CN111491752A - 用于制造复合材料的半成品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造包括发泡芯的半成品的方法，该发泡芯包括可发泡混合物，该可发泡混合物包括：至少一种第一金属，该至少一种第一金属的铝含量占该至少一种第一金属的量以重量百分比计至少约80％；和至少一种发泡剂，其中在芯的至少一个第一和第二表面上分别涂覆至少一种第二金属的层，该至少一种第二金属呈非发泡的固体材料形式并且其铝含量占该至少一种第二金属的量以重量百分比计至少约80％。本发明还涉及一种相应半成品以及这种半成品用于金属发泡的用途。

Description

用于制造复合材料的半成品的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造包括发泡芯的半成品的方法，该发泡芯包括可发泡混合物，该可发泡混合物包括至少一种第一金属和至少一种发泡剂，该至少一种第一金属的铝含量以重量百分比计至少约80％，其中在该芯的至少一个第一和第二表面上分别涂覆至少一种第二金属的层，该至少一种第二金属为非发泡的固体材料的形式并且其铝含量以重量百分比计为至少约80％。本发明还涉及一种相应半成品以及这种半成品用于金属发泡的用途。
背景技术
金属泡沫夹层早已为人所知。特别地，如果复合材料是单组分系统，也就是说，如果使用某种金属及其合金，如尤其是铝及其合金，并且芯与覆盖层之间的连接是通过冶金结合来实现的，则金属泡沫夹层是令人感兴趣的。从各种出版物中已知用于制造这种复合材料及由其制成的部件的相应方法。
DE 44 26 627 C2描述了一种方法，其中将一种或多种金属粉末与一种或多种发泡剂粉末混合，并且这样获得的粉末混合物通过轴向热压、热等静压压制或轧制来压实，并且在紧接着的工序中通过滚压包层与之前经过表面处理的金属板一起形成复合材料。在将这样形成的半成品例如通过挤压、深拉或弯曲来成型之后，该半成品在最后一步中被加热到如下温度，该温度处在金属粉末的固-液相范围内，但低于覆盖层的熔化温度。由于发泡剂粉末被选择为使得在该温度范围内同时进行气体分离，因此在粘性芯层内形成孔隙，同时体积相应增加。通过紧接着冷却复合材料，使发泡芯层稳定。
在DE 44 26 627 C2公开的方法的修改中，其中粉末压坯已形成为闭孔，EP 1 000690 A2描述了基于粉末压坯生产这种复合材料的过程，粉末压坯最初制造具有开放的孔，仅在稍后利用覆盖层来滚压包层的情况下才成未闭孔。其余的过程步骤相同。原始的开孔性意为防止在粉末压坯的存储中发泡剂的可能的气体分离导致压坯的几何形状变化，并且由此在随后制造具有覆盖层的复合材料时出现问题。此外，在制造复合材料时，在压坯存储期间形成的氧化物层由于开孔性而易于破裂。
DE 41 24 591 C1公开了一种用于制造发泡复合材料的方法，其中将粉末混合物填充在中空金属型材中，并且紧接着与其进行共同轧制。半成品的成型和随后的发泡过程以与DE 44 26 627 C2中所描述的相同方式进行。
EP 0 997 215 A2公开了一种用于制造由固体金属覆盖层和闭孔的金属芯组成的金属复合材料的方法，该方法将芯层的制造和与覆盖层的连接通过如下方式组合在一个步骤中：将粉末混合物引入到两个覆盖层之间的辊缝中，并且因此在这两个覆盖层之间压实。此外，建议在保护性气体气氛中供应粉末，以防止形成氧化物层，该氧化物层可能对覆盖层与粉末混合物之间所需的连接产生负面影响。
在由DE 197 53 658 A1已知的用于制造这种复合材料的另一种方法中，一方面在芯与覆盖层之间的复合材料制造的工艺步骤和另一方面进行发泡的工艺步骤通过如下方式相结合：芯以粉末压坯的形式被引入到位于模具中的覆盖层之间，并且仅通过发泡过程来与它们连接。由于在芯的发泡期间施加的压力，覆盖层在此同时受到与包围它们的模具相对应的变形。
由US 5 972 521 A已知一种用于制造复合材料毛坯的方法，其中通过抽真空将空气和水分从粉末中去除。然后，经抽真空的空气被相对于芯材料呈惰性、处于加压状态的气体所代替，更具体地，在粉末被压实并与覆盖层结合之前，经抽真空的空气被相对于芯材料呈惰性、处于加压状态的气体所代替。
EP 1 423 222公开了一种用于制造由覆盖层和金属粉末构成的复合材料的方法，其中整个制造过程在真空下进行。特别地，粉末填充的压实和随后的轧制应在真空下进行。
除了EP 1 423 222的方法之外，现有技术中已知的所有这些方法的共同之处在于，由于制造待发泡的芯层，在金属粉末颗粒之间的压实过程中将空气或保护性气体进行封闭，并根据压实程度对其进行压缩。由此所产生的气体压力在发泡过程中随温度升高会进一步增加，导致在加热期间，甚至在达到与金属粉末材料的固-液相范围相对应的温度之前形成孔。不同于通过这种方法所力求达到的封闭的球形孔，其中这些孔是通过使发泡剂粉末在金属粉末的固-液相范围内脱气而形成的，这里的孔是开放的、裂纹状地彼此连接和形状不规则的。例如，虽然从US 5 564 064 A1已知一种方法，该方法旨在在粉末材料的熔化温度以下通过使所捕获气体膨胀实现这样的开放的孔隙率，但在上述方法中不期望这种的孔隙形成，因为仅期望封闭的球形的孔能够通过围绕孔的完整孔壁实现最优的载荷传递，从而显著提高芯泡沫的强度，进而显著提高复合材料的强度。
DE 102 15 086 A1公开了一种用于通过压缩半成品来制造可发泡的金属体的方法。在此，释放气体的发泡剂由粉末状或含金属的液态发泡剂预制材料形成，例如钛，其用液态或气态的不含金属的发泡剂预制材料处理，该发泡剂预制材料如氢化剂，尤其是氢气，然而该发泡剂预制材料已经与待发泡的金属例如铝混合地存在于经压缩的半成品中。尽管通过冷等静压压制、热等静压压制、轴向压制或粉末轧制对混合物进行预压缩，然而仅通过将含金属的发泡剂原料和至少一种金属的混合物氢化才形成实际的发泡剂。
BR 10 2012 023361 A2公开了在制造用于闭孔金属泡沫的半成品中的单轴压缩和压制，其中该半成品包括：金属，选自由Al、Zn、Mg、Ti、Fe、Cu和Ni组成的组；和发泡剂，选自由TiH2、CaCO3、K2CO3、MgH2、ZrH2、CaH2、SrH2和HfH2等组成的组。
WO 2007/014559 A1公开一种用于粉末冶金制造金属泡沫的方法，其中将粉末金属材料在没有发泡剂的情况下压制成形状稳定的半成品，然后通过降低环境压力并在压力密闭的腔室中发泡。
在DE 199 33 870 C1中，提出了一种用于在使用可发泡的压坯的情况下制造金属复合材料体的方法，其中压坯或半成品通过压缩由至少一种金属粉末和至少一种气体分离的发泡剂粉末组成的混合物来制造，其中夹层结构通过冷轧或热轧或扩散焊接实现为压坯配备覆盖来形成。
在US 6 391 250中使用一种可发泡的半成品，该半成品通过粉末金属冶金的制造方法来获得。用于制造铝泡沫制品的初级产品，例如，铝或铝合金的粉末混合物，与发泡剂、优选地氢化钛和任选的其他粉末状添加剂均匀混合。混合物通过如压制、挤压、轧制或以类似的方式被压缩，以制造块状产品，即条、板、型材或类似的半成品，优选地，半成品的密度达到大于金属基质的理论密度的约95％以上。
US 2004/0081571 A1涉及一种用于制造金属薄片的方法，该方法包括如下步骤：(i)提供金属合金粉末与发泡剂或发泡剂粉末的混合物；(ii)预压缩来自步骤(i)中的混合物；(iii)将来自步骤(ii)中的预压缩的混合物加热至低于发泡剂分解温度的温度，并在该温度下，颗粒可以永久结合；(iv)热压缩步骤(iii)中获得的混合物，以由嵌入发泡剂的金属基质制造压实体；以及步骤(v)将压实体压碎成金属薄片，从而获得可发泡的金属薄片。
