Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия

Т. С. Саркисов, кафедра обработки металлов давлением, инженер научного проекта, эл. почта: tiksar@ya.ru

С. С. Саркисов, ведущий эксперт научного проекта кафедры обработки металлов давлением, канд. техн. наук, эл. почта: sarkfoil@yandex.ru

АО «ЭЛЕКОНД», Сарапул, Россия
С. В. Рыбин, заместитель главного инженера по науке и технике, эл. почта: rybinsv@elcudm.ru
Е. Л. Ляпунова, начальник лаборатории отдела алюминиевых конденсаторов

Ранее в своих публикациях авторы исследовали влияние термодеформационных режимов обработки на комплекс физико-механических свойств фольг из алюминия марки А99 для низко- и высоковольтных анодов и катодов электролитических конденсаторов. В настоящей работе авторы изучили влияние микролегирования алюминия высокой чистоты скандием и цирконием на формирование у конденсаторных фольг физических (электроемкость и токи утечки) и механических (временное сопротивление) свойств. Объект исследования — 14 образцов алюминиевой фольги, полученных лабораторным способом, среди которых: 2 образца базового алюминия марки А99 с промежуточным отжигом и без него; 6 образцов с микролегированием скандием, % (мас.): Al + 0,05 Sc; Al + 0,1 Sc; Al 99 + 0,3 Sc (с промежуточным отжигом и без него); 6 образцов с микролегированием цирконием, % (мас.): Al + 0,05 Zr; Al + 0,1 Zr; Al + 0,3 Zr (с промежу точным отжигом и без него). Исследования образцов проводили после их статического нормирования по режимам высоко- и низковольтного применения. На низковольтной фольге наблюдали повышение значений удельной емкости при содержании скандия 0,05 % (мас.), при дальнейшем увеличении показателя от 0,1 до 0,3 % (мас.) значения удельной емкости падают, при этом повышаются прочностные свойства фольг. Токи утечки во всем диапазоне легирования скандием от 0,05 до 0,3 % (мас.) на этом виде фольг увеличиваются. Микролегирование низковольтных фольг скандием повышает прочностные свойства, но не дает положительного эффекта по электропараметрам. При введении циркония в состав чистого алюминия от 0,05 до 0,3 % (мас.) как для фольг низковольтного, так и высоковольтного применения электрические параметры не улучшаются, при этом повышаются прочностные свойства. При введении промежуточного отжига наблюдается повышение величин емкости на всех образцах, тестируемых по высоковольтным режимам, и ее снижение по низковольтным режимам. Микролегирование алюминия высокой чистоты Sc и Zr эффективно с повышением содержания до 0,05 % (мас.) для фольг катодного применения, т. е. там, где не требуется создание оксидного слоя диэлектрика.

