CH305732A - Process and system for etching aluminum foils. - Google Patents

Process and system for etching aluminum foils.

Info

Publication number
CH305732A
CH305732A CH305732DA CH305732A CH 305732 A CH305732 A CH 305732A CH 305732D A CH305732D A CH 305732DA CH 305732 A CH305732 A CH 305732A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
etching
bath
dependent
baths
foils
Prior art date
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Gmbh Aluminium-Walzwerk Singen
Original Assignee
Aluminium Walzwerke Singen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aluminium Walzwerke Singen filed Critical Aluminium Walzwerke Singen
Publication of CH305732A publication Critical patent/CH305732A/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/20—Acidic compositions for etching aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Description

  

      Verfahren    und Anlage zum Ätzen von     Aluminiumfolien.       Die Erfindung bezieht sich auf die Auf  rauhung     N-on    Aluminiumfolien, die vor     allem     in     Elektrolytkondensatoren    verwendet wer  den. Es sind verschiedene Verfahren zur Er  reichung einer Oberflächenvergrösserung an  Aluminiumfolien durch rein chemische Atzung  bekannt.

   Vor dem. Ätzen erfolgt meistens ein  Beizen in alkalischen Lösungen zur Entfer  nung von     Walzöl,        Oxydhäuten    und andern  störenden     Oberflächenverunreinigungen.    Nach  verschiedenen Verfahren wird die Folie so  dann durch Eintauchen zum Beispiel in ein  salzsäurehaltiges     Ätzbad    auf     gerauht    und an  schliessend einem     Reinigungsverfahren    unter  worfen und     getrocknet.     



  Man kennt Stand- und kontinuierliche       Ätzverfahren.    Nach dem     'Standätzverfahren     wird das     Folienband    vor dein Ätzen entweder  aufgerollt oder in Formate geschnitten und  an Haltevorrichtungen befestigt, mit deren  Hilfe die Folien nacheinander in ein     Beizbad,     ein     Ätzbad    und ein oder mehrere Reinigungs  bäder eingetaucht und sodann getrocknet wer  den.

   Nach dem kontinuierlichen     Ätzverfahren     durchläuft die Folie in Bandform nacheinan  der das Beiz.-, das Ätz-     und    das     Reinigiu@gs-          bad    und hierauf eine     Trocknungsvorrichtung.     Bei letzterem Verfahren ist die Bandgeschwin  digkeit durch die für die     Aufrauhimg    benö  tigte Ä     tzzeit    weitgehend festgelegt, da die       Eintauchlänge    der Folie im Säurebad nicht  beliebig gesteigert werden kann.

      Für Elektrolytkondensatoren ist eine etwa  0,1     inm    starke,     aufgerauhte    Folie anzustreben,  die bei möglichst grosser Reinheit des ver  wendeten Aluminiums (zum Beispiel 99,80 bis       99,99        %        Al)        durch        Ätzen        eine        acht-        bis        zwölf-          fache    Vergrösserung der aktiven Oberfläche  bei möglichst geringem Streubereich     (zuin     Beispiel unter          5     1/o)    erhalten hat.

   Betriebs  technisch ist ein solches     Ätzverfahren    er  wünscht, das diese     Eigenschaft    bei einem     hIin-          destmass    an Überwachung und vor allem in  möglichst kurzer     Ätzzeit    (zum Beispiel 4 bis  10 Minuten) sicher erreichen lässt.  



  Die     mit    einem einzigen Säurebad arbeiten  den rein chemischen     Ätzverfahren    (Ein  stufenätzung) haben den Nachteil, dass zur  Erreichung einer hohen, gleichmässigen und  reproduzierbaren     Aufrauhung    sehr lange     Ätz-          zeiten    bei geringer Aggressivität des     Ätzbades     (zum Beispiel bei niedriger 'Temperatur) ein  gehalten werden müssen.

   Hierbei ist dem       Standätzverfahren    der Vorzug zu geben, ob  wohl es mehr Arbeitsaufwand als kontinuier  liche     Ätzverfahren    (mit einer     Durchlauf-          geschwindigkeit    von mindestens einigen Me  tern pro Minute) erfordert.  



       Untersuchungen    haben ergeben, dass sich  die     Ätzzeit    durch Erhöhung der Aggressivität  des     Ätzbades    bis zur Erreichung der grösst  möglichen     Aufrauhung    wesentlich herabsetzen  lässt; aber gleichzeitig     sinkt    der absolute Wert  der     reproduzierbaren        Oberflächenvergrösse-.              rung,    und zudem lässt sich der     Ätzvorgang          immer    weniger beherrschen, so dass die Ober  flächenvergrösserung starke Schwankungen  aufweist.  



  Die     Fig.    1 der beiliegenden     Zeichnung    gibt.  bei einer     Einstulfenätztmg    beispielsweise den  zeitlichen Verlauf von     Oberflächenvergrösse-          rung    (0 V) und Gewichtsverlust     (GV)    an.  Die ausgezogenen Kurven zeigen die Ober  flächenvergrösserung und die gestrichelten den  Gewichtsverlust     in    Abhängigkeit von der     Ätz-          zeit    (linear aufgetragen).  



  Für eine     grundsätzliche        Erörterung    ist es  belanglos, auf welche Weise die Aggressivität  des     Ätzbades    erhöht wird. Im vorliegenden       Beispiel    ist dies durch Erhöhen der Tem  peratur geschehen.  