EP 0 945 197 A1公开了一种用于制造夹层结构的可成型的复合板材或带材的方法，其中使用至少部分地由含发泡剂的铝合金组成的块。这些块被压紧，即不再包含粉末，其中外来气体也被压缩；它们被挤压成具有矩形横截面的轧制坯料的形式，将其在狭窄的一侧夹紧在一起以形成大幅面的复合板材并钩在一起，然后通过轧辊来提供统一的覆盖层。由电镀轧制坯料来制造的复合板材或带材被成型，然后在压力和温度作用下发泡。从现有技术中已知的缺点是，半成品不能均匀地发泡，即无缺陷地发泡；相反，在发泡过程中经常出现凹痕和凸起，这使得难以或不可能将发泡产品作为复合材料用于精确制造的部件中，例如用于机动车辆或飞机制造中。这通常是由于以下事实造成的：半成品本身已经存在制造误差和不均匀性，例如，截留的外来气体或水分或金属与发泡剂粉末的不均匀分布和/或半成品包含不合适的发泡剂，这些发泡剂后来在发泡过程中过早产生发泡气，从而导致缺陷，即形成大小不同且很大程度上不可控制大小的空腔，这些空腔也经常是开孔的，因此导致所形成的金属泡沫的结构不稳定。最后，已知的半成品制造方法要么不适用于夹层结构，即半成品具有可发泡芯和处在其上的固体金属的覆盖层，要么包括太多步骤，过于复杂。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的方法，该方法适用于制造同样改进的可发泡的预制材料，也称作半成品，其由固体金属的覆盖层和布置在其间的可发泡的芯材料组成。该半成品应适用于制造复合材料以及最终由此制成的部件，该部件由固体金属覆盖层和布置在其间的闭孔的金属泡沫芯组成。
在此，整体上应该用尽可能少的工艺步骤来制造几乎没有缺陷的可发泡的金属芯，这适用于稍后制造几乎没有缺陷的发泡的金属芯。因此，该方法应适用尽可能少的工艺步骤。由该方法形成的由覆盖层和芯构成的复合物可以紧接着被发泡成夹层或复合材料。
令人惊讶的是，发现金属容器或具有至少两个金属壁的容器或器皿特别适用于制造具有分层的夹层状结构的相应的半成品，即该半成品具有可发泡(可膨胀)的芯和在该芯的至少两个侧面上的固体金属覆盖层，即由非发泡的固体材料制成。在这种情况下，容器的至少两个侧表面，即例如容器的底部和盖，由固体、即由非发泡的固体材料制成的金属覆盖层构成。
还令人惊讶地发现，关于在用于半成品的进一步的可处理性方面，尤其是如下这些金属或金属合金，不仅适合于芯而且适合于覆盖层，这些金属或金属合金具有铝含量相对于金属或金属合金以重量百分比计至少约80％(重量百分比或wt.％)铝。最后，令人惊讶地发现，使金属发泡，即尤其是待发泡的金属与发泡剂发泡，对于可发泡混合物所需的组分的混合是影响质量的重要因素，也就是说，尤其是随后由其形成的金属泡沫的均质性和稳定性：可发泡混合物的组分的混合越好，从其获得的金属泡沫的质量就越好。
因而，本发明所基于的目的通过如下方式来实现：使用尽可能均匀的金属粉末和发泡剂粉末的混合物，并且将其填充到这种容器或器皿中。为此，将金属粉末和发泡剂粉末(气体分离的粉末)构成的混合物填充到容器中，该容器的底部和盖构成复合物的后盖层或覆盖层。
因而，本发明提供：
(A)一种用于制造包括发泡芯的半成品的方法，该发泡芯包括可发泡混合物，该可发泡混合物包括：至少一种第一金属，该至少一种第一金属的铝含量占至少一种第一金属的量以重量百分比计至少约80％；和至少一种发泡剂，其中，在该芯的第一和第二表面的至少一个上分别涂覆至少一种第二金属的层，该至少一种第二金属为非发泡的固体材料的形式并且其铝含量占该至少一种第二金属的量以重量百分比计至少约80％，该方法包括如下步骤：
(I)提供一种容器，包括上述至少一种第二金属的层，该金属层如上在容器的至少一个第一和第二表面上限定，
(II)提供一种粉末，包括至少一种第一金属的粉末颗粒，
(III)提供一种粉末，包括至少一种发泡剂的粉末颗粒，并且
(IV)用在步骤(II)和(III)中提供的粉末来填充容器，以形成可发泡芯，
其中将在步骤(II)和(III)中提供的粉末混合以形成可发泡混合物；
(B)半成品能通过如在(A)下所限定的方法来获得；
(C)一种半成品，包括可发泡芯，该可发泡芯包括可发泡混合物，其中该可发泡混合物包括：一种粉末，该粉末包括至少一种第一金属的粉末颗粒，如本文中所限定的；和一种粉末，该粉末包括至少一种发泡剂的粉末颗粒，如本文中所限定的，其中，在芯的至少一个第一和第二表面上涂覆至少一种第二金属层，如本文中所限定的；以及
(D)如在(B)或(C)下所限定的半成品的用途，其用于使金属发泡，尤其是用于制造包括金属泡沫和以非发泡的固体材料形式的金属的复合材料；以及
(E)一种容器，用于执行根据本发明的方法，容器具有：第一和第二表面，第一和第二表面形成底部和盖；和侧壁，其中，至少一个侧壁向内朝着可发泡混合物的方向弯曲。
本发明还涉及一种用于制造半成品的方法，该半成品适合于制造主要由铝及其合金构成的金属复合材料，该金属复合材料由固体金属覆盖层和其间的发泡金属芯组成，覆盖层和发泡金属芯共同形成夹层或金属泡沫夹层。该复合物由覆盖层和在其间所引入的混合物制成，该混合物由至少一种金属粉末构成。该复合物(半成品)可选地可成型以制造部件，然后进行热处理，以使发泡剂粉末或金属粉末的气体分离导致芯发泡并形成具有夹层状结构的金属复合材料，即金属泡沫夹层的形式。然而，也可以取消成型步骤。此外，部件可以由这种金属复合材料制成。
如果在本发明的上下文中相对于值或值的范围使用术语“约”或“基本上”，或者当使用这些术语时从上下文中得出某些值(例如，短语“基本上避免容器的膨胀”，或类似的可以理解为体积变化，即通常体积的增加或体积的减小为0％)，术语“约”或“基本上”应被理解为在给定上下文中本领域技术人员将考虑的常用做法。尤其是，术语“约”和“基本上”涵盖与规定值的+/-10％、优选地+/-5％、进一步优选地+/-2％、特别优选地+/-1％的偏差。
就本发明而言的半成品包括可发泡预制材料，该可发泡预制材料在发泡之后得到复合材料，该复合材料包括金属泡沫和固体金属覆盖层。在这种情况下，金属泡沫作为芯或芯材料，即在固体金属覆盖层之间的金属泡沫芯。因此，该半成品适合于制造复合材料以及最终由此制成的部件，部件包括固体金属覆盖层和布置在其间优选地闭孔的金属泡沫芯。该半成品例如被构造为板状的，但是也可以优选地由这种板状形式来形成。就本发明而言，复合材料是一种金属材料，其中两种结构不同的材料，即泡沫金属(金属泡沫)和呈固态、非发泡的固体材料形式的金属，彼此结合在一起并且形状配合地和/或材料配合地彼此连接。当通过加热使可发泡混合物发泡时，金属泡沫和固体金属材料之间通过冶金结合的(最终)连接在其相邻的连接表面处通过熔化完成。然而，可发泡混合物和固体材料之间的大部分的冶金结合已经存在于半成品中：例如，通过重塑可发泡混合物或芯和覆盖层的形状，可以产生无氧化物表面，这导致可发泡混合物的粉末颗粒与一个或多个覆盖层的固体固体材料结合，也就是说发生一种焊接。这种结合也可以通过在成型之前进行预压缩或在不变形的情况下进行压缩，例如通过轴向挤压板状半成品。
为了获得包括金属泡沫的复合材料的良好的机械强度，尤其是良好的强度和/或抗扭刚度，该金属泡沫以封闭孔的方式构造。以这种方式寻求封闭的球形孔能够通过围绕孔的完整的孔壁实现最佳的载荷传递，并因此明显有助于金属泡沫的强度，因此有助于包括金属泡沫的复合材料的强度。
如果金属泡沫中的各个气体体积，尤其是两个相邻的气体体积，通过分离的固相(壁)彼此分开，或至多通过由制造过程引起的小开口(裂纹、孔)来相互连接，则该泡沫为闭孔的，其横截面相对于分别使两个气体体积分开的固相(壁)的横截面而言较小。
根据本发明，该半成品优选地适合于制造包括基本上闭孔的金属泡沫的复合材料。基本上闭孔的金属泡沫的特征在于，各个气体体积最多通过由制造过程引起的小开口(裂缝、孔)相互连接，但是其横截面相相对于将这些体积分开的固相横截面而言较小。
