CN101743080A - 挤压经微波加热的金属粉末的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过挤压金属和/或金属合金粉末来制备型材的方法，在该方法中，将粉末散料加热到低于该粉末熔点的挤压温度，并在压力下将其压制通过模具开口以形成型材。该粉末的至少一种金属或金属合金是在自由表面上自发形成天然的氧化物保护层的活泼金属和/或该粉末含有均匀分布在该粉末散料中的吸收微波辐射的纤维状颗粒。通过微波辐射加热所述粉末散料。以此方法在粉末散料整个区域中实现快速和均匀的加热。

Description

挤压经微波加热的金属粉末的方法
本发明涉及一种通过挤压金属和/或金属合金粉末来制备型材的方法，在该方法中，将粉末散料(Pulverschüttung)加热到低于该粉末熔点的挤压温度，并在压力下压制通过模具(Matrize)开口而形成型材。
在现有技术中，在标准情况下的挤压装置中，压制螺栓作为金属块状材料被压制通过模具的开口。在粉状材料的挤压中，该粉末散料由于其低的导热性在挤压前通常包封在容器中，并且通常如通过冷等静压而密实。该粉末散料差的导热性通过在金属颗粒上的起隔热体作用的氧化物层而变得更差。通过压制时的较高密度和包封改进了热传输，并且整个粉末散料例如通过外热输入可均匀加热到所需挤压温度，但通过导热在粉末散料中达到均匀的温度分布的时间是相对长的。由此金属粉末在挤压装置中直接加工至今尚未实现。
该提供用于挤压的粉末散料必须尽可能均匀地加热到所需的挤压温度。为此按现有技术该粉末散料在合适的容器中要么经感应加热要么在对流加热炉中加热。应注意的是，该加热过程要持续足够长，以确保在粉末散料中有尽可能均匀的温度分布。由此，为确保温度均匀分布的长的等待时间产生了对生产过程不利的延迟。再则增加了散料外边缘层过热和/或太长热处理时间的风险。这对当要加工由至少两种不同成分组成的粉末即所谓的复合粉末是很重要的，该复合粉末的组分在高温下要么例如通过氧化易于单独或相互发生不利的反应。
该上述的现有技术的方法例如公开于EP-A-0327064、US-A-4050143或US-A-4699657中。
本发明的目的在于提供一种开头所述类型的方法，用该方法可在粉末散料的所有区域实现快速和均匀的加热。
为了根据本发明实现该目的，该粉末的至少一种金属或金属合金是在自由表面上自发形成天然的氧化物保护层的活泼金属和/或该粉末含有均匀分布在该粉末散料中的吸收微波辐射的纤维状颗粒，并且该粉末散料通过微波辐射加热到挤压温度。
通过使用微波技术加热粉末散料，由于其深度作用实现了在粉末散料的所有区域的非常快速而又非常均匀的加热。由此大大缩短了达到温度均匀性的等待时间。这特别适于活泼金属粉末即在自由表面上自发形成天然的氧化物保护层的活泼金属如铝、镁、钛、钽或锆。这类金属粉末在其表面上基本上具有(尽管是非常薄的)氧化物层，该氧化物层一方面在接触传热时起隔热体作用，但另一方面有利于通过微波进行的加热过程。这是由于在粉末颗粒(包括氧化物层)之间的空穴起所谓的微波的“波导(Waveguide)”作用，因为该空穴的大小相应于该微波辐射的波长。由此该微波辐射不受阻，并经多次反射均匀穿透该粉末散料的整个区域中。
为了让该粉末散料由微波辐射穿透最优化，可额外通过粉末散料的相应密实化使粉末散料的密度或粉末颗粒(包括氧化物层)之间的空穴的大小，以与微波辐射的波长相适配。
如果该粉末除含金属颗粒外还含吸收微波辐射能的纤维状成分如碳纳米管(CNT)，则该成分在局部对微波辐射起接收天线或吸收剂的作用。如果该纤维状成分均匀分布在粉末散料中或在最佳情况下甚至至少部分整合进金属的粉末颗粒中，则以此方式可实现对总体散料非常有效和均匀的加热。这种效应还可通过尽可能准确地使纤维状成分的长度与微波辐射的波长相适配而增强。
在本发明的一个优选实施方案中，在粉末散料加热到挤压温度时首先经变频的低微波能量透射(durchstrahlen)，并测定所吸收的能量与频率的关系。在某一频率即所谓的共振频率下产生吸收能的最大值。再用该频率以高微波能量透射该粉末散料，由此达到高效的能量耦合。
用低微波能量的频率适配过程(扫频(sweep))和其后的用具有共振频率的高微波能量的透射将粉末散料加热到挤压温度均可借助于电子控制器全自动进行，以致总可将不同的粉末散装量和粉末组成调节到耦合微波能量的最佳频率。
在本发明方法的另一实施方案中，该粉末散料例如首先在中间容器中用螺旋输送机预密实。接着该经预密实的粉末散料在中间容器中经共振频率透射，并由此快速和均匀地加热到挤压温度。用冲头将来自中间容器的经预密实和加热到挤压温度的粉末散料压制通过模具开口。以此方式可实现金属粉末材料的连续挤压。

Claims (10)

1.通过挤压金属和/或金属合金的粉末来制备型材的方法，在该方法中，将粉末散料加热到低于该粉末熔点的挤压温度，并在压力下将其压制通过模具开口以形成型材，其特征在于，该粉末的至少一种金属或金属合金是在自由表面上自发形成天然的氧化物保护层的活泼金属和/或该粉末含有均匀分布在该粉末散料中的吸收微波辐射的纤维状颗粒，并且该粉末散料通过微波辐射加热到挤压温度。
2.权利要求1的方法，其特征在于，该粉末散料的密度或包括氧化物层的粉末颗粒之间的空穴的大小与微波辐射的波长相适配。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，该在自由表面上自发形成天然的氧化物保护层的活泼金属是铝、镁、钛、钽或锆。
4.权利要求1的方法，其特征在于，该纤维状颗粒的长度与微波辐射的波长相适配。
5.权利要求1或4的方法，其特征在于，该纤维状颗粒至少部分整合进金属的粉末颗粒中。
6.权利要求1、4或5之一的方法，其特征在于，该粉末散料含均匀分布的碳纳米管(CNT)。
7.权利要求1-6之一的方法，其特征在于，该粉末散料在加热到挤压温度时首先经变频的低微波能量透射，并测定所吸收的能量与频率的关系，在出现吸收能量的最大值时确定共振频率，并接着用具有共振频率的高微波能量透射该粉末散料。
8.权利要求7的方法，其特征在于，借助于电子控制器全自动实施该粉末散料的共振频率的确定和其后的用具有共振频率的高微波能量t透射以将该粉末散料加热到挤压温度。
9.权利要求7或8的方法，其特征在于，该粉末散料在中间容器中经预密实，该经预密实的粉末散料在中间容器中用共振频率透射，并加热到挤压温度，接着用冲头将其由中间容器压制通过模具开口。
10.权利要求9的方法，其特征在于，该粉末散料在中间容器中经螺旋输送机预密实。
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