1. ГОСТ 11069–2019. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.06.2020.
2. Hou J. P., Wang Q., Zhang Z. J., Tian Y. Z. et al. Nano-scale precipitates: The key to high strength and high conductivity in Al alloy wire // Materials and Design. 2017. Vol. 132. P. 148–157.
3. Закгейм Л. Н. Электролитические конденсаторы. — М. и Л. : Госэнергоиздат, 1963. — С. 124–126, 137–144.
4. Pan F. S., Peng J., Tang A. T., Lu Y. Increasing cube texture in high purity aluminium foils for capacitors // Materials Science & Technology. 2015. Vol. 21, No. 12. P. 1432–1435.
5. Rudnev V. S., Yarovaya T. P., Nedozorov P. M., Mansurov Y. N. Wear-resistant oxide coatings on aluminum alloy formed in borate and silicate aqueous electrolytes by plasma electrolytic oxidation // Protection of Metals & Physical Chemistry of Surfaces. 2017. Vol. 53 (3). P. 466–474.
6. Саркисов С. С., Акопов Е. С., Агаджанов В. М., Злотин Л. Б. и др. Производство алюминиевой фольги для конденса торов // Цветная металлургия. 1990. № 11. С. 44–46.
7. Ладьянов В. И., Старостин С. П., Карбань О. В., Пушкарев Б. Е. и др. Микро и наноструктура поверхности и катодная емкость алюминиевой фольги на последовательных стадиях травления // Химическая физика и мезоскопия. 2016. № 3. С. 421–427.
8. Напалков В. И. Легирование и модифицирование алюминия и магния. — М. : МИСИС, 2002. — 376 с.
9. Саркисов Т. С., Белов Н. А., Саркисов С. С., Долбачев А. П. Повышение физико-механических свойств фольги для анодов высоковольтных электролитических конденсаторов путем введения промежуточного отжига // Цветные металлы. 2021. № 5. С. 65–70.
10. Çadırl E., Tecer H., Sahin M., Yılmaz E. et al. Effect of heat treatments on the microhardness and tensile strength of Al – 0.25 wt.% Zr alloy // Alloys & Compounds. 2015. Vol. 632. P. 229–237.
11. Белов Н. А., Короткова Н. О., Достаева А. М., Акопян Т. К. Влияние деформационно-термической обработки на электросопротивление и упрочнение сплавов Al – 0,2 % Zr и Al – 0,4 % Zr // Цветные металлы. 2015. № 10. С. 13–18.
12. Cui X., Wu Y., Zhang G., Liu Y. et al. Study on the improvement of electrical conductivity and mechanical properties of low alloying electrical aluminum alloys // Composites. Part B. 2017. Vol. 110. P. 381–387.
13. Zhang J., Ma M., Shen F., Yi D. et al. Influence of deformation and annealing on electrical conductivity, mechanical properties and texture of Al – Mg – Si alloy cables // Materials Science & Engineering A. 2018. Vol. 710. P. 27–37.
14. Belov N. A., Dostaeva A. M., Shurkin P. K., Korotkova N. O. et al. Influence of annealing on electrical resistance and hardness of hot-rolled aluminum alloy sheets containing up to 0.5 % Zr // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2016. Vol. 57, No. 5. P. 429–435.
15. Knipling K. E., Karnesky R. A., Lee C. P., Dunand D. C. et al. Precipitation evolution in Al – 0,1 Sc, Al – 0,1 Zr and Al – 0,1 Sc – 0,1 Zr (at.%) alloys during isochronal aging // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. P. 5184–5195.
16. Yang Y., Licavoli J., Sanders Р. Improved strengthening in supersaturated Al – Sc – Zr alloy via melt-spinning and extrusion // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 826. 154185.
17. Hou J. P., Wang Q., Zhang Z. J., Tian Y. Z. et al. Nanoscale precipitates: The key to high strength and high conductivity in Al alloy wire // Materials & Design. 2017. Vol. 132.148157.
18. Dou Z., Xu R., Berduque A. The development of electrolytes in aluminium electrolytic capacitors for automotive and high temperature applications // Carts Europe 2008. Conference Proceedings. 2008. P. 7–11.
19. Post H. A., Meinema W., Rekers D. Aluminium capacitors for automotive high temperature applications // Carts USA. 2005. P. 65–70.
20. Xian Zeng, Jiatong Bian, Libo Liang, Qian Cao et al. Preparation and characterization of anode foil for aluminum electrolytic capacitors by powder additive manufacturing // Powder Technology. 2023. Vol. 426. 118602.
21. Саркисов Т. С., Саркисов С. С., Рыбин С. В., Ляпунова Е. Л. Исследования комплекса физических, кристаллографических и механических свойств алюминиевой фольги для электролитических конденсаторов // Цветные металлы. 2022. № 1. C. 56–62.
22. Пушкарев Б. Е., Михайлов С. С., Ладьянов В. И., Рыбин С. В. и др. Влияние малых добавок скандия на свойства алюминиевой фольги для оксидно-электролитических конденсаторов // Металлы. 2019. № 3. С. 38–45.
23. Royset J., Ryum N. Scandiun in alumunium alloys. A review // Journal of International Materials. 2005. Vol. 1. P. 19–43.
24. Belov N. A., Alabin A. N., Prokhorov A. Y. The influence that a zirconium additive has on the strength and electrical resistance of cold-rolled aluminum sheets // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2009. Vol. 50, No. 4. P. 357–362.
25. Lefebvre W., Danoix F., Hallem H., Forbord B. et al. Precipitation kinetic of Al3(Sc,Zr) dispersoids in aluminium // Alloys & Compounds. 2009. Vol. 470. P. 107–110.
26. ГОСТ 25905–2018. Фольга алюминиевая для конденсаторов. Тех. условия. — Введ. 01.03.2019.
27. ТУ 6365–001–07628635–2002. Фольга травленная и формованная для оксидных алюминиевых электролитических конденсаторов. — Введ. 12.03.2005.