專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬泡沫體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬泡沫體的制造方法，其中生產(chǎn)包含氣體的熔融金屬并且允許所述熔融金屬在形成金屬泡沫體的狀態(tài)下凝結(jié)。
背景技術(shù)：
多孔物體被稱(chēng)為金屬泡沫體，其中在固定的基體中嵌入氣體填充孔，所述基體由金屬制成或著按重量計(jì)算金屬占有主要份額。嵌入孔一般是球形和/或橢圓形，并且被基體材料的壁互相隔開(kāi)。依據(jù)生產(chǎn)情況，金屬泡沫體在外表面的區(qū)域中能夠設(shè)計(jì)成基本緊湊或無(wú)孔的。在這樣情況下，在金屬泡沫體中，多孔內(nèi)部部分至少部分地被致密的外層或致密的外皮包圍。
由于在工藝上可取得高多孔性和低密度，以及對(duì)于很多應(yīng)用有利的特性，例如良好的吸聲、與致密的基體材料相比較低的熱傳導(dǎo)性，或著在受沖擊的情況下高的變形能力，所以金屬泡沫體作為輕型的功能部件具有廣泛的可應(yīng)用范圍。
為了完全開(kāi)拓該潛在應(yīng)用范圍，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面考慮，可取的是能夠高質(zhì)量且盡可能節(jié)省成本地夠制造高質(zhì)量的金屬泡沫的模件。主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是模件密度、數(shù)量、形狀、孔的尺寸和孔在模件中分布，以及在金屬泡沫體設(shè)計(jì)為具有的致密或無(wú)孔的外層時(shí)，外表面的表面質(zhì)量。
由于金屬泡沫體具有已知高應(yīng)用潛力，已經(jīng)進(jìn)行重大的努力以提供能滿足上述所需期望的制造方法。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，目前使用的幾種方法。
第一，已經(jīng)提出，通過(guò)例如利用電化方法對(duì)物體涂層來(lái)制造具有孔的蜂窩形金屬體。更具體地，通過(guò)這樣方法制造合成體，所述合成體由用作涂層基體的致密襯底部分和與這些襯底部分隔開(kāi)的多孔金屬部分構(gòu)成。該方法的缺點(diǎn)在于，通過(guò)涂層技術(shù)基本上僅能獲得小的層厚度并且因此可得到的隔開(kāi)多孔金屬的體積是有限的。而且，在這些合成體情況下，可產(chǎn)生一種粘和問(wèn)題，即在使用期間，隔開(kāi)的金屬泡沫部分很容易從襯底部分脫離。
第二，粉末冶金法已經(jīng)被提出，例如在US3,087,807中或在DE4018 360 C1中。在這種方法中，金屬粉末與發(fā)泡劑粉末混合，并且混合的粉末材料通過(guò)擠壓或變形被制成緊密。然后加熱緊密材料，直到裂解氣從發(fā)泡劑中出來(lái)并因此在前面的壓實(shí)材料中形成孔為止。通過(guò)這種粉末冶金法，能夠制造高質(zhì)量的金屬泡沫體。然而，這種方法關(guān)于所使用的材料和要求的裝置是昂貴的，因?yàn)楸仨氈圃旌褪褂弥辽賰煞N粉末成分。為了在金屬泡沫體中獲得均勻分布的孔，單獨(dú)的粉末成分在加熱之前也必須在內(nèi)部均勻混合，并且粉末顆類(lèi)必須互相焊接，例如通過(guò)熱均衡擠壓。
第三，已知的熔融金屬方法。在這種方法中，生產(chǎn)可發(fā)泡的熔融金屬并且然后將氣體引入到熔融金屬中，從而生成流體金屬泡沫，這些泡沫聚集在溶液的表面。如在EP 666 784 B中公開(kāi)的，由于金屬泡沫的流動(dòng)性，在溶液表面的金屬泡沫能夠通過(guò)小心地?cái)D壓加工成模件，保持多孔結(jié)構(gòu)。這種熔融金屬方法的缺點(diǎn)在于，熔融金屬不能在其純凈條件下起泡沫。為了取得起泡性的目的，在進(jìn)行起泡之前，熔化的材料必須摻以粘性增強(qiáng)劑，例如惰性氣體(GB 1,287,994)，或者摻以陶瓷微粒(EP 0 666 784 B)。如已經(jīng)所提及的，聚集在熔液表面上的金屬泡沫是可流動(dòng)的。這對(duì)于金屬泡沫的成形處理是有利的；然而，由于金屬壁缺乏穩(wěn)定性，可導(dǎo)致起泡的金屬泡沫的局部倒塌并且因此在這樣制造的物體的內(nèi)部不可控制地形成致密區(qū)域。
