CN1921971B - 具有开孔结构的金属泡沫体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有开孔结构的金属泡沫体及其制造方法，其中根据设定任务提供所述金属泡沫体，这样达到了增加的抗氧化性和抗腐蚀性。对于本发明的具有开孔结构的金属泡沫体，对于这种金属泡沫体，在开孔结构网内具有形成的槽形腔，它是由生产确定的。同时，向所述的网和腔提供由不同于泡沫体的金属起始材料的材料制成的金属保护层，或用这种材料填充槽形腔。为了达到这个目的，使用适量的金属粉末或包含在该粉末中的合金成分，它们在低于基底泡沫体金属的熔化温度下的热处理期间分别变成液体和形成液相。由于毛细管作用而实现了对网内的槽形腔表面的润湿，这样在冷却之后就形成了金属保护层或将槽形腔填充。

Description

具有开孔结构的金属泡沫体及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有开孔结构的金属泡沫体及其相应的制造方法。

背景技术

具有开孔结构的金属泡沫体可以用不同的方法制得，其可行步骤基于原理不同的两种方法。

在这两种情况下，使用由有机材料制成的多孔结构单元，并且为其特定的表面提供镀敷，其中随后在热处理期间结构单元的有机成分被热排出。

因此例如，能够以一种方式在这种开孔有机结构单元的表面上实施电镀金属化。可选择地，可以在表面上实施均匀的化学气相金属沉积法(例如Ni)。

作为这种方法的替代方式，这样的金属层能通过所谓的“schwarzwalder方法”类似地制造。结果包含金属粉末的悬浮/分散剂被沉积在有机结构单元的表面，随后对用这种方法制备的涂覆的结构单元进行热处理，其中随着已经接触的有机成分被排出，进行烧结。

然而由于取决于制造过程，保留在网内的槽形腔形成金属泡沫体支撑构架，因为在这里相应的有机成分在热处理前已经一直在填入相应的空间内。

然而，作为特定金属泡沫体的支撑构架的网包含对周围大气敞开的进口，并且在网内形成的槽形腔对于周围媒介(大气)来说并设有被百分之百地以液体密封方式封闭。

然而，取决于适当的制造过程，不是所有的金属和及其相应的金属合金均能用于制造这种开孔金属泡沫体，大量适当的金属和金属合金在各自环境下有氧化趋势或它们缺乏足够高的抗腐蚀性。因此在金属开孔泡沫体的很多应用情况中，相应的被氧化或被腐蚀的表面在没有任何添加的保护下也是不适当的，它们获得了要么更坏的性质要么干扰，直至允许破坏的发生。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有开孔结构的金属泡沫体，其具有强的抗氧化性和/或抗腐蚀性。

根据本发明，这个目的是采用具有以下1的特性的金属泡沫体来解决的，金属泡沫体能够依照以下8的方法制造。

本发明的有利的实施例和改进可以采用以下2-7和9-18中指出的特性来达到。

1.一种具有开孔结构的金属泡沫体，其中在所述开孔结构的网内给由生产所确定的槽形腔提供金属保护层，这种金属保护层由不同于所述泡沫体的金属起始材料的材料制成，或其中所述的槽形腔被不同于所述金属起始材料的材料作为填充物填充，其中在形成所述保护层之前，在所述网中的所述槽形腔的自由交联部分小于所述金属泡沫体平均尺寸的30％。

2.1的金属泡沫体，其特征在于所述金属泡沫体是由镍制得的。

3.1的金属泡沫体，其特征在于所述金属泡沫体是由铁或铜制得的。

4.根据前述任意一项所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物分别是利用镍基合金形成的。

5.根据1所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物分别是利用铝、铝基合金或由铝化物形成的。

6.根据1所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物是利用锡基合金形成的。

7.根据1所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物分别是利用铜或铜基合金形成的。

8.一种生产1中所述的具有开孔结构的金属泡沫体的方法，其中给其中在所述的网内具有由生产所确定的槽形腔的金属泡沫体涂覆粘合剂和金属粉末，

同时，在低于所述金属泡沫体的金属的熔点的温度下的热处理期间，所述金属粉末或包含在所述金属粉末中的至少一种合金成分分别变成液体和形成液相，这样，利用毛细管作用实现了对所述网内的槽形腔表面的润湿，并且

