氧化模板在電子鋁箔腐蝕中的應(yīng)用

楊 琴

(新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院， 新疆 烏魯木齊 830054)

氧化模板在電子鋁箔腐蝕中的應(yīng)用

楊 琴

(新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院， 新疆 烏魯木齊 830054)

通過控制鋁多孔氧化膜的孔徑及分布，獲得了適合鋁電解電容器發(fā)孔的氧化鋁模板；通過減薄阻擋層厚度工藝及腐蝕工藝的調(diào)整，獲得了孔洞分布均勻的腐蝕箔，為開發(fā)高容量節(jié)能鋁電容器新腐蝕工藝提供了新思路。

高純鋁箔; 多孔氧化膜; 腐蝕

高壓鋁箔的純度及軋制工藝的差異常對其腐蝕發(fā)孔造成不利影響。具體表現(xiàn)在其表面狀態(tài)(雜質(zhì)、缺陷密度及其分布、氧化膜厚度等)對初始蝕孔的分布密度及蝕孔生長的影響以及表面狀態(tài)的不均勻性導致初始蝕孔引發(fā)的隨機性，從而不能有效地大幅度擴大腐蝕箔的表面積。本文采用陽極氧化的方法在高純鋁箔表面形成一層多孔氧化膜。利用多孔氧化膜表面的多孔層厚而疏松，具有均勻分布孔洞的特點，通過控制陽極氧化條件，調(diào)整孔洞大小、密度及分布，從而控制初始蝕孔的分布，減少腐蝕箔孔洞分布的隨機性。該技術(shù)可提高單位面積孔的密度及分布，有效提高靜電容量，進而顯著減小鋁電解電容器的體積，減少高純鋁資源的消耗，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

1 實驗

1.1 制備鋁多孔氧化膜

實驗所用試劑除磷酸為電容級外均為AR級。A溶液為磷酸、草酸及其它兩種添加劑；B溶液為15%的磷酸溶液；C溶液為鹽酸及硫酸的混和溶液。實驗原料采用新疆眾和股份有限公司生產(chǎn)的電解電容器用高純鋁箔，用2%的NaOH在60 ℃下清洗3 min除去表面油脂及天然氧化膜，去離子水清洗后，在陽極氧化溶液中加直流電進行陽極氧化。采用恒流升壓300 V后，再恒壓降流400 s。

1.2 減薄多孔氧化膜阻擋層

將制備好的多孔氧化膜樣片在10～60 ℃、15%的磷酸溶液中浸泡1～30 min后，采用電流回復的方法[1]給樣片加100 V、500 mA的電流，開始電流很小，后升至500 mA，再將電壓降10 V，電流下降至0 mA，后緩慢上升至500 mA，重復此操作，至電壓降至1 V。

1.3 腐蝕形成孔洞

將經(jīng)過以上兩步處理的箔片用去離子水清洗后，在50～85 ℃、2%～6%的鹽酸及硫酸混和溶液中加電腐蝕。

1.4 電解拋光

由于腐蝕后箔面存在許多腐蝕產(chǎn)物，覆蓋了腐蝕孔洞，為了便于觀察腐蝕結(jié)果，對腐蝕后產(chǎn)品進行了電解拋光處理。

1.5 表征儀器

掃描電子顯微鏡(德國ZEISS，EV050型)研究腐蝕箔的表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽極氧化膜形貌及特點

圖1是多孔氧化膜的截面及表面圖(背面形貌圖上的孔洞是由剝膜液腐蝕所致)，圖2是多孔氧化膜浸泡前后對比圖，從圖中可以看出氧化鋁的多孔膜結(jié)構(gòu)：在緊靠金屬鋁一側(cè)是一層薄而致密的阻擋層， 其上是比較厚而疏松的多孔層。多孔層的膜胞為六角形緊密堆積柱狀結(jié)構(gòu)，膜胞中心是圓形孔?？酌芏群蜕疃染赏ㄟ^改變電解質(zhì)的種類、濃度、陽極氧化的電壓、時間以及最后的擴孔工序來調(diào)節(jié)[2]。通過調(diào)節(jié)溶液成分，已獲得氧化單元(孔徑+孔壁)為600～800 nm、孔徑為400 nm的多孔氧化膜，孔壁阻擋層厚度近似等于孔底阻擋層厚度的兩倍，這些特征完全符合多孔氧化膜模型特點[3]。

圖1 多孔氧化膜形貌圖

2.2 阻擋層的減薄

由于溶液攪拌，局部存在溫差、濃度差，同時多孔氧化膜中心的孔洞也是選擇生長的[4]，所以表面孔洞與底部孔洞形貌不同。與溶液接觸的多孔氧化膜表面一般是雜亂無序的，而底部孔洞由于多孔氧化膜的自組裝生長，形成緊密排列的六角形結(jié)構(gòu)，所以在加電腐蝕前需采取措施將表面雜亂無序?qū)映?，將其?0～60 ℃、5%～15%的磷酸溶液中浸泡1～20 min，除去表面層以獲得有序的表面，并將表面孔洞孔徑擴大，以利于后續(xù)腐蝕發(fā)孔。

