CN103930223B - 制造具有通道的金属泡沫材料的方法及如此获得的金属泡沫材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产金属泡沫材料的方法，该金属泡沫材料具有至少一个通道并且尤其旨在由珠粒预制体（1）生产热交换器。在铸造模具中布置由芯（3）和低温可熔材料制成的覆层（4）所构成的核（2），然后通过与该核密切接触而围绕该核布置预制体（1），然后通过加热促使该低温可熔材料的去除，然后将熔融金属物料浇注到该模具中以充填所述珠粒之间以及所述珠粒与该芯（3）之间的自由空间，并且最后去除所述珠粒。

Description

制造具有通道的金属泡沫材料的方法及如此获得的金属泡沫材料
技术领域
本发明的技术领域是引入了在两侧开通的通道(conduits)的金属泡沫材料的制造领域。
背景技术
这些金属泡沫材料可尤其用在热交换器中以使热耗散或扩散。但据证实重要的是具有一个或多个从金属泡沫材料的一侧贯穿到另一侧的通道，以获得更为复杂的交换器，使得第二流体能够在该交换器内循环，或者获得优先通道(以名称“旁路(bypass)”而为人知)。
已经提出了在金属泡沫材料内提供一个或多个通道。因而，文件US2009/0085520提出通过如下方式使该泡沫材料穿孔以在其中引入管道：通过用力或者通过在引入管道之后钎焊以使其与泡沫材料成为一体。可以理解，这样的实施方式首先要求生产金属泡沫材料，然后对其进行穿孔并且最后以与泡沫材料一体的方式布置管道。该管道在泡沫材料中的保持根据此文件以各种方式实现，例如通过钎焊，通过在该管道上压制该泡沫材料，通过紧固配合该管道，如此等等。最后应当理解，这种系统仅能够插入直管道。
专利EP-1808241描述了在金属泡沫材料中获得通道的方法，根据该方法，在浇注熔融铝或铝合金之前或者在浇注其之后，金属管道被预先插入到预制体中。这种系统因而需要预制管的插入。
金属泡沫材料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。在使用熔融金属充填粒料之间的自由空间之后，所述盐溶解而回收金属泡沫材料。
无论使用什么样的方法在金属泡沫材料内获得通道，都会在泡沫材料的多孔介质和管道之间的连接处遇到传导性劣化的问题。而且，在形成两个部分的泡沫材料和管道之间的机械强度会随时间而发生变化。最后，迄今为止不可能使用相同材料在单一步骤中形成通道和金属泡沫材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属泡沫材料(moussemétallique)，所述金属泡沫材料引入了在该泡沫材料本身的生产过程中获得的贯穿的管道。
该泡沫材料的生产典型地以例如在以下所引文件中描述的粒料预制体(préforme)为起始来进行。
实际上，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该预制体，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。
本发明的目的因而在于生产金属泡沫材料的方法，该金属泡沫材料具有至少一个通道并且尤其旨在由珠粒预制体生产热交换器，其特征在于在铸造模具中布置由芯()和低温可熔材料制成的覆层(enrobage)所构成的核(noyau)，然后通过与该核密切接触而围绕该核布置预制体，然后通过加热促使该低温可熔材料的去除，然后将熔融金属物料浇注到该模具中以充填所述珠粒之间以及所述珠粒与该芯之间的自由空间，并且最后去除所述珠粒。
根据一种特定的实施方式，在浇注金属物料之后，所述通道由替换蜡覆层的金属物料构成。
根据另一特定的实施方式，该核的芯由陶瓷、钢、砂(sable)、可溶材料或与构成该预制体的材料相同的材料构成。
根据另一实施方式，该核由三个元件(éléments)构成，第一元件由陶瓷、钢或砂制的芯构成，第二元件由耐火材料的外围层构成并且第三元件由低温可熔材料覆层构成。
根据又一实施方式，该核由四个元件构成，第一元件由陶瓷、钢或砂制的芯构成，第二元件由耐火材料的外围层构成，第三元件由陶瓷材料层构成并且第四层由低温可熔材料覆层构成。
根据另一实施方式，该核是直的。
根据另一实施方式，该核具有曲度。
根据另一实施方式，该芯是管状的。
根据另一实施方式，该低温可熔材料是蜡。
根据另一实施方式，该覆层在其内表面处包含连续或不连续的突起。
本发明还涉及根据本发明方法获得的具有至少一个通道的金属泡沫材料。
有利地，该通道是直的或弯曲的管形。