關(guān)于熔化冶金方法，還提出了不需要粘性增強(qiáng)劑就可進(jìn)行的方法。已知在高壓和高溫下在金屬熔液中能夠釋放氫，氫由于在熔液的凝結(jié)期間溶度的上漲能夠在氣泡形成下被釋放。在熔液的凝結(jié)期間氣泡能夠被固定，從而形成多孔金屬物體。借助這種方法，致密的金屬原材料能夠立即被轉(zhuǎn)化為具有孔的體，然而為此需要非常高設(shè)備費(fèi)用。特別地要求將氫引入到熔液中的能夠承受高溫和高壓的高壓鍋。而且，在高壓和至少幾百度的高溫下用氫會(huì)對(duì)操作者引起顯著的安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，一部分形成的氣泡或釋放的氣體能夠在熔液凝結(jié)期間排出，所以在熔液中不發(fā)生釋放氣體的固定并且作為利用該方法生產(chǎn)的物體的多孔性是低的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種方法，通過(guò)該方法能夠以低裝置費(fèi)用和減小的操作者的安全風(fēng)險(xiǎn)制造高質(zhì)量的金屬泡沫體。
上述目的這樣實(shí)現(xiàn)，即在上述類(lèi)型的方法中，引入的材料在大氣壓力下熔化并且同時(shí)和/或然后引入氣體到流體中，從而流體金屬成形并且允許在較小周?chē)鷫毫ο履Y(jié)至少一段時(shí)間。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)較少的裝置費(fèi)用和以極其簡(jiǎn)單的方式能夠生產(chǎn)高多孔性的金屬泡沫體?？梢钥闯觯诓挥眠^(guò)壓裝置的情況下，當(dāng)引入材料在大氣壓力下在開(kāi)放的熔化坩堝中的熔化并且同時(shí)和/或隨后將氣體引入到引入材料的流體階段時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)熔液的足夠的氣體負(fù)載，以在金屬的凝結(jié)期間形成低密度的金屬泡沫體。上述作用根據(jù)本發(fā)明被用于以有益的方式生產(chǎn)所需形狀的金屬泡沫體，如果流體金屬首先成形并且然后允許在至少暫時(shí)降低周?chē)鷫毫ο履Y(jié)。由于在降低的周?chē)鷫毫ο掠不垡?，在溶液中形成大量氣泡的，但是所述氣泡由于熔液的開(kāi)始和連續(xù)的凝結(jié)被固定在熔液中，因此根據(jù)本發(fā)明制造的金屬泡沫體具有低密度。
而且，根據(jù)本發(fā)明的方法具有對(duì)操作者更高的安全性的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的方法的操作期間能夠避免在高壓和高溫下使用氣體。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，已證明特別有利的是，如果至少部分引入材料在熔化前轉(zhuǎn)化為至少一個(gè)合成物，所述合成物在它的熔化區(qū)間區(qū)域中和/或整個(gè)熔化區(qū)間中放出可溶解在流體金屬中的氣體。通過(guò)該措施，孔形成成分、氣體能夠在引入材料的熔化之前被制成能放出氣體的合成物形式，能夠完全放棄用于將氣體引入到熔液中的裝置。而且有利的是，轉(zhuǎn)化能夠在顯著低于金屬熔化溫度的溫度下進(jìn)行。這樣，氣體能夠在低溫下引入到被限制的形式中并因此有效地節(jié)省能量。為了隨后將氣體引入到熔液中，僅需要對(duì)預(yù)處理的引入材料進(jìn)行短暫的加熱而達(dá)到能放出氣體或分出氣體的合成物的分裂溫度，從而能夠減少在爐子中的保持時(shí)間并且能夠增加材料的生產(chǎn)量。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，至少部分引入材料在熔化前能夠轉(zhuǎn)化為至少一個(gè)合成物，其在它的熔化區(qū)間區(qū)域中和/或整個(gè)熔化區(qū)間中放出可溶解在流體金屬中的氣體；在優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)造中，通過(guò)與氣體或氣體的混合物的接觸進(jìn)行轉(zhuǎn)化。有利的是，引入材料在表面區(qū)域的轉(zhuǎn)化程度和因此在熔化期間引入的氣體量能夠通過(guò)供應(yīng)氣體流控制并且處理持續(xù)時(shí)間能夠被精確地控制。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，至少部分引入材料在熔化前能夠轉(zhuǎn)化為至少一個(gè)合成物，其在它的熔化區(qū)間區(qū)域中和/或整個(gè)熔化區(qū)間中放出可溶解在流體金屬中的氣體，其中與氣霧劑發(fā)生接觸。特別有利的是，如果引入材料和作為反應(yīng)參與物的流體的反應(yīng)釋放很大熱量。