Nguyên liệu thô dùng để sản xuất cuộn nhôm tráng là cuộn nhôm có độ tinh khiết cao công nghiệp và độ tinh khiết yêu cầu phải trên 99,93% (phần khối lượng). Trong số đó, phần khối lượng của Al trong cuộn nhôm được phủ yêu cầu phải trên 99,99%. Các nguyên tố tạp chất trong nhôm có độ tinh khiết cao công nghiệp bao gồm Fe, Si, Cu, Mg, Zn, Mn, Ni, Ti, v.v., trong đó Fe, Si và Cu là chính. Độ tinh khiết của nhôm có độ tinh khiết cao có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ phục hồi của nó. Trong quá trình ủ, các nguyên tử dung dịch rắn của các nguyên tố tạp chất của nó được phân bố ở các ranh giới hạt phụ, có thể cản trở sự di chuyển ranh giới hạt, do đó ảnh hưởng đến sự phát triển của các hạt định hướng hình khối, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất của tụ điện. Xu hướng quốc tế hiện nay là yêu cầu hàm lượng Fe, Si và Cu trong cuộn nhôm thấp hơn cho tụ điện, đồng thời kiểm soát chặt chẽ hàm lượng các nguyên tố tạp chất khác.
(1) Ảnh hưởng của Fe.
Fe là nguyên tố tạp chất có hại nhất trong nhôm có độ tinh khiết cao. Nội dung và hình dạng phân phối của nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cuộn nhôm tráng. Fe thường tồn tại ở dạng dung dịch rắn trong cuộn nhôm có độ tinh khiết cao. Hàm lượng Fe tăng sẽ làm giảm hàm lượng cấu trúc lập phương; Fe phân bố không đều sẽ dẫn đến hạt thô, ăn mòn không đều và suy giảm tính chất điện của cuộn nhôm. So với hàm lượng của nó, sự hiện diện và phân bố của Fe có tác động lớn hơn đến hiệu suất của cuộn nhôm tráng. Độ hòa tan của Fe trong Al rất nhỏ. Ở các nhiệt độ khác nhau, Fe hòa tan trong Al và cũng có thể bị phân tách hoặc kết tủa dưới dạng các hạt như FeAl₃ và FeAl6.
Khi nhiều Fe hòa tan rắn trong ma trận AI sẽ cản trở sự di chuyển của các ranh giới hạt góc lớn trong quá trình ủ, ức chế sự hình thành và phát triển của cấu trúc hình khối, đồng thời làm tăng nhiệt độ kết tinh lại, dẫn đến sự hình thành kết cấu R, làm cho nội dung cấu trúc kết cấu hình khối bị giảm đi. Khi Fe kết tủa dưới dạng FeAl₂ và FeAl6hợp chất, nó sẽ làm giảm hiệu suất của cuộn dây nhôm bị ăn mòn.
Có thể thấy, dù Fe tồn tại ở trạng thái nào trong nhôm có độ tinh khiết cao cũng không có lợi cho sự hình thành và phát triển các cấu trúc hình khối trong quá trình ủ cuộn nhôm và sự ăn mòn của cuộn nhôm. Vì vậy, các công ty sản xuất kiểm soát chặt chẽ hàm lượng Fe trong quá trình sản xuất cuộn nhôm tráng phủ.
(2) Ảnh hưởng của Si.
Nguồn tạp chất Si chính trong nhôm có độ tinh khiết cao là ô nhiễm từ vật liệu chịu lửa. Tạp chất Si khó kiểm soát hơn tạp chất Fe. Hàm lượng Si quá mức sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của kết cấu hình khối, dễ bị hòa tan quá mức và cũng sẽ gây ra các hạt thô trong quá trình kết tinh lại nhôm. So với Fe, Si có độ hòa tan trong Al lớn hơn và chủ yếu tồn tại ở dạng dung dịch rắn. Khả năng kết tủa dung dịch rắn của nó yếu hơn Fe và tác động bất lợi của nó đến quá trình hình thành kết cấu khối ít đáng kể hơn nhiều so với Fe.
Si và Fe có thể ảnh hưởng đến trạng thái tồn tại của nhau khi chúng cùng tồn tại trong nhôm có độ tinh khiết cao. Sau khi thêm Si vào nhôm có độ tinh khiết cao, tốc độ khuếch tán khối của Fe tăng lên, có thể thay đổi trạng thái dung dịch rắn siêu bão hòa của Fe và trạng thái phân tán của FeAl3, có lợi cho sự hình thành và phát triển của các cấu trúc hình khối. Ảnh hưởng của Si đến hiệu suất của cuộn nhôm cũng liên quan đến tỷ lệ hàm lượng Si và Fe.
