CN1738919A - 金属泡沫体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属泡沫体的制造方法，根据该方法准备包含气体的熔化材料并且使所述的熔化材料凝固，因此形成金属泡沫体。本发明的目的是制造具有所需形状的高质量金属泡沫体，而不需要复杂的设备并且同时减小对操作者的安全风险。为了达到这个目的，使用的材料在大气压力下熔化并且气体同时和/或随后引入到熔融金属中。然后将熔融金属注入模具中并且使之凝固，其中周围压力至少暂时减小。

Description

金属泡沫体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属泡沫体的制造方法，其中生产包含气体的熔融金属并且允许所述熔融金属在形成金属泡沫体的状态下凝结。

背景技术

多孔物体被称为金属泡沫体，其中在固定的基体中嵌入气体填充孔，所述基体由金属制成或着按重量计算金属占有主要份额。嵌入孔一般是球形和/或椭圆形，并且被基体材料的壁互相隔开。依据生产情况，金属泡沫体在外表面的区域中能够设计成基本紧凑或无孔的。在这样情况下，在金属泡沫体中，多孔内部部分至少部分地被致密的外层或致密的外皮包围。

由于在工艺上可取得高多孔性和低密度，以及对于很多应用有利的特性，例如良好的吸声、与致密的基体材料相比较低的热传导性，或着在受冲击的情况下高的变形能力，所以金属泡沫体作为轻型的功能部件具有广泛的可应用范围。

为了完全开拓该潜在应用范围，从经济和技术方面考虑，可取的是能够高质量且尽可能节省成本地够制造高质量的金属泡沫的模件。主要质量标准是模件密度、数量、形状、孔的尺寸和孔在模件中分布，以及在金属泡沫体设计为具有的致密或无孔的外层时，外表面的表面质量。

由于金属泡沫体具有已知高应用潜力，已经进行重大的努力以提供能满足上述所需期望的制造方法。

根据现有技术，目前使用的几种方法。

第一，已经提出，通过例如利用电化方法对物体涂层来制造具有孔的蜂窝形金属体。更具体地，通过这样方法制造合成体，所述合成体由用作涂层基体的致密衬底部分和与这些衬底部分隔开的多孔金属部分构成。该方法的缺点在于，通过涂层技术基本上仅能获得小的层厚度并且因此可得到的隔开多孔金属的体积是有限的。而且，在这些合成体情况下，可产生一种粘和问题，即在使用期间，隔开的金属泡沫部分很容易从衬底部分脱离。

第二，粉末冶金法已经被提出，例如在US3,087,807中或在DE4018 360 C1中。在这种方法中，金属粉末与发泡剂粉末混合，并且混合的粉末材料通过挤压或变形被制成紧密。然后加热紧密材料，直到裂解气从发泡剂中出来并因此在前面的压实材料中形成孔为止。通过这种粉末冶金法，能够制造高质量的金属泡沫体。然而，这种方法关于所使用的材料和要求的装置是昂贵的，因为必须制造和使用至少两种粉末成分。为了在金属泡沫体中获得均匀分布的孔，单独的粉末成分在加热之前也必须在内部均匀混合，并且粉末颗类必须互相焊接，例如通过热均衡挤压。

第三，已知的熔融金属方法。在这种方法中，生产可发泡的熔融金属并且然后将气体引入到熔融金属中，从而生成流体金属泡沫，这些泡沫聚集在溶液的表面。如在EP 666 784 B中公开的，由于金属泡沫的流动性，在溶液表面的金属泡沫能够通过小心地挤压加工成模件，保持多孔结构。这种熔融金属方法的缺点在于，熔融金属不能在其纯净条件下起泡沫。为了取得起泡性的目的，在进行起泡之前，熔化的材料必须掺以粘性增强剂，例如惰性气体(GB 1,287,994)，或者掺以陶瓷微粒(EP 0 666 784 B)。如已经所提及的，聚集在熔液表面上的金属泡沫是可流动的。这对于金属泡沫的成形处理是有利的；然而，由于金属壁缺乏稳定性，可导致起泡的金属泡沫的局部倒塌并且因此在这样制造的物体的内部不可控制地形成致密区域。

