理论计算值与实验结果较为一致.     

加工缺陷对翅片管式换热器耐腐蚀性能的影响

翅片管式换热器折弯成型过程中会出现翅片包覆铜管不紧密和翅片冲裁及换热器组件胀接过程会有翅片开裂这2种缺陷。通过对缺陷和合格样品进行乙酸盐雾加速腐蚀对比试验发现,腐蚀破坏随机发生在翅片上,按腐蚀形貌分析,属于孔蚀及缝隙腐蚀,这些缺陷并非主要的腐蚀失效诱因。     

化学法增大铝箔表面阳极氧化膜介电常数的研究与进展

目前通过电化学方法增大铝阳极箔的有效表面积已越来越困难,铝电解电容器的阳极箔正面临一场新的技术革新：形成高介电常数的复合氧化膜来提高铝氧化膜的比容。本文对形成复合氧化膜的化学方法,复合氧化膜的生长机理,当前研究热点及形成复合氧化膜技术的未来发展进行了综合评述。     

成形加工和飞行振动对防爆铝箔网力学性能的影响

通过拉伸试验、硬度测试、扫描电镜观察(SEM)以及模拟飞行振动试验,研究了防爆铝箔网的力学性能以及飞行振动对其力学性能的影响.结果表明:防爆铝箔网的成形加工过程对其抗拉强度有显著影响.加工造成防爆铝箔厚度不均匀,使其抗拉强度测试数据表现出很大的分散性.与加工前相比,加工造成的冷作硬化效应使防爆铝箔网材料的平均抗拉强度显著提高.而飞行环境中的长期振动对防爆铝箔网的表面微观形貌、断裂行为、抗拉强度、显微硬度没有可察觉的影响.     

阳极氧化铝作为铝电解电容器阳极箔用的研究

采用直流电阳极氧化法在高纯铝箔上制备了多孔阳极氧化铝(AAO)膜,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)和电化学阻杭谱(EIS)等技术对AAO膜的表面形貌、厚度和比表面电容性质等进行了表征.结果表明,AAO膜由垂直于膜表面的、孔径在60～80nm之间的平行纳米孔道组成,膜的多孔层厚度约为20μm左右;AAO...     

漫谈铝箔的包装市场及其发展趋势

铝箔是一种用金属铝直接压延成的薄片,铝箔用途十分广泛。近些年,铝箔包装市场发展快速,前景十分广阔,无论是消费量还是产品档次都有很大的发展空间。根据铝箔材料的性能特点和主要性能指标,论述了铝箔材料在复合软包装中的应用,介绍了铝塑复合材料包装应用广泛发展快速,研究了铝箔材料部分典型的包装市场,同时指出了铝箔包装发展潜力巨大前景可期。     

金属表面腐蚀孔的矩形模拟算法

为准确计算金属材料表面腐蚀孔的参数,以高压阳极铝箔在直流电侵蚀下形式的表面腐蚀孔为例,提出了一种根据腐蚀孔形状特征设计的矩形模拟算法。利用计算机图像处理技术,提取腐蚀并孔轮廓上的特征凹点,将这些点根据算法进行矩形模拟,从而达到在试样腐蚀孔图像上用矩形块来模拟腐蚀孔的目的。通过试验证明该算法有较好的效果,可为下一步的分析研究工作提供依据。     

基于Ansys的铝箔密封受热温度场研究

目的研究铝箔不同的密封情况对电磁加热过程中铝箔表面温度分布的影响,建立非接触式密封性检测方法的理论依据。方法首先创建感应加热理论的有限元数学模型,计算感应电流产生的焦耳热量,以此为内部热源求解温度场。然后通过有限单元法创建6种不同密封情况的铝箔封口稳态热传导模型,对不同铝箔密封情况在恒定温度条件下进行温度分布的三维分析求解,并采用Ansys软件模拟分析加热温度场下铝箔密封的传热特性。结果得到了各种密封情况对应的温度场图像及温度曲线,其中铝箔密封完好的热图像呈高温闭合且均匀的环状区域,在其温度曲线中,温度集中分布在70～80℃,并具有对称性特点,且有2个高温峰值;另外5种为不成环或成环不均的热图像,表明铝箔密封失败。结论通过研究热温度场分布特性可以判断铝箔封口密封程度,能够为进一步优化非接触式密封性检测的自动化程度提供理论支持。     

日化品瓶铝箔密封性检测方法及其实验研究

目的 提高日化品瓶铝箔密封性的检测准确率。方法 提出一种日化品瓶铝箔密封性检测方法。通过对铝箔密封后的日化品瓶瓶身施加压力,使瓶身产生一定的形变,基于采集施压过程中日化品瓶产生的反作用力,建立空气泄漏模型对日化品瓶铝箔密封性进行判定。设计日化品瓶铝箔密封性测试实验平台,在不同挤压行程和挤压速度下,对日化品瓶铝箔密封性进行实验。结果 将实验得到的数据代入空气泄漏数学模型后得到的泄漏面积数值与实际数值的最大误差为4.5%。结论 日化品瓶铝箔密封性检测方法操作简单、检测精确,为实际生产过程中对日化品瓶铝箔密封性检测提供了依据。     

铝合金6082和5083 MIG焊接头的微观组织和性能

对高速列车车体常用铝合金6082与5083板材进行熔化极氩弧焊(MIG)对接,利用光学显微镜和扫描电镜分析异种材料焊接接头的显微组织特点,利用显微硬度计、拉伸试验机和电化学工作站对接头的力学性能和耐腐蚀性能进行测试和分析。研究结果表明,焊缝成型良好,焊缝区由细小的胞状树枝晶和等轴晶构成,熔合线附近为粗大的柱状晶;焊接接头抗拉强度为199.92 MPa,断后伸长率为5.18%,断裂位置在铝合金6082的焊接热影响区(HAZ),为韧性断裂,接头的正弯性能较差,背弯性能良好;铝合金5083侧的热影响区宽为4mm,6082侧的热影响区宽为15mm,接头两侧的硬度分布有明显差别,在6082侧距焊缝中心12.5mm的显微硬度最低为63HV;6082-5083异种铝合金焊缝的耐蚀性能优于母材5083,但比母材6082差。     

Dual strengthening mechanisms induced by carbon nanotubes in roll bonded aluminum composites

The dual role of carbon nanotubes (CNTs) in strengthening roll bonded aluminum composites has been elucidated in this study. An increase in the elastic modulus by 59% has been observed at 2 vol.% CNT addition in aluminum, whereas tensile strength increases by 250% with 9.5 vol.% CNT addition. CNTs play a dual role in the strengthening mechanism in Al–CNT composite foil, which can be correlated to the degree of dispersion of CNTs in the matrix. Better CNT dispersion leads to improvement of elastic properties. In contrast, CNT clusters in the aluminum matrix impede dislocation motion, causing strain hardening and thus improvement in the tensile strength. Dislocation density of the composites has been computed as a function of CNT content to show the effect on strain hardening of the metal matrix–CNT composite.