根据本发明的非发泡半成品的优点是其在较长时间内的保质期，这使得可以根据需要快速且容易地制造最终产品，在此，该最终产品为金属泡沫或包含这种金属泡沫的复合材料。为此，该半成品本身具有可发泡芯，其继而形成发泡后可获得的金属泡沫芯的前体或预制材料。为此，可发泡芯包含或包括可发泡混合物，该可发泡混合物包含至少一种第一金属、至少一种发泡剂以及必要时至少一种辅助材料，或仅由这些组分组成。优选地，可发泡混合物仅由至少一种第一金属和至少一种发泡剂组成。
可发泡芯是通过粉末冶金法来制造，也就是说，该可发泡芯包含或包括可发泡混合物，该可发泡混合物至少在制造过程开始时以包括粉末颗粒的粉末的形式存在。所制成的半成品还可包含粉末形式的可发泡混合物，但可发泡混合物优选地以压缩的、尤其是预压缩的形式存在于半成品中。粉末的(预)压缩导致其固化，甚至可达到粉末颗粒之间的冶金结合，即粉末的各个颗粒或颗粒(粉末颗粒)通过在混合物内扩散和形成(第一)金属间相而部分或完全彼此连接，而不是形成疏松的粉末。这种(第一)冶金结合的优点是可发泡芯更稳定、更紧密，在发泡时几乎没有在泡沫中形成缺陷。通过第一冶金结合还产生稳定的轧制坯料，即，半成品的可变形性，尤其是通过轧制、弯曲、深冲和/或液压成型的可变形性得到改善。此外，第一冶金结合部分地将粉末颗粒与覆盖层结合。
粉末由粉末颗粒组成，这些粉末颗粒的粒度约2μm至约250μm，优选地，约10μm至约150μm。这些粒度所具有的优点是：形成特别均匀的混合物，即形成特别均匀的可发泡混合物，使得稍在后发泡过程中避免出现缺陷。
可发泡(可起泡)混合物包括：铝含量以重量百分比计至少为80％的至少一种第一金属和一种发泡剂。优选地，可发泡混合物包括铝含量以重量百分比计至少为80％的一种第一金属和一种发泡剂。可发泡混合物还可包括多种助剂。然而，优选地，可发泡混合物有利地不包括任何助剂，因为可发泡混合物和可发泡芯的结构通常被一种或多种助剂所干扰，使得随后从中获得的发泡(起泡)芯具有诸如泡沫结构中的不均匀性之类的缺陷，孔隙过大或气泡过大和/或孔隙不是封闭的而是张开的。特别优选地，可发泡混合物仅包含：正好一种第一金属，铝含量以重量百分比计为至少80％；正好一种发泡剂，可选地，一种或多种发泡剂的衍生物；并且不包含其它物质或助剂。如果发泡剂选自金属氢化物，则发泡剂的一种或多种衍生物是特别合适的。在这种情况下，作为衍生物的发泡剂可以另外包含在每种情况下使用的一种或多种金属氢化物中的一种或多种金属的至少一种氧化物和/或氢氧化物。这些氧化物和/或氢氧化物在发泡剂的预处理过程中产生，并且可以改善其耐久性以及发泡时的响应性，即发泡气体释放的时间，使得所用的发泡剂不会过早释放发泡气，也不会太晚释放；太早或太晚释放发泡气在此可能产生过大的空腔，从而在金属泡沫内产生缺陷。
术语“第一金属”和“第二金属”在这里应理解为既指纯金属，即铝，又指金属合金，即铝的合金，其中，第一金属和第二金属不相同，即区别在于，两种金属的至少一种合金成分不同，至少一种合金成分的质量分数或重量分数和/或性质(粉末对固体)不同，使得至少一种第二金属的固相温度高于至少一种第一金属的液相温度。然而，尤其是，该至少一种第二金属的固相温度高于可发泡混合物的液相温度。
由于与至少一种第一金属作为粉末，尤其是(预)压实粉末相比，该至少一种第二金属作为固体、非发泡的固体材料的性质，其通常具有与熔化金属不同的熔化特性，即与固体材料相同的金属或金属合金，由于比粉末形式具有更高的熔化焓，因此在相同温度下稍晚开始熔化。然而，固体材料也只能在比(预)压实粉末存在时更高的温度下开始熔化，尤其是当后者也与发泡剂混合，因为这会降低金属粉末和发泡剂混合物的熔点，即整体的可发泡混合物。
对于复合材料来说有利的是，至少一种第二金属的固相温度高于至少一种第一金属的液相温度，尤其是高于可发泡混合物的液相温度。此外有利的是：至少一种第二金属比至少一种第一金属开始熔化的时间晚得多(即足够晚)，以使由至少一种第二金属以固体、非发泡的形式制成的至少一层(覆盖层)，优选地，正好两层或金属覆盖层，在可发泡混合物发泡时不熔化或没有开始熔化。已经发现，当至少一层在发泡过程中熔化时，尤其是在从发泡剂释放气体的压力下，会意外变形。如果在至少一种第一金属发泡时至少一种第二金属开始熔化，则它会与至少一种第一金属在边界层之外混合，并破坏泡沫或根本不可能形成泡沫或自身起泡沫，使得发泡过程变得完全不可控制。
对此，至少一种第二金属的固相温度和至少一种第一金属的液相温度之间所需的差，一方面取决于为至少一种第一金属和至少一种第二金属选择的金属或金属合金的(化学)性质，另一方面取决于它们的熔化特性。有利地，至少一种第二金属的固相温度比可发泡混合物的液相温度高至少约5℃。根据本发明，该较高的固相温度和/或该至少一种第二金属的时间上足够晚的开始熔化可以通过如下方式来实现：
-利用至少一种第二金属的形状或性质(与至少一种第一金属的粉末形式相比为实心固体材料)，即如下形状或性质：导致更高的固相温度和/或更高的熔化焓(因为粉末形式的金属比固体材料形式的固体金属熔化得早，并且固相温度较低)；和/或
-其中至少一种第二金属的合金成分比至少一种第一金属的合金成分更少，并且/或者与(相比)至少一种第一金属具有至少一种相同的合金成分且合金中的质量分数较低(即，在至少一种第一金属和至少一种第二金属中相同的合金成分的质量分数在至少一种第二金属中低于或小于在至少一种第一金属中)。
因为铝含量至少为约80wt.％的相同金属铝用作芯和至少一层(覆盖层)两者的主要成分，因此不同的熔化温度、固相温度和/或液相温度可以根据粉末和固体材料中不同合金添加剂进行相应地调整。
优选地，至少一种第二金属的固相温度比至少一种第一金属的液相温度高至少约5℃。根据金属或金属合金，进一步优选地，至少一种第二金属的固相温度比至少一种第一金属的液相温度高至少约6℃；还进一步优选地，至少约7℃；还进一步优选地，至少约8℃；还进一步优选地，至少约9℃；还进一步优选地，至少约10℃；还进一步优选地，至少约11℃；还进一步优选地，至少约12℃；还进一步优选地，至少约13℃；还进一步优选地，至少约14℃；还进一步优选地，至少约15℃；还进一步优选地，至少约16℃；还进一步优选地，至少约17℃；还进一步优选地，至少约18℃；还进一步优选地，至少约19℃；并且还进一步优选地，至少约20℃。无论如何，至少一种第二金属的固相温度和至少一种第一金属的液相温度之间的差，应确保在起泡过程中，该气泡过程可以稍后利用半成品进行，施加在芯上的、由至少一种第二金属组成的覆盖层未强烈的软化或开始熔化或熔化，以使发泡气体的形成和/或发泡气体的膨胀在覆盖层中引起不希望的凸起、凹陷、裂纹、孔洞和类似缺陷和/或覆盖层与(发泡的)芯部分或完全融合在一起或混合。通常，至少一种第二金属的固相温度应比至少一种第一金属的液相温度高至少约5℃、优选地高约10℃、特别优选地高约15℃；在特殊情况下，至少一种第二金属的固相温度比至少一种第一金属的液相温度高至少约20℃。尤其是，令人惊讶地发现的是，至少一种第二金属的固相温度比至少一种第一金属的液相温度高约15℃，通常一方面，在金属泡沫结构和覆盖层的强度与复合结构的质量之间提供良好的平衡，即金属泡沫和覆盖层之间的相界清晰，另一方面，金属泡沫和覆盖层未熔化。非常特别优选地，至少一种第二金属的固相温度比可发泡混合物的液相温度高上述说明的温度。至少一种第一金属的典型熔化范围是例如从565℃至约590℃，至少一种第二金属的典型熔化范围是从约605℃至约660℃。
在优选的实施例中，至少一种第一和第二金属不同。为此，至少一种第二金属的合金成分比至少一种第一金属的少。作为该至少一种第一金属的替代或附加，至少一种第二金属具有至少一种相同的合金成分，合金成分在合金中具有较低的质量分数；经此，与至少一种第一金属的液相温度相比，可以达到在此说明的至少一种第二金属的较高的固相温度。相对于至少一种第一金属的液相温度，至少一种第二金属的较高固相温度具有以下优点：由至少一种发泡的第一金属和至少一种第二金属组成的呈固体形式的复合材料，即一种复合材料可以以非发泡的固体材料的形式制造，因为当至少一种第一金属或可发泡混合物发泡时，至少一种第二金属未开始熔化。
