Способ получения травленой катодной алюминиевой фольги, изготовленной из алюминия высокой чистоты, легированного скандием.



Способ получения травленой катодной алюминиевой фольги, изготовленной из алюминия высокой чистоты, легированного скандием.
Способ получения травленой катодной алюминиевой фольги, изготовленной из алюминия высокой чистоты, легированного скандием.

 


Владельцы патента RU 2588942:

Открытое акционерное общество "Элеконд" (RU)

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению травленой конденсаторной алюминиевой фольги. Способ получения травленой катодной конденсаторной алюминиевой фольги, содержащей 0,001-0,1 мас.% скандий, толщиной 20-60 мкм, включает легирование алюминия высокой чистоты скандием, горячую прокатку и холодную прокатку до толщины 20-60 мкм, при этом легирование осуществляют путем добавления к алюминию чистотой 99,99% лигатуры Al-Sc2% в соотношении по массе от 1:2000 до 1:20, а после холодной прокатки гладкую фольгу подвергают электрохимическому травлению в водном электролите, содержащем, г/л: NaCl - 150-300, Na2SO4 - 15-30, полиэтиленгликоль - 0,1-1, при температуре 85-95°С и плотности тока - 0,5-0,7 А/см2. Изобретение направлено на повышение электромеханических характеристик, в частности получение конденсаторов с высоким удельным зарядом, и улучшение свариваемости и коррозионной стойкости. 2 пр., 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к производству алюминиевых электролитических конденсаторов, в частности к способу получения травленой катодной конденсаторной алюминиевой фольги. Способ получения травленой катодной конденсаторной алюминиевой фольги включает создание легированной скандием в количестве 0,001-0,1 мас. % гладкой алюминиевой фольги из алюминия высокой чистоты (99,99%) при добавлении к алюминию 2%-ной алюминий-скандиевой лигатуры (Al-Sc2%) в соотношении от 1:2000 до 1:20 по массе, включающий в себя плавку шихты, образованной добавлением лигатуры Al-Sc2% к алюминию высокой чистоты (99,99%) в соотношении от 1:2000 до 1:20 по массе, с последующим получением цилиндрических отливок и их рафинированием (или сегрегацией) и гомогенизацией и затем метода горячей прокатки с последующей холодной прокаткой до толщин 20÷60 мкм, электрохимическое травление полученной исходной фольги, с такими техническими результатами, как снижение толщины катодной фольги более чем в два раза, по отношению к типовому способу получения травленой катодной алюминиевой фольги, при сохранении значений электромеханических характеристик, и улучшенными показателями в отношении способности к сварке, обеспечивающие создание алюминиевых электролитических конденсаторов с высоким удельным зарядом.

Емкость конденсатора прямо пропорциональна эффективной площади поверхности электродов. Для увеличения эффективной площади поверхности алюминиевой фольги обычно применяется электрохимическое травление, при котором соблюдаются следующие принципы: общая толщина алюминиевой фольги не должна стравливаться, развитие эффективной поверхности прямо пропорционально съему металла. Съем металла снижает площадь поперечного сечения фольги, что приводит к снижению механических характеристик травленой алюминиевой фольги, таких как прочность на изгиб и прочность на разрыв. Если увеличить механическую прочность исходной алюминиевой фольги, это позволит снизить площадь поперечного сечения травленой фольги и позволит увеличить эффективную поверхность.

Для придания металлу или сплаву определенных свойств применяют легирование небольшими концентрациями определенных примесей. Наиболее стабильные результаты в легировании с высоким усвоением легирующего элемента получаются с помощью лигатур - вспомогательных сплавов, применяемых для введения в жидкий металл, здесь алюминий высокой чистоты, легирующих элементов, в данном случае алюминиевых лигатур. Для получения высокопрочного, высокоэлектропроводного, с хорошей способностью к сварке алюминиевого сплава подходит алюминиево-скандиевая лигатура, содержащая микроколичества скандия. Введение скандия существенно повышает способность сплава к деформации (пластичность) и к сварке (свариваемость) изделий с одновременным уменьшением горячих трещин и повышением прочности сварного соединения, а также увеличивает температурный интервал стабильной работы сплава на 100-500°C.