Khi hàm lượng Fe thấp và hàm lượng Si và Fe tương đối lớn thì điện dung của cuộn dây nhôm tăng lên. Khi hàm lượng Fe nằm trong khoảng (10~20)x10-6, tỷ lệ hàm lượng Si và Fe có tác động đáng kể hơn đến khả năng tĩnh điện của cuộn nhôm. Khi hàm lượng Fe vượt quá 30x10-6, nó không có ảnh hưởng rõ ràng đến điện dung tĩnh điện.
Khi hàm lượng Si quá cao, hợp chất bậc ba AI-Fe-Si được hình thành do Si dư thừa có tiềm năng cao hơn AI, không có lợi cho sự hòa tan của ma trận Al trong quá trình hình thành ăn mòn. Khi hàm lượng Si vượt quá 500x10-6, thời gian hình thành của cuộn dây nhôm sẽ kéo dài và việc tăng liên tục sẽ làm giảm điện dung riêng của cuộn dây nhôm. Do đó, hàm lượng Si trong cuộn nhôm tráng thường được yêu cầu kiểm soát dưới 30x10-6.
(3) Ảnh hưởng của Cu.
Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nếu hàm lượng Cu quá thấp thì cuộn nhôm có khả năng chống ăn mòn kém, còn nếu hàm lượng Cu quá cao sẽ dễ gây ra hiện tượng ăn mòn quá mức. Khi hàm lượng Cu trong nhôm có độ tinh khiết cao tăng lên thì điện dung tĩnh điện của cuộn dây nhôm có thể tăng lên. Khi hàm lượng Cu đạt (27~30)x10-6, hàm lượng Cu tăng sẽ làm giảm điện dung riêng của cuộn dây nhôm. Umezawa Atsushi và cộng sự. đã nghiên cứu sự phát triển của kết cấu tái kết tinh trong nhôm có độ tinh khiết cao và nhận thấy rằng khi hàm lượng Cu trong cuộn nhôm có độ tinh khiết cao là 50x10-6 thì hàm lượng kết cấu hình khối trong kết cấu tái kết tinh sau khi ủ sẽ không có Cu. gấp đôi lần và không {123}<634>Kết cấu R đã được tìm thấy. Hàm lượng Cu thấp hơn và nhiệt độ phát triển hạt cao hơn có lợi cho việc tăng hàm lượng kết cấu khối của cuộn nhôm có độ tinh khiết cao. Một lượng Cu nhất định có thể làm tăng độ xốp trong quá trình hình thành ăn mòn của cuộn nhôm và tăng điện dung riêng của cuộn nhôm. Do đó, các nhà sản xuất trong và ngoài nước thường thêm một lượng Cu nhất định vào nhôm có độ tinh khiết cao để tăng điện dung riêng của cuộn dây nhôm. Khi hàm lượng Cu trong cuộn nhôm có độ tinh khiết cao cao, pin siêu nhỏ dễ dàng hình thành trong chất điện phân hoạt động của cuộn nhôm được phủ, điều này sẽ phá hủy màng oxit của chất điện môi và làm giảm hiệu suất của tụ điện. Do đó, hàm lượng Cu trong cuộn nhôm có độ tinh khiết cao thường được kiểm soát dưới 60x10-6.
(4) Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng khác.
Các nguyên tố vi lượng chính khác trong cuộn nhôm bao gồm Mg, Be, Pb, Sn, Ni, Ti, v.v. Các nguyên tố vi lượng dung dịch rắn này rất dễ phân tách gần các vị trí lệch của nhôm, sẽ ảnh hưởng đến quá trình kết tinh của cuộn nhôm trong lần cán tiếp theo. và các quá trình ủ. Nó có tác động quan trọng đến sự hình thành mạng tinh thể, kích thước hạt, hình thành kết cấu khối, dòng rò và quá trình ăn mòn, cuối cùng ảnh hưởng đến hiệu suất của tụ điện, do đó hàm lượng của nó phải được kiểm soát chặt chẽ.