然而，该目的还可以通过与作为(预)压实粉末的至少一种第一金属相比，作为(固体、非发泡的)固体材料的至少一种第二金属的性质实现。相同的金属或相同的金属合金作为固体材料仅在比作为(预)压实粉末时稍高的温度时，尤其是当后者也与发泡剂混合时才开始熔化，因为这会降低由金属粉末和发泡剂组成的混合物的熔点，即降低整个发泡混合物的熔点。如果至少一种第二金属在至少一种第一金属的发泡时开始熔化，其将与至少一种第一金属混合并破坏泡沫或根本无法使其发泡或自身发泡，使得发泡过程会完全不可控制。
根据本发明，半成品优选地恰好包含一种第二金属，即优选地，将呈非发泡固体材料形式且铝含量以重量百分比计为至少80％的恰好是第二金属的层分别涂覆到芯的至少一个第一和第二表面上。在这种情况下，固体材料被理解为非发泡且也不呈粉末状的固体金属。在这种情况下，该金属也可以是金属合金。与根据本发明的可发泡混合物相比，就本发明而言的固体材料是不发泡的(能起泡)。
至少一种第一金属尤其是选自以下：
-铝；
-高强度铝合金，选自铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)，其中在铝锌合金(7000系列)下优选AlZn4.5Mg(7020合金)；和
-熔点为约500℃至约580℃的高强度铝合金，优选熔点为约500℃至约580℃的高强度铝合金，其包括铝、镁和硅，进一步优选地，为AlSi6Cu7.5，AlMg6Si6和AlMg4(±1)Si8(±1)；还进一步优选地，AlMg6Si6和AlMg4(±1)Si8(±1)，特别优选地，AlMg4(±1)Si8(±1)。
优选地，该至少一种第一金属选自以下：
-高强度铝合金，选自铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)，其中在铝锌合金(7000系列)下优选AlZn4.5Mg(7020合金)；和
-熔点为约500℃至约580℃的高强度铝合金，优选熔点为约500℃至约580℃的高强度铝合金，其包括铝、镁和硅，进一步优选地为AlSi6Cu7.5，AlMg6Si6和AlMg4(±1)Si8(±1)；还进一步优选地AlMg6Si6和AlMg4(±1)Si8(±1)；特别优选地AlMg4(±1)Si8(±1)。
至少一种第一金属可以是铝或纯铝(以重量百分比计至少99％的铝)，优选铝，其中铝含量占至少一种第一金属以重量百分比计为约80％至约90％；特别优选地为约83％。此外，至少一种第一金属还可以是高强度铝合金。高强度铝合金可以选自铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)，其中在铝锌合金(7000系列)下优选AlZn4.5Mg(7020合金)。因此，至少一种第一金属尤其可以是AlZn4.5Mg(7020合金)。至少一种第一金属可以是熔点为约500℃至约580℃的高强度铝合金；
优选地，高强度铝合金是AlSi6Cu7.5、AlMg6Si6和AlMg4(±1)Si8(±1)。至少一种第一金属也可以是熔点为约500℃至约580℃的更高强度的铝合金，其包含铝、镁和硅或者仅由这些化学元素组成。优选熔点为约500℃至约580℃的高强度铝合金，其包括铝、镁和硅，是AlMg6Si6和AlMg4(±1)Si8(±1)，其中AlMg4(±1)Si8(±1)是特别优选的。
本文中所使用的合金化学式中的符号(±1)是指所讨论的各个化学元素的质量百分比也可以大于或小于所示存在的。然而，通常，在化学式中，用这种信息提供的两个元素之间存在相互关系。例如，如果化学式中第一个元素的质量百分比用(±1)表示，质量百分比做增加处理，然后该化学式中第二个元素的质量百分比也用(±1)表示，相应的，质量百分比做减少处理。因此，化学式AlMg4(±1)Si8(±1)也包括化学式AlMg5Si7和AlMg3Si9。
至少一种第二金属尤其是选自以下：
-铝；和
-高强度铝合金，选自铝镁合金(5000系列)、铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)。
至少一种第二金属可以是铝或纯铝(以重量百分比计至少99％的铝)，优选铝，其中铝含量占至少一种第二金属以重量百分比计为约85％至约99％，特别优选地为约98％。此外，至少一种第二金属还可以是高强度铝合金。高强度铝合金可以选自铝镁合金(5000系列)、铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)。至少一种第二金属尤其可以是铝镁合金(5000系列)。至少一种第二金属尤其可以是铝镁硅合金(6000系列)，优选地Al 6082(AlSi1MgMn)。最后，至少一种第二金属尤其可以是铝锌合金(7000系列)。
如本文所述，术语“系列”和“合金”后接四位数对于本领域技术人员而言是已知的，用于指示某些类别或系列的铝合金或特定的铝合金。
从一定温度，起泡剂的脱气温度开始，根据本发明的至少一种起泡剂通过除气或脱气来释放起泡气体，其用于使至少一种第一金属发泡。在将金属氢化物用作发泡剂的情况下，释放氢气作为发泡气体。
关于发泡剂的选择，令人惊奇地发现，至少一种发泡剂的脱气温度应有利地等于或低于至少一种第一金属的固相温度，以便随后获得无缺陷的闭孔泡沫和在芯发泡时的最佳结果。然而，优选地，发泡剂的脱气温度应低于至少一种第一金属的固相温度不超过约90℃，特别优选地不超过约50℃。无论如何，至少一种发泡剂的脱气温度低于至少一种第二金属的固相温度，因为第二金属在发泡期间不允许进入其固相线范围，即不允许开始熔化，如本文中已经解释的那样。
令人惊讶地发现：金属氢化物，尤其是本文所述的金属氢化物，特别适合用作金属发泡的发泡剂，该发泡剂包含至少约80wt.％(以重量百分比计)的铝，尤其是本文中所提到的至少一种第一金属的金属合金，因为在这种情况下泡沫金属中不会出现缺陷。因此，以一种或多种金属氢化物作为发泡剂的相应半成品已经被证明特别适合于使至少一种第一金属发泡和用于制备包含金属泡沫相应的复合材料。因此，根据本发明的发泡剂优选包含至少一种金属氢化物，优选地至少一种金属氢化物，其选自TiH2、ZrH2、HfH2、MgH2、CaH2、SrH2、LiBH4和LiAlH4。至少一种金属氢化物进一步优选地选自TiH2、ZrH2、HfH2、LiBH4和LiAl44，还进一步优选地选自TiH2、LiBH4和LiAlH4，特别优选地是TiH2。对于某些应用，两种发泡剂的组合尤其适用，其中两组中每一个组：
(a)TiH2、ZrH2和HfH2；和
(b)MgH2、CaH2、SrH2、LiBH4和LiAlH4
在每种情况下选择一种发泡剂；优选地为TiH2与选自MgH2、CaH2、SrH2、LiBH4和LiAlH4的发泡剂的组合；特别优选的是TiH2与LiBH4或LiAlH4的组合。优选地，根据本发明，仅使用一种发泡剂，尤其是优选地正好一种金属氢化物作为发泡剂，进一步优选地TiH2、ZrH2、HfH2、LiBH4或LiAlH4，还进一步优选地TiH2、LiBH4或LiAlH4，特别优选地TiH2。
根据本发明，发泡剂可另外包含在每种情况下使用的一种或多种发泡剂的一种或多种金属中的至少一种氧化物和/或氢氧化物，其在发泡剂的预处理期间形成，改善了其耐久性以及在发泡期间的响应即释放发泡气体的释放时间。相对于释放发泡气体的时间而言，发泡期间的响应的改善主要在于发泡气体的释放或向后期排气的偏移，以避免过早排气而形成诸如气泡和孔的缺陷而不是(闭)孔；一方面，这是通过提及的氧化物和/或氢氧化物实现的，另一方面，至少一种发泡剂，尤其是当使用一种或多种金属氢化物时，在半成品的基质中，尤其是在可发泡芯的基质中，在第一和第二冶金结合之后处于高压状态。对发泡剂进行预处理的一种合适的方法是在熔炉中于500℃的温度下进行热处理约5小时。氧化物尤其是化学式TivOw的氧化物，其中v为约1至约2，w为约1至约2。氢氧化物尤其是化学式TiHxOy的氢氧化物，其中x为约1.82至约1.99，y为约0.1至约0.3。发泡剂的氧化物和/或氢氧化物可在发泡剂的粉末的颗粒上形成一层；该层的厚度可以为约10nm至约100nm。