Положительное влияние скандия на технические характеристики обусловлено следующим. Скандий склонен к образованию сверхпересыщенных твердых растворов в неравновесном состоянии даже при небольших скоростях кристаллизации. При этом кристаллическая решетка образующегося при взаимодействии скандия с алюминием интерметаллида Al3Sc по размерно-структурным параметрам почти полностью соответствует структурной решетке алюминия; что и приводит к его сильнейшему влиянию на структуру и свойства сплава. Следует отметить, что относительно высокая стоимость лигатуры Al-Sc в результате компенсируется увеличением запаса прочности технических характеристик сплава, существенным снижением массогабаритного показателя и улучшением технических характеристик изделия из сплава. Наиболее критичным с точки зрения достижения указанных улучшенных технических характеристик является получение тонкой скандийсодержащей фольги (листа, полосы), в частности, толщиной 20 мкм из приемлемого для электродов конденсатора диапазона толщин 20-60 мкм.

Известна конденсаторная травленая катодная фольга К-2, изготовленная по типовому способу, из гладкой алюминиевой фольги, содержащей алюминий чистотой 99,4% с такими примесями, мас. %, как Fe - менее 0,225; Ti - менее 0,017; Mn - менее 0,132; Cu - 0,231; Zn - менее 0,005; Si - менее 0,052 толщиной 45 мкм марки 2301 В, Китай. Гладкая алюминиевая фольга изготовлена по технологии фирмы Beijing Weihao Aluminum Group Co., LTD, а травленая катодная фольга К-2 изготовлена по технологии ОАО «Элеконд».

Недостатком является обычная величина электромеханических характеристик данной катодной фольги, не позволяющая существенно снизить массогабаритные характеристики конденсаторов.

Задачей изобретения является способ получения травленой катодной алюминиевой фольги толщиной 20-60 мкм, позволяющий снизить толщину фольги более чем в два раза, по отношению к типовому способу получения травленой катодной алюминиевой фольги, при сохранении значений электромеханических характеристик, и улучшенными показателями в отношении способности к сварке и коррозионной стойкости.

В предлагаемом изобретении поставленная задача решена и получены указанные выше технические результаты благодаря названным выше факторам.

Фигура 1 представляет собой график определения скорости коррозии на алюминиевой фольге в рабочих электролитах на основе этиленгликоля с применением измерительного комплекса для коррозионных испытаний американской фирмы Rorhback Cosasco System (RCS). Общие показатели коррозионного поведения алюминия в электролитах по скорости коррозии составили: от 0,002 мм/год для фольги марок 2301 В и от 0,0003 мм/год для скандийсодержащей фольги из алюминия (99,99%).

Ниже приведены примеры экспериментального осуществления прототипа (сравнительный пример 1 - катодной травленой алюминиевой фольги, полученной по типовому способу) и изобретения (примеры 2 - катодной травленой алюминиевой фольги, полученной по способу, предлагаемому в данном изобретении).

В примерах 1-2 образцы гладкой алюминиевой фольги подвергли тестовому электрохимическому травлению с последующим определением:

- удельной электрической емкости, мкФ/см2;

- механической прочности на изгиб (характеризуется предельным числом изгибов при нагрузке 50 г, где за один изгиб принимается сгиб на угол 90° туда и обратно);

- механической прочности на разрыв (характеризуется предельной величиной выдерживаемой нагрузки в кгс/см при испытании образца фольги в виде полосы шириной 10 или 15 мм).

А также провели тестирование образцов на способность к сварке методом визуальной оценки сварного соединения, когда полоса травленой испытуемой фольги сваривается, здесь - холодной сваркой, с полосой гладкой фольги и при отрыве травленой фольги получает оценку «неудовлетворительно» (кусочки травленой фольги остаются менее чем на 3-х точках сварки), «удовлетворительно» (кусочки травленой фольги остаются хотя бы на 3-х точках сварки) либо «хорошо» (кусочки травленой фольги остаются примерно на 50%-ном количестве точек сварки), либо «отлично» (кусочки травленой фольги остаются на 100%-ном количестве точек сварки) и на коррозионную стойкость на основе количественного показателя по скорости коррозии на алюминиевой фольге в рабочих электролитах, например на основе этиленгликоля.

Результаты тестирования занесены в таблицу 1.

