用于通過鑄模成形制造鋁合金泡沫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過鑄模成形制造高度多孔的金屬材料的領(lǐng)域，該材料被稱為金屬泡沫或海綿或微孔金屬材料或開孔金屬泡沫，或以至少10%、一般地為60%至80%的孔隙度為特征。
[0002]目前，已開發(fā)了用于獲得此類材料的許多方法，具體地，“Metal Foams ；A DesignGuide”，M F Ashby, A G Evans, N A Fleck, L J Gibson, J W Hutchinson, H N G Wadley, 2000, Butterworth-Heinemann, [J Banhart,Progress in Materials Science46 (2001) 559-632], http: / / www.metal foam, net/ 中對此進(jìn)行了描述。
[0003]更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及通過鑄模成形制造此類鋁合金泡沫的方法，也就是說，通過可破壞的預(yù)制體或砂芯(在此情況下由硅膠彈性體制元件構(gòu)成)中的間隙的滲透。
[0004]所述產(chǎn)品可替代具有蜂窩或翅片結(jié)構(gòu)的材料而用于制造一般為工業(yè)用的或用于汽車或核領(lǐng)域的熱交換器、電氣或電力電子電路的冷卻被動(dòng)交換器、LED 二極管照明設(shè)備、隔音或能量吸收(具體地為汽車領(lǐng)域中的撞擊吸收)等。
【背景技術(shù)】
[0005]存在許多關(guān)于通過鑄模成形制造“鋁泡沫”的參考文獻(xiàn)。
[0006][M F Ashby, A G Evans, N A Fleck, L J Gibson, J W Hutchinson, H N GWadley “Metal Foams:A Design Guide^Butterworth-Heinemann,Boston, (2000)], [JBanhart, Progress in Materials Science 46 (2001)559-632]，[Y Conde, J-F Depois, RGoodalI, A Marmottant, L Salvo, C San Marchi&A Mortensen, Advanced EngineeringMaterials 8(9)795-803(2006)]中具體概述了用于此目的的各種方法。
[0007]它們包括各種方法:
[0008]其中一種基于“損失模具精密鑄模成形”的方法被記載于[Y Yamada, KShimojima, Y Sakaguchi, M Mabuchi, N Nakamura,T Asahina,T Mukai, H Kanahashi&KHigashi, Journal of Materials Science Letters, 18(1999) 1477-1480]中，也被稱作“復(fù)制法”。其包括用耐火產(chǎn)品泥漿覆蓋交聯(lián)的泡沫，所述泡沫一般由聚氨酯制成，隨后將其干燥和加熱以固化模具并除去聚氨酯前體。隨后在上述形成的模具中澆鑄金屬，隨后按照慣例地破壞所述模具。
[0009]J Banhart 在[Progress in Materials Science 46 (2001) 559-632]中提及了一種方法，在此方法中，通過粘合劑使砂團(tuán)聚以生產(chǎn)預(yù)制體，所述粘合劑在液體金屬的滲透和凝固過程中的熱的作用下分解，這使其隨后“除芯”。
[0010]不來梅港市的“佛羅恩霍夫研宄所(Fraunhofer Institute) ”描述了一種方法，根據(jù)此方法，由聚合物顆粒制成的預(yù)制體將在“負(fù)壓(Sous-Press1n) ”型模具中被鋁合金滲透，一般通過擠壓鑄造；在此之后，所述聚合物預(yù)制體將通過熱力作用被除去。
[0011]http://www.1farn.fraunhofer.de/index.php ? seite = /2801/leichtbauwerkstoffe/offenporoese-strukturen/&lang = en
[0012]“Ecole Polytechnique Federal de Lausanne”于其WO 2008/099014 申請中引用了此參考文獻(xiàn)。
[0013]然而，由于聚合物材料的融化，采用醋酸丁酸纖維素(CAB)、環(huán)氧化物(EP)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、酚醛(PF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的顆粒并嘗試通過傳統(tǒng)的“低壓(basse-Press1n) ”類鑄造的滲透的申請人所實(shí)施的全部測試都證明是徒勞。
[0014]“佛羅恩霍夫研宄所”的 Berg, W Maysenholder 和 M Haesche 在“Noise Reduct1nby Open-Pore Aluminium Foam”(2003)中報(bào)告了通過使燒結(jié)的聚苯乙稀球制成的預(yù)制體在“負(fù)壓”型250bar的模具中滲透得到的由AlSi9Cu3制成的泡沫試樣的試驗(yàn)產(chǎn)品。在機(jī)加工之后，通過400°C下2小時(shí)的熱處理，所述聚合物從試樣中被除去。然而，提出了一種聚苯乙烯顆粒的替代物，在此為鹽的球。
[0015]“Centre technique des Industries de la Fonderie，，(CTIF)的專利 FR 2 921281描述了一種方法，在所述方法中，預(yù)制體由鹽或高嶺土的球制成，由粘合劑(一般地為聚氨酯)團(tuán)聚，粘合劑在液體金屬的滲透過程中和凝固過程中分解。所述球隨后通過溶劑的作用被除去。
[0016]然而，由于球的尺寸和形狀，它們的必要的各向同性分布，相對較慢的預(yù)制體被溶劑溶解的速度，以及其應(yīng)用的苛刻方面，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)情況中，此方法是局限的。
[0017]“Ecole Polytechnique Federal de Lausanne” 于其申請 WO 2008/099014 和相應(yīng)的專利EP 2 118 328中描述了一種衍生的方法，其中，通過混合研磨的鹽的顆粒、可熱分解的有機(jī)粘合劑(一般為研磨的碳水化合物顆粒的粉)和潤濕劑制造預(yù)制體，將被稱為“鹽漿糊”的此產(chǎn)物制成通氣的具有開孔空間的預(yù)制體，隨后是潤濕劑的蒸發(fā)和為分解粘合劑所進(jìn)行的烘烤，并隨后在400°C至500°C的溫度下硬化預(yù)制體，然后滲透。然后通過溶劑除去預(yù)制體。
[0018]此方法具有以下缺點(diǎn):制造預(yù)制體的步驟相對冗長；成形/加工過程中需要擠壓，這限制了可接受的顆粒形狀；由于不能被全部去除的潤濕劑以及環(huán)境濕度，加工過程中有形成不可見的團(tuán)聚體的風(fēng)險(xiǎn)；以及需要蒸發(fā)和棘手的高溫分解型的烘烤。
[0019]另外，得到的預(yù)制體相對較脆，這使其難以操作，尤其是對于在模具中的放置，以及限制了可接受的尺寸。
[0020]另外，證實(shí)通過溶劑的預(yù)制體的消除也是一個(gè)問題，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)的背景下，并且，考慮到環(huán)境約束和成本，鹽的回收是必要的，但是也產(chǎn)生了額外的投入和生產(chǎn)成本。
[0021]另外，由于鹽的此應(yīng)用，“鋁泡沫”通常有相當(dāng)大的殘余的氯含量，這對產(chǎn)品的抗腐蝕性具有不利作用。此含量可被降至一個(gè)可接受的水平，但是，以泡沫的適當(dāng)清洗為代價(jià)，顯然影響其成本。
[0022]最后，所得的泡沫中的孔隙的形狀和分布是相對地各向同性的，并且不易控制。
[0023]所提出的問題
[0024]本發(fā)明旨在提供一種解決上述各種問題的方法，并能夠達(dá)到:
[0025]I)僅由顆粒和一種可熱分解的粘合劑，或甚至無粘合劑，而簡易制造預(yù)制體，
[0026]2)獲得足夠強(qiáng)度的預(yù)制體以使其易于操作和獲得比現(xiàn)有技術(shù)的方法更大的尺寸的泡沫，并能夠任選地組合幾個(gè)預(yù)制體，
[0027]3)獲得優(yōu)選地可控制的各向同性的或各向異性的開孔，
[0028]4)在預(yù)制體的制造過程中能夠在其中插入金屬管或“砂芯”，以在泡沫中制造孔口或其他空的形狀，所述金屬管一般用作熱交換器管，但是，所述管也可以由例如派熱克斯(pyrex)型玻璃制成。
[0029]5)預(yù)制體滲透/凝固過程中的所述預(yù)制體的完全或幾乎完全的破壞一一也就是說僅僅需要快速的后續(xù)的烘干一一成為易于消除的粉末。
[0030]6)能夠使用相對標(biāo)準(zhǔn)的廣泛使用的鑄模成形方法，如“低壓”砂型鑄造或永久型鑄造。

【發(fā)明內(nèi)容】