一种阴极铝箔基材的热轧工艺的制作方法

本发明涉及一种铝箔材料的加工工艺，具体涉及一种阴极铝箔基材的热轧工艺。

背景技术

随着电子行业的高速发展，铝电解电容器发展势头迅猛，其特性也向高比容、高表面、长寿命和小型化发展，而铝阴极箔是构成电容器的重要原材料。目前阴极箔制备厂家主要从铝加工企业购买铝箔作为基材，再通过腐蚀、化成等化学工艺生产出合适比电容的阴极箔，其基材的性能很大程度上决定了阴极箔的性能。基材的位错密度是一个重要控制指标，恰当的位错密度在腐蚀过程中，会有效增大铝箔表面积，进而扩大比电容。但单纯追求位错密度，又会带来铝箔轧制困难、表面均匀性不好等问题，所以如何通过成分配比、第二相控制、加工工艺来达到各项指标的合理调控，是铝箔基材制备的核心技术。

3×××系铝锰合金是广泛使用的一种铝箔基材，加工方式分为铸轧和热轧两种方式，铸轧方式生产的基材极易因为铸轧时mn元素偏析严重，产生粗大相、耐腐蚀性不够，存在表面条纹严重、发黑掉粉等弊端；常规热轧方式生产的基材，在成分配比、均匀化和中间退火工艺匹配不好，带来晶粒粗大、位错密度不足或过高等问题，会导致铝箔轧制困难，阴极箔制备过程中比容量不稳定、腐蚀后表面条纹严重的致命缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阴极铝箔基材的热轧工艺，以克服现有铸轧工艺和热轧工艺技术的不足，通过精确控制各合金元素含量和优化均匀化制度，生产出适用于阴极箔所需的铝箔基材。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

阴极铝箔基材的热轧工艺包括以下步骤：

(1)铸造：将包括以下重量百分比的元素的铝锭熔化后充分搅拌，并铸造成铸锭，原料组分包括：si:0.06-0.12％、fe:0.25-0.45％、cu:0.10-0.18％、mn:0.90-1.20％、mg≤0.05％、cr≤0.05％、ti：0.01-0.02％、余量al；

(2)铣面：采用单面铣去除铸锭表面的氧化膜；

(3)均匀化处理：将铸锭温度控制在570-630℃，保温5.5-6.5小时；

(4)热粗轧：降温至480-500℃，并对铸锭进行保温轧制15-17个道次；

(5)热精轧：轧制4-6个道次，使铝箔的厚度最终达到6.00-8.00mm；

(6)冷轧及中间退火：冷轧加工率达到60％后，进行一次中间退火后继续冷轧；

(7)箔轧：轧制的道次加工率控制在40％-50％。

本方案产生的有益效果是：

(一)通过控制fe、si的含量及fe/si的比值，并适当降低mn含量，减少快速冷却结晶过程中的晶内偏析，避免在后续退火过程中形成粗大晶粒。

(二)经过570-630℃高温均匀化处理，可有效消除mn偏析，改善铸造组织，消除铸造应力，提高铝合金的加工性能和铝合金最终的组织性能。

(三)在冷轧过程中进行一次中间退火，使材料发生再结晶，得到晶粒细小的组织，塑性增加，有利于后一步的轧制加工。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，步骤(2)铣面过程中，单面铣的铣面量大于8mm；以确保单面铣可去除表面氧化膜和粗晶层。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，步骤(3)均匀化处理中，铸锭温度控制在590-610℃，保温6-6.5小时；通过更精确地对铸锭的温度进行控制，可保证晶粒稳定生长，从而对消除mn偏析、改善铸造组织、消除铸造应力效果更明显。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，步骤(4)热粗轧过程中，轧制16个道次；精确控制轧制道次，从而可晶粒的分布和大小更均匀，有利于使铝箔基材的性能一致。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，步骤(5)热精轧过程中，轧制4个道次；有利于获得较优的材料性能及较优的耐腐蚀性能。

优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，步骤(5)热精轧过程中，铝箔的厚度最终达到7.00mm；有利于后续的冷轧和箔轧加工。

优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，步骤(6)冷轧及中间退火过程中，中间退火的温度控制在300-350℃，并保温3.5-4.5小时。通过将中间退火的温度控制在300-350℃，并保温3.5-4.5小时，使材料发生再结晶，使变形组织的晶粒重新变成无畸变的新晶粒，得到晶粒细小的组织，塑性增加，抗拉强度和屈服强度降低，有利于后一步的轧制加工。

优选方案七：作为对优选方案六的进一步优化，步骤(7)箔轧过程中，轧制的道次加工率控制在45％-50％。

优选方案八：作为对优选方案七的进一步优化，步骤(1)铸造过程中，在熔融后的原料中加入al-ti-b丝，al-ti-b丝的加入量为1.2～1.5kg/tal。通过加入al-ti-b丝对晶粒进行细化，有利于提高材料的强度和塑韧性；且通过对al-ti-b丝的加入量进行控制，可以减小铸锭中的杂质含量，从而减少快速冷却结晶过程中的晶内偏析；因此，通过加入al-ti-b丝，并对al-ti-b丝的加入量进行控制，可以在晶粒细化和晶内偏析上做出平衡。

