DE102015004609B4 - Process for the production of metal foam, metal foam and its use - Google Patents

Process for the production of metal foam, metal foam and its use Download PDF

Info

Publication number
DE102015004609B4
DE102015004609B4 DE102015004609.8A DE102015004609A DE102015004609B4 DE 102015004609 B4 DE102015004609 B4 DE 102015004609B4 DE 102015004609 A DE102015004609 A DE 102015004609A DE 102015004609 B4 DE102015004609 B4 DE 102015004609B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fibers
metal foam
carbon
carbon nanotubes
carbon fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102015004609.8A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102015004609A1 (en
Inventor
Robert Albrecht
Günther Lange
Heinrich Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Ilmenau
Original Assignee
Technische Universitaet Ilmenau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Ilmenau filed Critical Technische Universitaet Ilmenau
Priority to DE102015004609.8A priority Critical patent/DE102015004609B4/en
Publication of DE102015004609A1 publication Critical patent/DE102015004609A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102015004609B4 publication Critical patent/DE102015004609B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/04—Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/002—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/02—Magnetic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Metallschaum mit verbesserten Eigenschaften umfassend die Verfahrensschritte:• Mischen eines Metallpulvers mit einem Treibmittel mit einer Gasfreisetzung nahe des Schmelzpunktes der eingesetzten Legierung• Verdichten des Gemisches• Aufschäumen des verdichteten Gemisches durch Wärmebehandlung dadurch gekennzeichnet, dass beim Mischen des Metallpulvers und des Treibmittels Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen hinzugegeben werden, wobei die Ausrichtung und / oder lokale Konzentration der Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen während des Aufschäumens mit Hilfe eines geeigneten Magnetfeldes realisiert wird.Process for the production of metal foam with improved properties comprising the process steps: • Mixing a metal powder with a blowing agent with a gas release close to the melting point of the alloy used • Compressing the mixture • Foaming the compressed mixture by heat treatment characterized in that when mixing the metal powder and the blowing agent Carbon fibers and / or carbon nanotubes are added, the alignment and / or local concentration of the carbon fibers and / or carbon nanotubes being realized during the foaming with the aid of a suitable magnetic field.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaums mit verbesserten Eigenschaften sowie seine Verwendung.The present invention relates to a method for producing a metal foam with improved properties and to its use.

Metallschäume sind hochporöse Werkstoffe, die ähnlich ihren Vorbildern aus der Natur sehr leicht und stabil sind. Die zelluläre Struktur der Metallschäume ermöglicht eine hervorragende Absorption von Schwingungs-, Stoß- und Schallenergie. Aufgrund des geringen Gewichtes und des hohen Energieabsorptionsvermögens findet insbesondere Aluminiumschaum im Maschinenbau als Leichtbau-Werkstoff seine Anwendung. Dabei stellen jedoch die Porenverteilung und die unzureichenden Festigkeiten der Metallschäume auch heute noch große Herausforderungen dar. Die Porenverteilung bei Metallschäumen ist unregelmäßig und die Dichte nicht an die auftretende Belastung angepasst. Dadurch können bspw. die mechanischen Eigenschaften dieser Metallschäume, wie z.B. die Druckfestigkeit, nicht homogen über eine gesamte Probe bzw. Bauteil eingestellt werden. Des Weiteren liegen die Werte für die Festigkeiten der Metallschäume viel niedriger als im Vergleich zu den entsprechenden Monomaterialien.Metal foams are highly porous materials that, similar to their natural counterparts, are very light and stable. The cellular structure of the metal foams enables excellent absorption of vibration, impact and sound energy. Due to its low weight and high energy absorption capacity, aluminum foam in particular is used as a lightweight material in mechanical engineering. However, the pore distribution and the insufficient strength of the metal foams are still major challenges today. The pore distribution in metal foams is irregular and the density is not adapted to the load that occurs. In this way, for example, the mechanical properties of these metal foams, e.g. the compressive strength cannot be adjusted homogeneously over an entire specimen or component. Furthermore, the values for the strengths of the metal foams are much lower than in comparison to the corresponding monomaterials.