  Die Kurven I,     II        und        III    entsprechen in  der Reihenfolge den bei jeweils herabgesetzten  Temperaturen erzielten Werten, Die     Fig.    1  lässt erkennen, dass die     Reaktion    der Säure  mit dem     Aluminium    nach     Eintauchen    der  Folie zunächst träge ist.

   Die bis zu den Punk  ten     ai,        a2    und     a3    benötigte Zeit ( Induktions  periode ), nach deren Ablauf     Aufrauhung     und Gewichtsverlust merklich rasch     anwäclt-          sen,        wird    mit     zunehmender        Aggressivität    der  Säure     kleiner.    Während der Gewichtsverlust  mit der     Ätzzeit    stetig     zunimmt,    erreicht die  Oberflächenvergrösserung     ein        Höchstmass        (c1,

            c2,    c3), das mit     zunehmender    Aggressivität  der Säure stetig     sinkt.    Je höher     nun    die Wirk  samkeit der Säure ist, um so schneller kann       eine     Überätzung  (beginnend bei     dl    oder       d2)        eintreten,    was für die     Erzeugung        einer     guten     Atürauhung    selbstverständlich     umer-          wünscht    ist.

   Eine solche Überätzung bewirkt  einerseits     eine        Verminderung    der     Aufrau-          hung    durch Abtragen der vorspringenden  Oberflächenteile     und    anderseits eine rasche       Zunahme    des Gewichtsverlustes.

   Bald nach       Einsetzen    der     Überätzung,    oft innerhalb weni  ger Sekunden, tritt eine völlige     Zerfressumg     der Folie ein (Punkt     ei    bzw.     e2).    Sobald näm  lich die entstehende Reaktionswärme von der  reagierenden Oberfläche nicht mehr schnell  genug abgeleitet werden kann, tritt infolge    lokaler Temperaturerhöhung eine starke     Be-          schleunigang    des     Ätzvorganges    auf.  



  Stark aggressive Säuren erhöhen nicht nur  die 'Gefahr der Überätzung, sondern, wie oben  bereits     erwähnt,    ergeben eine sehr     -ungleich-          mässige        Aufrauhung.    Innerhalb eines Alu  minium-Folienbandes oder     zwischen    mehreren  Bändern gibt es immer gewisse Unterschiede  in den     physikalisch-chemisehen    Eigenschaften.  Diese Unterschiede wirken sich auf die Ge  schwindigkeit der     Aufrauhung    um so stärker  aus, je höher die     Aggressivität    der Säure ist.

    Versucht man, die Ätzung unter solchen Be  dingungen vorzunehmen, welche die Errei  chung des Höchstmasses an Oberflächenver  grösserung gestatten, so ist damit zu rechnen,  dass     einzelne    Teile der Folien     überätzt    wer  den: und eine     Zerfressimg    eintritt. Um die Ge  fahr einer Überätzung auszuschalten, kann  man im Betrieb die     Ätzzeit    höchstens bis zum       Punkt        b1    bzw. b2 bzw. b3 ausnützen.

   Jeden  falls sind ausserdem bei Verwendung einer  starken     .Säure    die     Schwankungen    der     Aufrau-          hung    noch sehr hoch (zum Beispiel   15 0/0),  was für die Qualität der geätzten Folie einen  weiteren Nachteil bedeutet.  



  Anderseits lässt die     Fig.    1 erkennen,     da.ss     die Verhältnisse mit abnehmender Aggressivi  tät immer stabiler werden; Versuche der An  melderun haben ergeben, dass die Ätzung bei  verschiedenen Folien gut (das heisst auf etwa  5     %)        reproduziert        werden        kann,        denn        der     erzielbare Höchstwert der Oberflächenvergrö  sserung wird nicht nur höher, sondern bleibt  während einer langen Zeit erhalten.

       Eine     Überätzung kommt daher im Betrieb prak  tisch gar nicht vor, so dass die betriebstech  nisch anwendbare     Ätzzeit        b3    fast das Höchst  mass der     Aufrauhung    zu erreichen gestattet.  Es ergibt sich jedoch für die Produktion der  wesentliche. Nachteil der langen     Ätzzeit,    der  die     Anwendung    gerade des betrieblich wert  vollen kontinuierlichen     Ätzverfahrens    bei  niedriger     Aggressivität    der     Ätzsäure    unren  tabel macht.

   Bisher wurde bei kontinuierli  chen, rein chemischen     Ätzverfahren        ein    Kom  promiss der Art angestrebt, dass man die zu  gleich betrieblich wie für die     Qualität    der ge-      ätzten Folie optimalen     Verhältnisse    bei mitt  lerer     Aggressivität    der     Ätzsäure    .(im Beispiel  nach der     Fig.    1 bei der 'Temperatur der mitt  leren Kurve) zu erreichen suchte.     :Die    so ge  ätzten Folien weisen aber trotz mässiger Band  geschwindigkeit noch hohe Streuungen der  Oberflächenvergrösserung (z.

   B.          10  /o) und  eine unbefriedigende     Aufrauhtmg    auf, insbe  sondere bei höheren Reinheitsgraden des     AlLi-          miniums,    an denen die Hersteller von Elek  trolytkondensatoren besonders Interesse haben.  



  Die     Aufrauhgeschwindigkeit    sollte zu  nächst nach möglichst kurzer Induktions  periode auf hohe Werte ansteigen     und    dann  in einen stabilen Verlauf übergehen, das heisst  sie soll sich     asymptotiseh        _    dem Werte 0  nähern.