还有利地，该通道和该泡沫材料基于铝或铝合金。
本发明的第一个优点在于生产引入了与金属泡沫材料本身相同性能的通道的泡沫材料。
本发明的另一个优点在于首次并且同时获得金属泡沫材料和一个或多个通道。
本发明的另一个优点在于获得任意形状如直的、弯曲的或者其它形状的通道。
本发明的又一个优点在于在通道与金属泡沫材料之间没有任何负面的相互作用。
本发明的又一个优点在于消除了该一个或多个通道与该金属泡沫材料之间的任何机械强度和热传导性的问题。
附图说明
通过以下参考附图以示例方式给出的实施方式的另外描述可以更加清楚本发明的其它特性、优点和细节，其中：
-图1是显示在其中插入核的预制体的图，
-图2-6显示核的不同实施方式的剖面图，
-图7是显示核的另一实施方式的剖面图，并且
-图8和9是具有原位获得的通道的金属泡沫材料的剖面图。
具体实施方式
在说明书的以下部分中，可认为预制体已经以已知方式制成(也就是使用聚结的珠粒)，并且以已知的方式用于生产金属泡沫材料。构成金属泡沫材料的材料本身也是已知的，并且例如可提及铝、铝合金和在铸造中使用的任何已知材料。进一步的细节可参考上述的专利。
如上所指出的，根据本发明，核被插入到预制体中，这种核能够以不同的方式制备。通常，本发明基于可熔覆盖层被与金属泡沫材料相同的材料替换而原位获得通道。
图1示出了由压制或未压制的珠粒1构成的预制体的图，在其中已经布置了核2。这种核由芯3和覆层4构成。为清楚起见，预制体1已经显示出从其模具中移出。这种预制体是平行六面体的，根据图1在其中已经插入了核2。可以看到所有的珠粒1彼此紧密接触。覆层4的端部与预制体的侧壁齐平，而芯3是突出的。这种示意绝不是限制性的，并且本发明还可通过使蜡突出来实施，以产生外皮或者获得相对于泡沫材料来说突出的管道。
当然，在熔融金属注入模具中，核2首先根据用户的需要以垂直或倾斜位置布置，然后向其中倒入珠粒。然后使用已知技术产生泡沫材料，而无需对此进行进一步的描述。当然，可布置多个核以获得多个通道。
图2示出了核2的第一实施方式的剖面图，核2由芯3和覆层4构成。芯3例如由在铸造技术中常用的砂、钢或陶瓷材料构成。该覆层在此由蜡或其它任何低温可熔材料的层构成。低温可熔材料被理解为是指其熔点为40℃-150℃的材料。当然，芯的直径以及覆层的层厚度根据金属泡沫材料所预期的应用来确定。因而，可设想大于2mm的芯的直径，并且可采用0.5mm-10mm(优选0.5-3mm)的覆层厚度。
该图示出了直的核。但无疑可使用任何形状的核。在这种情况下，优选砂制的芯。
结合了核2的这种预制体1以传统方式处理以制造金属泡沫材料。因而，随着模具温度的升高，所述珠粒彼此聚结以产生刚性预制体，然后覆层4熔融并且通过流体的简单流动而被去除。以已知方式注入熔融金属以占据所述珠粒之间的间隙空间以及预制体和剩余芯之间的该覆层所留下的自由空间，以构成通道。在冷却之后，芯3如果由砂制成的话则被取出或去除以清空所形成的通道。
图3示出了由三个部分制成的核2的实施方式的变化形式的剖面图，也即芯3，在其上施以耐火材料层5，最后是蜡或低温可熔材料覆层4。这种耐火材料的益处在于促进金属浇注后核的脱模，而芯3确保其刚性。这种耐火材料还能够增加最终通道的直径而不改变芯。
图4示出了根据图3的核2，其中芯3已经在纵向上变空以形成管道6。这种实施方式的益处在于减少构成芯3的材料。这种实施方式的另一个优点在于可使空气流在其中流通以改善浇注后的冷却。该芯在这种情况下呈现为或多或少有些大的厚度的管形式。
图5示出了由四个部分制成的核2的另一种实施方式的剖面图。芯3被耐火材料层5覆盖，该耐火材料层5本身覆盖有陶瓷材料层7并且最后是覆层4。陶瓷材料的使用能够提高耐火材料的刚性并且消除熔融铝对耐火材料的任何可能的渗透并且由此避免微裂纹。
图6示出了根据图5实施方式的变化形式，其中已经提供管形式的中空芯3。这种实施方式使得能够节约芯的构成材料。
之前参考附图描述的所有核被插入到预制体中以在金属泡沫材料内产生一个或多个通道。为此，该核被布置在泡沫材料生产模具中，然后以确保所述珠粒紧致的方式引入所述珠粒，这有利于它们的相互接触。如果需要的话，该预制体被压制。
所有这些核可包括由陶瓷材料、钢或砂以及更一般地任何适合于铸造领域的材料制成的芯。当然，当该芯由陶瓷材料或钢制成时，它为直棒的形状，以确保其取出，所获得的通道是直的。该核可占据预制体内部的任何位置并且该管则可以在金属泡沫材料面的任何点在入口或出口开通。
图7示出了核2的另一种实施方式，该核2的芯9包括多个弯曲并且其被蜡或低温可熔材料的覆层4覆盖。在这种情况下，芯9由砂或脆性材料制成。在泡沫材料内获得的通道使得能够在金属泡沫材料内流通的流体与在通道中流通的流体之间提供更大的接触表面。
