不同波形交流波形對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展方向不僅是傳統的精細、薄型、低低頻、寬溫長壽、高性能化等。隨著人們生活水平的提高，人們對各種電子產品的特殊要求越來越多。包括移動電子線路電源的電壓降低，這相當于技術的發展方向，這意味著鋁電解電壓裝置呈現出高產、低能耗、高溫長壽、高性能等特點。傳統的低壓腐蝕生產工藝采用正弦波交流電侵蝕技術,該工藝雖然電源設備簡單、成本低,在工業應用上有顯著優勢,但其技術經過了幾十年的研究和突破,鋁箔交流腐蝕擴面率仍與理論值相差甚遠,可調整的工藝參數較少,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、時間)等因素,關系非常復雜。目前大量的研究限于對腐蝕液配方、電流密度、溫度、時間的研究,也有少量的頻率影響規律的研究。一直處在鋁電解電容器用鋁箔的研究與生產前沿的日本,早在二十世紀九十年代就開始研究正弦波以外的波形對鋁箔腐蝕的影響規律,并成功應用于工業化生產中。國內也有對不同波形進行研究的先例,但數量非常少。為此筆者進行了不同于正弦波的其他波形對電子鋁箔腐蝕形貌及電性能的影響規律的研究。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極退火光箔,厚度90μm,純度大于99.99%。實驗過程:40℃下采用質量分數2%的NaOH溶液化學處理60s,除去氧化膜及表面油污和雜質,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行30,60,80,132V化成。1.1流交流電源測試采用韓國PNEsolution公司生產交流變頻電源,頻率可調范圍0～200Hz;采用的化學試劑均為分析純。樣品表面形貌用ZEISS-EVO50型掃描電鏡進行觀測。1.2波幅采用不同交流電波形對鋁箔進行腐蝕,其波形如圖1所示。2結果和討論2.1電流波形的并孔通過對不同波形和頻率交流電形貌的多次實驗和觀測,發現采用1Hz腐蝕頻率能夠較好地反映不同波形對電子鋁箔腐蝕形貌的影響規律。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;方波所產生的孔徑最細密;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不變期時,易產生并孔。(2)方波電流大小不變期較多,并孔最多。可能是因為電流在瞬間升至很大,活性點區開始發孔,保持電流大小不變,比較其他波形,保持峰值電流時間較長,電流密度在活性點處很大,因而孔密度大,其他區域反而沒有發孔的機會,而在下一周期,大電流會使電流更加集中在已活化的蝕坑上,導致并孔,宏觀觀察箔片上有許多黑點。(3)梯形波雖然存在一段電流大小變化不變期,但一個周期也存在四段電流大小在變化的時間,因而并孔比方波少。(4)變形正弦波較之正弦波,一個周期存在四個峰值電流,發孔幾率比正弦波要大,因而也易出現并孔。(5)對于三角波和正弦波來說,電流始終處于變化過程中,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間內保持恒定,就能保證蝕坑有縱向發展的機會,同時電流大小的不變又能引發新的點蝕的萌生。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)、加電時間90s,在己二酸銨溶液里進行30,60,80,132V化成,測其CV(指靜電容量與耐壓值的乘積)值變化規律(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,這與正弦波微觀孔洞大而淺恰好對應;而三角波也是這種變化趨勢,可能是因為腐蝕頻率高導致并孔,并孔對CV值有較大貢獻所致;(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,而在50Hz狀態下CV值呈上升趨勢,因為其一段電流大小不變期,50Hz電流方向變化頻次高,在下一周期,大電流會使電流更加集中在已活化的蝕坑上,為發孔少并孔多所致,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肯定會有較大提高。3影響面形貌的因素不同交流電波形因為波形設置不同,電流大小變