   Im Gegensatz hierzu ist es beim  Durchlaufen von Folien durch ein einziges       Ätzbad    typisch, dass die Reaktion der Säure  mit der Folie erst nach einem Viertel der  aufgewendeten     Ätzzeit    einigermassen in Gang  kommt (Ablauf der Induktionsperiode) und  in der Nähe des Austrittes der Folie aus dem       Ätzbad    oft schon bedenklich stark wird und  nahe an eine Überätzung     herankommt.     Wertvoll für die betriebliche Herstellung von  geätzten Folien ist also bei einer Einstufen  ätzung nur der mittlere Teil der aufgewen  deten     Ätzzeit.     



  Erfindungsgemäss sollen nun die     Alumi-          niumfolien    nacheinander in zwei oder mehr  Bädern     aufgerauht    werden, wobei die Aggres  sivität der     Ätzlösung    von Bad zu Bad stufen  weise verringert wird ( Stufenätzung ). Zu  nächst kann mit stark angreifender Säure  die     Oberflächenvergrösserung    möglichst schnell  hochgetrieben werden, worauf zum Beispiel  mit schwächerer oder kälterer Säure die Auf  rauhung langsam vertieft wird, ohne dass die  bereits     aufgerauhten    Teile der Oberfläche wie  der abgetragen werden.

   Auf diese Weise kön  nen die sich scheinbar widersprechenden For  derungen der kurzen     Ätzzeit,    der hohen     Lmd     der gut reproduzierbaren     Aufrauhung    weit  gehend erfüllt werden, wie dies aus     Fig.   <B>'</B>ersichtlich ist, in der die Oberflächenvergrösse  rung zweier. Aluminiumfolien A Lund B glei  ehen Reinheitsgrades und     unterschiedlicher            Ätzbarkeit    (Kurven A und B) während einer  Ätzung in drei Stufen aufgezeichnet ist (trotz       annähernd    gleicher Metallreinheit weisen Alu  miniumfolien immer Unterschiede in der     Ätz-          barkeit    auf).

   Die Folie A wird anfänglich  stärker angegriffen als die Folie B; es hat  sich gezeigt, dass ein solcher Unterschied sich  hauptsächlich auf die     Geschwindigkeit    der       Aufrauhimg    auswirkt (aus diesem Grunde  musste beim Beispiel der     Einstufenätzung    nach       Fig.    1 der 'Sicherheitsabstand zwischen den       Punkten    b und c eingehalten werden).  



  Die     Fig.    2 lässt die wesentlichen Vorteile  einer solchen     Stufenätzung    klar erkennen, bei  der die Aggressivität der Säure von Stufe  zu Stufe abnimmt. Die betrieblich aufzuwen  dende     Ätzzeit    wird so wirtschaftlich wie mög  lich ausgenützt, indem eine kurze Induktions  periode     und        eine    hohe anfängliche     Aufrauh-          geschwindigkeit    angestrebt werden..

   Die in  einer     Einstufenätzung    nach     Fig:    1 erst in der       Ätzzeit    nach b3 in reproduzierbarer Weise er  reichte hohe     Aufrauhimg    wird nun in we  sentlich kürzerer Zeit erzielt. Unterschiede in  der     Aufrauhgeschwindigkeit    einzelner Flä  chenelemente des gleichen     Folienbandes    wer  den weitgehend     ausgeglichen,    was an der sta  bilen Endphase der Ätzung liegt.  



  Die     Erfindung        beschränkt    sich aber nicht       auf    die im Beispiel nach     Fig.    2 aufgezeich  nete Reihenfolge der Stufen. Auch die Anwen  dung von Gleich- oder Wechselstrom zur För  derung der Ätzung sowie die Zugabe von       reaktionshemmenden    oder -steigernden Zu  sätzen, wie Sulfaten, Schwefelsäure, Salpeter  säure,     Salzen    von edleren Metallen als Alu  minium- in     einer    oder mehreren 'Stufen, kann  bei der erfindungsgemässen Stufenätzung her  angezogen werden.

   Man kann auch die Anwen  dung von Gleich- oder Wechselstrom für einen  Teil der Stufen vorsehen, wobei es zum Bei  spiel vorteilhaft     sein    kann, in der ersten Stufe  stromlos, das heisst rein chemisch, zu ätzen.  



  Folgende Beispiele     veranschaLdichen    die       ErfindLmg     <I>Beispiel</I>     1:.     



  Als Material wird eine Folie aus elektro  lytisch raffiniertem Aluminium von     einer              Reinheit        von        99,99        %        verwendet.        Nach        dem     Beizen in Natronlauge     wird    sie in einer  ersten Stufe während 110 Sekunden in einem  30  C     warmen    Bad     aiügerauht,

      das durch       Mischung    von 400     em3    32prozentiger     HCl    und       10(Y        ems    konzentrierter     HNO3    sowie von 100 g       FeC13    mit einem Liter Wasser erhalten wurde  und ausserdem 15 g Al (hier, wie an andern  Stellen der Beispiele, die sich auf den Alu  miniumgehalt der     Ätzlösung    beziehen, bedeu  tet Aluminium nichtmetallisches Aluminium,  sondern     Aluminium-Kationen)    pro Liter ent  hält. Nach dieser ersten     Aufrauhimg    ist die  Oberflächenvergrösserung (gemessen nach  DIN 41 330, 4. Ausgabe) eine 55fache.

