CN103442828A - 用于生产泡沫金属的预制体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旨在生产孔隙率为62％-85％的泡沫金属的预制体，其特征在于该预制体包括一组由12-25％的有机粘结剂如谷物粉、72-87％的氯化钠和1-3％的纤维钾明矾的混合物构成的球体形式的前体。本发明还涉及使用所述预制体的方法以及在注入熔融金属或金属合金后获得的泡沫金属。

Description

用于生产泡沫金属的预制体
技术领域
本发明的技术范围是利用前体制成的预制体来生产泡沫金属(moussesmétalliques)。
背景技术
泡沫金属技术是众所周知的并且可参考专利EP-1808241、US-3236706和EP-2118328，这些专利提出了由盐如氯化钠生产粒料形式的预制体。在借助于熔融金属充填粒料之间的自由空间之后，所述盐被溶解而回收泡沫金属。
因而，专利EP-2118328描述了一种提出由基于谷物粉的粒料来生产预制体的特别有益的方法。然后在浇注金属之前烘烤预制体，以破坏粒料的碳链。根据该专利，首先生产由面粉、氯化钠和水构成的糊料。然后将该糊料制成粒料，所述粒料然后被用于制造预制体。结果发现，除了糊料的制备之外，这种方法导致预制体的机械脆性、在回收泡沫金属之前预制体的长的溶解时间。最后，泡沫金属与热解后的碳质残留物和难以除去的含盐残留物相结合。最终，更严重的是，泡沫金属呈现有缺陷的表面状态，这是因为使用氯化钠造成了腐蚀和氧化，这导致其在工业应用上存在问题。
发明内容
本发明的目的是提供能够获得无腐蚀、没有残留物的泡沫金属表面状态的措施，这通过使用特定的预制体并且实施同样特定的工艺来实现。
本发明因而涉及旨在生产孔隙率为62％-85％的泡沫金属的预制体，其特征在于该预制体包括一组由12-25％的有机粘结剂、72-87％的氯化钠和1-3％的纤维钾明矾(kalinite)的混合物构成的球体形式的前体。
根据本发明的一个特征，前体的直径为约1-10mm并优选4mm。
相据本发明的另一个特征，通过在流化空气床(litd’air fiuidisé)上的混合物造粒获得前体。
根据本发明的又—特征，有机粘结剂由谷物粉(farine de grains)构成。
根据本发明的又—特征，前体包含17％的谷物粉、81％氯化钠和2％的纤维钾明矾。
根据本发明的又一特征，前体包含13％的谷物粉、84％的氯化钠和3％的纤维钾明矾，或24％的谷物粉、74.5％的氯化钠和1.5％的纤维钾明矾。
本发明还涉及由该预制体制造泡沫金属的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
-将前体引入到模具中，使该模具经受振动以界定(délimiter)自由空间，
-将模具加热至300-600℃的温度以活化纤维钾明矾，同时在温度上升的过程中向模具中注入空气流，
-保持该温度10-40分钟，
-引入熔融金属以充填前体之间的自由空间，并且
-使其冷却并且洗涤泡沫金属。
有利地，该方法包括在加热步骤之前的前体的加湿和干燥步骤。
使用相对于前体质量的3-10％的水进行加湿。
该熔融金属是纯金属，特别是铝，或者金属合佥。
有利地，将铸造型芯(noyaux de fonderie)置于预制体内以获得特殊的通路(chemins)。
本发明还涉及通过本发明方法获得的开孔型泡沫金属。
有利地，该泡沫金属在经过洗涤之后不存在泡沫金属的腐蚀，和/或该泡沫金属在经过洗涤之后不存在泡沫金属的氧化，和/或该泡沫金属在经过洗涤之后没有碳质残留物，和/或该泡沫金属在经过洗涤之后没有含盐(salins)残留物。
还有利地，该泡沫金属具有65％-85％的开孔孔隙率。
该泡沫金属基于铝或铝合金。