关于熔化冶金方法，还提出了不需要粘性增强剂就可进行的方法。已知在高压和高温下在金属熔液中能够释放氢，氢由于在熔液的凝结期间溶度的上涨能够在气泡形成下被释放。在熔液的凝结期间气泡能够被固定，从而形成多孔金属物体。借助这种方法，致密的金属原材料能够立即被转化为具有孔的体，然而为此需要非常高设备费用。特别地要求将氢引入到熔液中的能够承受高温和高压的高压锅。而且，在高压和至少几百度的高温下用氢会对操作者引起显著的安全风险。此外，一部分形成的气泡或释放的气体能够在熔液凝结期间排出，所以在熔液中不发生释放气体的固定并且作为利用该方法生产的物体的多孔性是低的。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种方法，通过该方法能够以低装置费用和减小的操作者的安全风险制造高质量的金属泡沫体。

上述目的这样实现，即在上述类型的方法中，引入的材料在大气压力下熔化并且同时和/或然后引入气体到流体中，从而流体金属成形并且允许在较小周围压力下凝结至少一段时间。

本发明的优点在于，通过较少的装置费用和以极其简单的方式能够生产高多孔性的金属泡沫体。可以看出，在不用过压装置的情况下，当引入材料在大气压力下在开放的熔化坩埚中的熔化并且同时和/或随后将气体引入到引入材料的流体阶段时，能够实现熔液的足够的气体负载，以在金属的凝结期间形成低密度的金属泡沫体。上述作用根据本发明被用于以有益的方式生产所需形状的金属泡沫体，如果流体金属首先成形并且然后允许在至少暂时降低周围压力下凝结。由于在降低的周围压力下硬化熔液，在溶液中形成大量气泡的，但是所述气泡由于熔液的开始和连续的凝结被固定在熔液中，因此根据本发明制造的金属泡沫体具有低密度。

而且，根据本发明的方法具有对操作者更高的安全性的优点，因为在根据本发明的方法的操作期间能够避免在高压和高温下使用气体。

在根据本发明的方法中，已证明特别有利的是，如果至少部分引入材料在熔化前转化为至少一个合成物，所述合成物在它的熔化区间区域中和/或整个熔化区间中放出可溶解在流体金属中的气体。通过该措施，孔形成成分、气体能够在引入材料的熔化之前被制成能放出气体的合成物形式，能够完全放弃用于将气体引入到熔液中的装置。而且有利的是，转化能够在显著低于金属熔化温度的温度下进行。这样，气体能够在低温下引入到被限制的形式中并因此有效地节省能量。为了随后将气体引入到熔液中，仅需要对预处理的引入材料进行短暂的加热而达到能放出气体或分出气体的合成物的分裂温度，从而能够减少在炉子中的保持时间并且能够增加材料的生产量。

在根据本发明的方法中，至少部分引入材料在熔化前能够转化为至少一个合成物，其在它的熔化区间区域中和/或整个熔化区间中放出可溶解在流体金属中的气体；在优选的进一步构造中，通过与气体或气体的混合物的接触进行转化。有利的是，引入材料在表面区域的转化程度和因此在熔化期间引入的气体量能够通过供应气体流控制并且处理持续时间能够被精确地控制。

在根据本发明的方法中，至少部分引入材料在熔化前能够转化为至少一个合成物，其在它的熔化区间区域中和/或整个熔化区间中放出可溶解在流体金属中的气体，其中与气雾剂发生接触。特别有利的是，如果引入材料和作为反应参与物的流体的反应释放很大热量。通过气雾剂，一方面，具有运载气体的反应参与物能够变稀和供应到流体状态并且在转化期间能够避免引入材料的局部过热。另一方面，运载气体影响处理的材料的热排出或冷却。

在根据本发明的方法中，关于至少部分引入材料在熔化前能够转化为至少一个合成物，其在它的熔化区间区域中和/或整个熔化区间中放出可溶解在流体金属中的气体，能够进一步设置，合成物在最大250摄氏度放出气体，优选地最大150摄氏度，大于金属的熔化或凝结温度。这具有如下优点，能够保持为了从合成物中放出气体的流体金属过热尽量低和用于制造金属泡沫体的方法中所包含的能量消费尽量低。

如果引入材料是由轻金属、尤其镁或镁合金形成，那么能够以特别简单的方式生产高质量的金属泡沫制成的模件，因为这些金属具有非常好的气体溶解特性。因此，通过在根据本发明的方法中采用轻金属，能够获得金属泡沫体的高多孔性。

如果在根据本发明的方法中，流体金属的凝结发生在周围压力的范围是0.03巴至0.2巴，那么能够通过简单的装置获得所生产金属泡沫体的最大多孔性。在该选择范围中的周围压力在工艺上是简单的并且能够通过最简单的装置精确地设置和产生，例如通过所谓的喷射泵。