   So  dann wird die     Ätzung    während 120 Sekun  den in einem 2'5  C warmen Bad fortgesetzt,  das aus     10prozentiger    Salzsäure besteht, die  etwa 10 g Aluminium pro Liter enthält. In  dieser zweiten Stufe wird die     Aufrauhung    auf  das Achtfache getrieben.  



  <I>Beispiel 2:</I>  Eine Folie aus     hochreinem        Alluninium          (99,97prozentiges    Al, Rest Fe und     Si)    wird  nach dem     Beizen    in Natronlauge während  90 Sekunden in 33  C warmer,     115prozentiger          Salzsäure    geätzt, die 50g     FeC13    und 10 g  Al pro Liter enthält, wodurch eine etwa drei  fache     Aufrauhimg        erzielt    wird.

   In der zweiten  Stufe wird die     Aufrauhung    mit 20  C war  mer, 20prozentiger Salzsäure mit 50 g Al pro  Liter 4 Minuten lang fortgesetzt     und    schliess  lich eine     Aufrauhung        iun    das     Siebenfache     erreicht.  



  <I>Beispiel 3:</I>       Eine    Folie aus hochreinem     Aluminium          (99,97prozentiges    Al, Rest Fe und     Si)    wurde  nach Beizen in Natronlauge     in    einer ersten       Stufe    bei     65     C in einer 12prozentigen Salz  säurelösung, die 12 g     Al/Liter        und    10 g     PeCI;     pro Liter enthielt, geätzt, wobei eine Ober  flächenvergrösserung (gemessen nach DIN 41  330, 4. Ausgabe) -tun das Sechsfache erreicht  wurde.

   Hierauf wurde die     Ätzung    in einer  zweiten Stufe bei 40  C in     12prozentiger        Salz-          säurelösung    mit 10g     Al/Liter    abgeschlossen       und    dabei     eine    gesamte Qberflächenvergrösse-         rung    uni das Zehnfache (mit     Schwankungen          von             4     %)

          erzielt.        Die        Ätzzeit        betrug        in        der     ersten Stufe<B>160</B> und in der zweiten Stufe  250 Sekunden. In einer einzigen Stufe konnte  bei dieser hochreinen Folie auch in einem  Vielfachen der genannten     Ätzzeit    nie eine  auch nur annähernd gleich hohe und ebenso  gleichmässige     Aufrauhung    erzielt werden, ob  wohl     viele    verschiedene Säuregemische benützt  wurden.  



  Die     Erfindung    kann sowohl im     Stand-          als    auch im kontinuierlichen     Ätzverfahren     ausgeübt werden.  



  Beim     'Standätzverfahren    werden die Fo  lien nacheinander in die verschiedenen Säure  bäder eingetaucht.  



  Das kontinuierliche     Ätzverfahren    lässt sich  weitgehend automatisieren. Eine hierfür       brauchbare        Stufenätzmaschine    ist in     Fig.    3 im  Längsschnitt schematisch     und    als Beispiel dar  gestellt. Zur Vornahme der Stufenätzung  zieht man das zuvor     gebeizte        Folienband     durch drei Säurebecken 1, 2' und 3, die aus  mit Gummi     überzogenem    Stahlblech bestehen       und    mit aus den gleichen Materialien ange  fertigten, keilförmigen Verdrängungskörpern  4 versehen sind.

   Nach Verlassen der     'Stufen-          ätzmaschine    wird das     Folienband    gewaschen       und    getrocknet. Die     Umlenkwalzen    5 bestehen  beispielsweise aus Glas oder Porzellan. Mit 6  sind     Kontaktthermometer    bezeichnet, die über  die Relais die     Heizung    und die Kühlung der  einzelnen Behälter automatisch steuern. In  diesem Beispiel wird das Heizen dadurch be  werkstelligt, dass durch die Düsenreihen 7  Dampf gegen die     Aussenseite    der Säurebecken  geblasen wird.

   Sobald die Dampfleitung aus  geschaltet wird, hört das Heizen     augenbliek-          lieh    auf, was bei andern     Heizverfahren    nicht  der Fall ist. Die Kühlung erfolgt durch An  spritzen der äussern Wände der Becken mit  Wasser, was durch die     Düsenreihe    8 erfolgt.  Auch hier kann die     Wirkung    augenblicklich       unterbrochen    werden. Zweckmässig wird das       Gregenstromprinzip    angewandt, indem die Fo  lien     und    die Säure in entgegengesetzten Rich  tungen bewegt werden.

             Auf    ihrem Weg wird die     @Salu'e    teils durch  die chemische Reaktion,     teils    durch Aussen  heizung langsam wärmer und reichert sich  immer mehr an Aluminium an.     .Sie    kann auf  ihrem Weg durch die einzelnen     Ätzstufen    je  nach dem Reinheitsgrad des     F'olienbandes    ver  dünnt, konzentriert oder zum Beispiel mit  Eisensalzen versetzt werden.

   Es     ist    auch mög  1ich, zwischen jedem Säurebecken und dein  nachfolgenden     Dreiweghahnen    und     entspre-          ehende    Rohrverbindungen anzubringen, mit  deren Hilfe die Fliessrichtung der Säure be  liebig bestimmt und auch ein Teil der ver  brauchten Säure abfliessen gelassen werden  kann.  



  Es ist vorteilhaft, wie im Beispiel nach       Fig.    3 gezeigt, die     Ätzbäder    schmal zu halten,  weil dann die     Ätzsäure    thermisch besser regu  liert und ihr Aluminiumgehalt niedriger ge  halten werden kann.  