在使用至少两种不同的发泡剂的情况下，发泡剂的量或所有发泡剂的总量可分别为占可发泡混合物的总量以重量百分比计为约0.1％至约1.9％，优选地约0.3％至约1.9％，该可发泡混合物至少包括至少一种第一金属和至少一种发泡剂。氧化物和/或氢氧化物的量可以占至少一种发泡剂的总量以重量百分比计为约0.01％至约30％。
至少一种发泡剂的脱气温度在约100℃至约540℃的范围内，优选地在约400℃至约540℃的范围内，特别优选地在约460℃至约540℃的范围内。对于根据本发明的金属氢化物，尤其是被设置为发泡剂，脱气温度分别如下(在圆括号中说明脱气温度)：TiH2(约480℃)、ZrH2(约640℃至约750℃)、HfH2(约500℃至约750℃)、MgH2(约415℃)、CaH2(约475℃)、SrH2(约510℃)、LiBH4(约100℃)和LiAlH4(约250℃)。
“芯”是中间层或芯层，其本身位于其它两个层之间，这里是覆盖层之间。芯层和两个覆盖层一起形成夹层结构，或者简而言之形成夹层。半成品的可发泡芯包括至少一种第一金属、至少一种发泡剂以及必要时至少一种助剂。复合材料的(稍后)泡沫芯包括主要为金属泡沫形式的至少一种第一金属、以及在发泡过程中在释放或释放发泡气体之后形成的至少一种发泡剂的至少一种分解产物、以及由发泡过程而产生的至少一种助剂或其分解产物。
“芯的表面”应理解为是指在可发泡或发泡芯的外表面上的区域，即在由可发泡混合物或随后的发泡芯形成的表面上的区域。这尤其包括覆盖层位于其上的表面以及侧面或壁，这些侧面或壁也覆盖有一层，优选地为金属层，特别优选地为由至少一种第二金属覆盖的层。
其它两层或覆盖层包含至少一种第二金属，优选地恰好一种第二金属。特别优选地，覆盖层仅仅或恰好由第二金属组成并且没有其它金属。第二金属或覆盖层的第二金属为以固体、非发泡的固体材料的形式存在，固体材料在可发泡芯或可发泡芯层发泡时非发泡，因此与芯相反，其不呈现多孔结构。
为了简化半成品的制造过程，从而最终简化可以从半成品制造的复合材料的制造过程，界定芯并具有覆盖层的第一和第二表面由容器形成，即所使用的容器具有为此目的的两个表面，该两个表面优选地是平面平行的，并在表面之间具有中间空间，用于接收可发泡混合物以形成芯层。
另外，容器进一步具有侧壁形式的外表面或侧面，该外表面或侧面限定了另一侧上的空间，以防止可发泡混合物流出。这些侧面可以有利地由与覆盖层相同的材料的层形成，以便简化生产。容器在未填充状态下具有至少一个开口，优选在两个侧壁中的至少一个上具有至少一个开口。优选地，设置至少两个开口，优选地在侧壁上。它们可以连接到可以封闭的管道，以打开或封闭该容器。特别优选地，侧壁在根据本发明的容器的内部的方向上，即朝向可发泡混合物的方向具有弯曲，该弯曲大约在覆盖层的纵向边缘的中间并且与其平行(即，在弓形的弯曲的情况下，大约在最小的区域内)，覆盖层的纵向边缘也可以成拱形。在预压缩的情况下，尤其是通过轧制，以实现第二冶金结合，如下所述，这种弯曲使得容器不能打开。弯曲，即侧壁的两个部分表面之间的内角，如果不是弧形，优选地具有在约110°至约178°之间范围内的角度，优选地在约160°至约176°的范围内。在侧壁向内弯曲结构的情况下，该弧的半径在约200mm至约600mm的范围内。侧壁优选地是多层的，优选至少三层。如下所述，这进一步促进预压缩，尤其是根据步骤(VII)的预压缩。本发明还涉及一种具有两个覆盖层和至少两个相对侧壁的容器，该至少两个相对侧壁如上所述构造得具有弯曲。优选地，如上所述，所有侧壁都具有弯曲。
侧面具有用于填充至少一种第一金属的至少一个开口，优选地两个开口；至少一种第一发泡剂；可能地至少一种助剂和/或可发泡混合物。为了半成品的进一步制造过程，在步骤(IV)中填充容器之后，至少一个开口被封闭，使得填充的可发泡混合物不能逸出。封闭容器的开口可以通过选自以下的方法进行：插入塞子；附接可闭合的法兰；焊接；附接金属管，然后在管子上的一个、两个或多个位置将管子完全压在一起，尤其是完全地以一个、两个或更多个凹口或压接缝的形式压在一起，其中在两个或更多个凹口或压接缝的情况下，它们被间隔开，整个填充容器的压紧或轧制以及类似的方法；以及其组合。
容器的至少第一和第二表面由至少一种第二金属通过作为覆盖层或覆盖层的层或壁(用于可发泡芯和随后的发泡芯)形成。然而，为了简化生产，容器的其余侧面也可以有利地由相同的至少一种第二金属构成的壁形成。因此，优选地，容器的所有外表面都包括由至少一种第二金属制成的壁。特别优选地，整个容器由至少一种第二金属构成，焊缝可以由第二金属或类似于第二金属的金属构成。容器的表面和/或侧壁可以彼此成任何角度布置，只要第一和第二表面彼此平面平行或基本平面平行即可。为此，容器可以具有盒状、圆柱体、尤其是扁平圆柱体的形状，其高度小于圆柱体的直径，并且容器可以具有棱柱体或多边形。
在盒状的情况下，容器的第一和第二表面在盒子顶部和底部的矩形或正方形边界表面形成。在圆柱体的情况下，容器的第一和第二表面在圆柱体两端对应的圆形或椭圆形边界表面形成。在棱柱体的情况下，容器的第一和第二表面在圆柱体两端的三角形边界表面形成。在多边形的情况下，容器的第一和第二表面在多边形的两端处对应多边形边界表面形成。相应地，施加到相应的第一和第二表面上的覆盖层具有相应的第一和第二表面的形状(平面图)，即矩形、正方形、圆形、椭圆形、三角形或多边形；然而，优选基本上为正方形或矩形形状。因此，容器优选地具有箱形；特别优选地是扁平箱的形状；其中，高度，即第一和第二表面的表面之间的距离，小于宽度和深度，即盒子的侧面的表面之间的距离，其中，扁平盒子可以特别地具有板的形状。
优选地，容器的至少一个第一表面布置成与容器的至少一个第二表面相对。容器的至少一个第一表面优选地基本沿平面平行于容器的至少一个第二表面延伸。优选地，可发泡芯构造为在容器的至少一个第一与第二表面之间的层。
形成容器的第一和第二表面并因此形成覆盖层的容器壁的厚度通常为约20mm至约200mm，优选地约50mm至约100mm。形成容器的其余侧面或侧壁的容器壁的厚度通常为约5mm至约50mm，优选地约10mm至约30mm。
至少一种第一金属以粉末的形式来提供。粉末自然地包含粉末颗粒，即，金属颗粒，其被细磨使得芯的结构尽可能均匀且没有缺陷，使得随后在发泡时不产生缺陷，以获得期望的闭孔金属泡沫。因此，至少一种第一金属的粉末颗粒有利地具有粒度或晶粒大小，即，粒径为约2μm至约250μm，优选地为约2μm至约200μm，进一步优选地为约10μm至约150μm。
至少一种发泡剂同样以粉末的形式来提供。粉末自然地包含粉末颗粒，即发泡剂颗粒，其被细磨，使得芯的结构尽可能均匀而无缺陷，并与至少一种第一金属的粉末颗粒尽可能充分地混合，使得稍后在发泡时可以完全发泡，并且在发泡过程中不会产生缺陷，以获得所需的闭孔金属泡沫。因此，优选地，至少一种发泡剂的粉末颗粒的粒度或晶粒大小或粒径为约5μm至约20μm。
为了尽可能实现上述均匀而没有缺陷的芯的结构，有利地将至少一种第一金属的粉末与至少一种发泡剂的粉末混合以形成可发泡混合物。优选地，在容器被填充之前即在步骤(IV)之前，或在容器填充期间即在步骤(IV)期间，分别使用至少一种第一金属和至少一种发泡剂进行至少一种第一金属和至少一种发泡剂的混合或调配。在前一种情况下，可发泡混合物是通过在填充容器之前，将至少一种第一金属和至少一种发泡剂的每种粉末混合而制得的；在后一种情况下，可发泡混合物是在填充过程中，通过将至少一种第一金属和至少一种发泡剂的粉末以正确的混合比例添加到容器中形成的。在填充容器时即在步骤(IV)中进行混合具有以下优点：节省了用于混合的单独的工艺步骤，并且整个过程以较少的步骤进行管理，因此更经济。