在冷却的过程中，分别给所述网内的所述槽形腔的所述表面提供了金属保护层和将所述槽形腔填充。

9.一种根据8的方法，其特征在于由镍制成的开孔金属泡沫体与镍或铝基合金的金属粉末一起被使用，在该合金中分别含有至少40重量％的所述的镍和所述的铝。

10.一种根据8的方法，其特征在于所述开孔金属泡沫体是由铁制成的，并且涂覆了铝或铝基合金制成的金属粉末，在该合金中包含至少50重量％所述的铝。

11.一种根据8-10中任意一项的方法，其特征在于在所用的金属粉末中包括了铁、钴、碳、铌、硅、镍、铜、钛、铬、锰、钒和锡中的一种或多种作为其它的合金元素。

12.一种根据8的方法，其特征在于所述开孔金属泡沫体是由铜制成的，并且涂覆了锡基合金的金属粉末，在该合金中包含至少50重量％的所述的锡。

13.一种根据12的方法，其特征在于使用了所述的锡基合金，其中含有铅、镍、钛、铁和锰中的一种或多种作为附加的合金元素。

14.一种根据8-10中任意一项的方法，其特征在于在所述的热处理之前，对所述涂覆了粘合剂的所述金属泡沫体施压和/或进行振动。

15.一种根据8-10中任意一项的方法，其特征在于在所述的热处理之后对所述涂覆的金属泡沫体进行限定的模制。

16.一种根据8-10中任意一项的方法，其特征在于在所述的热处理过程中分别清除多余的熔化物和液相。

17.一种根据8-10中任意一项的方法，其特征在于其中在槽形腔内形成所述保护层的第一次热处理之后，进一步地用粘合剂或金属粉末实现了另一次涂覆，并且随后进行第二次热处理。

18.一种根据17的方法，其特征在于使用了一种金属粉末，该金属粉末的致密度不同于分别用于形成所述保护层和填充在所述槽形腔内的所述金属粉末。

对于根据本发明的具有开孔结构的金属泡沫体，在内表面上在各自的开孔结构的网内给由制造过程决定的预先形成的槽形腔提供保护层，或者让槽形腔完全或至少部分地被填满。然后分别在槽形腔上/内由来自不同于泡沫体金属的初始材料的材料形成保护层和填充物。

结果，不仅能消除在说明书的引言部分提到具有开孔结构的金属泡沫体的缺点，其中槽形腔仍保留在网内，但是，它们也相应地能用简单的和相对合理的方法制造。

这样，在根据本发明制造金属泡沫体期间，可以使用粘结剂和金属粉末来实施对金属基底泡沫体的涂覆。结果，将要实施涂覆使得不仅各自基底泡沫体的外表面被涂覆，而且在各自的孔里也实施涂覆，并且大多数网也被所述的涂覆材料所覆盖。

然后选择所用的金属粉末使其在低于基底泡沫体材料的熔化温度下熔化，其相应的网也由其形成，或者使得至少一种被包含在各自的金属粉末里的合金成分形成液相。

这样，熔化物和液相分别由于毛细管作用而穿过网壁的孔隙/孔进入槽形腔，同时润湿其内表面。这将分别被熔化物和液相所覆盖，由此在网内槽形腔的内表面上形成保护层，或者槽形腔被液相所填充。

在保护层和填充物分别被冷却和固化后，根据本发明的金属泡沫体仍然具有开孔结构，同时带有特殊的改进性质如它的抗氧化性和抗腐蚀性。

适当选择金属粉末的组成和与基底泡沫体各自的金属相应的组合，然而，金属间相或液体溶液或像这种金属泡沫体作为整体能在槽形腔内形成，至少在网材料的分界面处形成。

本发明能够应用于不同的基底泡沫体。因此，依据本发明的制造方法的镍制的、具有开孔结构的金属泡沫体能够与镍基合金、铝基合金或铝粉末的金属粉末组合使用。例如，可以分别从槽形腔内部形成保护层和填充物。