  Die     zickzackartige        Anordnung    der Säure  bäder nach     Fig.    3 kann selbstverständlich  ganz oder teilweise durch eine andere Anord  nung ersetzt werden,     zum    Beispiel durch  rechteckige Säuretröge, was die Erstellung der  Anlage vereinfacht, aber den Vorteil einer  hohen Relativgeschwindigkeit der Säure zur       Folienbahn    teilweise wieder preisgibt.  



  Man kommt selbstverständlich nicht aus  dem Rahmen der vorliegenden Erfindung,  wenn man zum Beispiel einen     Waschprozess     oder eine andere Behandlung     zwischenschaltet.     Wesentlich ist lediglich eine Reihenfolge von  mindestens zwei     Aufraiihätzungen,    wobei die  Aggressivität der     Ätzlösung    von Stufe zu  Stufe verringert wird.

   Nicht     zu    den     Aiürauh-          bädern    im Sinne der Erfindung gehören die  üblichen Bäder, die zur Reinigung der Folie  vor oder nach dem     Aufrauhprozess    dienen und  eine nur unwesentliche     Aufrauhung    bewirken:  Die Ätzung in einer weitgehend automati  sierten     Stufenätzmaschine    gestattet, eine hohe,  gleichmässige und reproduzierbare     Aufrau-          hung    in kurzen     Ätzzeiten        und    bei einem Min  destmass an     Lberwachung    zu erreichen.

   Die  Vorteile gegenüber der rein chemischen     Ein-          stiifenätzung    können an folgendem Beispiel  augenfällig gemacht werden: Um durch eine         rein        chemische        'tinstufenätzung    eine     Aufrait-          hung    um das 8- bis 12fache zu erzielen, be  nötigt man bei 'Temperaturen zwischen 35  und     0     C Zeiten von etwa     W    bis 150 Minuten.  In der     :Stufenätzmaschine    kann aber die  gleiche     Aufrauhung    sogar bei hochreinem Alu  minium in 4 bis     1,0    Minuten erreicht werden.



      Process and system for etching aluminum foils. The invention relates to the roughening N-on aluminum foils, which are mainly used in electrolytic capacitors who the. Various methods are known for increasing the surface area of aluminum foils by purely chemical etching.

   Before the. Etching is usually carried out by pickling in alkaline solutions to remove rolling oil, oxide skins and other disruptive surface contaminants. According to various processes, the film is then roughened, for example by immersion in an etching bath containing hydrochloric acid, and then subjected to a cleaning process and dried.



  Standing and continuous etching processes are known. After the 'stand etching process, the foil tape is either rolled up or cut into formats and attached to holding devices before etching, with the help of which the foils are successively immersed in a pickling bath, an etching bath and one or more cleaning baths and then dried.

   After the continuous etching process, the film in tape form passes through the pickling, etching and cleaning baths and then a drying device. In the latter process, the belt speed is largely determined by the etching time required for the roughening, since the length of immersion of the film in the acid bath cannot be increased at will.

      For electrolytic capacitors, a roughened foil about 0.1 µm thick should be aimed for, with the greatest possible purity of the aluminum used (for example 99.80 to 99.99% Al) by etching an eight to twelve-fold increase in the active surface with the smallest possible spread (below 5 1 / o in the example).

   From an operational point of view, such an etching process is desired which allows this property to be achieved reliably with a minimum of monitoring and, above all, in the shortest possible etching time (for example 4 to 10 minutes).



  The purely chemical etching processes (one-step etching) that work with a single acid bath have the disadvantage that very long etching times with low aggressiveness of the etching bath (for example at low temperatures) must be observed in order to achieve a high, uniform and reproducible roughening .

   The stationary etching process is preferred, although it requires more work than continuous etching processes (with a throughput speed of at least a few meters per minute).



       Investigations have shown that the etching time can be reduced significantly by increasing the aggressiveness of the etching bath until the greatest possible roughening is achieved; but at the same time the absolute value of the reproducible surface size decreases. In addition, the etching process can be controlled less and less, so that the surface enlargement shows strong fluctuations.



  Fig. 1 of the accompanying drawings gives. in the case of a one-step etching, for example, the time course of surface enlargement (0 V) and weight loss (GV). The solid curves show the increase in surface area and the broken lines show the weight loss as a function of the etching time (plotted linearly).



  For a fundamental discussion, it is irrelevant in which way the aggressiveness of the etching bath is increased. In the present example, this is done by increasing the temperature.



  The sequence of curves I, II and III corresponds to the values achieved at the respective lower temperatures. FIG. 1 shows that the reaction of the acid with the aluminum is initially sluggish after the film has been immersed.

   The time required up to the points ai, a2 and a3 (induction period), after which roughening and weight loss increase noticeably rapidly, becomes smaller as the aggressiveness of the acid increases. While the weight loss increases steadily with the etching time, the increase in surface area reaches a maximum (c1,

            c2, c3), which decreases steadily as the acid becomes more aggressive. The higher the effectiveness of the acid, the faster over-etching can occur (starting at d1 or d2), which is of course undesirable for the generation of a good texture.

   Overetching of this kind causes, on the one hand, a reduction in the roughness by removing the protruding surface parts and, on the other hand, a rapid increase in weight loss.