图8示出了由金属网格11构成的金属泡沫材料块10的剖面图，在金属网格11内管状通道12在所述珠粒和覆层熔融后的芯之间的自由空间中形成。要理解，通道12的厚度基本上等于覆层的厚度。
本发明的益处是易于看到的，因为泡沫材料10和通道12在浇注融熔金属时同时获得。它们二者因而具有相同的性质，由此确保了这两个部件的相同传导率并且消除了任何机械强度问题。
图9示出了在通道12处的纵向剖面图，其中可看到通道12利用材料的熔融完全嵌入到金属泡沫材料的网格11中。
图10和11示出了一种实施变化形式，其在于在芯3(或耐火材料)的外表面上获得凹槽或切口。所述凹槽或切口填充有覆层4，因而获得在覆层4的内表面处的连续或不连续突起13，当浇注金属时，则可以产生在通道内布置的交换表面，以改善热交换。这些突起13在此以非限制性说明的方式示出，所示为三角形和矩形截面。对于本领域技术人员来说当然的是，它们可以是其它形式，以利于热交换，同时保持流体在通道内的流动。这种实施方式的一个优点在于在通道内的交换表面得到提高并且因而装置的效力得以提高。
在说明本发明的附图中，以示例性的非限制性方式示出了基本上圆形截面的核、覆层和通道，当然，本领域技术人员将能够使用不同的截面(尤其是椭圆形或矩形)来实施本发明。
根据本发明的泡沫材料特别适合于生产热交换器，无论这些交换器是任何类型的：液/液，或者液/气，或者气/气或者相变流体(液体→气体)。

Claims (14)

1.生产金属泡沫材料(10)的方法，该金属泡沫材料(10)具有至少一个通道(12)并且旨在由珠粒预制体(1)生产热交换器，其特征在于在铸造模具中布置由芯(3，9)和低温可熔材料制成的覆层(4)所构成的核(2)，然后通过与该核密切接触而围绕该核布置预制体(1)，然后通过加热促使该低温可熔材料的去除，然后将熔融金属物料浇注到该模具中以充填所述珠粒之间以及所述珠粒与该芯(3，9)之间的自由空间，并且最后去除所述珠粒。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在浇注金属物料之后，所述通道(12)由替换覆层(4)的金属物料构成。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该核(2)的芯(3，9)由陶瓷、钢、砂或可溶材料构成。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该核(2)的芯(3，9)由与构成该预制体的材料相同的材料构成。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该核(2)由三个元件构成，第一元件由陶瓷、钢或砂制的芯(3)构成，第二元件由耐火材料的外围层(5)构成并且第三元件由低温可熔材料覆层(4)构成。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该核(2)由四个元件构成，第一元件由陶瓷、钢或砂制的芯(3)构成，第二元件由耐火材料的外围层(5)构成，第三元件由陶瓷材料层(7)构成并且第四层由低温可熔材料覆层(4)构成。
7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该核(2)是直的。
8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该核(2)具有曲度。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该芯(3)是管状的。
10.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该低温可熔材料是蜡。
11.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该覆层(4)在其内表面处包含连续或不连续的突起(13)。
12.根据权利要求1-11任一项的方法获得的具有至少一个通道(12)的金属泡沫材料。
13.根据权利要求12的金属泡沫材料，其特征在于该通道(12)是直的或弯曲的管形。
14.根据权利要求12或13的金属泡沫材料，其特征在于该通道(12)和该泡沫材料(10)基于铝或铝合金。
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