圖2 多孔氧化膜表面形貌對比

由于多孔氧化膜與鋁基體間存在著一層致密均勻的阻擋層，具有很高的電阻，這一特點常被應(yīng)用于鋁的抗腐蝕、抗磨損、絕緣性及表面裝飾，如果在多孔氧化膜上直接加電腐蝕，根本行不通。所以必須采取一定措施減薄阻擋層或者除去阻擋層，同時保存多孔氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)。采用電流回復的方法可減薄阻擋層，在隨后進行的腐蝕發(fā)孔實驗中，鋁基體發(fā)孔均勻，多孔氧化膜保存完整，如圖3所示。說明了電流回復方法減薄阻擋層的有效性。

圖3 腐蝕后的多孔氧化膜形貌

2.3 腐蝕形成孔洞

圖4是空白樣片與形成多孔氧化膜后腐蝕的樣片的形貌對比照片。從圖中可以看出，沒有多孔氧化膜的樣片并孔和不腐蝕區(qū)很多，且表面存在許多橫向腐蝕，這就說明箔面存在平削，影響了箔片的機械強度，而通過多孔氧化膜進行腐蝕的樣片腐蝕比較均勻，并孔及不腐蝕區(qū)基本沒有，孔徑基本分布在600 nm左右，與多孔氧化膜的氧化單元尺寸及密度相符，同時在一定程度上抑制了箔片的全面溶解。

腐蝕后掃描電鏡照片經(jīng)微觀形貌圖像分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理后，得圖5、圖6。

從中可以看出，經(jīng)多孔氧化膜腐蝕后的箔片孔徑大部分分布在650 nm左右，孔間距也呈正態(tài)分布，說明腐蝕經(jīng)氧化膜膜板孔洞發(fā)孔，有氧化膜的部分未腐蝕發(fā)孔部分，起到了控制蝕孔形成位置的作用，從而證明氧化膜模板技術(shù)可以有效改善傳統(tǒng)電極箔生產(chǎn)中蝕孔隨機形成的現(xiàn)狀，達到了均勻形成蝕孔，并控制了箔面全面腐蝕問題，較大程度增加了產(chǎn)品的靜電容量，從而可有效減小電容器體積。

圖4 有無多孔氧化膜腐蝕發(fā)孔的對比照片

圖5 腐蝕孔孔徑分布圖

圖6 腐蝕孔孔間距分布圖

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過陽極氧化處理后的鋁箔，表面覆蓋了一層耐腐蝕的氧化膜層，同時具備有均勻分布、大小均一的孔洞，利用多孔氧化膜上的孔洞作為鋁箔腐蝕蝕孔形成的起始點，從而控制腐蝕箔上的孔洞分布。

(2)電流回復方法可有效減薄陽極氧化膜孔底阻擋層厚度，孔壁厚度不變，保留了多孔氧化膜的結(jié)構(gòu)，為進一步腐蝕發(fā)孔創(chuàng)造良好條件。

(3)通過陽極氧化膜進行腐蝕形成孔洞，可以在一定程度上抑制鋁箔的全面溶解，為開發(fā)新的腐蝕工藝，減小電容器體積，減少高純鋁資源的消耗提供新思路。

[1] 曾凌三．鋁陽極氧化膜的剝離與剝離膜的性質(zhì)[J]. 電鍍與涂飾，1997，15(2)：24-27.

[2] 田玉明，徐明霞，鄂磊，等. 氧化鋁多孔膜的制備及其應(yīng)用研究新進展[J].化工進展，2005,24(8)：849-853.

[3] 陳國光，曹婉真.電解電容器[M].西安：西安交通大學出版社,1993.

[4] 徐源G.E.Thompson G.C.Wood. 多孔型鋁陽極氧化膜孔洞形成過程的研究[J].中國腐蝕與防護學報，1989，9(1)：1-10.

Application of Anodic Aluminum Oxide in Electronic Aluminum Foil Etch

YANG Qin

The etching aluminum foil which is suited to aluminum electrolyte capacitor is obtained by controlling holes diameter and distribution of anodic aluminum oxide. And the etching foil with homogenous etching-hole is also obtained by reducing the thickness of barrier layer and adjusting etching process. From above methods, it provides a new thought for exploiting new etching process to obtain high capacity and energy saving aluminum electrolyte capacitor.

high-pure aluminum foil; anodic aluminum oxide; etching

2014-03-21

楊琴(1974—)，女，陜西韓城人，大學本科，副教授，主要從事數(shù)學及化學教學及研究工作。

TM535

A

1008-5122(2014)04-0026-03