Um diesem Nachteil zu begegnen, wurde in der DE 10 2009 008 706 A1 ein Metallpulver-Verbundwerkstoff als Konstruktionswerkstoff für Gehäuse bzw. Chassisteile für optische Geräte vorgeschlagen. Dieser Verbundwerkstoff besteht aus einem Sandwich aus Metalldeckblechen und einer Mittelschicht aus einem Aluminiumschaum, hergestellt aus Aluminiumpulver und einem Treibmittel. Zusätzlich können in diesen Verbund Fasern eingebracht werden. Damit wird allerdings nicht der Metallschaum als solcher verstärkt, sondern der Verbund durch Fasereinbringung verändert.
Daneben ist aus der DE 10 2007 056 678 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffes mit der Verstärkung dienenden Nanopartikeln (Karbid- oder Metalloxidpartikel) beschrieben. Ein Metallschaum aus diesem Material wird nicht beschrieben.
Weiterhin wird in der WO 2008/003290 A2 ein Verfahren zur Herstellung von Metallschäumen mit stabilisierenden Teilchen in der Metallmatrix vorgestellt. Die hier stabilisierenden Teilchen (sie dienen der Stabilisierung der Metallschmelze bei der Herstellung des Schaumes) werden bei der Herstellung des schäumbaren Ausgangsstoffes in einer in situ-Reaktion von geschmolzenen reaktiven Flüssigkeiten und einer Metallschmelze erzeugt, wobei der Metallschmelze die Bestandteile der zu erzeugenden submikroskopischen Partikel oder Nanopartikel mindestens als Fluoridsalz hinzugegeben, anschließend gemischt und über die Schmelztemperatur der Mischungsbestandteile erhitzt werden.To counter this disadvantage, the DE 10 2009 008 706 A1 a metal powder composite is proposed as a construction material for housing or chassis parts for optical devices. This composite material consists of a sandwich of metal cover sheets and a middle layer of aluminum foam made from aluminum powder and a propellant. In addition, fibers can be introduced into this composite. However, this does not reinforce the metal foam as such, but changes the composite by introducing fibers.
Next to it is from the DE 10 2007 056 678 A1 a method for the production of a metal matrix composite material with the reinforcement serving nanoparticles (carbide or metal oxide particles) is described. A metal foam made from this material is not described.
Furthermore, in the WO 2008/003290 A2 a process for the production of metal foams with stabilizing particles in the metal matrix is presented. The stabilizing particles here (they serve to stabilize the metal melt in the production of the foam) are produced in the production of the foamable starting material in an in situ reaction of molten reactive liquids and a metal melt, the metal melt being the constituents of the submicroscopic particles to be produced or Nanoparticles are added at least as a fluoride salt, then mixed and heated above the melting temperature of the mixture components.

Eine mögliche Alternative zu pulvermetallurgisch hergestellten faserverstärkten Schäumen können syntaktische Schäume darstellen. Als syntaktische Schäume werden mit Hohlkugeln (z.B. Mikroglashohlkugeln) gefüllte Metalle, z.B. eine Aluminiumlegierung bezeichnet. Hier wird eine regelmäßigere Struktur als die bei den pulvermettallurgisch hergestellten Schäumen bisher möglich, angestrebt. Dadurch sollen lokale Schwankungen der mechanischen Eigenschaften vermieden werden. Auch sind diese syntaktischen Schäume den pulvermetallurgisch hergestellten Schäumen in Bezug auf die Festigkeiten überlegen. Allerdings werden die geringen relativen Dichten von pulvermetallurgisch hergestellten Metallschäumen bei den syntaktischen Schäumen nicht erreicht, wodurch die Einsatzbreite sehr eingeschränkt ist.Syntactic foams can represent a possible alternative to fiber-reinforced foams produced by powder metallurgy. Metals filled with hollow spheres (e.g. hollow glass microspheres) are used as syntactic foams, e.g. denotes an aluminum alloy. The aim here is to achieve a more regular structure than that previously possible with the foams produced using powder metallurgy. This is to avoid local fluctuations in the mechanical properties. These syntactic foams are also superior to the foams produced by powder metallurgy in terms of strength. However, the low relative densities of metal foams produced by powder metallurgy are not achieved with the syntactic foams, which means that the range of applications is very limited.