根据本发明的方法附加地可包括如下步骤：
(V)干燥
(V.1)在步骤(IV)之前，干燥至少一种第一金属的粉末，和/或在步骤(IV)之前，干燥至少一种发泡剂的粉末，或者
(V.2)在步骤(IV)之前，干燥可发泡混合物，或者
(V.3)在步骤(IV)之后，干燥可发泡混合物和所述容器。
在步骤(V.1)中，干燥至少一种第一金属的粉末可以替选地或附加地在步骤(II)之前进行。在步骤(V.1)中，干燥至少一种发泡剂的粉末可以替选地或附加地在步骤(III)之前进行。干燥通过本领域技术人员已知的方法进行，例如加热，尤其是加热至约100℃至约450℃的温度，优选在约200℃至约370℃区间的温度下，进一步优选地至约300℃的温度下进行；通过干燥剂或其组合来抽吸水分。优选地，通过吸力加热或去除水分。特别优选在吸湿的情况下进行加热。干燥的优点是在发泡过程中不会形成水蒸气产生的气泡和相应的缺陷。
此外，根据本发明的方法可以附加地包括如下步骤：
(VI)可发泡混合物的粉末颗粒彼此间和/或与第二金属的每一层在芯的第一和第二表面上的第一冶金结合，以在步骤(IV)或(V)之后形成可发泡芯。
术语“第一冶金结合”按照本发明理解为：通过在混合物内扩散和形成第一金属间相来结合粉末混合物和覆盖层。第一冶金结合的优点是可发泡芯更稳定、更紧密，在发泡时几乎不会在泡沫中形成缺陷。第一冶金结合产生稳定的轧制坯料。此外，粉末颗粒部分地与覆盖层结合。
尤其是，步骤(VI)中的第一冶金结合可以在约0.05MPa至约1.5MPa、优选地在约0.1MPa至约1.1MPa的范围内、并且还进一步优选地在0.15MPa至约0.45MPa的范围内的压力下，以及在可发泡混合物和容器的温度为约400℃至约490℃以及可发泡混合物或至少一种第一金属的固相温度的65％至约90％、优选地约70％至约85％、尤其是约80％的条件下，通过将可发泡混合物与容器(容器)一起预压缩来实现。持续时间(保持时间)可以为约4小时至约48小时，优选地为约6小时至约32小时，优选地为至约24小时。尤其是，可以将半成品加热至可发泡混合物的熔化温度的约80％，并在该温度下保持约6小时至约32小时，优选地至约24小时。优选地，在容器的第一和第二表面上垂直地施加压力，即，在覆盖层上垂直地施加压力，其中第一表面和第二表面或覆盖层基本上彼此平面平行地布置。在这种情况下，可以在压制过程中通过两个平面平行的工具施加压力，例如，具有可在其上移动的水平板的工作台。就预压缩期间的温度而言，优选可发泡混合物和容器的温度为可发泡混合物的固相温度的约65％至约90％、优选地约70％至约85％，尤其是约80％。
容器(容器)的预压缩可以使用两个平面平行的工具在压制过程中进行。在此，粉末在如下范围的温度下进行预压缩：约0.05MPa至约1.5MPa，优选约0.1MPa至约1.1MPa，还进一步优选0.15MPa至约0.45MPa，以及在如下范围的温度下进行预压缩：约400℃至约490℃，优选达约470℃，进一步优选地达约460℃，或在可发泡混合物或至少一种第一金属的固相温度的如下温度下进行预压缩：约65％至约90％，优选约70％至约85％，尤其是约80％。在此，粉末优选在可发泡混合物或至少一种第一金属的固相温度的约65％至约90％、优选地约70％至约85％、尤其是约80％的条件下进行预压缩。压制过程尤其可以在容器处于环境大气压力的大气中进行。这节省了惰性气体或真空和/或在真空下工作的消耗。优选地通过轴向压制进行的预压缩产生稳定的轧制坯料。此外，粉末颗粒部分地与容器的覆盖层结合。
可选地，并且就本发明而言优选地，步骤(VI)中的第一冶金结合尤其可以通过将可发泡混合物和容器加热至发泡混合物的固相温度的约70％至约90％、优选地约75％至约85％、优选地约80％进行，其中在很大程度上防止了容器的膨胀。优选地，温度设置在约450℃至约495℃的范围内，进一步优选地在约455℃至约465℃的范围内。持续时间(保持时间)为约4小时至约48小时，优选约6小时至约32小时，进一步优选地至约24小时，还进一步优选地约24小时至约32小时。尤其是，可以将容器加热至可发泡混合物的熔化温度的约80％，并在该温度下保持约6小时至约24小时。这尤其可以在环境空气压力下完成。这节省了保护气体气氛或产生真空和/或在真空下工作的消耗。在该可选的构造方案中，可以通过本领域技术人员已知的装置来有效地防止容器的膨胀，例如，通过螺旋夹、夹钳、重物和/或相应的尺寸稳定且刚性的保持框架，这在每种情况下或组合起来迫使容器保持其原始形状。保持框架也可以是一种模具，类似于铸造模具。此外，容器的扩张可以通过如下预防：通过轴向挤压，尤其是通过一个或多个挤压，优选地，垂直于覆盖层的挤压，其在步骤(VI)之前，从容器的两个或更多个侧面或沿着容器的一个或多个轴线引入，而没有压缩容器。所施加的压力优选地在约0.15MPa至约0.6MPa的范围内，进一步优选地在约0.2MPa至约0.4MPa的范围内。通过可发泡混合物的预压缩，通过施加外部产生的压力或通过防止容器膨胀而在其内部产生的压力，来防止步骤(VI)中发泡剂的(过早)脱气。
根据本发明的方法附加地可包括如下步骤：
(VII)在步骤(VI)中获得的可发泡芯与至少一种第二金属的层在容器的第一和第二表面上的第二冶金结合。
根据本发明，术语“第二冶金结合”应理解为是指通过使芯和覆盖层重塑形状来产生无氧化物的表面，这导致粉末颗粒和覆盖层结合，也就是说发生一种焊接。第二冶金结合允许一种简单的结合方法，因为例如不必单独焊缝，并且由于它还可实现比通过粘合剂更稳定的结合，通过粘合剂的连接在随后发泡时出现的温度下无法确保不会损坏。
根据本发明，第二冶金结合可以通过包括扩散和轧制的过程进行，但是也可以在对容器的压力作用下通过轴向或静压进行，优选进行轧制。在轧制过程中，辊隙中的压力优选在约5000t至约7000t的范围内，进一步优选地在约5600t至约6500t的范围内。在此，容器的温度低于至少一种发泡剂的脱气温度，低于可发泡芯的固相温度并且低于至少一种第二金属的固相温度。在第二冶金结合中的温度优选为约400℃至约520℃，优选为约440℃至约510℃，还进一步优选地为约470℃至约500℃，其中温度在这种情况下必须始终低于至少一种发泡剂的脱气温度，以使轧制材料中没有气泡。尤其是，第二冶金结合可以通过在低于发泡剂的分解温度的温度下热轧容器来进行。然后可以进行冷轧工艺，优选地将板厚度控制在9mm以下。
通过轧制工艺或其它技术，例如轴向压制或静压压制，在每种情况下均在指定的温度范围内，实现粉末与覆盖层的第二冶金结合，并将可发泡混合物的粉末进一步压实至其标称密度的约90％至约100％。可发泡混合物的“标称密度”是指可发泡混合物不是粉末形式而是作为固体材料的致密形式时的密度。紧接着，将所得的三层板材组装，并且如果需要，将其馈送至发泡过程。容器可以被打开到使得在步骤(VI)和/或(VII)中的第一和/或第二冶金结合的加热期间所形成的气体可以逸出的宽度。容器在第一冶金结合与第二冶金结合之间保持封闭。此外，可以将容器打开到使得在步骤(VI)和/或(VII)中的第一和/或第二冶金结合期间所产生的气体可以逸出的程度。尤其是，可以将容器打开到一定程度，使得所产生气体可以在轧制工序的加热过程中以及在步骤(VII)中的轧制过程中逸出。在这种情况下的优点是，在轧制过程中没有截留气体，并且尤其是在较窄的薄板厚度的情况下，甚至在发泡过程前也不会导致充满气体的隆起。