   Soon after the onset of overetching, often within a few seconds, the film is completely eroded (point ei or e2). As soon as the resulting heat of reaction can no longer be dissipated quickly enough from the reacting surface, the etching process accelerates rapidly as a result of the local temperature increase.



  Strongly aggressive acids not only increase the risk of overetching, but, as already mentioned above, result in a very uneven roughening. There are always certain differences in the physical and chemical properties within an aluminum foil strip or between several strips. These differences affect the speed of roughening, the more pronounced the aggressiveness of the acid.

    If one tries to carry out the etching under conditions that allow the maximum possible surface enlargement to be achieved, it is to be expected that individual parts of the foils will be over-etched: and corrosion will occur. In order to eliminate the risk of overetching, the etching time can be used up to point b1 or b2 or b3 at most.

   In any case, if a strong acid is used, the fluctuations in the roughening are still very high (for example 15%), which means a further disadvantage for the quality of the etched film.



  On the other hand, FIG. 1 shows that the conditions become more and more stable with decreasing aggressiveness; Attempts by the applicant have shown that the etching can be reproduced well (i.e. to around 5%) with different foils, because the maximum value that can be achieved for surface enlargement is not only higher, but is maintained for a long time.

       Overetching therefore practically does not occur in operation, so that the technically applicable etching time b3 allows almost the maximum degree of roughening to be achieved. However, it results in the essential for production. Disadvantage of the long etching time, which makes the application of the operationally valuable continuous etching process with low aggressiveness of the etching acid unprofitable.

   So far, in continuous, purely chemical etching processes, a compromise has been sought to ensure that the conditions that are optimal both operationally and for the quality of the etched film with average aggressiveness of the etching acid. (In the example according to FIG 'Temperature of the middle curve) sought. : Despite the moderate belt speed, the foils etched in this way still show high variations in surface enlargement (e.g.

   B. 10 / o) and an unsatisfactory roughening, in particular special with higher degrees of purity of aluminum, in which the manufacturers of electrolytic capacitors are particularly interested.



  The roughening speed should initially increase to high values after the shortest possible induction period and then transition into a stable course, i.e. it should approach the value 0 asymptotically.

   In contrast to this, when foils run through a single etching bath, it is typical that the reaction of the acid with the foil only starts to some extent after a quarter of the etching time (expiry of the induction period) and in the vicinity of the exit of the foil from the etching bath often becomes alarmingly strong and comes close to overetching. For the operational production of etched foils, only the middle part of the etching time expended is valuable for a one-step etching.



  According to the invention, the aluminum foils are now to be roughened one after the other in two or more baths, the aggressiveness of the etching solution being gradually reduced from bath to bath (step etching). First, the surface enlargement can be driven up as quickly as possible with strongly attacking acid, whereupon the roughness is slowly deepened with weaker or colder acid, without the already roughened parts of the surface being removed again.

   In this way, the apparently contradicting requirements of the short etching time, the high level of the easily reproducible roughening can be met to a large extent, as can be seen from Fig., In which the surface enlargement of two. Aluminum foils A and B have the same degree of purity and different etchability (curves A and B) while etching is recorded in three stages (despite almost the same metal purity, aluminum foils always have differences in etchability).

   The film A is initially attacked more strongly than the film B; It has been shown that such a difference mainly affects the speed of roughening (for this reason, in the example of the one-step etching according to FIG. 1, the safety distance between points b and c had to be observed).



  FIG. 2 clearly shows the essential advantages of such a step etching, in which the aggressiveness of the acid decreases from step to step. The operating etching time is used as economically as possible by aiming for a short induction period and a high initial roughening speed.

   The high roughening achieved in a one-step etching according to FIG. 1 only in the etching time after b3 in a reproducible manner is now achieved in a much shorter time. Differences in the roughening speed of individual surface elements of the same foil strip are largely compensated for, which is due to the stable end phase of the etching.



  The invention is not limited to the sequence of stages recorded in the example of FIG. The use of direct or alternating current to promote etching and the addition of reaction-inhibiting or reaction-increasing additives, such as sulfates, sulfuric acid, nitric acid, salts of noble metals than aluminum in one or more 'stages, can also be used the step etching according to the invention are used.

   It is also possible to use direct or alternating current for some of the stages, in which case it may be advantageous, for example, to etch without current in the first stage, that is to say purely chemically.



  The following examples illustrate the invention <I> Example </I> 1 :.



  The material used is a foil made of electrolytically refined aluminum with a purity of 99.99%. After pickling in sodium hydroxide solution, it is roughened in a first step for 110 seconds in a 30 C warm bath,

      which was obtained by mixing 400 em3 32 percent HCl and 10 (Y ems concentrated HNO3 as well as 100 g FeCl3 with one liter of water and also 15 g Al (here, as in other places in the examples, which refer to the aluminum content of the etching solution , aluminum means non-metallic aluminum, but aluminum cations) per liter.After this first roughening, the surface enlargement (measured according to DIN 41 330, 4th edition) is 55 times.

   The etching is then continued for 120 seconds in a 2'5 C warm bath consisting of 10 percent hydrochloric acid, which contains about 10 g of aluminum per liter. In this second stage, the roughening is increased eightfold.



  <I> Example 2: </I> A film made of high-purity alluninium (99.97 percent Al, remainder Fe and Si) is etched in sodium hydroxide solution for 90 seconds in 115 percent hydrochloric acid at 33 C, containing 50 g FeCl 3 and 10 g Contains Al per liter, which results in about three times the roughening.