Пример 1 (сравнительный). Для изготовления катодного электрода применена гладкая фольга толщиной 45 мкм марки 2301 В, Китай, изготовленная по технологии фирмы Beijing Weihao Aluminum Group Co., LTD., из алюминия чистотой 99,4%, которая содержит такие примеси, мас. %, как Fe - менее 0,225; Ti - менее 0,017; Mn - менее 0,132; Cu - 0,231; Zn - менее 0,005; Si - менее 0,052.

Электрохимическое травление катодной фольги проводили по следующим режимам и этапам (ваннам):

водный раствор NaOH - 2,0-4,0 г/л, температура - 20-40°C (этап предобработки в ванне обезжиривания);

водный электролит в составе: NaCl - 150-300 г/л, Na2SO4 - 15-30 г/л, полиэтиленгликоль - 0,1-1 г/л, температура - 85-95°C, плотность тока - 0,5-0,7 А/см2 (ванна травления);

водный раствор HNO3 - 50-150 г/л, температура - 20-40°C (ванна очистки);

водный раствор Н3РО4 - 1,0-5,0 г/л, температура - 20-30°C (ванна пассивации).

Пример 2. Для изготовления катодного электрода применена легированная скандием гладкая фольга из алюминия чистотой 99,99% толщиной 20 мкм в соответствии с изобретением при применении лигатуры Al-Sc2%, добавляемой к алюминию в соотношении 1:2000 по массе, содержит 0,001 мас. % скандия и, остальное, алюминий (99,99%) со следующими неизбежными примесями, мас. %: Zn - менее 0,003, Si - менее 0,003, Cu - 0,002, Fe - менее 0,001, Mg - менее 0,001, Ti - менее 0,001, Ga - 0,0006, Mn - менее 0,0001. Изготовлена по традиционной технологии: сначала получили слиток сплава этого состава с помощью отвешивания и загрузки Al (99,99%) и Al-Sc лигатуры в печь, где шихту плавили путем перегрева до температуры 720-730°C и разливали в цилиндрические литейные формы полунепрерывным методом при температуре 700-710°C, полученные отливки подвергали рафинированию и гомогенизации при температуре 460-520°C в течение 12-24 часов, а затем провели горячую прокатку отливок при 380-460°C с последующей холодной прокаткой до получения полос вышеуказанной толщины.

Электрохимическое травление фольги проводили, как указано в примере 1.

Из представленных в таблице 1 данных видно, что улучшение характеристик для травленой катодной фольги соответственно составило: по удельной электрической емкости 32,1%, по предельному числу изгибов - 6%, по предельной нагрузке на разрыв - 8%, по сварному соединению - существенное и очень существенное, по скорости коррозии - 85%, причем толщина катодной фольги по изобретению снизилась относительно обычной более чем в 2 раза, что снижает (улучшает) и массогабаритные показатели изделий из такой фольги, так что образцы примера 2 (по изобретению, с оптимизированными режимными параметрами) имеют достоверно лучшие значения характеристик, чем образцы сравнительного примера 1 (по прототипам).

Таким образом, предлагаемый способ получения травленой катодной конденсаторной алюминиевой фольги, содержащей 0,001-0,1 мас. % скандия толщиной 20-60 мкм, включающий легирование алюминия высокой чистоты скандием, горячую прокатку и холодную прокатку до толщины 20-60 мкм, отличающийся тем, что легирование осуществляют путем добавления к алюминию высокой чистотой 99,99% лигатуры Al-Sc2% в соотношении по массе от 1:2000 до 1:20, и подвергнутую электрохимическому травлению в водном электролите, содержащем, г/л: NaCl - 150-300 г/л, Na2SO4 - 15-30 г/л, полиэтиленгликоль - 0,1-1 г/л, при температуре - 85-95°C и плотности тока - 0,5-0,7 А/см2, позволяет снизить толщину фольги более чем в два раза, по отношению к типовому способу получения травленой катодной алюминиевой фольги, при сохранении (фактическом улучшении) значений электромеханических характеристик, и улучшенные показатели в отношении способности к сварке и коррозионной стойкости.

