时效工艺对3003铝合金阴极箔组织、比电容和表面腐蚀形貌的影响

　　0　引　言

　　阴极箔作为铝电解电容器的引出极，其比电容的提高可以有效提高电容器的比电容。3003铝合金被广泛用作阴极箔材料[1]，在阴极箔制备过程中，通过位错缺陷及第二相析出物与基体的电极电位差，可将其腐蚀成具有大量小孔洞的海绵体结构，增大其表面积，提高比电容[1-2]。

　　Alphen[2]等发现，阴极箔的比电容随其中铜含量的提高以及晶粒尺寸的减小呈上升趋势，织构对阴极箔比电容的影响不大;同时，他们针对析出相提出了弥散分布的原则，并指出细小弥散分布的析出相可以增加 腐蚀孔洞的数量，从而提高比电容。Li[3]等的研究显示，室温下锰在3003铝合金基体中的固溶度很低，且常以MnAl6相的形式析出，而铁在铝中的固溶度更低，但在MnAl6中的固溶度较高，在铝合金基体中常以(Mn，Fe)Al6的形式存在，一定程度上减轻了锰偏析造成晶粒大小不均匀的现象。3003铝合金属于不可热处理强化的合金，一般都不进行时效处理，而且，目前鲜见有专门探讨时效工艺对3003合金阴极箔比电容的影响，为使阴极箔获得细小、弥散分布的第二相，作者尝试设计了7种时效工艺，研究了不同时效工艺对3003铝合金阴极箔中析出相的组织、比电容和表面腐蚀形貌的影响规律。

　　1试样制备与试验方法

　　0.09mm厚3003铝合金阴极箔制备的工艺如下：7.5mm铸轧板→冷轧至5.0mm→均匀化退火(560 ℃ ×25h)→冷轧至0.5mm→中间退火(360℃×3h)→冷轧至0.09mm。其化学成分(质量分数/%)为0.20Cu，0.04Mg，1.20Mn，0.50Fe，≤0.2Si，余Al。

　　对上述0.09mm厚阴极箔进行表1所示的时效处理，再将其冷轧至0.05mm;然后用0.1mol·L-1 NaOH于35℃预处理30s后，再用1.0mol·L HCl和200g·L-1 AlCl3的混合溶液于35 ℃腐蚀30s。

　　采用双臂电桥电阻测量仪测电阻，为了消除接触电势的影响，采用电流换向法，取一个正向读数和一个反向读数，并取两次测量的平均值;采用附带GENESIS 60S型能谱仪(EDS)的FEIQuanta-200型扫描电子显微镜(SEM)观察0.09mm厚试样的微观组织，并进行成分分析;采用JEOL-2010型透射电镜(TEM)观察0.05mm厚试样的微观形貌，加速电压为200kV，薄片采用机械抛光之后电解液双喷减薄，电解液为30%HNO3+70%CH3OH，电解液温度约为-30℃;物相分析测试采用RigakuD/Max　2500型18kW转靶X射线衍射仪(XRD)，扫描角度为20°～80°，步长为2°;采用JCC的标准测阴极箔的比电容。

　　2试验结果与讨论

　　2.1对比电容、电阻率的影响

　　由表1可知，80℃时效工艺下获得的比电容均较大，其中80℃×3h时效后阴极箔的比电容达最大值，为580μF·cm^-2。由表1还可以看出，0.05mm厚阴极箔的电阻率随时效温度的升高呈上升趋势，且相同时效温度下电阻率随时效时间延长而增大(160℃时例外)，80℃×3h时效处理后阴极箔的电阻率最低。研究显示[4]，退火过程中3003铝合金电阻率的变化取决于合金中第二相粒子的析出以及点阵缺陷的消失这两个方面，由点阵缺陷引起的电阻率的降低远小于第二相粒子从基体中析出引起的电阻率降低，因此本试验中电阻率的变化主要归因于时效过程中第二相粒子的析出。3003铝合金的电阻率ρ与固溶体中合金元素之间的关系可以表达为[5]