   In the second stage, the roughening with 20 ° C., 20 percent hydrochloric acid with 50 g of Al per liter is continued for 4 minutes and finally a seven-fold roughening is achieved.



  <I> Example 3: </I> A film made of high-purity aluminum (99.97 percent Al, remainder Fe and Si) was after pickling in sodium hydroxide solution in a first stage at 65 C in a 12 percent hydrochloric acid solution containing 12 g Al / liter and 10 g of PeCI; contained per liter, etched, with a surface enlargement (measured according to DIN 41 330, 4th edition) -does six times that was achieved.

   The etching was then completed in a second stage at 40 C in a 12 percent hydrochloric acid solution with 10g Al / liter and a total surface enlargement of ten times (with fluctuations of 4%).

          achieved. The etching time was <B> 160 </B> in the first stage and 250 seconds in the second stage. In a single step, even in a multiple of the etching time mentioned, it was never possible to achieve a roughening that was even approximately the same and equally uniform in this high-purity film, although many different acid mixtures were used.



  The invention can be practiced in both stationary and continuous etching processes.



  In the stand etching process, the foils are immersed one after the other in the various acid baths.



  The continuous etching process can be largely automated. A usable step etching machine is shown in Fig. 3 in longitudinal section schematically and as an example is presented. To make the step etching pulls the previously pickled foil tape through three acid basins 1, 2 'and 3, which consist of rubber-coated sheet steel and are made of the same materials, wedge-shaped displacement bodies 4 are provided.

   After leaving the step etching machine, the foil strip is washed and dried. The guide rollers 5 consist, for example, of glass or porcelain. With 6 contact thermometers are referred to, which automatically control the heating and cooling of the individual containers via the relay. In this example, the heating is done in that steam is blown through the rows of nozzles 7 against the outside of the acid basin.

   As soon as the steam line is switched off, the heating stops immediately, which is not the case with other heating methods. The cooling takes place by spraying the outer walls of the basin with water, which is done through the row of nozzles 8. Here, too, the effect can be interrupted immediately. The Gregenstrom principle is expediently applied by moving the foils and the acid in opposite directions.

             On its way, the @ Salu'e slowly gets warmer, partly due to the chemical reaction and partly due to the outside heating, and is increasingly enriched in aluminum. On its way through the individual etching stages, it can be thinned, concentrated or, for example, mixed with iron salts, depending on the degree of purity of the film.

   It is also possible to install appropriate pipe connections between each acid basin and the following three-way taps, with the help of which the direction of flow of the acid can be determined as desired and part of the used acid can also drain off.



  It is advantageous, as shown in the example of FIG. 3, to keep the etching baths narrow because the etching acid then regulates better thermally and its aluminum content can be kept lower.



  The zigzag arrangement of the acid baths according to FIG. 3 can of course be wholly or partially replaced by a different arrangement, for example by rectangular acid troughs, which simplifies the creation of the system, but partially reveals the advantage of a high relative speed of the acid to the film web.



  Of course, the scope of the present invention does not go beyond the scope of the present invention if, for example, a washing process or other treatment is interposed. All that is essential is a sequence of at least two roughening etchings, the aggressiveness of the etching solution being reduced from step to step.

   The standard baths that are used to clean the film before or after the roughening process and only cause an insignificant roughening do not belong to the roughening baths for the purposes of the invention: the etching in a largely automated step etching machine allows a high, uniform and reproducible roughening - can be achieved in short etching times and with a minimum of monitoring.