对于由镍基合金的铁金属粉末制成的基底泡沫体，可以使用铝基合金以及纯铝粉。

然而，铜和铜合金可以分别被用于保护层和填充物。

在镍和铝基合金中，镍和铝各自的比例按重量计分别应该达到至少百分之四十。可以包含铁、钴、碳、铌、硅、镍、铜、钛、铬、镁、钒和/或锡作为进一步的合金元素。

已知的镍基合金的例子有来自Wall Colomonoly Crop的商品名“Nicrobraz”的产品，其有两种不同的质量和组成。第一种是LM-BNi-2：Cr7；Si 4，5；B 3.1；Fe 3；C 0.03(余量为Ni)熔融和钎焊温度在970～1170℃范围内，第二种是30-BNi-5：Cr 19；Si 10.2；C 0.03(余量为Ni)熔融和钎焊温度在1080～1200℃范围内。

对于由铜制成的基底泡沫体，优选锡基合金的金属粉末，其中锡的比例以重量总计达到至少为百分之五十。在锡基合金里，可以含有铅、镍、钛、铁和/或锰作为附加的合金元素。

为了生产根据本发明的金属泡沫体，应该使用这样的金属基底泡沫体，其中网内槽形腔的自由交联部分应该少于单一基底泡沫体平均孔径大小的百分之三十，然而，应该有一个最大值为1000um的内径。对于槽形腔自由交叉部分的尺寸设计，确保足够大的毛细管作用为的是利用润湿作用将熔化物和液相置于槽形腔中。

在根据本发明制造金属泡沫体期间，应该采用至少一种粘合剂和相应的选择的金属粉末把涂层沉积在开孔基底泡沫体上，其中以施压和/或使基底泡沫体振动(振荡)来支持这种沉积。

此外，可以在密封的容器内实施这种涂覆，其中减少容器中遍在的内压。

特别地，对于用镍制成的基底泡沫体，可以在进行热处理之前使基底泡沫体变形，这对于镍泡沫体相对容易实施。为了分别在槽形腔内部形成保护层和填充槽形腔，将制成各自形状的涂覆的镍泡沫体再相应地接受热处理。

前文实施的模制显著地增加了机械强度，其也可以通过根据本发明所使用的镍基合金来达到。

在制造根据本发明的具有开孔结构的金属泡沫体期间，可以在完成热处理之前，清除多余的仍然是液体的熔化物和液相，这样每个使用的基底泡沫体的初始孔隙率仅会低程度地减少，如果有减少的话。

在分别形成保护层和填充槽形腔之后，可以用粘结剂和金属粉末重复涂覆这样获得的金属泡沫体，其中金属粉末不同于用于形成保护层或填充物的金属粉末，并且能被特别有利地使用。用在这里的金属粉末可以是另外一种金属或是含有以不同方式构成的金属合金。

采用这种方法，表面被保留，特别是各个孔的内表面可以分别地被附加地修饰和涂覆。

然而，在热处理时，在保护气氛中以及减小气压的条件下，它能够在各种情形下操作。然而可以选择氧化气氛用于计算在过程结束时样品的初步氧化。

具体实施方式

下面，通过实施例对本发明进行更详细的解释。

实施例1

将气孔率在92％和96％之间范围内的用镍制成的基底泡沫体浸入聚(乙烯基吡咯烷酮)的1％水溶液中。浸入后压向吸收垫(pad)从而将多余的粘合剂从孔上清除，并且仅仅浸湿具有开孔结构的网的外表面。使这样被涂覆的镍基底泡沫体振动，并且涂覆具有如下组成和平均粒径为35um的镍基合金金属粉末：