在根据本发明的方法的另一个有利的变型中，在引入流体金属前预热模具。通过该措施可以获得，形成具有至少大部分致密外层的金属泡沫体，其中同时能够最小化在致密的外层或表面层里面或上面的裂缝，所述裂缝在震动时候出现。

如果在根据本发明的方法中使用热绝缘的模具，那么生产的金属泡沫体的密度能够显著地降低。这种效果的原因目前还不清楚。根据专家的观点，为了在熔液凝结时保持引入到熔液的气体或者防止气体从熔液中排来，应该尽可能有效地排出熔化的物质凝结时释放的热量并且随后迅速冷却。

与上述观点相反，然而现在已经发现，在根据使用热绝缘模具的本发明的方法中，因此使热排放和冷却延迟，导致具有显著地密度的金属泡沫体。

具体实施方式

下面基于实例说明本发明。

实例1

生产合金AZ91的块，其是具有铝的重量约9％和锌的重量约1％以及其余镁的镁合金。此后，生产的材料在公开的空气中保存几天从而受到潮湿的空气和雨。

在存储之后，块在大气压力下在熔化的坩埚中熔化，从而大气由体积1％的SF₆和体积99％的氩气组成。熔融金属被加热到685摄氏度；然后将所述熔融金属的约70gms填充到预热到300摄氏度的坩埚中。随后，将被填充的坩埚送入到低压腔中，关闭该腔并且随后在该腔中立即生成80毫巴的低压。保持该低压七分钟，之后将该腔通风和打开并且除去坩埚。

在坩埚中，在内部形成有孔的多孔金属泡沫体形成的密度约是0.95gm/cm³。该体的外表面主要是致密的并且没有裂缝。在切开泡沫体后从它的横截面观察，可以看出，形成的孔具有约1至4mm的直径并且均匀地分布在整个横截面上。致密的外层或外皮约1mm厚。

实例2

在另一个试验中，进行一个类似实例1的过程，其中使用热绝缘的坩埚。可以得到具有基本致密和没有裂缝的表面的金属泡沫体。孔的结构相应于在实例1中所述的。与在如在实例1中所述的不是热绝缘的坩埚中生产金属泡沫体相比，这样确定的金属泡沫体的密度显著地降低，在约0.75gm/cm³。

实例3

在实例1和2中所述的试验用AZ91型的商业的镁带部分进行重复。能取得近似于实例1或实例2和结果。因此，通过根据本发明的方法，同样可以以简单方法将循环的材料转化为高值的功能成分。

在用循环材料的进一步试验中，通过镁合金的压铸方法的废料作为引入的材料对于底泡沫体密度和孔的形成能够获得特别有利的结果。从而，进行在工艺上相似于实例1和实例2的试验，能够生产具有0.85gm/cm³和0.65gm/cm³的密度的镁泡沫体。这是由于实际上在压铸过程中，气体被引入到压铸金属并且因此压铸件的部分总是多孔。现在，如果压铸方法的废料用于根据本发明的方法中，气体不仅能够通过在表面上存在的合成体的分裂而且通过在引入材料中存在的孔或气泡。这由具有喷沙处理的压铸废料的实验证实，导致在金属泡沫体中更高的密度。

Claims (10)

1.一种用于金属泡沫体的生产方法，其中生产包含气体的熔融金属并且允许所述熔融金属在金属泡沫体的形式下凝结，

其特征在于

引入的材料在大气压力下熔化并且同时和/或然后引入气体到流体金属中，然后将所述流体金属倒入模具中并且允许在至少一段时间后在减小的周围压力下凝结。

2.如权利要求1所述的方法，其中在熔化前至少部分的引入材料被转化为至少一种合成物，所述引入材料在它的熔化区域中和/或熔化区间中放出可溶解在流体金属中的气体。

3.如权利要求2所述的方法，其中通过与气体或气体混合物的接触使部分引入材料转化。

4.如权利要求2所述的方法，其中通过与气雾剂的接触使部分引入材料转化。

5.如权利要求2-4中任一项所述的方法，其中合成物在最大250摄氏度的温度下放出气体，优选地最大150摄氏度，超过金属的熔化或凝结温度。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中引入材料由轻金属，特别由镁或镁合金构成。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中流体金属的凝结发生在周围压力范围在0.03巴至0.2巴。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中模具在引入流体金属之前被预热。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中使用热绝缘模具。

10.在如权利要求1-9中任一项所述的方法中压铸件废料作为引入的材料使用。