不同波形交流波形对低压铝合金腐蚀形貌及电性能的影响

不同波形交流波形对低压铝合金腐蚀形貌及电性能的影响

目前，铝电解电压装置的发展方向不仅是传统的精细、薄型、低低频、宽温长寿、高性能化等。随着人们生活水平的提高，人们对各种电子产品的特殊要求越来越多。包括移动电子线路电源的电压降低，这相当于技术的发展方向，这意味着铝电解电压装置呈现出高产、低能耗、高温长寿、高性能等特点。传统的低压腐蚀生产工艺采用正弦波交流电侵蚀技术,该工艺虽然电源设备简单、成本低,在工业应用上有显著优势,但其技术经过了几十年的研究和突破,铝箔交流腐蚀扩面率仍与理论值相差甚远,可调整的工艺参数较少,很难有较大突破。影响低压交流腐蚀的因素有很多,除了表面质量以外,还有腐蚀液配方、电源的选择(频率、波形等)、腐蚀工艺(电流密度、温度、时间)等因素,关系非常复杂。目前大量的研究限于对腐蚀液配方、电流密度、温度、时间的研究,也有少量的频率影响规律的研究。一直处在铝电解电容器用铝箔的研究与生产前沿的日本,早在二十世纪九十年代就开始研究正弦波以外的波形对铝箔腐蚀的影响规律,并成功应用于工业化生产中。国内也有对不同波形进行研究的先例,但数量非常少。为此笔者进行了不同于正弦波的其他波形对电子铝箔腐蚀形貌及电性能的影响规律的研究。1腐蚀溶液及加电腐蚀液制备样品采用新疆众和股份有限公司低压阳极退火光箔,厚度90μm,纯度大于99.99%。实验过程:40℃下采用质量分数2%的NaOH溶液化学处理60s,除去氧化膜及表面油污和杂质,用去离子水清洗,在腐蚀溶液中浸泡60s,目的是消除箔面残留水分的影响,腐蚀溶液成分为质量比10∶1的盐酸与硫酸的混合溶液,加少量添加剂(目的是缓蚀作用),0.333mol/L铝离子(目的是缓蚀作用),然后加电腐蚀。腐蚀样片在150g/L己二酸铵溶液中分别进行30,60,80,132V化成。1.1流交流电源测试采用韩国PNEsolution公司生产交流变频电源,频率可调范围0～200Hz;采用的化学试剂均为分析纯。样品表面形貌用ZEISS-EVO50型扫描电镜进行观测。1.2波幅采用不同交流电波形对铝箔进行腐蚀,其波形如图1所示。2结果和讨论2.1电流波形的并孔通过对不同波形和频率交流电形貌的多次实验和观测,发现采用1Hz腐蚀频率能够较好地反映不同波形对电子铝箔腐蚀形貌的影响规律。图1为1Hz条件下正弦波、三角波、方波、梯形波及变形正弦波腐蚀铝箔的表面形貌。从图2可以看出:(1)正弦波和三角波形貌相似,孔径也较大;方波所产生的孔径最细密;而方波、梯形波和双正弦波并孔较多。由此得出如果电流波形有一段平稳不变期时,易产生并孔。(2)方波电流大小不变期较多,并孔最多。可能是因为电流在瞬间升至很大,活性点区开始发孔,保持电流大小不变,比较其他波形,保持峰值电流时间较长,电流密度在活性点处很大,因而孔密度大,其他区域反而没有发孔的机会,而在下一周期,大电流会使电流更加集中在已活化的蚀坑上,导致并孔,宏观观察箔片上有许多黑点。(3)梯形波虽然存在一段电流大小变化不变期,但一个周期也存在四段电流大小在变化的时间,因而并孔比方波少。(4)变形正弦波较之正弦波,一个周期存在四个峰值电流,发孔几率比正弦波要大,因而也易出现并孔。(5)对于三角波和正弦波来说,电流始终处于变化过程中,形成的并孔较少,而正弦波除峰值电流处的电流变化小外,其余部分电流变化率都不同,三角波则不同,其电流的变化率在一段时间内保持恒定,就能保证蚀坑有纵向发展的机会,同时电流大小的不变又能引发新的点蚀的萌生。三角波孔小密度大孔深,而正弦波孔尺寸大而浅,因此就阳极电流变化速率而言,三角波是最佳波形。2.2静电压最佳波形的确定采用不同波形、频率分别为1,10,20,50Hz相同电流及腐蚀时间制备样品,样品面积为56cm2,腐蚀电流密度0.625A/cm2(峰值电流密度)、加电时间90s,在己二酸铵溶液里进行30,60,80,132V化成,测其CV(指静电容量与耐压值的乘积)值变化规律(采用CV值而不直接采用静电容量比较,是考虑到相同化成电压不同样片的耐压值略有不同的原因),如图3所示。从图3的曲线可以看出不同波形都有CV值的最佳条件:(1)正弦波和三角波基本是随着频率的增加,CV值呈上升趋势,这与正弦波微观孔洞大而浅恰好对应;而三角波也是这种变化趋势,可能是因为腐蚀频率高导致并孔,并孔对CV值有较大贡献所致;(2)梯形波在不同化成电压下与其他波形相比,CV值随频率增加呈下降趋势,而在50Hz状态下CV值呈上升趋势,因为其一段电流大小不变期,50Hz电流方向变化频次高,在下一周期,大电流会使电流更加集中在已活化的蚀坑上,为发孔少并孔多所致,在不同频率条件下较高化成电压下其CV值较高,说明其并孔起到了较大作用;(3)方波电流大小不变期较多,并孔最多,因此相比而言,低频低电压化成的CV值反而最高;(4)对于不太常用的变形正弦波比较适用于10,20Hz两种频率。如果在不同腐蚀阶段选择适合的波形和频率,电子铝箔的性能指标肯定会有较大提高。3影响面形貌的因素不同交流电波形因为波形设置不同,电流大小变