СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ СИЛУМИНОВ Советский патент 1994 года по МПК C22C1/06 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке комплексного материала для модифицирования силуминов различного состава, используемых при приготовлении высококремнистых алюминиевых сплавов, предназначенных для дальнейшей прокатки и используемых в качестве фольговых материалов в электротехнической и электронной технике.

Известен способ получения модификатора для силуминов, в котором используют однородную смесь частиц феррофосфора и металлического алюминия, которую предварительно прессуют в формы и вводят в расплав модифицируемого сплава.

Недостаток известного способа заключается в том, что при этом модифицируемый сплав загрязняется железом, присутствие которого в сплавах, используемых в электротехнической и электронной промышленности, допускается на уровне не более 0,001 мас. % .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату к предложенному является известный способ получения модификатора, в котором фосфор осаждают на пластине кремния и в таком виде вводят в расплав силумина.

Недостатком известного способа заключается в том, что не учитывается состав силумина и количество вводимого в расплав фосфора, что не обеспечивает стабильную степень модифицирования расплава и достижение высокого уровня свойств литой заготовки. Кроме того, фосфор на поверхности кремниевых пластин находится в виде сплава никель-фосфор. При этом никель в силуминах для полупроводниковой техники является нежелательной примесью, поскольку он загрязняет сплав и образует интерметаллические соединения, охрупчивающие силумины и снижающие его пластические свойства.

Поскольку известный способ не регламентирует количественного введения никель-фосфорного сплава в составе силуминов, то при использовании известного технического решения не достигается высокая степень модифицирования расплава.

Поставленная цель достигается способом получения модификатора для силуминов, включающим осаждение на кремниевых пластинах никель-фосфорного сплава, в котором осаждение осуществляют до соотношения массы никель-фосфорного сплава к массе кремниевых пластин, равного 1/50-1/80.

Кроме того, для повышения степени модифицирования заэвтектических силуминов используют никель-фосфорный сплав, содержащий 4-10 мас. % фосфора.

Способ осуществляется следующим образом.

Пластины кремния помещают в раствор, содержащий, г/л: Хлористый никель 30-35 Гидрофосфат натрия 10-12 Хлористый алюминий 50-60 Лимонная кислота 50-72
В результате на поверхности пластины кремния осаждается сплав никель-фосфор, содержащий 4-10% фосфора, причем толщину пластин кремния подбирают так, чтобы отношение массы никель-фосфорного сплава к массе кремниевых пластин составляло 1/50-1/80. Такой модификатор обеспечивает одновременное введение в расплав заданного количества кремния при приготовлении силумина и строго определенное количество модифицирующей добавки фосфора. Это позволяет получать сплавы алюминия с кремнием любого состава с модифицированной, измельченной структурой.

Предлагаемый способ получения модификатора обеспечивает возможность формирования на поверхности кремниевых пластин сплава никель-фосфор, который, попадая в расплав алюминия, образует NiAl₃. Указанная фаза повышает прочность сплава, увеличивая его технологичность и является модификатором, способствующим совместно с фосфором измельчению частиц кремния.

Никель в указанных количествах не приводит к снижению электрических свойств выпрямительных элементов из-за своих физико-химических свойств. При этом модифицирующий эффект фазы NiAl₃ превосходит неблагоприятное влияние никеля в сплаве в количествах, допустимых его содержанием.

При отношении массы осажденного на поверхности кремниевых пластин никель-фосфорного сплава в массе кремния более 1/50 эффект модифицирования практически не увеличивается, однако повышается количество никеля в сплаве, что приводит к его охрупчиванию и снижению электрических свойств электронных приборов.

При отношении менее 1/80 слабо проявляется эффект модифицирования.

При содержании фосфора в сплаве никель-фосфор менее 4% эффект модифицирования незначителен, размер частиц кремния уменьшается до 10 мкм, что недостаточно.

При содержании фосфора в сплаве более 10% эффект модифицирования заэвтектических силуминов снижается, огрубляется структура, увеличивается размер частиц кремния и снижается пластичность.

Заданное количество фосфора в сплаве и соотношение массы осажденного никель-фосфорного сплава к массе кремния, равное 1/50-1/80 позволяет получать максимальный эффект модифицирования вне зависимости от состава сплава (количества кремния в силумине). Получаемая структура сплава всегда стабильна вне зависимости от содержания кремния.

Изобретение иллюстрируется на следующих примерах.

Пластины кремния покрывали химическим путем сплавом никель-фосфор. Технология никелирования сводится к следующему. Раствор, содержащий, г/л: Хлористый никель 30-36 Гипофосфат натрия 10-12 Хлористый аммоний 50-60 Лимонная кислота 50-72 доводили до кипения. В раствор добавляли водный аммиак до получения синего цвета и опускали пластины кремния. Длительность выдержки кремния в растворе составляла 5-10 мин.

Для никелирования использовали пластины кремния диаметром 32 мм и толщиной 0,4-0,7 мм. При никелировании в течение 10 мин в растворе состава, г/л: Хлористый никель 30 Гипофосфат натрия 10 Хлористый аммоний 50 Лимонная кислота 50 на пластинах толщиной 0,4 мм осаждается слой никель-фосфорного сплава с отношением массы никеля к массе кремниевых пластин равной 1/50, а на пластинах кремния толщиной 0,7 мм отношение массы никель-фосфорного сплава к пластинам кремния составляет 1/80.

Регулируя состав раствора солей (уменьшение или увеличение количества гипофосфата натрия и хлористого никеля в указанных пределах), добивались изменения содержания фосфора в никелевом покрытии. Примеры получения различного состава модификатора и полученные свойства сплавов приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, предложенный способ получения модификатора обеспечивает повышение пластичности силуминов различного состава более чем в 3 раза и способствует измельчению структуры сплава более чем в 4 раза. (56) Авторское свидетельство СССР N 384920, кл. С 22 С 1/04, 1971.

Использование: в металлургии при разработке комплексного материала для модифицирования заэвтектических силуминов. Сущность: проводят осаждение никель-фосфорного сплава на кремниевых пластинах до соотношения массы никель-фосфорного сплава к массе кремниевых пластин, равного 1/50-1/80. Используют никель-фосфорный сплав, содержащий 4-10 мас. % фосфора. 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ СИЛУМИНОВ , включающий осаждение на кpемниевых пластинах никель-фосфоpного сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения степени модифициpования сплава, осаждение осуществляют до соотношения массы никель-фосфоpного сплава к массе кpемниевых пластин, pавного 1/50 - 1/80. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения степени модифициpования заэвтектических силуминов, используют никель-фосфоpный сплав, содеpжащий 4 - 10 мас. % фосфоpа.