Ein weiterer Ansatz ist das Erzeugen von regelmäßigen Strukturen mittels Hohlkugeln. Die Hohlkugeln werden einzeln in einem pulvermetallurgischen Prozess hergestellt und anschließend zu einer Struktur zusammen gefügt. Durch diesen Aufbau streuen die mechanischen Eigenschaften weniger als bei den pulvermetallurgisch hergestellten Schäumen, allerdings ist die Herstellung sehr komplex und teuer im Vergleich zu den pulvermetallurgisch hergestellten Schäumen. Des Weiteren eignen sich die Hohlkugelstrukturen hauptsächlich zum Füllen/Befüllen von Strukturen.Another approach is the creation of regular structures using hollow spheres. The hollow spheres are manufactured individually in a powder metallurgical process and then joined together to form a structure. As a result of this structure, the mechanical properties are less scattered than in the case of foams produced using powder metallurgy, but production is very complex and expensive compared to foams produced using powder metallurgy. Furthermore, the hollow spherical structures are mainly suitable for filling / filling structures.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit den oben erwähnten Verfahren der belastete Querschnitt nicht signifikant vergrößert wird und somit die mechanische Festigkeit des Metallschaumes nicht erhöht werden kann. Zudem sind die mit diesen Verfahren erreichbaren relativen Dichten deutlich höher als bei pulvermetallurgisch hergestellten Metallschäumen. Schließlich sind der Fertigungsaufwand und der damit verbundene Kostenaufwand, bspw. zur Herstellung von Hohlkugelkompositen, deutlich höher als bei der Herstellung pulvermetallurgischer Metallschäume.In summary, it can be stated that the stressed cross-section is not significantly increased with the above-mentioned methods and thus the mechanical strength of the metal foam cannot be increased. In addition, the relative densities that can be achieved with these processes are significantly higher than with metal foams produced using powder metallurgy. Ultimately, the production effort and the associated costs, for example for the production of hollow-sphere composites, are significantly higher than for the production of powder-metallurgical metal foams.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die aufgezeigten Merkmale des Standes der Technik zu überwinden und ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Metallschaums mit geringem Gewicht und gleichzeitig hoher Festigkeit bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to overcome the stated features of the prior art and to provide a cost-effective method for producing a metal foam with low weight and at the same time high strength.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des ersten und fünften Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.This problem is solved with the features of the first and fifth patent claims. Advantageous embodiments of the solution according to the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird der herzustellende Metallschaum mit ausgerichteten oder stochastisch ausgerichteten Kohlenstofffasern oder / und Kohlenstoffnanoröhrchen verstärkt.
Dazu werden im Mischprozess die Kohlenstofffasern bzw. die Kohlenstoffnanoröhrchen mit den elementaren Metallpulvern oder dem bereits legierten Pulver und dem Treibmittel vermischt. Dabei kann es notwendig sein, die Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen vorher zu reinigen und / oder zu beschichten. Nach dem Verdichten, werden die Presslinge auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist, als die Schmelztemperatur der verwendeten Legierung. Durch den Temperatureintrag, setzt das Treibmittel Gas frei, welches zum Schäumen des Materials führt. Bei diesem Schäumprozess richten sich die Kohlenstofffasern stochastisch aus. Mit Hilfe der ausgerichteten Kohlenstofffasern ist es möglich, den Kraftfluss im Metallschaum gezielt zu leiten, sodass mechanisch nicht oder wenig belastete Poren die eingeleitete Kraft aufnehmen können. Durch den somit größeren belasteten Querschnitt wird der Einfluss der Streuung der mechanischen Kennwerte durch die unregelmäßige Porenstruktur verringert, wodurch die Eigenschaften eines erfindungsgemäß faserverstärkten Metallschaums vorhersagbarer eingestellt werden können.
Eine zusätzliche Verbesserung der Festigkeit des Metallschaumes kann durch die Ausrichtung von mit einem ferromagnetischen Material beschichteten Kohlenstofffasern während des Press- und / oder Schäumprozesses in einem Magnetfeld erreicht werden. Dabei ist jedoch während der Expansionsphase die Curie-Temperatur zu beachten, da bei Überschreitung dieser Temperatur das ferromagnetische Material und die magnetfelderzeugende Einheit ihre magnetischen Eigenschaften verlieren.According to the invention, the metal foam to be produced is aligned or stochastic aligned carbon fibers and / or carbon nanotubes reinforced.
For this purpose, the carbon fibers or carbon nanotubes are mixed with the elemental metal powders or the already alloyed powder and the propellant in the mixing process. It may be necessary to clean and / or coat the carbon fibers and / or carbon nanotubes beforehand. After compaction, the compacts are heated to a temperature that is higher than the melting temperature of the alloy used. Due to the temperature input, the blowing agent releases gas, which leads to the foaming of the material. During this foaming process, the carbon fibers align stochastically. With the help of the aligned carbon fibers, it is possible to guide the flow of force in the metal foam in a targeted manner, so that pores that are not mechanically stressed or stressed little can absorb the force introduced. As a result of the larger loaded cross-section, the influence of the scatter of the mechanical characteristic values due to the irregular pore structure is reduced, whereby the properties of a fiber-reinforced metal foam according to the invention can be set more predictably.
An additional improvement in the strength of the metal foam can be achieved by aligning carbon fibers coated with a ferromagnetic material in a magnetic field during the pressing and / or foaming process. However, the Curie temperature must be observed during the expansion phase, since if this temperature is exceeded, the ferromagnetic material and the magnetic field-generating unit lose their magnetic properties.