优选方案九：作为对优选方案八的进一步优化，步骤(1)铸造过程中，铝熔体中的氢含量控制在≤0.15ml/100gal，铸锭的晶粒度控制为1级。铝合金中氢气高将导致铸件针孔等缺陷，降低铝合金铸件的质量和性能；另外，通过对铸锭中的晶粒等级进行限制，有利于后续热轧、冷轧过程中的晶相改变并均匀分布。

附图说明

图1为实施例中所涉及的铝箔热轧机中的油雾吸收装置的结构示意图；

图2为实施例中所涉及的铝箔热轧机中的吸油单元的剖视图；

图3为图2中a部分的放大图；

图4为图2中b部分的放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：风管10、入口段11、喉部12、扩散段13、吸油孔14、、扇叶20、转轴21、单向轴承22、绞盘23、滑轮30、拉绳40、擦拭管41、第二海绵层42、擦油环50、通孔51、第一海绵层52、连杆61、曲柄62、电机输出轴63。

本发明的阴极铝箔基材用3×××系铝锰合金铝锭作为原材，其各元素成分的重量百分比如下：

表1：3×××系铝锰合金铝锭成分含量(wt％)

表2：本发明阴极铝箔基材的加工工艺各参数的取值

实施例1：

阴极铝箔基材的加工工艺包括以下步骤：

(1)铸造：对表1中所选用的铝锰合金铝锭原材熔化后充分搅拌并进行铸造，以获得铸锭，在铸造工序中启动与除气箱相配套的线材给料机向铝熔体内加入用于在线晶粒细化的al-ti-b丝，al-ti-b丝的加入量为1.2kg/tal；且铝熔体中的氢含量控制在≤0.15ml/100gal。

(2)铣面：采用单面铣去除铸锭表面的氧化膜，单面铣的铣面量大于8mm；以确保单面铣可去除表面氧化膜和粗晶层；

(3)均匀化处理：将铸锭加热至600±5℃，保温时长控制在6小时；

(4)热粗轧：将铸锭温度降低至500℃，并对铸锭进行保温轧制16个道次；

(5)热精轧：将铸锭温度控制在500℃，并轧制4个道次，使铝箔的厚度最终达到7mm；

(6)冷轧及中间退火：冷轧加工率达到60％后，进行一次中间退火后继续冷轧，中间退火的温度控制在300±5℃，并保温4小时；

(7)箔轧：轧制的道次加工率控制在40％-50％。

以上步骤中：其中在铸造时，在线晶粒细化采用al-ti-b丝，并对al-ti-b丝的加入量进行控制，然后经过常规的在线除气、除渣、精炼和静置等处理；从而可以减小铸锭中的杂质含量，并减少快速冷却结晶过程中的晶内偏析，最终铸锭的晶粒度达到1级。由于铝合金中氢气高将导致铸件针孔等缺陷，降低铝合金铸件的质量和性能，因此铝熔体氢含量控制在≤0.15ml/100gal。

经过600℃左右的高温均匀化处理，从而使得晶粒稳定生长，可有效消除mn偏析，改善铸造组织，消除铸造应力，提高铝合金的加工性能和铝合金最终的组织性能，从而便于后续的热轧和冷轧工艺的进行。降温后进行保温轧制，由于经过了高温均匀化，从而可得到细小弥散的第二相，使得晶粒均匀分布。

在冷轧过程中进行中间退火，使材料发生再结晶，则变形组织的晶粒重新变成无畸变的新晶粒，得到晶粒细小的组织，塑性增加，抗拉强度和屈服强度降低，使得后续的冷轧和箔轧较为容易，材料的破坏率减少。

表3：最终铝箔成品的抗拉强度：

在上述步骤中，通过箔轧可获得不同成品厚度的铝箔。且上述实施例中，实施例1-4最终获得的成品铝箔抗拉强度均达到300mpa以上，从而其位错密度足够，均可满足阴极箔腐蚀需要。恰当的位错密度在腐蚀过程中，会有效增大铝箔表面积，进而扩大比电容；而抗拉强度与位错密度直接关联，且抗拉强度便于检测和控制；在以上实施例中，成品铝箔的抗拉强度优选为300mpa以上。而对比例1-2最终获得的成品铝箔抗拉强度均未达到300mpa，其耐腐蚀性能略差。其中，在对比例1中，主要的变量为fe、si含量及fe/si的比值，其中fe/si的比值相比与实施例明显较高，因此fe/si的比值对铝箔的抗拉强度具有直接的影响；而在对比例2中，mn的含量与其他实施例对比明显较高，因此通过较低mn的含量也对铝箔的抗拉强度产生积极影响。