Quá nhiều Mg sẽ làm giảm tốc độ tạo mầm và tốc độ tạo mầm của nhôm, không có lợi cho sự hình thành và phát triển kết cấu hình khối. Các nguyên tố vi lượng này không phải lúc nào cũng tồn tại ở dạng monome trong cuộn nhôm. Khi điều kiện thay đổi, chúng sẽ tạo thành các loại hợp chất khác nhau với các nguyên tố vi lượng và AI khác để tạo thành dung dịch rắn hoặc kết tủa. Bằng cách nghiên cứu sự hiện diện của các nguyên tố vi lượng trong các dạng cuộn nhôm khác nhau, hàm lượng của chúng trong cuộn nhôm có thể được kiểm soát một cách hiệu quả. Sự hiện diện của Mg sẽ gây ra sự phát triển bên của đường hầm ăn mòn của cuộn dây nhôm và có thể thúc đẩy sự bong tróc của mô ăn mòn trên bề mặt cuộn dây nhôm, điều này không có lợi cho việc cải thiện điện dung riêng của nó. Đồng thời, bổ sung một lượng đất hiếm và Be thích hợp có thể làm giảm tác dụng cản trở của Fe đối với việc hình thành kết cấu hình khối trong cuộn nhôm có độ tinh khiết cao, thúc đẩy sự hình thành và phát triển của kết cấu hình khối, từ đó làm tăng hàm lượng kết cấu hình khối.
Hiện nay, các phương pháp tốt hơn để kiểm soát hàm lượng các nguyên tố vi lượng là: thêm một lượng đất hiếm (Y) vào nhôm có độ tinh khiết cao có thể thay đổi độ bền tương đối của các thành phần kết cấu bị biến dạng trong cuộn nhôm; thêm ít Be có thể làm tăng kết cấu hình khối của giấy bạc thành phẩm. Sức bền kết cấu. Độ hòa tan của đất hiếm và Be trong Al cực kỳ nhỏ và chúng có thể tạo thành một loạt các hợp chất có tạp chất dạng vết như Fe. Sau khi kết tủa, nền có thể được tinh chế, nồng độ Fe trong nền giảm và loại bỏ các tác động bất lợi của tạp chất lên kết cấu hình khối của cuộn nhôm. Khi hàm lượng đất hiếm tăng lên, mật độ định hướng của đồng thau tăng lên, thành phần kết cấu S giảm và hàm lượng kết cấu hình khối trong lá ủ thành phẩm cũng giảm theo. Khi hàm lượng đất hiếm là 0.003%, thế điện cực tiêu chuẩn của Pb2+ cao hơn đáng kể so với AI+3. Thêm Pb vào cuộn nhôm có độ tinh khiết cao có thể làm tăng số lượng hạt và vết ăn mòn một cách hiệu quả, có lợi cho sự ăn mòn trên bề mặt cuộn nhôm, do đó làm tăng diện tích bề mặt hiệu quả của cuộn nhôm. Khi hàm lượng Pb tăng lên, hàm lượng kết cấu hình khối trong cuộn nhôm thành phẩm giảm dần. Khi hàm lượng Pb đạt 0,3x10-6, cuộn dây nhôm có độ tinh khiết cao có thể đạt được điện dung riêng tối đa. Một lượng Pb trong cuộn nhôm sẽ tập trung trên bề mặt của cuộn nhôm, gây ra sự ăn mòn các lỗ rỗng trên bề mặt, do đó làm tăng điện dung riêng và sẽ không ảnh hưởng đến kết cấu hình khối chắc chắn của cuộn nhôm. Do đó, việc bổ sung một lượng nhỏ Pb có thể cải thiện hiệu suất của cuộn nhôm không chì thông thường. phương tiện kỹ thuật quan trọng. Tuy nhiên, Pb là chất gây ung thư. Mao Weimin và những người khác đã nghiên cứu sử dụng Sn để thay thế Pb và đạt được kết quả tốt.
Khi hàm lượng Sn trong cuộn nhôm có độ tinh khiết cao dưới 20x10-6, hàm lượng kết cấu hình khối trong cuộn nhôm ủ có thể đạt hơn 95%, trong khi khi hàm lượng Sn vượt quá 20x10-6, hàm lượng kết cấu hình khối trong cuộn nhôm sẽ giảm. . Ảnh hưởng của hàm lượng Sn đến điện dung riêng của cuộn nhôm cũng tương tự như Pb nên có thể thay thế Pb để giảm ô nhiễm môi trường.
Trong quy trình sản xuất cuộn nhôm tráng, không chỉ hàm lượng các nguyên tố vi lượng riêng lẻ bị hạn chế mà tổng lượng nguyên tố vi lượng khác cũng phải được kiểm soát chặt chẽ. Để tránh những tác động bất lợi đến hiệu suất tổng thể của cuộn nhôm tráng, hàm lượng các nguyên tố vi lượng khác trong cuộn nhôm tráng thường phải được kiểm soát trong phạm vi 10x10-6.