Die Ausrichtung der Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen bzw. die Steigerung der Festigkeit des Metallschaumes wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines ausreichend großen Magnetfeldes auch ohne besondere Beschichtung der Fasern erreicht, so dass eine Beschichtung mit einem bspw. ferromagnetischen Material nicht notwendig ist. Dabei werden für die Ausrichtung der Kohlenstofffasern deren diamagnetische Eigenschaften ausgenutzt. Insbesondere induzieren diamagnetische Materialien in einem externen Magnetfeld ein sekundäres Magnetfeld in einer Richtung, die dem externen Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist. Daraus resultiert eine Bewegung dieser diamagnetischen Materialien in Richtung der geringeren Feldstärke - die Kohlenstofffasern entfernen sich also von der magnetfelderzeugenden Einheit und streben eine orthogonale Ausrichtung zu den magnetischen Feldlinien an. Mit Hilfe eines ausreichend starken gerichteten externen Magnetfeld können also die Kohlenstofffasern im Schaum orientiert werden und so bei bspw. Druckbelastung höhere Spannungen ertragen.
Außerdem kann die Dichte des Schaums lokal durch die Anhebung der Konzentration der Kohlenstofffasern und damit die relative Dichte in bestimmten Bereichen erhöht werden. Dadurch ist es möglich, die lokal eingeleitete Belastung auf einen größeren Querschnitt zu verteilen, so dass höhere mechanische Kennwerte erzielt werden. Wird die Last über den gesamten Querschnitt eingeleitet, hat die Faserverstärkung auf die Festigkeit eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zur Folge.The alignment of the carbon fibers and / or carbon nanotubes or the increase in the strength of the metal foam is achieved according to the invention with the aid of a sufficiently large magnetic field even without a special coating of the fibers, so that a coating with a ferromagnetic material, for example, is not necessary. The diamagnetic properties of the carbon fibers are used to align the carbon fibers. In particular, diamagnetic materials induce a secondary magnetic field in an external magnetic field in a direction which is opposite to the external magnetic field. This results in a movement of these diamagnetic materials in the direction of the lower field strength - the carbon fibers move away from the magnetic field generating unit and strive for an orthogonal alignment to the magnetic field lines. With the help of a sufficiently strong, directed external magnetic field, the carbon fibers in the foam can be oriented and thus, for example, withstand higher stresses under pressure.
In addition, the density of the foam can be increased locally by increasing the concentration of carbon fibers and thus the relative density in certain areas. This makes it possible to distribute the locally introduced load over a larger cross-section, so that higher mechanical parameters are achieved. If the load is applied over the entire cross-section, the fiber reinforcement results in an improvement in the mechanical properties.