另外，在上述热粗轧和热精轧步骤均在铝箔热轧机上完成，如图1、图2所示，该铝箔热轧机的出口处设有油雾吸收装置，油雾吸收装置由十个并排设置的吸油单元组成。吸油单元包括风管10和套设于风管10外的擦油环50，擦油环50可沿风管10滑动，擦油环50的内壁上设有凹槽，凹槽内嵌有第一海绵层52。风管10的中部向内凸起形成喉部12，喉部12的两端分别为入口段11和扩散段13，从而使风管10形成文丘里管结构。

如图2、图3所示，风管10的入口段11朝向轧机出口，入口段11内设有扇叶20，扇叶20的外周与风管10的内壁转动连接；当扇叶20正转时，扇叶20可将轧机出口处的气流引入风管10的入口段11内。扇叶20的中部设有贯穿扇叶20的转轴21，转轴21与风管10转动连接；且在扇叶20与转轴21之间设有单向轴承22，当转轴21正转时，单向轴承22啮合，从而转轴21可向扇叶20提供驱动力，进而使得扇叶20正转；而当转轴21反转时，单向轴承22脱离啮合状态，则扇叶20将在惯性的作用下继续正转。转轴21上套设扭簧，扭簧的一端与转轴21固定，扭簧的另一端与风管10固定；转轴21朝向轧机出口的一端伸出入口段11，且转轴21的该端焊接有绞盘23，绞盘23的外周设有环槽，环槽内缠绕有拉绳40，拉绳40的一端固定在绞盘23上，拉绳40的另一端与擦油环50固定。从而擦油环50向扩散段13滑动时，擦油环50将带动拉绳40一同运动，从而将使转轴21正转，同时扭簧将蓄能；而当擦油环50向入口段11滑动时，转轴21将在扭簧的作用下反转，则绞盘23再次将拉绳40缠绕在环槽内。另外在风管10入口段11一端所在的端部设有一个滑轮30，拉绳40绕过滑轮30，以减小拉绳40受到的摩擦。

如图1所示，每个吸油单元的分管并排设置，且每个吸油单元的擦油环50固定在一起，从而，其中一个擦油环50滑动时，将带动所有擦油环50一同运动。如图2所示，在风管10的上侧设有往复机构，往复机构包括电机、与电机输出轴63固定的曲柄62以及两端分别与曲柄62和擦油环50铰接的连杆61，从而使得曲柄62、连杆61和擦油环50构成曲柄62滑块机构；因此，当电机运行时，曲柄62将带动擦油环50在风管10上往复运动；同时，扇叶20将在入口段11内不断转动，已将轧机出口处的气流引入风管10内。

另外，风管10外壁上靠近滑轮30处还焊接有擦拭管41，擦拭管41的内壁上设有第二海绵层42，拉绳40子穿过擦拭管41。在风管10的外壁上涂油亲油涂层，本实施例中的亲油涂层采用烷基苯涂层。亲油涂层有利于对油雾进行吸附，并避免油雾凝结层油滴滴落在铝箔上，对铝箔的质量造成影响。在风管10的喉部12设有吸油孔14，当扇叶20转动时，将在风管10内形成气流，气流从入口段11进入到喉部12时，由于喉部12的横截面积更小，因此喉部12对气流具有压缩作用，从而使得气流经过喉部12时的流速加快，则喉部12处的压强降低，使得气流将吸油孔14进入风管10内，以对未被扇叶20引入的入口段11的油雾再次进行吸收。风管10的扩散段13通过软管于回油箱连接，已将油雾会油箱内，以对轧制油进行回收。

在对铝箔进行轧制时，启动往复机构的电机运行，使其驱动擦油环50在风管10上往复运动，则擦油环50带动转轴21转动，以使扇叶20正转。从而大部分轧制油雾将被扇叶20送入风管10内；另外，吸油孔14将进一步对轧制油雾进行吸收，从而增大了对轧制油雾的抽吸能力；轧制油雾被吸入风管10内后，将从风管10的扩散段13排出并被送入回油箱内，以对轧制油进行回收。

擦油环50往复运动的过程中，第一海绵层52将对形成在风管10外壁上的油滴进行吸附；且当第一海绵层52经过喉部12时，吸油孔14将对吸附在海绵层内的油滴产生吸附力，从而避免轧制油雾形成油滴滴落在铝箔上。为了避免擦油环50经过吸油孔14时，第一海绵层52内形成负压，导致不利于吸出海绵层内的油滴，擦油环50上设有六个沿擦油环50径向的通孔51，且通孔51沿擦油环50的周向均匀分布。如图4所示，拉绳40将相对于第二海绵层42往复运动，从而第二海绵层42将对吸附于拉绳40上的油雾进行吸收，避免在拉绳40上形成油滴滴落在铝箔上。

轧制油油滴滴落在铝箔板面上，将导致生产出来的产品表面具有带油现象，轧制油粘在铝箔的表面一方面会造成生产出来的产品用户无法使用，降低了成品率；且过大的带油还会使在卷取缠紧时发生严重的串层现象，如果是在中间道次造成串层，会使成品道次切边时切不上边，而造成铝箔断带。因此，通过在铝箔热轧机的出口处增设油雾吸收装置，可以减少铝箔的带油现象。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明配比的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。