通過(guò)氣霧劑，一方面，具有運(yùn)載氣體的反應(yīng)參與物能夠變稀和供應(yīng)到流體狀態(tài)并且在轉(zhuǎn)化期間能夠避免引入材料的局部過(guò)熱。另一方面，運(yùn)載氣體影響處理的材料的熱排出或冷卻。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，關(guān)于至少部分引入材料在熔化前能夠轉(zhuǎn)化為至少一個(gè)合成物，其在它的熔化區(qū)間區(qū)域中和/或整個(gè)熔化區(qū)間中放出可溶解在流體金屬中的氣體，能夠進(jìn)一步設(shè)置，合成物在最大250攝氏度放出氣體，優(yōu)選地最大150攝氏度，大于金屬的熔化或凝結(jié)溫度。這具有如下優(yōu)點(diǎn)，能夠保持為了從合成物中放出氣體的流體金屬過(guò)熱盡量低和用于制造金屬泡沫體的方法中所包含的能量消費(fèi)盡量低。
如果引入材料是由輕金屬、尤其鎂或鎂合金形成，那么能夠以特別簡(jiǎn)單的方式生產(chǎn)高質(zhì)量的金屬泡沫制成的模件，因?yàn)檫@些金屬具有非常好的氣體溶解特性。因此，通過(guò)在根據(jù)本發(fā)明的方法中采用輕金屬，能夠獲得金屬泡沫體的高多孔性。
如果在根據(jù)本發(fā)明的方法中，流體金屬的凝結(jié)發(fā)生在周?chē)鷫毫Φ姆秶?.03巴至0.2巴，那么能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的裝置獲得所生產(chǎn)金屬泡沫體的最大多孔性。在該選擇范圍中的周?chē)鷫毫υ诠に嚿鲜呛?jiǎn)單的并且能夠通過(guò)最簡(jiǎn)單的裝置精確地設(shè)置和產(chǎn)生，例如通過(guò)所謂的噴射泵。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)有利的變型中，在引入流體金屬前預(yù)熱模具。通過(guò)該措施可以獲得，形成具有至少大部分致密外層的金屬泡沫體，其中同時(shí)能夠最小化在致密的外層或表面層里面或上面的裂縫，所述裂縫在震動(dòng)時(shí)候出現(xiàn)。
如果在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用熱絕緣的模具，那么生產(chǎn)的金屬泡沫體的密度能夠顯著地降低。這種效果的原因目前還不清楚。根據(jù)專(zhuān)家的觀點(diǎn)，為了在熔液凝結(jié)時(shí)保持引入到熔液的氣體或者防止氣體從熔液中排來(lái)，應(yīng)該盡可能有效地排出熔化的物質(zhì)凝結(jié)時(shí)釋放的熱量并且隨后迅速冷卻。
與上述觀點(diǎn)相反，然而現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在根據(jù)使用熱絕緣模具的本發(fā)明的方法中，因此使熱排放和冷卻延遲，導(dǎo)致具有顯著地密度的金屬泡沫體。
具體實(shí)施例方式
下面基于實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)例1生產(chǎn)合金AZ91的塊，其是具有鋁的重量約9％和鋅的重量約1％以及其余鎂的鎂合金。此后，生產(chǎn)的材料在公開(kāi)的空氣中保存幾天從而受到潮濕的空氣和雨。
在存儲(chǔ)之后，塊在大氣壓力下在熔化的坩堝中熔化，從而大氣由體積1％的SF6和體積99％的氬氣組成。熔融金屬被加熱到685攝氏度；然后將所述熔融金屬的約70gms填充到預(yù)熱到300攝氏度的坩堝中。隨后，將被填充的坩堝送入到低壓腔中，關(guān)閉該腔并且隨后在該腔中立即生成80毫巴的低壓。保持該低壓七分鐘，之后將該腔通風(fēng)和打開(kāi)并且除去坩堝。
在坩堝中，在內(nèi)部形成有孔的多孔金屬泡沫體形成的密度約是0.95gm/cm3。該體的外表面主要是致密的并且沒(méi)有裂縫。在切開(kāi)泡沫體后從它的橫截面觀察，可以看出，形成的孔具有約1至4mm的直徑并且均勻地分布在整個(gè)橫截面上。致密的外層或外皮約1mm厚。
實(shí)例2在另一個(gè)試驗(yàn)中，進(jìn)行一個(gè)類(lèi)似實(shí)例1的過(guò)程，其中使用熱絕緣的坩堝?？梢缘玫骄哂谢局旅芎蜎](méi)有裂縫的表面的金屬泡沫體?？椎慕Y(jié)構(gòu)相應(yīng)于在實(shí)例1中所述的。與在如在實(shí)例1中所述的不是熱絕緣的坩堝中生產(chǎn)金屬泡沫體相比，這樣確定的金屬泡沫體的密度顯著地降低，在約0.75gm/cm3。