Таким образом, травленная катодная конденсаторная алюминиевая фольга, изготовленная из алюминия высокой чистоты, легированного скандием, позволяет:

- снизить энергозатраты на единицу полученной емкости (при одинаковом режиме травления получаемая удельная емкость до 32,1% выше, чем на исходной фольге-прототипе);

- увеличить удельные характеристики конденсаторов до 32%;

- снизить габаритные характеристики конденсаторов до 10%;

- снизить массу конденсаторов до 10%;

- снизить себестоимость изготовления конденсаторов за счет снижения энергозатрат при производстве травленой конденсаторной фольги.

Способ получения травленой катодной конденсаторной алюминиевой фольги, содержащей 0,001-0,1 мас.% скандий, толщиной 20-60 мкм, включающий легирование алюминия высокой чистоты скандием, горячую прокатку и холодную прокатку до толщины 20-60 мкм, отличающийся тем, что легирование осуществляют путем добавления к алюминию чистотой 99,99% лигатуры Al-Sc2% в соотношении по массе от 1:2000 до 1:20, а после холодной прокатки гладкую фольгу подвергают электрохимическому травлению в водном электролите, содержащем, г/л: NaCl - 150-300, Na2SO4 - 15-30, полиэтиленгликоль - 0,1-1, при температуре 85-95°С и плотности тока - 0,5-0,7 А/см2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано для производства лигатуры алюминий-скандий-иттрий, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к высокопрочным кованым изделиям из алюминиевых сплавов и способам их получения. Кованое изделие, выполненное из деформируемого алюминиевого сплава, упрочняемого термообработкой, имеет кристаллическую микроструктуру, содержащую зерна первого типа с отклонением зерен от ориентации текстуры ≤3°, имеющие среднее отношение размеров в плоскости LТ-ST по меньшей мере 3,5:1, и зерна второго типа, отличные от зерен первого типа, причем зерна первого типа содержатся в количестве от 5 об.% до 50 об.%, при этом максимальная интенсивность текстуры по графику ODF составляет по меньшей мере 30.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Fe-Si в виде тонколистового проката, фольги, листов, плит, прессованных профилей, проволоки и др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам антифрикционных сплавов на основе алюминия, а также к способам изменения их металлографической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения.

Группа изобретений относится к способу и устройству получения содержащего алюминий и титан сплава - интерметаллида. Способ включает получение сплава из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения алюминия и титана.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству литейных алюминиевых антифрикционных сплавов, используемых в машиностроении при изготовлении монометаллических подшипников скольжения.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, предназначенным для производства электропроводников, работающих при высоких температурах. Алюминиевый сплав содержит, мас.%: лантан и церий в сумме до 9, никель до 0,7, стронций до 0,001, алюминий - остальное, при соотношении церия к лантану 1,0-1,5 и никеля к сумме лантана и церия 0,1-0,3.

Изобретение относится к литейному производству. Алюминиевый сплав, содержащий в мас.%: никель 2-6, цирконий 0,1-0,4, ванадий 0,1-0,4, марганец до 5, железо до 2, титан до 1, алюминий, содержащий не более 1 мас.% производственных примесей, - остальное, заливают в форму машины литья под давлением.

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением.