Durch die Energiedissipationsmechanismen wird die Festigkeit erhöht, besonders, wenn zwischen Kohlenstofffaser und Matrix ein Stoffschluss besteht. Mit der Bildung von Aluminiumcarbid ist Kohlenstoff als Faser oder als Nanoröhrchen als Verstärkungselement bevorzugt geeignet. Durch den Einsatz von beschichteten anorganischen Fasern (bspw. Glasfasern mit Nickelbeschichtung), können auch andere Verstärkungsfasern in die Matrix eingebracht werden, die einen Stoffschluss zwischen Matrix und Beschichtung ergeben. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass ferromagnetische Beschichtungen eine höhere magnetische Permeabilität aufweisen, wodurch die Ausrichtung mit Hilfe eines Magnetfeldes beim Press- und / oder Schäumvorgang ggü. anderen Werkstoffen erleichtert wird. Eine Magnetisierung der Beschichtung vor dem Pressen ist ebenfalls denkbar, so dass sich die beschichteten Fasern beim Press- und Schäumprozess besser ausrichten, wenn während dieser Prozesse Materialien verwendet werden, die ferromagnetisches Verhalten aufweisen. The energy dissipation mechanisms increase the strength, especially when there is a material bond between the carbon fiber and the matrix. With the formation of aluminum carbide, carbon is preferably suitable as a fiber or as a nanotube as a reinforcing element. By using coated inorganic fibers (e.g. glass fibers with a nickel coating), other reinforcing fibers can also be introduced into the matrix, which result in a bond between the matrix and the coating. Furthermore, there is the advantage that ferromagnetic coatings have a higher magnetic permeability, whereby the alignment with the help of a magnetic field in the pressing and / or foaming process compared to. other materials is facilitated. Magnetization of the coating before pressing is also conceivable, so that the coated fibers align better during the pressing and foaming process if materials that have ferromagnetic behavior are used during these processes.

Werden in den Metallschaum Kohlenstoffnanoröhrchen eingebracht, können seine Leitfähigkeiten und, für technische Anwendungen von besonderem Interesse, sein Dämpfungsvermögen beeinflusst werden. Die mechanischen Eigenschaften werden zusätzlich, wie bei einer Faserverstärkung, angehoben.If carbon nanotubes are introduced into the metal foam, its conductivity and, for technical applications of particular interest, its damping capacity can be influenced. The mechanical properties are also increased, as with fiber reinforcement.

Aufgrund der Verbesserung bzw. gezielten Einstellung der Eigenschaften eines Metallschaums gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Anwendungspotenzial dieser Materialien signifikant erweitert werden. Die verbesserten Dämpfungseigenschaften ermöglichen den Einsatz im Fahrzeug, um den Geräuschpegel im Innenraum zu senken, wodurch der Fahrkomfort gesteigert werden kann. Durch die materialspezifische Energieabsorption können neben tragenden Fahrzeugstrukturen wie bspw. in der Karosserie auch in energieabsorbierende Strukturen, wie bspw. Längsträger, faserverstärkter Aluminiumschäume eingesetzt werden. Auf den Maschinenbau können diese Anwendungsbereiche übertragen werden, in dem tragende Strukturen aus faserverstärktem Aluminiumschaum bestehen, um Schwingungen zu dämpfen. Die hohe spezifische Steifigkeit ermöglicht Strukturen herzustellen, die mit geringerem Materialeinsatz große Beanspruchungen ertragen können. Traversen von Fräsmaschinen können so eine höhere Dynamik bei geringerer elastischer Verformung erreichen.
Die hergestellten faserverstärkten Presslinge können sowohl in einem Bauteil oder Halbzeug als auch gleich zu einem fertigen Bauteil aufgeschäumt werden.Due to the improvement or targeted adjustment of the properties of a metal foam according to the present invention, the application potential of these materials can be significantly expanded. The improved damping properties enable it to be used in the vehicle to reduce the noise level in the interior, which can increase driving comfort. Due to the material-specific energy absorption, fiber-reinforced aluminum foams can be used in energy-absorbing structures, such as longitudinal members, in addition to load-bearing vehicle structures, such as in the body. These areas of application can be transferred to mechanical engineering, in which load-bearing structures are made of fiber-reinforced aluminum foam to dampen vibrations. The high specific rigidity makes it possible to produce structures that can withstand high loads with less material. Milling machine traverses can thus achieve greater dynamics with less elastic deformation.
The fiber-reinforced compacts produced can be foamed both in a component or semi-finished product and straight away to form a finished component.