本发明的第一个优点在于预制体成形的容易性及其不粉化的机械强度。
本发明的另一个优点在于可几乎即刻完成的去除预制体的极其快速的时间。
本发明的另一个优点在于不存在泡沫金属的腐蚀或氧化。
本发明的另一个优点在于可根据前体尺寸及前体间可能的连接(例如通过加湿来聚集)调节的孔隙率的控制。
具体实施方式
通过下文实施例的描述，本发明的其它特征、优点和细节将被更好地理解，所述实施例以举例的形式给出。
在下面的描述中，术语“前体”被理解为是指由基于氯化钠的混合物形成的球体。该有机粘结剂可以是碳水化合物，例如谷物粉。
在下面的描述中，将更特别地关注于该粉，但这并不构成对发明明的限制，只要所用化合物可起到有机粘结剂的作用。
因而，该粉可以是由谷物如小麦、大麦、高粱或黑麦通常获得的粉。当然可使用其它植物粉。这种粉当然需要筛分，以获得基本恒定的粒度。可使用粒度大约200μm并有利地小于150μm的粉。
所用氯化钠具有小于或等于200μm的颗粒直径。优选选择彼此相近的粉和氯化钠的粒度。
为了获得前体以构成预制体，按以下的方式或者等效的方式操作。初始混合物由12-25％的有机粘结剂如谷物粉、72-87％的氯化钠和1-3％的纤维钾明矾构成。这当然涉及的是质量百分数。通过在搅拌下将有机粘结剂倒入盐中然后添加纤维钾明矾来获得混合物。此操作持续数分钟。
然后将如此获得的紧密混合物在流化空气床上分散和造粒。这种操作方式使得能够获得大约1-10mm的规律且受控的前体粒度。有利地，前体的直径是大约4mm。所获得的前体是干燥且刚性的并且呈现椭圆体或球体的形式。
对于本发明来说，纤维钾明矾的选择是重要的，因为正是纤维钾明矾使得能够获得具有上述优点的泡沫金属。已知纤维钾明矾是一种矿物硫酸盐或钾明矾(alun de potassium)，分子式为KAl(SO4)2·11H2O，其熔点为大约92-93℃。有利地注意到，纤维钾明矾在大约200℃的温度下变为无水。这在模具温度升高的过程中将有助于排出前体中存在的所有残余水分子并且因而释放前体中的分子间空间。
有利地，预制体可以由包舍17％的谷物粉、81％的氯化钠和2％的纤维钾明矾的前体构成。
有利地，预制体可以由包舍13％的谷物粉、84％的氯化钠和3％的纤维钾明矾的前体构成。
还有利地，预制体可以由包舍24％的谷物粉、74.5％的氯化钠和1.5％的纤维钾明矾的前体构成。
采用下述方式或等效的方式应用该预制体。
将所述前体放入模具中而不使它们彼此团聚(agglomérés)并且如此获得的预制体具有所用模具的形状。当然，将根据所需泡沫金属的最终形状确定模具的内部形状。前体可任选地通过模具的机械振动致密化，以减少这些前体之间的自由空间。
然后则将包舍预制体的模具放置在炉中，并且使空气流(courant d’air或者flux d’air)通过所述模具。将所述模具逐渐加热至300-600℃的温度，并且保持该温度10-40分钟。在整个加热过程中，使空气流循环通过预制体。空气在模具中的这种循环使得能够快速活化纤维钾明矾并且参与前体的热解。
引入熔融金属以充填前体间的自由空间，使其冷却并洗涤泡沫金属。
作为变化形式，可以在将所述前体引入模具中之前活化纤维钾明矾。在这种情况下，前体在大气下的温度升高进行15分钟，然后将前体引入到模具中，致密化并倒入熔融金属。
熔融金属的使用条件在铸造操作中是众所周知的，因而在本文中不需要详细描述。
在温度升高的过程中，实现预制体的热解，这使得能够活化纤维钾明矾，并且因此使得在形成泡沫金属的多孔介质后预制体能够更好地溶解。这种溶解是非常快速的并且以泡腾形式出现，因此将无困难地排除前体。
在洗涤之后，所获得的泡沫金属的表面状态没有任何含盐或碳质残留物，并且其表面状态没有任何腐蚀和/或氧化。因此，与根据现有技术方法获得的泡沫金属相反，所述金属和氯化钠之间没有发生反应。