根据本发明的方法可以提供非发泡的半成品，该非发泡的半成品实际上可以无限期地存储，而在随后的发泡过程中没有缺点，即在由该半成品制造发泡的复合材料时没有缺点。尤其是，这防止了发泡剂的老化和过早脱气。在根据本发明的半成品中，可发泡芯可以形成为在至少一种第二金属的两层之间的层。如前所述，可发泡混合物的粉末颗粒可以以粉末的形式存在于半成品中，但是优选通过第一和第二粉末冶金结合来压实。特别优选地，粉末颗粒被固化。特别优选地，(固化的)粉末颗粒部分或几乎完全，尤其是完全彼此地冶金结合：粉末(粉末颗粒)的各个晶粒或颗粒通过在混合物内扩散和形成(第一)金属间相而部分或完全彼此结合，而不是形成松散的粉末。这具有如下优点：可发泡芯更稳定、更紧密，在发泡时几乎不会在泡沫中形成缺陷。此外，第一和第二冶金结合改善了半成品的可变形性，尤其是通过轧制、弯曲、深冲、液压成型和热压，并且改善了泡沫芯和覆盖层之间的结合强度，从而避免材料疲劳。
在根据本发明的半成品中，可发泡芯优选地冶金结合到至少一种第二金属的层，这允许一种简单的结合方法，因为，例如，不需要形成单独的焊缝，并且由于与例如通过胶粘相比还具有更稳定的连接，尤其是关于稍后使可发泡芯材发泡所需的高温方面。可发泡芯与容器表面上的第二金属层的冶金结合可以通过选自以下的方法进行：在更高的温度下进行轧制和扩散，也可以轴向或等静压压制。通过(第二)冶金结合实现的可发泡芯体与至少一种第二金属之间的结合是如此牢固，以至于其也承受了为半成品制造的发泡过程的高温。根据本发明的半成品可用于使金属发泡，即用于制造金属泡沫。该半成品尤其适合于制造包含金属泡沫和呈非发泡固体材料形式的金属的复合材料。
在本发明的特别的实施例中，在一个工作步骤中将填充满的容器加热到大约300℃的温度并且去除水分。紧接着，使容器在约400℃至约460℃的温度下，优选在外部加压下，尤其是通过轴向加压，在约0.2MPa至约1.5MPa的范围内的压力下，优选在约0.2Mpa至约1.1MPa的范围内的压力下进行预压缩，或在防止容器膨胀的装置中加热到芯材(可发泡混合物)的固相温度的80％。两种方法也用于增加在随后轧制过程的容器的稳定性。此外，通过容器结构来防止金属粉末或粉末混合物的滴落。通过该工艺步骤来实现粉末床的压实，铝粉末通过扩散而结合到覆盖层上，因此复合物具有较高的剪切强度以用于后续的轧制。然后，将容器打开到一定程度，使得所产生的气体可以在为轧制过程的加热过程中及在轧制过程中逸出。可以通过从容器的至少两个侧部开口移除塞子或类似的来进行打开。所形成的复合物可以成型和/或直接通过加热来发泡。
附图说明
参考下面列出和描述的附图或图形更详细地解释本发明，从中可以推导出本发明的进一步有利的改进，但是由此不一定限制本发明或本发明的各个特征。更确切地说，这里描述的特征可以彼此组合并且可以与上述特征组合以形成本发明的其它实施例。
图1是容器的图示并且示出了由底部(3)和侧壁(1)组成的箱状的容器下部以及盖(3)。底部和盖(3)形成由至少一种第二金属(覆盖层材料)制成的层或覆盖层或顶部层，其随后覆盖可发泡芯。填充孔或开口(2)用于填充可发泡混合物，并且如果需要，用于在步骤(VI)和(VII)中的第一和/或第二冶金结合期间气体的逸出。
图2是以分解图对容器标识并且同样示出了侧壁(1)、填充孔或开口(2)以及底部和盖(3)，作为(稍后的)覆盖层，其中侧壁具有约175°的弯曲。
具体实施方式
参考以下描述的示例性实施例更详细地解释本发明，而本发明或本发明的各个特征不必限于此。
示例1
以下方法步骤用于生产泡沫铝夹层结构的可发泡半成品。首先，制备粉末混合物(可发泡混合物)。为此，将以重量百分比计0.4至1.0％的粉末形式的TiH2(基于铝合金的重量百分比)与作为第一金属的铝合金AlSi8Mg4的粉末混合。然后，将这种粉末混合物填充到以Al 6082(Al Si1MgMn)合金作为第二金属的铝容器中，其中两个相对的壁形成了三层初级材料(半成品)的随后的覆盖层，它们发泡成夹层结构(复合材料)。在这种情况下，容器的铝合金被选择为使得其固相温度高于粉末混合物(可发泡混合物)的液相温度。在容器中完全充满粉末混合物之后，将粉末混合物进行干燥。将粉末加热至300℃，并去除所产生的水分。然后，将容器加热至粉末混合物或至少一种第一金属的固相温度的约80％，并在455℃的温度下保持6至24小时，以实现第一冶金结合，同时抑制了容器的膨胀。在随后的轧制过程中，在约475℃下，在辊隙中以约6000t的压力对容器进行热轧，以实现第二次冶金结合。必要时，紧接着进行冷轧工艺，以使板材厚度小于9mm。粉末和覆盖层的第二冶金结合是通过轧制工艺实现的，并且粉末被进一步压实至固体材料密度的98％至100％。然后，将所得的三层片材组装，并且将其输送到发泡过程。上述方法也在利用以下铝合金作为粉末混合物和容器中的金属以及下列发泡剂按指示的量的情况下来进行：
示例 粉末混合物的金属的合金 发泡剂<sup>1</sup> 容器的金属的合金
1.1 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(1.0wt.％) Al 6082
1.2 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(0.5wt.％) Al 5754
1.3 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(0.6wt.％) Al 5005
1.4 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(0.6wt.％) Al 6016
1.5 AlSi7 TiH<sub>2</sub>(1.2wt.％) Al 3103
1.6 AlSi6Cu7.5 TiH<sub>2</sub>(0.8wt.％) Al 6060
1发泡剂的量占可发泡混合物/粉末混合物的总量是以重量百分比(wt.％)来说明的。相同方法也是利用如下的发泡剂替代TiH2来进行的：ZrH2、HfH2、MgH2、CaH2、SrH2、LiBH4和LiAlH4以及分别由TiH2与LiBH4和TiH2与LiAlH4的组合。
示例2
以下工艺步骤用于生产泡沫铝夹层结构的可发泡半成品。首先，制备粉末混合物(可发泡混合物)。为此，将以重量百分比计为0.4％至1.0％、粉末形式的TiH2(基于铝合金的重量百分比)与铝合金AlSi8Mg4的粉末混合。然后，将这种粉末混合物填充到Al 6082(AlSi1MgMn)合金的铝容器中，其中两个相对的壁形成了三层初级材料(半成品)的后覆盖层，它们发泡成夹层结构。在这种情况下，铝容器的合金被选择为使得其固相温度高于粉末混合物(可发泡混合物)的液相温度。在容器中完全充满粉末混合物之后，将粉末混合物干燥。在此，将粉末加热至300℃，并除去所产生的水分。然后，使用两个平面平行工具在压缩过程中将容器在0.2MPa的压力下首次预压缩约28小时。在这种情况下，将粉末在400℃至460℃下进行预压缩。通过预压缩制造出稳定的钢坯。此外，在第一冶金结合的情况下，粉末颗粒部分地结合到覆盖层。在随后的用于第二预压缩的轧制过程中，将容器在约475℃的温度下和约6000t的辊隙中的压力下进行热轧。必要时，紧接着进行冷轧工艺，以使板材厚度小于9mm。粉末和覆盖层之间的第二冶金结合通过轧制工艺实现，并且粉末被进一步压实至其标称密度的约98％至100％。然后，将所得的三层片材组装，并且将其输送到发泡过程。
上述方法也在使用以下铝合金作为粉末混合物和容器中的金属以及下列发泡剂按指示的量的情况下来进行：
示例 粉末混合物的金属的合金 发泡剂<sup>1</sup> 容器的金属的合金
2.1 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(1.0wt.％) Al 6082
2.2 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(0.5wt.％) Al 5754