   The advantages over the purely chemical stiffener etching can be made evident in the following example: In order to achieve an 8 to 12-fold elevation by means of a purely chemical tin-step etching, at temperatures between 35 and 0 C times of about W to 150 minutes. In the: step etching machine, however, the same roughening can be achieved in 4 to 1.0 minutes, even with ultra-pure aluminum.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I: Verfahren zinn Ätzen von Aluminium folien zwecks mehrfacher Vergrösserung ihrer aktiven Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien nacheinander in mindestens zwei Bädern aiügerauht werden, wobei die Aggressivität der ÄtzlösLmg von Bad zu Bad stufenweise verringert wird. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Ätzlösungen der nacheinander benützten Bäder sich durch ihre Temperatur und ihre Konzentration von einander unterscheiden. 2. PATENT CLAIM I: Process tin etching of aluminum foils for the purpose of multiple enlargement of their active surface, characterized in that the foils are roughened one after the other in at least two baths, the aggressiveness of the etching solution being gradually reduced from bath to bath. SUBClaims: 1. The method according to claim I, characterized in that the etching solutions of the successively used baths differ from one another in terms of their temperature and their concentration. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Aggressivität der Ätzlösung von Bad zu Bad durch Herab setzung der Temperatur verringert wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Aggressivität der Ätzlösung von Bad zu Bad durch Verän derung der Konzentration verringert wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Ätzstufe die Ätzung durch Verwendung von elektrischem Strom beschleunigt wird. 5. Method according to patent claim I, characterized in that the aggressiveness of the etching solution is reduced from bath to bath by lowering the temperature. 3. The method according to claim I, characterized in that the aggressiveness of the etching solution is reduced from bath to bath by changing the concentration. 4. The method according to claim I, characterized in that the etching is accelerated by the use of electric current in at least one etching stage. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätziuig in mindestens einer Stufe rein chemisch erfolgt. 6. Verfahren nach .Patentanspruch I und Unteransprüchen 4 und 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ätzung mindestens in der ersten Stufe rein chemisch erfolgt. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Ätzlösungen ausser Wasser als hauptsächlichen Bestandteil Salzsäure enthalten. B. Method according to claim 1 and dependent claim 4, characterized in that the etching takes place purely chemically in at least one stage. 6. The method according to. Patent claim I and dependent claims 4 and 5, characterized in that the etching takes place purely chemically at least in the first stage. 7. The method according to claim I, characterized in that the etching solutions contain hydrochloric acid as the main component in addition to water. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass clie Ahuninium- folien in Bandform ununterbrochen durch die verschiedenen Ät.zbäder gezogen werden. 9. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polienband und die Ätzlösungen in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden. Method according to patent claim I, characterized in that the Ahuninium foils are drawn continuously through the various etching baths in the form of strips. 9. The method according to claim I and dependent claim 8, characterized in that the polishing tape and the etching solutions are moved in opposite directions. PATENTANSPRUCH II Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere hin tereinandergeschaltete Badbehälter sowie Um lenkrollen, die ein Durchziehen der Folien- bänder durch die verschiedenen Bäder ermög lichen, aufweist. UNT i;RANSPRÜCHE 10. Anlage nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Auf blasen von Dampf gegen die Aussenwände der Bäder aufweist und dass die Behälter dünn-: wandig sind. 1'1. PATENT CLAIM II System for carrying out the method according to claim I and dependent claim 5, characterized in that it has several bath containers connected one behind the other as well as deflection rollers which enable the foil strips to be pulled through the various baths. UNT i; CLAIMS 10. Plant according to claim II, characterized in that it has means for blowing steam against the outer walls of the baths and that the containers are thin-walled. 1'1. Anlage nach Patentanspruch II und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, d.ass sie Mittel zum Aufspritzen von Wasser auf die Aussenwände aufweist. 12. Anlage nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 10 und 11, dadurch gekenn zeichnet, dass sie mit Vorrichtungen zur auto- matiscben Temperaturregelung versehen ist. Plant according to claim II and dependent claim 10, characterized in that it has means for spraying water onto the outer walls. 12. System according to claim II and dependent claims 10 and 11, characterized in that it is provided with devices for automatic temperature control.
CH305732D 1951-02-14 1952-02-09 Process and system for etching aluminum foils. CH305732A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE305732X 1951-02-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH305732A true CH305732A (en) 1955-03-15

Family

ID=6120905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH305732D CH305732A (en) 1951-02-14 1952-02-09 Process and system for etching aluminum foils.

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH305732A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0064607A1 (en) * 1981-05-07 1982-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Method of etching a recrystallized aluminium foil for electrolytic capacitors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0064607A1 (en) * 1981-05-07 1982-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Method of etching a recrystallized aluminium foil for electrolytic capacitors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2054067C3 (en) Preparations for cleaning aluminum surfaces, for deoxidizing, cleaning and leveling or for shining surfaces made of stainless steel and for forming an iron phosphate coating on iron-containing surfaces
DE69106762T2 (en) Process for descaling hot rolled stainless steel strips.
DE3539731A1 (en) GRAIN-ORIENTED ELECTRO-STEEL SHEET WITH STABLE, MAGNETIC PROPERTIES RESISTING TO THE STRESS-RELEASE, AND METHOD AND DEVICE FOR ITS PRODUCTION
EP0064607B1 (en) Method of etching a recrystallized aluminium foil for electrolytic capacitors
AT399167B (en) METHOD AND DEVICE FOR ELECTROLYTICALLY STICKING CONTINUOUSLY CONTINUOUS ELECTRICALLY CONDUCTIVE GOODS
DE2952670C2 (en) Method and device for cooling a steel strip in a continuously operated heat treatment line
DE68925145T2 (en) Metal fiber obtained by pulling a bundle
CH619823A5 (en) Method for producing printed circuit boards
EP0708843B1 (en) Method and plant for the manufacture of special steel blanks
DE69405971T2 (en) Aluminum foil for use as an electrode for an electrolytic capacitor and etching method
DE2027156B2 (en) Process for anodic polishing of niobium parts
DE976026C (en) Process for roughening aluminum foils
CH524692A (en) Copper and aluminium cleaning sol
DE2049846A1 (en) Machining processes for copper and alloys containing copper
DE60105653T2 (en) CONTINUOUS ELECTROLYTIC FURNING AND DECOMPOSITION OF UNLOCKED STEEL AND NON-STAINLESS STEEL
CH650805A5 (en) METHOD FOR RINSING AND RAPIDLY DRYING METAL SURFACES.
DE1421938B2 (en) Process for the production of glass fibers with a high silica content by leaching
DE1621626B1 (en) PROCESS AND DEVICE FOR CONTINUOUS SURFACE TREATMENT OF THE EDGE AREAS OF METAL SHEET
DE2226264C2 (en) Process for two-step etching of a recess
DE2609549B2 (en) Process for anodic polishing of surfaces made of intermetallic niobium compounds and niobium alloys
DE3874106T2 (en) MECHANICAL PLATING PROCESS.
DE2014571A1 (en) Process for the production of conductors from metal foil
DE887900C (en) Process for the production of a sulphide coating on the surface of stainless steels
DE69703499T2 (en) A METAL WIRE OR STRIP WITH A GREASING SURFACE AND A METHOD FOR IMPLEMENTING IT
DE4117489A1 (en) CHEMICAL POLISHING OF A SURFACE OF A COPPER CONTAINING COPPER