Изобретение относится к получению упрочненных легких сплавов на основе алюминия. В расплав алюминиевого сплава при температуре 750÷800ºС вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава в течение не менее 20 мин механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деформированных полуфабрикатов в виде прессованных профилей, прутков, труб, катаных плит и листов, предназначенных для использования в строительстве, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: марганец 0,5-2,0, железо 0,2-0,6, магний 0,5-1,5, цирконий 0,2-0,6, кремний 0,15-0,6, медь 0,1-0,3, цинк 0,05-0,5, алюминий остальное, при соотношении Zr/Si=1-2, при этом цирконий в структуре сплава присутствует в виде вторичных выделений кубической фазы Al3Zr с решеткой L12 и со средним размером не более 20 нм. Способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия включает получение расплава, получение слитка путем кристаллизации расплава, получение деформированного полуфабриката путем деформирования литого слитка и термической обработки деформированного полуфабриката, при этом кристаллизацию расплава проводят при температуре, превышающей температуру ликвидуса сплава не менее чем на 50°C, а скорость охлаждения в интервале кристаллизации составляет не менее 20 K/с, деформирование литой заготовки проводят при температуре, не превышающей 450°C, а термическую обработку готового деформированного полуфабриката проводят при температуре 300-400°C. Техническим результатом изобретения является повышение уровня механических свойств, в том числе после нагревов при температурах до 300°C включительно, достигаемых без использования гомогенизации слитков и закалки деформированных полуфабрикатов. В частности, временное сопротивление превышает 250 МПа, относительное удлинение превышает 8%, а предел текучести выше 200 МПа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл., 5 ил.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформированным борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам в виде листов, к которым предъявляются специальные требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом. Способ включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего, мас.%: марганец от 0,5 до 2, магний от 0,5 до 4, кремний от 0,1 до 0,3, скандий от 0,15 до 0,3, формирование борсодержащих частиц в алюминиевом расплаве путем введения в расплав лигатуры, содержащей смесь порошка TiB2 и солей NaCl2, MgCl2 и KCl, причем температуру расплава в процессе замешивания лигатуры поддерживают в пределах от 720 до 800°С в течение 30-45 минут, получение слитка путем кристаллизации расплава, получение листа путем деформирования слитка и отжиг деформированного полуфабриката при температуре 250-350°С, при этом получают листы со структурой композиционного материала, содержащего частицы TiB2 в количестве от 4 до 8%. Техническим результатом изобретения является достижение высокого уровня прочностных характеристик (временное сопротивление при растяжении (σв) - не менее 280 МПа) без использования операции гомогенизации для слитков и закалки для листов. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл.

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета. Частицы меди могут быть использованы в виде стружки. Обеспечивается погружение брикета в расплав при выплавке алюминиевых сплавов, а также обеспечивается утилизация отходов в виде стружки сплава алюминия с медью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению биметаллических заготовок из алюминиево-оловянных антифрикционных сплавов путем изменения их физической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения. Способ изготовления биметаллической заготовки из антифрикционного сплава включает выплавку сплава, содержащего, мас. %: свинец - 2,0-4,0, олово - 8,0-12,0, медь - 2,0-5,0, цинк - 1,5-4,0, кремний - 0,1-1,0, титан - 0,02-0,2, алюминий - остальное, его термообработку осуществляют не позднее чем через 3 ч после его выплавки при температуре Т=230°-270°С в течение 2,5-3,5 ч, и последующую прокатку в три стадии, со степенью деформации на первой стадии прокатки, обеспечивающей плакирование заготовки алюминием, подготовку полученной плакированной алюминием полосы антифрикционного сплава и стальной полосы для совместного деформирования, их совместное деформирование для получения биметаллической заготовки и окончательный отжиг заготовки, при этом термообработку антифрикционного сплава после каждой стадии прокатки осуществляют при Т=230°-270°С в течение 1-3 ч, а окончательный отжиг биметаллической заготовки осуществляют при Т=300°-320°С в течение не менее 2 ч. Изобретение направлено на получение биметаллической заготовки с высокими триботехническими свойствами при сохранении требуемых характеристик прочности и пластичности по всей глубине заготовки. 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к полуфабрикатам из алюминиевого сплава, изготовленным полунепрерывной вертикальной разливкой с прямым охлаждением, которые могут быть использованы для изготовления конструкционных элементов для авиационно-космической промышленности. Способ изготовления недеформированного полуфабриката из алюминиевого сплава, такого как сляб под прокатку или заготовка для прессования, включает: приготовление ванны жидкого металла из сплава, содержащего, мас. %: Zn 0-12, Cu 0-6, Mg 0-6, Li 0-3, Ag 0-1, Si<0,5, Fe<0,5, необязательно по меньшей мере один из Cr, Zr, Mn, Hf, Ti, Sc, V, В, с содержанием <0,5, остальное - алюминий, обработку ультразвуком ванны жидкого металла в печи и/или сосуде с помощью погружного устройства, содержащего по меньшей мере один источник ультразвука, при температуре жидкого металла, по меньшей мере равной 690°С, перенос обработанной ванны жидкого металла в устройство кристаллизации в течение по меньшей мере трех минут с конца обработки ультразвуком и полунепрерывную вертикальную разливку с прямым охлаждением. Изобретение направлено на снижение микропор размером 90 мкм в недеформированном полуфабрикате из алюминиевого сплава. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх