DD240031A1

DD240031A1 - Al-legierung fuer katodenfolie in elektrolytkondensatoren

Info

Publication number: DD240031A1
Application number: DD27939885A
Authority: DD
Inventors: Ingrid Sonntag; Manfred Paul; Gisela Kaden; Erhard Heier; Otto Mechalek; Wolfram Richardt
Original assignee: Mansfeld Kombinat W Pieck Veb
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1986-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Al(MgMnCu)-Legierung, aus der mit bekannten Verfahren Folien fuer den Einsatz in Elektrolytkondensatoren hergestellt werden koennen, die mit ueblichen Aetz- und Stabilisierungsverfahren geaetzt und stabilisiert werden koennen und an denen stabile spezifische Flaechenkapazitaetswerte von mehr als 390 mF/cm2 erreicht werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar bei der Herstellung von Katodenfolie für Elektrolytkondensatoren, die durch bekannte Ätzverfahren und durch herkömmliche Stabilisierungsverfahren stabilisiert werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Kapazität eines Elektrolytkondensators wird durch die Kapazität sowohl der Katode als auch der Anode bestimmt. Es ist bekannt, daß die Gesamtkapazität eines Elektrolytkondensators um so stärker mit dem Anstieg der Katodenkapazität zunimmt, je höher die vorgegebene Anodenkapazität ist.

Daraus läßt sich die Tendenz zu einer ständigen Erhöhung der Katodenkapazität mit dem Übergang zu höheren Anodenkapazitäten ableiten.

Die zum Erreichen einer hohen spezifischen Flächenkapazität durch vorwiegend elektrochemische Aufrauhung erzielte reaktionsfähige Oberfläche der Katodenfolie muß nach dem Ätzen und Reinigen durch bekannte Stabilisierungsverfahren mit einer Schicht überzogen werden, die eine möglichst geringe dielektrische Wirkung aufweist. Diese Schicht muß eine konstante Kapazität der Katodenfolie bei der Lagerung an Luft als auch im Betriebselektrolyten gewährleisten.

Die Stärke der Aufrauhung ist bei vorgegebenen Ätzelektrolyten und Verfahrensparametern von der Zusammensetzung und dem jeweiligen Gefügezustand der Glattfolie abhängig, die zu Katodenfolie verarbeitet wird.

Da eine defektfreie Sperrschicht nicht erforderlich ist, lassen sich neben Aluminium geringerer Reinheit, wie Al99,2 bis Al99,8, Al-Legierungen einsetzen, bei denen sich hohe Kapazitätswerte bei noch ausreichenden technologischen Eigenschaften erzielen lassen. Hierzu gehören AICu-Legierungen mit Cu-Gehalten zwischen 0,15 bis 5,7 Gew.-% (DE-OS 2 841 539) sowie mit 0,03 bis 0,5% Cu sowie Beryllium- und Titan-Zusätzen (DE-OS 3 011 819) und eine AICuTiB-Legierung mit 0,1 bis 1,0% Cu (JP 57-126942). Die angeführten Kapazitätswerte dieser Al-Cu-Legierungen überschreiten jedoch 300 μΡ/Cm² nicht.

Weiterhin bekannt ist eine Gruppe von Katodenfolien, die auf AIMn-Basis beruht. Hierzu gehört an erster Stelle eine reine AIMn-Legierung (DE-AS 2 102 702), bei der sich aber nur durch ein spezielles Herstellungsverfahren im harten Zustand Kapazitätswerte von 350 pF/Cm² erzielen lassen (DE-AS 2 255 309). Bekannt sind Legierungen mit einem Gehalt von 0,2 bis 2% Mn und einem Si-Gehalt von 0,03 bis 1,0% (JP 57-126910) sowie mit einem Gehalt von 0,1 bis 1,5% Mn und einem Mg-Gehalt von 0,1 bis 1,3% (JP 57-126938), wobei der Cu-Gehalt in jeweils unvermeidbarer Größenordnung vorliegt. Weiterhin ist eine Legierung mit 0,2 bis 0,8% Mn, 0,1-0,8% Fe und 0,2 bis 0,8% Cu bekannt (JP 59-259944). Mit einer AIMnCu-Legierung unbekannter Zusammensetzung lassen sich mit einem speziellen, jedoch ökonomisch sehr aufwendigen Herstellungsverfahren stabile spezifische Flächenkapazitätswerte von über 500 μΡ/cm² erreichen (DE-PS 3 242 622).

Eine AINiCu-Legierung (JP 57-126941) erreicht eine maximale spezifische Flächenkapazität von 300 mF/citi² und eine AlV-Legierung (JP 57-126937) 215 MF/cm².

Schließlich wird durch eine AIMgSi-Legierung auf Grund fein verteilter Cu-, Mg- und Si-haltiger Ausscheidungen im weichen Zustand eine Kapazität von 350 μΡ/cm² und im harten Zustand von 380 μΡ/αη² erzielt.

Bei allen angeführten Kapazitätswerten, außer für AIMnCu, hergestellt nach einer ökonomisch nicht vertretbaren Technologie, wurden die nicht stabilisierten Sofortwerte angeführt, die jedoch mit der Lägerdauer absinken.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Al-Legierung für Katodenfolie mit stabilen Kapazitätswerten bei Lagerung an Luft und im Betriebselektrolyten, die diejenige bekannter Katodenfolien überschreiten, d. h. oberhalb 390 μΡ/οη\² liegen. Diese Kapazitätswerte sollen in einer breiten Palette von Gefügezuständen, die größere technologische Toleranzen bei der Glattfolienherstellung zuläßt, erzielbar sein.

Die Aufrauhung soll gleichmäßig sein und nicht zu stark in die Tiefe gehen, damit ein ungeätzter Mittelsteg zur Gewährleistung ausreichender mechanischer Kennwerte erhalten bleibt.

Die Verarbeitung der Legierung zu Folie von 50 μπι bis 20μηι Dicke soll gegenüber den in den Halbzeugwerken bisher hergestellten Folien keine wesentlich aufwendigere Technologie erfordern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legierung herzustellen, aus der eine Katodenfolie für Elektrolytkondensatoren mit einer spezifischen Flächenkapazität von mehr als 390 μΡ/cm² ohne eine wesentlich aufwendigere Technologie hergestellt werden kann. Die aus der Legierung hergestellte Folie soll mit bekannten Ätzverfahren aufrauhbar und mit herkömmlichen Stabilisierungsverfahren stabilisierbar sein und gleichzeitig müssen die für die Weiterverarbeitung der Folie zu

Elektrolytkondensatoren erforderlichen mechanischen Kennwerte erhalten bleiben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Legierung gelöst, die aus 0,01-1,2 Ma.-% Mg, < 0,05-0,8 Ma.-%Cu, 0-0,8 Ma.-% Mn und dem Rest zu 100 Ma.-% Al besteht, wobei zwischen dem Cu- und dem Mn-Gehalt ein Abhängigkeitsverhältnis dergestalt besteht, daß der Cu-Gehalt im Bereich von < 0,1-0,8 Ma.-% liegt, wenn der Mn-Gehalt zwischen 0 und 0,1 Ma.-% liegt und daß der Cu-Gehalt im Bereich von 0,15-0,8 Ma.-% liegt, wenn der Mn-Gehalt zwischen 0,1 und 0,8 Ma.-% liegt. Die Legierung läßt sich durch einen Zusatz von < 0,2 Ma.-% Ti zu Kokillen- oder Strangguß verarbeiten. Das Verfestigungsverhalten beim Kaltwalzen ist ähnlich dem von AIMn, so daß anschließend an den Warmwalzprozeß das Kaltwalzen an 50 Mm bis 30 μιη ohne Zwischenglühung erfolgen kann. Überraschenderweise zeigte sich, daß die erfindungsgemäße Legierung bereits bei 30 bis 60% niedrigeren Elektrizitätsmengen je Flächeneinheit (im Vergleich zu AIMn-Legierungen) beim Ätzen stabile spezifische Flächenkapazitätswerte von über 400 μΡ/cm² bei sonst gleichen Ätz- und Stabilisierungsbedingungen ergibt.

Die erzielbare Ätzstruktur ist im harten Zustand sehr fein verteilt und bei gleichmäßiger Ausscheidungsverteilung im weichen Zustand gröber, jedoch in allen Fällen von einer Tiefe, die örtliche Durchbrüche verhindert. Damit bietet sich die Grundlage zur Ätzung von 50 μπη bis 20 μηι dicken Folien mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften.

Die hohen Kapazitätswerte werden durch nie Mg- und Cu-haltigen Phasen bedingt, die sowohl in Form von Ausscheidungen als auch bei fehlenden und niedrigen Mn-Gehalten als einphasige Entmischungen, d. h. als Guinier-Preston-Zonen, vorliegen können.

Wesentlich ist, daß mit der erfindungsgemäßen Legierung unter den angeführten Bedingungen eine geeignete Ätzstruktur an den Folien erzielbar ist, ohne daß örtlicher Lochfraß und ein zusätzlicher gleichmäßiger Oberflächenabtrag auftreten.

Die Legierung kann auf der Basis von Al 99,5 bis Al99,9 hergestellt werden.

Ausführungsbeispiel

Folgende Legierungen wurden erschmolzen

Tabelle 1:

Zusammensetzung in Ma.-% Legierung Mg Cu Mn Si Fe Ti

Nr. 1 , 0,85 0,27 0,004 0,043 0,15 0,007

Nr. 2 0,44 0,28 0,005 0,040 0,16 0,010

Nr. 3 0,26 0,30 0,41 0,046 0,18 0,018

Nr. 4 1,00 0,04 0,06 0,17 0,30 < 0,2

Diese Legierungen wurden im Blockguß hergestellt. Nach einer Homogenisierungsglühung wurde das Material warmgewalzt und anschließend ohne Zwischenglühung an 50 μηη gewalzt. Im harten Zustand sowie entsprechend den in Tabelle 2 angeführten Wärmebehandlungen wurden die Folien gebeizt, anschließend die Folien aus den Legierungen Nr. 1 bis Nr. 3 in einem neutralen chloridhaltigen Elektrolyten nach dem Gleichstromverfahren (GS) geätzt und mit einem Stabilisierungsverfahren auf Chromatbasis stabilisiert

Die Legierung Nr. 4 wurde in 4%iger Salzsäure mit Wechselstrom (WS) geätzt.

Tabelle 2: Ergebnisse nach dem Ätzen und Stabilisieren

Legierung Wärmebehandlung Q Stromart C_stabH Biegezahl Zugfestigkeit

As/ μΡ/cm² (nach Satma PL 2) Ν/1Ό mm

60 30 23

33 22 20

60 28

30

Nr. 1	walzhart Weichglühung Kaltaushärtung	20 15 15	GS GS GS	405 418 395	19 >30 28
Nr. 2	walzhart Weichglühung Kaltaushärtung	18 15 15	GS GS GS	407 435 429	21 >30 28
Nr. 3	walzhart Weichglühung	20 15	GS GS	400 405	20 >30
Nr. 4	Weichglühung	28	WS	430	>30

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Al-Legierung für Katodenfolie in Elektrolytkondensatoren, gekennzeichnet dadurch, daß die Legierung aus 0,01-1,2 Ma.-% Mg,

< 0,0-0,8 Ma.-% Cu, 0-0,8 Ma.-% Mn und dem Rest zu 100 Ma.-% aus Al besteht, wobei zwischen dem Cu- und dem Mn-Gehalt ein Abhängigkeitsverhältnis dergestalt besteht, daß der Cu-Gehalt im Bereich von < 0,05-0,8 Ma.-% liegt, wenn der Mn-Gehalt zwischen 0 und 0,1 Ma.-% liegt und daß der Cu-Gehalt im Bereich von 0,15-0,8 Ma.-% liegt, wenn der Mn-Gehalt zwischen 0,1 und 0,8 Ma.-% liegt.
2. Al-Legierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ti-Gehalt < 0,2 Ma.-% beträgt.
3. Al-Legierung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Legierung sowohl aus Reinst- als auch aus Rein-Aluminium hergestellt werden kann.