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退火时间对电解电容器高压铝箔腐蚀发孔的影响1

杨宏，毛卫民
北京科技大学材料学系，北京(100083)
E-mail：[e-mail]
摘要：利用X射线衍射、扫描电子显微镜、电化学腐蚀等手段，观察和分析研究了不同
退火保温时间对电解电容器高压铝箔立方织构占有率和铝箔表面腐蚀发孔的影响。结果表
明，随着退火加热时间的延长立方织构占有率始终保持较高的水平，而铝箔表面发孔率和发
孔均匀性不断得到明显改善。分析表明，铝箔表面微量铜原子的分布随加热时间延长而均匀
化，导致了发孔特性的改善。这种改善也可以通过熔铸均匀搅拌或增强热轧板坯均匀化退火
实现。
关键词：高压铝箔，退火，立方织构，腐蚀发孔
中图分类号：TG146.2
1.引言
随着全球电子工业的高速发展，信息电子产品的微小型化已成为人们重点的追求目标，
因而要求电子元器件产品的全面微小型化。其中，铝电解电容器类小型化的关键是提高阳极
铝箔的比电容[1-2]。高压阳极铝箔通常含有微量的铜元素，以保证实现高立方织构和高发孔
率[3]。实践中观察到，在织构和成分合格的情况下铝箔的腐蚀发孔行为也会发生很大变化，
这应与铝箔不适当的加工过程有关，需要作进一步的分析。
2.实验材料
在市场上选取厚度为0.115mm的国产电解电容器用高压阳极铝箔了冷轧试样，其化学
成分如表1。
表1高压阳极铝箔化学成分(wt.10-4%)
FeSiCuMgAl(%)
91145899.9927
将冷轧铝箔样品在520oC进行1h、2h、4h和8h不同时间的实验室真空退火加热，并随
后空冷。利用D5000-X射线衍射仪测量铝箔{111}、{200}、{220}和{113}极图并计算取向分
布函数，由此计算出铝箔立方织构占有率[4]。在HCl溶液中对退火试样进行表面电化学发孔
试验；其电流密度为200mA/cm2，实验温度为80oC，发孔腐蚀时间为120s。用扫描电子显
微镜观察了铝箔表面的腐蚀组织。
3.实验结果
图1和图2给出了不同退火加热时间条件下，铝箔表面腐蚀发孔的低倍和高倍组织。观
察发现，随退火加热时间的延长铝箔表面发孔率和发孔均匀性不断得到明显改善。加热1h
时铝箔表面覆盖着大面积的未发孔区，呈黑灰色(图1a、2a)。加热时间延长至2h、4h时呈
黑灰色区有所减少(图1b、1c、2a、2c)。加热8h时铝箔的黑灰色区基本消失(图1d、2d)，
表面呈现很高的发孔率以及均匀的腐蚀孔分布。

1本课题得到国家自然科学基金（No.50571020）和高等学校博士学科专项科研基金（No.20040008010）的
资助。

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图1退火加热时间对高压铝箔表面腐蚀发孔低倍组织的影响

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图2退火加热时间对高压铝箔表面腐蚀发孔高倍组织的影响

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表2给出了实验室真空退火铝箔的立方织构占有率。可以看出，不同退火加热时间均使
铝箔立方织构占有率超过90%，达到很高的水平。
表2实验室真空退火铝箔的立方织构占有率
520oC加热时间1h2h4h8h
立方织构占有率96.35%96.44%95.95%93.59%
4.讨论

由表1可以看出，铜是铝箔中最主要的合金元素。在腐蚀介质中铜离子通常是一种比铝
离子标准电极电位更高的元素。均匀分布于铝箔表面的铜可借助源电池的原理促进铝箔的腐
蚀发孔[3,5,6]。然而，铜在铝箔中的扩散速度很慢[7]，在铝锭熔铸过程中容易形成铜元素的不
平衡偏析。在后续加工过程中，如果相关的热过程不够充分，则会造成铝箔表面铜元素明显
的不均匀分布，进而影响到后续腐蚀发孔时的发孔率和发孔均匀性(图1a、2a)。
本试验中，随冷轧铝箔退火保温时间的延长，铜原子以及其它微量原子得以在铝箔表面
较充分的扩散并均匀分布，从而增强了腐蚀发孔时微量铜对提高发孔率和发孔均匀性的促进
作用(图1d、2d)。
上述分析说明，在试验铝箔的加工过程中其化学成分的均匀性没有得到足够的控制。这
种控制可能包括铝锭的熔铸搅拌过程，热轧板坯的均质化加热过程，或成品铝箔的退火过程
等。本实验对冷轧铝箔保温时间的延长起到了使铜均匀化分布的作用，造成铝箔后续腐蚀发
孔的均匀化转变。
由此可以体会，熔铸阶段的微量元素调整工艺以及均匀化搅拌工艺对最终铝箔微量元素
分布的均匀性有非常重要的影响；可考虑采用电磁搅拌方式促进微量元素的均匀化分布。另
外，板坯热轧之前的均匀化退火或扩散退火也会对微量元素的均匀化有重要的影响。通常，
在前道工序实现成分均匀化会比后移均匀化工序有多方面的