无论是上述指出的预制体的任何组成，均获得相同的结果。
根据本发明的方法特别适于生产泡沫铝或泡沫铝合金。对于此目的通常使用标号AZ7、AS7G3、AS7G06、AS10或AS9的合金。当然，本发明的方法可以使用其它金属来制造泡沫金属，例如锌或镁。
铸造型芯可以放置在预制体内以获得特殊的通路。当希望在泡沫金属的两个面之间建立特殊回路时例如就是这种情况。
通常，可以利用任何熔点低于750℃的金属或金属合金来实施本发明的方法。
有利地，可以通过自然重力或者通过注入到模具中在压力下引入熔融金属。
有利地，在将预制体引入到模具中之前，可以进行前体的加湿和干燥步骤。该加湿可以使前体之间彼此聚集并提高预制体的相对密度，控制泡沫金属的形态特征，尤其是在颈部(col)和股段(brin)直径方面。
该颈部对应于泡沫孔之间的开口，其对应于前体球体在去除后留下的空腔，并且该股段由泡沫金属的骨架构成，即前体球体之间的空间。
这种加湿通过使用相对于前体质量为3％-10％的水来进行。不言而喻，由于空气流在预制体内循环的原因，该干燥可以在热解的过程中进行。
本发明还涉及使用本发明方法获得的开孔泡沫金属，其相对密度或孔隙率为大约65-85％，孔的直径为大约4mm。不言而喻，该孔隙率对应于相对于泡沫金属总体积的自由空间的体积百分数。

Claims (15)

1.旨在生产孔隙率为62％-85％的泡沫金属的预制体，其特征在于该预制体包括一组由12-25％的有机粘结剂、72-87％的氯化钠和1-3％的纤维钾明矾的混合物构成的球体形式的前体。
2.权利要求1的预制体，其特征在于前体的直径为约1-10mm并优选4mm。
3.权利要求1或2的预制体，其特征在于通过在流化空气床上的混合物造粒获得前体。
4.权利要求1至3之一的预制体，其特征在于有机粘结剂由谷物粉构成。
5.权利要求4的预制体，其特征在于前体包含17％的谷物粉、81％的氯化钠和2％的纤维钾明矾。
6.权利要求4的预制体，其特征在于前体包含13％的谷物粉、84％的氯化钠和3％的纤维钾明矾，或24％的谷物粉、74.5％的氯化钠和1.5％的纤维钾明矾。
7.由上述任一项权利要求的预制体制造泡沫金属的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
-将前体引入到模具中，使该模具经受振动以界定自由空间，
-将模具加热至300-600℃的温度以活化纤维钾明矾，同时在温度上升的过程中向模具中注入空气流，
-保持该温度10-40分钟，
-引入熔融金属以充填前体之间的自由空间，并且
-使其冷却并且洗涤泡沫金属。
8.权利要求7的制造泡沫金属的方法，其特征在于该方法包括在加热步骤之前的前体的加湿和干燥步骤。
9.权利要求8的制造泡沫金属的方法，其特征在于使用相对于前体质量的3-10％的水进行加湿。
10.权利要求7-9之一的制造泡沫金属的方法，其特征在于该熔融金属是纯金属，特别是铝，或者金属合金。
11.权利要求7-10之一的制造泡沫金属的方法，其特征在于将铸造型芯置于预制体内以获得特殊的通路。
12.通过权利要求7-11的方法获得的开孔型泡沫金属。
13.权利要求12的泡沫金属，其特征在于该泡沫金属在经过洗涤之后不存在泡沫金属的腐蚀，和/或该泡沫金属在经过洗涤之后不存在泡沫金属的氧化，和/或该泡沫金属在经过洗涤之后没有碳质残留物，和/或该泡沫金属在经过洗涤之后没有含盐残留物。
14.权利要求12或13的泡沫金属，其特征在于该泡沫金属具有65％-85％的孔隙率。
15.权利要求12-14之一的泡沫金属，基于铝或铝合金。
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