铝电解电容器阳极化成箔的腐蚀和形成.doc

铝电解电容器阳极化成箔的腐蚀和形成铝的化学符号为Al，原子量是27.0，原子序号为13，表示有13个电子。其外层电子数为3，因此电离时可失去3个电子成为3价阳离子。金属铝属于白色的轻金属，具有比重轻，易加工的特性，并且有良好的导电性和导热性，还具有较强的耐蚀性。一、铝箔的腐蚀铝电解电容器的最大优点是单位体积的电容量大。这是由于铝电解电容器所用的阳极箔经过化学腐蚀和电化学腐蚀的处理扩大了表面积。由于铝箔中夹杂着Cu、Fe、Pb这类电极电位比Al高的金属元素，它在盐酸等电解质溶液中的腐蚀行为；阳极区： Al3e=Al3+ Al3+nH2O= Al3+ nH2O金属/溶液界面 Al3+3Cl-= AlCl3阴极区： 2H+2e=H2扩大铝箔表面积有各种方法，例如有化学腐蚀法、直流腐蚀法、交直流腐蚀法、交流腐蚀法、置换反应等。1、化学腐蚀法由于铝具有两性性质，它在酸和碱液中都可以被腐蚀。酸具有强烈的侵蚀的作用，尤其是盐酸及其盐类，它能侵蚀铝箔表面的缺陷部位，形成腐蚀的起点，就其腐蚀机理来讲，主要包括溶解性的腐蚀和局部微电池腐蚀；铝箔在碱液中其腐蚀形态主要是平面型腐蚀为主。2、直流腐蚀法直流腐蚀法是将铝箔作为电源的正极，另一导体作为电源的负极，在盐酸等电解液中施加直流电。选择适当电流密度、溶液浓度、溶液种类和液温等腐蚀参数，这些参数右根据腐蚀箔的不同要求来加以确定。因此，到目前为止该腐蚀法仍得到广泛地应用。高压用和闪光灯用阳极铝箔多数采用直流腐蚀方法。直流腐蚀是隧道型腐蚀，影响隧道腐蚀的因素有：腐蚀液的组分和温度、电蚀时间、极化电位或电流、铝箔表面状态晶体结构等。其中影响最大是极化电压或电流、腐蚀液CL-含量和腐蚀温度。极化电位的高低对蚀坑密度、蚀坑生长方向及生长速度和隧道长度产生重大影响。液温升高，隧道生成速度上长，而隧道宽度会变窄。3、交流法腐蚀法。交流腐蚀原理基本同直流腐蚀法，只不过铝箔处于交流正半周时，铝箔被腐蚀而处于负半周时不起腐蚀作用。交流腐蚀能使铝箔表面产生高密度均匀微细蚀坑能获得最大的腐蚀箔比表面积，因此它广泛地应用于低压箔腐蚀中。腐蚀电流的频率也有极大的影响，实验表明频率增加，点蚀孔减小，蚀坑密度增大，蚀孔分布均匀性提高，有利于铝箔比容增加。当频率增加到某一临界值时，由于点蚀孔径太小，易使蚀孔合并成大孔。导致铝箔的比表面积减少，比容C下降。随着电流密度增加，比容增大，但电流过大时，蚀孔生成大快，容易引起腐蚀膜脱落，造成比容C减少。随着腐蚀时间延长，蚀孔充分生长，但是腐蚀时间过长，则使铝箔减薄而达不到扩大表面的目的， 因此，影响铝箔腐蚀质量的因素很多，必须综合考虑腐蚀液配方，腐蚀液温度、腐蚀时间、电源的频率和电流密度等影响，从中优选腐蚀工艺参数。腐蚀本质上是电化学过程，影响铝箔腐蚀一是与铝金属本身有关的内在因素，如铝的性质、组成、结构和表面状态经及有无机械形变和内应力存在等；二是与腐蚀有关的外界因素和腐蚀液的组分、浓度、液温、腐蚀液流动状态以及外加电流的大小、频率等。下面是与铝箔腐蚀有密切关系的因素：（1）铝箔纯度的影响 （2）机械形变和内应力的影响。（3）热处理的影响。（4）电解质溶液PH值的影响。（5）腐蚀液的成分及浓度的影响。（6）腐蚀液温度和电流密度的影响。 （7）腐蚀时间长短的影响二、铝箔的形成铝箔的形成又称化成、赋能。形成就是将腐蚀后的铝箔进行阳极氧化，使之在其表面上生成一层结构致密的-AL2O3膜，它将作为电解电容器的绝缘介质。铝在氧化过程会而生成一层氧化物，它不但具有绝缘性，而且具有单向导电性质，因此常把这类金属称为阀金属。具有这种性质的金属有铝（Al）、钽（Ta）、铌（Nb）、钛（Ti）、等。电解电容器最常用的铝、钽，其次为铌。铝箔表面处理的一般工艺流程图低压：一级化成 馈电1 二级化成 三级化成 馈电2四级化成（1） 极化处理 四级化成（2） 焙烧 四级化成（3）高压：前处理 一级化成 二级化成 三级化成 四级化成（1）焙烧 1 四级化成（2） P处理 四级化成（3） 焙烧 2四级化成（4） 后处理铝的氧化规律比较复杂，它与环境条件如电流密度、温度及溶液介质等密切相关。电流密度对氧化膜的影响形成绝缘性氧化膜的结构受电流密度影响极大。电流密度较小时，Al3+与OH-、O2-的结合在较低温度下缓慢进行，氧化生产水铝土或类似水铝土之类的含水量多的无定型Al2O3，反之在较大电流密度下生成的含水量较少Al2O3。一般情况下，电流密度大、液温高能得到含-Al2O3结构多的氧化膜，但如果形成电流密度过大，则会高温激烈氧化而生成氧化膜-Al2O3速率过快，容易造成氧化膜质量缺陷过多，同时化成箔所获得的电容量较小。2、温度对氧化膜的影响 一般来说溶液温度越高得到含-Al2O3结构较多的氧化膜，但由于受设备结构的影响以及形成过程工艺稳定性的考虑，一般形成液温度控制在8095之间。3、 形成液体系对氧化膜的影响（1）硼酸系化成液纯硼酸水溶液的电阻极大，所以铝箔化成时的火花电压亦高。因而制造高电压（450500WV）的电解电容器用阳极铝箔以纯硼酸系化成。硼酸液中掺入碱类和铵盐（铵水、硼砂、五硼酸铵等），则电阻降低而PH值增加，电阻降低可使在溶液中电能损失减少，不过，碱类如果过量就会生成大量氢氧化物而使氧化膜的性质劣化，因此碱类的添加量以溶液不变成碱性为好，同时，随着碱量的增加闪火电压下降，因此碱类添加量受化成电压所限制。目前硼酸系列化成液仅在较高电压化成（约200V以上）方面才使用。虽然这种化成液也可以用于低电压化成方面，但形成后的容量相比其他体系的化成液要较小，故在低电压形成中不使用。（2）、己二酸系化成液有机酸分子都带有羧基（COOH），羧基在水中电离生成H+而显出酸性。一般有机酸皆非强酸，因而几乎都可供制造化成液用，有机酸种类多，唯独以己二酸最容易使用。此酸为带有二个羧基的极弱酸，与铝及其氧化物几乎不发生作用，尤其以氨水中和至适当PH值的己二酸铵，不仅电阻系数低且对铝及其氧化物都不发生反应，可广泛当作化成液使用。利用己二酸系化成的腐蚀铝箔，在相同化成电压下的容量，一般都比其他化成液所得到的铝箔容量高，己二酸系溶液最大特点在于电阻系数低。以己二酸系溶液化成之后如果再入磷酸系溶液中施以最后的精致化成则可得到良好效果。三、磷酸系化成液磷酸比硼酸酸性强，对铝金属稍有腐蚀性，所以浓磷酸不适用化成液用。而以碱类中和得到磷酸二氢铵溶液在化成某些方面却显出非常优越的效果，含有少量磷酸根的铝金属氢氧化膜及氧化膜对水合作用具有特殊的安定性。一般在化成的末段工序使用磷酸系化成液效果会更佳。三、电极箔的基本定义和性能参数1、 腐蚀箔 经过化学或电化学腐蚀处理后的铝箔。2、 化成箔 箔的表面经过电化学阳极氧化生成作为介质的铝氧化膜（Al2O3）的处理的铝箔3、 化成电压（Vfe） 铝箔进行化成处理时，所加的最终电压。4、 额定化成电压(Vf) 化成箔表面氧化膜的额定耐压值，为交易双方间所协定的耐压值。5、 额定工作电压(Wv) 铝电解电容器额定工作电压值。6、 升压时间（Tr） 对化成箔按规定电流升压到化成箔额定化成电压（Vf）的90%值（Vr）所用的时间。Tr值低者为优。7、氧化膜耐压值（Vt） 以氧化膜耐电压测试法得到的从升压时间（Tr）开始后3分钟之电压值。8、 耐水性试验 化成箔在95纯水中处理60分钟后的稳定性试验。9、 沸水处理后升压时间（Tr60） 化成箔经沸水处理