實(shí)例3在實(shí)例1和2中所述的試驗(yàn)用AZ91型的商業(yè)的鎂帶部分進(jìn)行重復(fù)。能取得近似于實(shí)例1或?qū)嵗?和結(jié)果。因此，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，同樣可以以簡(jiǎn)單方法將循環(huán)的材料轉(zhuǎn)化為高值的功能成分。
在用循環(huán)材料的進(jìn)一步試驗(yàn)中，通過(guò)鎂合金的壓鑄方法的廢料作為引入的材料對(duì)于底泡沫體密度和孔的形成能夠獲得特別有利的結(jié)果。從而，進(jìn)行在工藝上相似于實(shí)例1和實(shí)例2的試驗(yàn)，能夠生產(chǎn)具有0.85gm/cm3和0.65gm/cm3的密度的鎂泡沫體。這是由于實(shí)際上在壓鑄過(guò)程中，氣體被引入到壓鑄金屬并且因此壓鑄件的部分總是多孔?，F(xiàn)在，如果壓鑄方法的廢料用于根據(jù)本發(fā)明的方法中，氣體不僅能夠通過(guò)在表面上存在的合成體的分裂而且通過(guò)在引入材料中存在的孔或氣泡。這由具有噴沙處理的壓鑄廢料的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，導(dǎo)致在金屬泡沫體中更高的密度。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬泡沫體的生產(chǎn)方法，其中生產(chǎn)包含氣體的熔融金屬并且允許所述熔融金屬在金屬泡沫體的形式下凝結(jié)，其特征在于引入的材料在大氣壓力下熔化并且同時(shí)和/或然后引入氣體到流體金屬中，然后將所述流體金屬倒入模具中并且允許在至少一段時(shí)間后在減小的周?chē)鷫毫ο履Y(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在熔化前至少部分的引入材料被轉(zhuǎn)化為至少一種合成物，所述引入材料在它的熔化區(qū)域中和/或熔化區(qū)間中放出可溶解在流體金屬中的氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)與氣體或氣體混合物的接觸使部分引入材料轉(zhuǎn)化。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)與氣霧劑的接觸使部分引入材料轉(zhuǎn)化。
5.如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中合成物在最大250攝氏度的溫度下放出氣體，優(yōu)選地最大150攝氏度，超過(guò)金屬的熔化或凝結(jié)溫度。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中引入材料由輕金屬，特別由鎂或鎂合金構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中流體金屬的凝結(jié)發(fā)生在周?chē)鷫毫Ψ秶?.03巴至0.2巴。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中模具在引入流體金屬之前被預(yù)熱。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用熱絕緣模具。
10.在如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法中壓鑄件廢料作為引入的材料使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬泡沫體的制造方法，根據(jù)該方法準(zhǔn)備包含氣體的熔化材料并且使所述的熔化材料凝固，因此形成金屬泡沫體。本發(fā)明的目的是制造具有所需形狀的高質(zhì)量金屬泡沫體，而不需要復(fù)雜的設(shè)備并且同時(shí)減小對(duì)操作者的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了達(dá)到這個(gè)目的，使用的材料在大氣壓力下熔化并且氣體同時(shí)和/或隨后引入到熔融金屬中。然后將熔融金屬注入模具中并且使之凝固，其中周?chē)鷫毫χ辽贂簳r(shí)減小。
文檔編號(hào)B22D21/00GK1738919SQ200380108739
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月13日
發(fā)明者理查德·克雷茨, 卡林·倫格爾, 戈特弗里德·雷滕巴赫爾, 安東·欣特貝格爾 申請(qǐng)人:阿盧萊特國(guó)際有限公司