56.8％按重量计的镍

0.1％按重量计的碳

22.4％按重量计的铬

10.0％按重量计的钼

4.8％按重量计的铁

0.3％按重量计的钴

3.8％按重量计的铌，以及

1.8％按重量计的硅

使得金属粉末粒子几乎以全覆盖方式粘附到网的外表面。

将这样制好的镍基底泡沫体进行变形，这样能够在金属泡沫结构上产生圆筒形。

在其中金属粉粒子依靠粘合剂仍然保持与表面粘结的模制之后，在氧气气氛中实施热处理。以5K/min的升温速度进行加热。在300～600℃范围内时，粘合剂被排出，其中为此将滞留时间保持约30min。在该滞留时间之后，温度一直升高到1220℃至1380℃，在这一温度范围保持30分钟的滞留时间。

结果，从使用的金属粉末形成液相。该液相能够穿透网壁内的孔或其他孔隙而进入排列在该网内的槽形腔中，并且对网内的槽形腔各自的内壁的润湿能够通过毛细作用而实现，在冷却之后导致了在这种网内的槽形腔的内表面上形成保护层。

完成的金属泡沫体仍含有大约91％的孔隙率，与初始镍基底泡沫体比较在空气中在至多1050℃的温度时获得了明显增加的抗氧化性。与具有开孔结构的纯镍泡沫体相比，它同样提供了明显改进的机械性能如抗蠕变性、韧度和强度，例如特别是在动力荷载作用在其上面时具有积极效果。这样制成的金属泡沫体还能在其中考虑特定弯曲半径的某些限制条件下变形。

实施例2

通过研磨对孔隙率在92％和96％之间范围内的由镍制成的基底泡沫体的外表面进行机械加工，这样在网的槽形腔上产生附加孔。随后将制好的泡沫体作为粘结剂浸入聚(乙烯基吡咯烷酮)的1％水溶液中，其后将其压向吸收垫以将多余的粘合剂从孔中清除出去。同时仍然保证润湿孔内的网表面。

使这样制好的并被粘合剂覆盖的镍泡沫体与铝粉混合物一起发生沉积。铝粉由1重量％的具有片状颗粒结构(平均粒径小于20um)的铝粉和90重量％的具有球状颗粒结构(平均粒径小于100um)的铝粉组成，它们被预先在搅拌器里在10min的时间段内干燥混合。

在振动装置内用铝粉混合物涂覆由粘结剂润湿的表面，这样铝粉能够被均匀地分布在开孔结构里面，并且至少网的外表面被铝粒子覆盖。结构的开孔性质被实质性地维持了。

这样制好的镍基底泡沫体在实施热处理之前能被再次变成适当的形状，然后在热处理后其形状被实质性地维持。

在氮气气氛下进行热处理，其中为了在300℃和600℃之间的范围内的温度下在30min的滞留时间下释放，再次保持5K/min的升温速度，最后在900℃和1000℃之间的特定温度范围内，在30min的滞留时间下进行热处理为的是也在网的槽形腔中形成铝化镍。

最后这样制得的金属泡沫体的孔隙率为约91％，并且至少差不多完全由铝化镍组成，并且网内的槽形腔被全部填满。

在空气中在最高1050℃的温度下，以这种方法制造的金属泡沫体获得了抗氧化性。

实施例3

采用按实施例2的粘合剂和铝粉制备孔隙率在92％和96％之间范围内的铁制基底泡沫体，然后在氢气气氛下实施热处理，其中再次维持5K/min的升温速度，在同样条件下排出有机成分，并且在同样的条件下进行在900℃和1150℃之间的温度范围内的高温下，在30min的滞留时间下实施最后的热处理。

在冷却下来之后，这样制好的金属泡沫体孔隙率为91％，差不多完全由铝化铁组成，其中事先在基底泡沫体中提供的由生产确定的槽形腔被全部填满。以这种方式制造的金属泡沫体在空气中在最高900℃的温度下具有抗氧化能力。

实施例4

在如实施例3那样进行机械预备处理后，将孔隙率在92％和96％之间范围内的由铜制成的基底泡沫体浸入到聚(乙烯基吡咯烷酮)的1％水溶液中，随后通过压向吸收垫清除多余的粘合剂。

将至少在网的表面上用粘合剂浸湿铜泡沫体放在振动装置里，并且用锡粉(平均粒径为50um，球状颗粒结构)喷洒在泡沫体的两面以便使锡粉在开孔结构里均匀分布，并且特别是达到使网的外表面几乎全部被覆盖。

之后，再次进行热处理，其中采用与实施例1至实施例3一样的升温速度和滞留时间，随后以1小时的滞留时间将温度升高在600℃到1000℃范围内。

在热处理后，能够制得几乎完全由锡青铜组成的金属泡沫体，其中槽形腔几乎全部被填满。与最初的由铜制成的泡沫体比较，实现了机械强度的显著增加。制成的金属泡沫体的孔隙率仍然约为91％，还能在保持特定弯曲半径的限制条件下发生机械变形。

Claims (18)

1.一种具有开孔结构的金属泡沫体，其中在所述开孔结构的网内给由生产所确定的槽形腔提供金属保护层，这种金属保护层由不同于所述泡沫体的金属起始材料的材料制成，或其中所述的槽形腔被不同于所述金属起始材料的材料作为填充物填充，其中在形成所述保护层之前，在所述网中的所述槽形腔的自由交联部分小于所述金属泡沫体平均尺寸的30％。

2.根据权利要求1的金属泡沫体，其特征在于所述金属泡沫体是由镍制得的。

3.根据权利要求1的金属泡沫体，其特征在于所述金属泡沫体是由铁或铜制得的。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物分别是利用镍基合金形成的。

5.根据权利要求1所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物分别是利用铝、铝基合金或由铝化物形成的。

6.根据权利要求1所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物是利用锡基合金形成的。

7.根据权利要求1所述的金属泡沫体，其特征在于所述保护层和所述填充物分别是利用铜或铜基合金形成的。

8.一种生产权利要求1中所述的具有开孔结构的金属泡沫体的方法，其中给其中在所述的网内具有由生产所确定的槽形腔的金属泡沫体涂覆粘合剂和金属粉末，

同时，在低于所述金属泡沫体的金属的熔点的温度下的热处理期间，所述金属粉末或包含在所述金属粉末中的至少一种合金成分分别变成液体和形成液相，这样，利用毛细管作用实现了对所述网内的槽形腔表面的润湿，并且

在冷却的过程中，分别给所述网内的所述槽形腔的所述表面提供了金属保护层和将所述槽形腔填充。

9.一种根据权利要求8的方法，其特征在于由镍制成的开孔金属泡沫体与镍或铝基合金的金属粉末一起被使用，在该合金中分别含有至少40重量％的所述的镍和所述的铝。

10.一种根据权利要求8的方法，其特征在于所述开孔金属泡沫体是由铁制成的，并且涂覆了铝或铝基合金制成的金属粉末，在该合金中包含至少50重量％所述的铝。

11.一种根据权利要求8-10中任意一项的方法，其特征在于在所用的金属粉末中包括了铁、钴、碳、铌、硅、镍、铜、钛、铬、锰、钒和锡中的一种或多种作为其它的合金元素。

12.一种根据权利要求8的方法，其特征在于所述开孔金属泡沫体是由铜制成的，并且涂覆了锡基合金的金属粉末，在该合金中包含至少50重量％的所述的锡。

13.一种根据权利要求12的方法，其特征在于使用了所述的锡基合金，其中含有铅、镍、钛、铁和锰中的一种或多种作为附加的合金元素。

14.一种根据权利要求8-10中任意一项的方法，其特征在于在所述的热处理之前，对所述涂覆了粘合剂的所述金属泡沫体施压和/或进行振动。

15.一种根据权利要求8-10中任意一项的方法，其特征在于在所述的热处理之后对所述涂覆的金属泡沫体进行限定的模制。

16.一种根据权利要求8-10中任意一项的方法，其特征在于在所述的热处理过程中分别清除多余的熔化物和液相。

17.一种根据权利要求8-10中任意一项的方法，其特征在于其中在槽形腔内形成所述保护层的第一次热处理之后，进一步地用粘合剂或金属粉末实现了另一次涂覆，并且随后进行第二次热处理。

18.一种根据权利要求17的方法，其特征在于使用了一种金属粉末，该金属粉末的致密度不同于分别用于形成所述保护层和填充在所述槽形腔内的所述金属粉末。