2.3 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(0.6wt.％) Al 5005
2.4 AlSi8Mg4 TiH<sub>2</sub>(0.6wt.％) Al 6016
2.5 AlSi7 TiH<sub>2</sub>(1.2wt.％) Al 3103
2.6 AlSi6Cu7.5 TiH<sub>2</sub>(0.8wt.％) Al 6060
1发泡剂的量占粉末混合物的总量是以重量百分比(wt.％)来说明的。相同方法也是利用如下的发泡剂替代TiH2来进行的：ZrH2、HfH2、MgH2、CaH2、SrH2、LiBH4和LiAlH4以及分别由TiH2与LiBH4和TiH2与LiAlH4的组合。

Claims (21)

1.一种用于制造包括发泡芯的半成品的方法，所述发泡芯包括可发泡混合物，所述可发泡混合物包括：至少一种第一金属，占所述至少一种第一金属的量以重量百分比计为至少约80％；和至少一种发泡剂，其中在所述芯的至少一个第一和第二表面上分别涂覆至少一种第二金属的层，所述至少一种第二金属呈非发泡的固体材料形式并且其铝含量占所述至少一种第二金属的量以重量百分比计为至少约80％，所述方法包括如下步骤：
(I)提供容器，所述容器包括所述至少一种第二金属的上述层，所述至少一种第二金属的上述层在所述容器的至少一个第一和第二表面上限定，
(II)提供粉末，粉末包括所述至少一种第一金属的粉末颗粒，
(III)提供粉末，粉末包括所述至少一种发泡剂的粉末颗粒，并且
(IV)用在步骤(II)和(III)中提供的粉末来填充所述容器，以形成所述可发泡芯，
其中将在步骤(II)和(III)中提供的粉末混合以形成可发泡混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种第二金属
(a)具有如下固相温度，所述固相温度比所述可发泡混合物的液相温度高约5℃；和/或
(b)相对于所述至少一种第一金属具有更少的合金成分或者相对于所述至少一种第一金属具有至少一种相同的合金成分，所述合金成分在合金中具有较低的质量分数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中
(a)所述至少一种第一金属选自：铝，选自铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)的高强度铝合金，以及熔点为约480℃至约580℃的高强度铝合金；和/或
(b)所述至少一种第二金属选自铝和高强度铝合金，所述高强度铝合金选自铝镁合金(5000系列)、铝镁硅合金(6000系列)和铝锌合金(7000系列)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在步骤(IV)之前或期间，将在步骤(II)和(III)中提供的粉末混合以形成可发泡混合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述至少一种发泡剂的脱气温度等于所述至少一种第一金属的固相温度，或低于所述至少一种第一金属的固相温度但低于所述至少一种第一金属的固相温度得不超过约90℃，并且小于所述至少一种第二金属的固相温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述至少一种发泡剂包括至少一种金属氢化物。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述至少一种发泡剂附加地包括相应的金属氢化物的金属的至少一种氧化物和/或至少一种氢氧化物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中至少一种发泡剂是TiH2，并且
(a)所述至少一种氧化物是化学式TivOw的氧化物，其中v为约1至约2，w为约1至约2；和/或
(b)所述至少一种氢氧化物是化学式TiHxOy的氢氧化物，其中x为约1.82至约1.99，y为约0.1至约0.3。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述至少一种发泡剂的量占所述至少一种第一金属的量以重量百分比计为约0.1％至约1.9％。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述至少一种氧化物和/或至少一种氢氧化物的量占所述至少一种发泡剂的总量以重量百分比计为约0.01％至约30％。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中
(a)所述容器的至少一个第一表面与所述容器的至少一个第二表面
(a.1)相对地布置；和/或
(a.2)基本上平面平行地延伸；和/或
(b)所述可发泡芯构造为在所述容器的所述至少一个第一和第二表面之间的层。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，所述方法附加地包括以下步骤：
(V)干燥
(V.1)在步骤(IV)之前，干燥所述至少一种第一金属的粉末，和/或在步骤(IV)之前，干燥所述至少一种发泡剂的粉末；或者
(V.2)在步骤(IV)之前，干燥所述可发泡混合物；或者
(V.3)在步骤(IV)之后，干燥所述可发泡混合物和所述容器。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，所述方法附加地包括如下步骤：
(VI)所述可发泡混合物的粉末颗粒彼此间和/或与所述第二金属的每一层在所述芯的第一和第二表面上的第一冶金结合，以在步骤(IV)或(V)之后形成所述可发泡芯。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤(VI)中，在应用压力的情况下，在所述可发泡混合物和所述容器的温度为所述可发泡混合物的固相温度的约65％至约90％下，对所述可发泡混合物以及所述容器进行预压缩。
15.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤(VI)中，将所述可发泡混合物和所述容器加热到所述可发泡混合物的固相温度的约70％至约90％，其中基本上防止了所述容器的膨胀。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，所述方法附加地包括如下步骤：
(VII)在步骤(VI)中获得的可发泡芯与所述至少一种第二金属的层在所述容器的第一和第二表面上的第二冶金结合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二冶金结合是在对容器的压力作用下，在所述容器的温度低于所述至少一种发泡剂的脱气温度、低于所述可发泡芯的固相温度以及低于所述至少一种第二金属的固相温度的情况下，通过包括扩散和轧制来进行。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中在相应的各个方法步骤开始时，所述容器的温度为约400℃至约540℃。
19.一种半成品，所述半成品通过权利要求1至18中任一项中所述的方法获得。
20.一种根据权利要求19所述的半成品在制造包括金属泡沫和呈非发泡的固体材料形式的金属的复合材料中的用途。
21.一种容器，用于进行根据权利要求1至19中的一项或多项所述的方法，所述容器具有：第一和第二表面(3)，所述第一和第二表面形成底部和盖；以及侧壁(1)，其中至少一个侧壁(1)具有向内朝着可发泡混合物的方向的弯曲。
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