183431. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumfelületek, főként elektrolitkondenzátorok katódfólia felületének passzíválására
1 183431 2 A találmány tárgya eljárás alumínium felületek kisfeszültségű elektrolitkondenzátor gyártásához felhasznált maratott, nagy fajlagos felületű alumínium katódfólia felületének passziválására, a felületi tulajdonságok stabilizálására. Az alumínium elektrolítkondenzátorok anódja A1 99,5 minőségű, 100 pm vastagságú nagy fajlagos felületűre maratott alumíniumfólia, amelynek felületén anódos oxidációval („formázás”) kialakított 1—2 pm vastagságú, jó dielektromos tulajdonságú záróréteg típusú oxidréteg a dielektrikum, amely egyben biztosítja a nagy fajlagos felületű fólia felületének stabilitását, atmoszferikus, ill. korróziós hatásokkal szembeni védelmét. Az elektrolitkondenzátor másik fegyverzete szívópapírban felitatott elektrolit, amelyhez az áramhozzávezetés a katódfólián keresztül történik. A katódfólia felületén mindig jelenlévő természetes oxidréteg is dielektrikumként viselkedik és a katódfóliával elektrolitkondenzátort képez, amelynek kapacitása az anódfóliánál lévő elektrolitkondenzátoréval sorba kapcsolódva adja az eredő kapacitást: r — ^a* Ck Ca + Cfc Ahhoz, hogy az elektrolitkondenzátor eredő kapacitását a katódfólia ne befolyásolja (ne csökkentse), a fólia felületét elektrokémiai eljárással maratják. A maratás hatására a fólia mindkét oldalán, teljes felületén kisebbnagyobb bemaródások keletkeznek, amelyek áthatják a fólia teljes vastagságát. Az anyag „szivacsszerkezetűvé válik, az effektiv felület az eredeti sima fóliának mintegy hatvanszorosára növekszik. A sima katódfólia felülete 250-300 pF/dm2, a maratott katódfóliáé 16 000- 20000 pF/dm2 kapacitásértékkel jellemezhető. A „szivacsszerkezetűre” maratott nagy fajlagos felületű alumíniumfólia a környezeti hatásokkal, valamint a kondenzátor elektrolitjával szemben nagy reakcióképességet mutat, ennek következtében a kész kondenzátor kapacitásvesztése a különböző szabványok, minősítő eljárások által megengedett 10%-nak többszöröse. A nagy fajlagos felület stabilizálására tett korábbi kísérletekkel — pl. bórkősavas kezelés — a kívánt eredményt nem sikerült elérni. Hasonló célú megoldást ismertet például a 78113212 sz. japán szabadalmi leírás, amely többek között 5-200 ppm nagyságrendű titán és egyéb adalékok alkalmazásával biztosítja a kívánt eredményt. Mivel ez a megoldás költséges, ezért más utat választottunk. A katódfólia nagy fajlagos felületének reakcióképessége, érzékenysége minőségileg új helyzetet teremt. A felület védelme az anódfóliánál alkalmazott anódos oxidációval - a villamos szempontból mérvadó tulajdonságok megőrzése mellett - nem lehetséges. A probléma megoldását a számbavehető lehetőségek közül a kondenzátorok elektrolitjába adagolt inhibitoranyag, vagy már eleve a katódfólia-készítés során a felület stabilizálása adhatja. Az utóbbi megoldást azért részesítettük előnyben, mert a maratott fólia készítése és kondenzátorba szerelése között viszonylag hosszú idő telhet el és ezalatt is károsodhat a fólia felülete. Leírtakból következik, hogy a nagy fajlagos felületű alumínium katódfólia felületének stabilizálására - a felület. s ezzel együtt a kapacitás csökkenése nélkül — csak az általunk kidolgozott kémiai passziváió fürdőben történő kezelés alkalmas. 2 A találmány lényege, hogy a maratással megnövelt felületű katódfólia felületén összefüggő védőréteg kialakítására nincs szükség, hanem elegendő a felület reakcióképesség szempontjából legaktívabb pontjainak helyi blokkolása, amelyet az általunk kidolgozott eljárás szerinti kezeléssel biztosítunk. Vizsgálataink alapján azt tapasztaltuk, hogy a passzív réteg előállítására szolgáló módszerek közül a Cr (VI)-t tartalmazó savanyú oxidáló fürdők felelnek meg legjobban. Kísérleti tapasztalataink műszaki-gazdasági értékelése alapján optimális eredményt a következő összetételű fürdővel értük el: Cr03 2-10 gA NaF 0,5-5,0 gA K2Cr207 2-10gA Ismert, hogy savanyú kromátozó fürdőben A1203 • • (Cr03/OH) • Cr04 általános képlettel kifejezhető ősz - szetételű alumínium-króm oxidhidrát alakul ki a felületen. A fürdő egyes alkotói közül a K2Cr207 és a Cr03 oxidáló ágensként szolgálnak, utóbbi egyben a szükséges savasságot is biztosítja. Bár a katódfólia elektrokémiai maratása során „oxidmentes” fémfelület alakul ki, a következő vizes öblítések tartama alatt megkezdődik a fémfelület hidratációja, oxidációja. A NaF az adott pH mellett biztosítja azt az oldó hatást, amelynek következtében az oxidáció szempontjából kitüntetett helyek ismét reakcióképessé válnak. A reakció során keletkező Cr (III, II) és Al (III) ionoknak csak egy része vesz részt a rétegképzésben, másik részük oldható vegyületek formájában a fürdőben maradnak. A passziválás során a minták felületén kialakuló oxidvegyületekbe beépülő Cr mennyiségét meghatározva kitűnt, hogy az optimálisan passzíváit, megfelelő felületi stabilitást elért fólia felületi Cr koncentrációja — a fólia két oldalának hosszúság és szélesség adataiból számított geometriai „makro” felületére vonatkoztatva — 1,90— 2.20 mg/dm2. Ezt az értéket a maratással előállított valódi „mikro” felület egészére átszámolva az előbbi érték 3,2—3,7° • 10'2 mg/dm2-nek adódik. Figyelembevéve az alumíniumoxid-krómoxid vegyületek kristálytani adataiból számítható méreteit, bizonyítható, hogy a valódi felület teljes borítottsága nem alakul ki. A passziváió hatás az aktív helyek blokkolásával érhető el. Számos kísérlet eredményeképpen megállapítottuk, hogy optimális felületstabilitás 55-95°C hőmérsékleten, előnyösen 75-85°C-on érhető el. Az optimális kezelési időt kísérleteink alapján 60-120, előnyösen 70—90 mpben határoztuk meg. A találmány tárgyát képező felületstabilizálási eljárás előnye, hogy beilleszthető a kisfeszültségű elektrolitkondenzátorok katódfóliájának folyamatos, szalag-áthúzó rendszerű gyártási technológiájába. A találmány szerinti eljárás további előnye, hogy kiterjedten alkalmazható más célokra is minden olyan esetben, amikor az alumíniumfelület reakcióképessegét (korrózióját) kell csökkenteni és/vagy az alumíniumfelület villamos tulajdonságait (pl. átmeneti ellenállás) meg kell őrizni. A találmány tárgyát képező eljárással kezelt alumínium katódfólia 16 000-20 000 pF/dm2 kapacitásértékkel jellemezhető felületét a felületstabilizálás eredményeként a fólia-minősítő vizsgálatok során stabilan megőrzi. A találmány tárgyát képező eljárás alapján kezelt katódfóliából készített elektrolitkondenzátorokat minő-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