Durch das erfindungsgemäße Einbringen der Kohlenstofffasern bzw. Kohlenstoffnanoröhrchen in den Metallschaum können höhere mechanische Kennwerte, wie z.B. die Druck-, Zug- und Biegefestigkeiten, bessere Leitfähigkeiten und ein besseres Dämpfungsvermögen im Vergleich zu unverstärktem Metallschaum erreicht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Bauteile gezielt lokal und / oder global zu verstärken und eine belastungsgerechte Konstruktion bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion zu realisieren.
Mit den erfindungsgemäßen, pulvermetallurgisch hergestellten Metallschäumen sind im Gegensatz zu den syntaktischen Metallschäumen oder Hohlkugelkompositen, endkonturnahe Bauteile mit einer regelmäßigen Oberfläche herstellbar.By introducing the carbon fibers or carbon nanotubes into the metal foam according to the invention, higher mechanical parameters such as compressive, tensile and flexural strengths, better conductivities and better damping capacity can be achieved compared to unreinforced metal foam. With the method according to the invention, it is possible to reinforce components locally and / or globally in a targeted manner and to implement a load-appropriate design with a simultaneous weight reduction.
With the metal foams produced by powder metallurgy according to the invention, in contrast to the syntactic metal foams or hollow-sphere composites, near-net-shape components with a regular surface can be produced.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung von Metallschaum mit verbesserten Eigenschaften umfassend die Verfahrensschritte: • Mischen eines Metallpulvers mit einem Treibmittel mit einer Gasfreisetzung nahe des Schmelzpunktes der eingesetzten Legierung • Verdichten des Gemisches • Aufschäumen des verdichteten Gemisches durch Wärmebehandlung dadurch gekennzeichnet, dass beim Mischen des Metallpulvers und des Treibmittels Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen hinzugegeben werden, wobei die Ausrichtung und / oder lokale Konzentration der Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen während des Aufschäumens mit Hilfe eines geeigneten Magnetfeldes realisiert wird.Process for the production of metal foam with improved properties comprising the process steps: • Mixing a metal powder with a blowing agent with a gas release close to the melting point of the alloy used • Compressing the mixture • Foaming the compressed mixture by heat treatment characterized in that when mixing the metal powder and the blowing agent Carbon fibers and / or carbon nanotubes are added, the alignment and / or local concentration of the carbon fibers and / or carbon nanotubes being realized during the foaming with the aid of a suitable magnetic field. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen durch anorganische Fasern zumindest teilweise substituiert werden..Procedure according to Claim 1 characterized in that the carbon fibers and / or carbon nanotubes are at least partially substituted by inorganic fibers .. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder anorganischen Fasern vor dem Zumischen gereinigt werden.Procedure according to Claim 2 characterized in that the carbon fibers and / or carbon nanotubes and / or inorganic fibers are cleaned prior to admixing. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder anorganische Fasern vor dem Zumischen mit einem Material beschichtet werden, das ferromagnetische Eigenschaften aufweist.Procedure according to Claim 3 characterized in that the carbon fibers and / or carbon nanotubes and / or inorganic fibers are coated with a material that has ferromagnetic properties before being mixed in. Metallschaum, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass er Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen und / oder anorganische Fasern enthält.Metal foam produced by a process according to one of the Claims 1 to 4th characterized in that it contains carbon fibers and / or carbon nanotubes and / or inorganic fibers. Metallschaum nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen und / oder anorganischen Fasern gereinigt sind.Metal foam after Claim 5 characterized in that the carbon fibers and / or carbon nanotubes and / or inorganic fibers are cleaned. Metallschaum nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern und / oder Kohlenstoffnanoröhrchen und / oder anorganischen Fasern mit einem ferromagnetischen Material beschichtet sind.Metal foam after Claim 5 or 6 characterized in that the carbon fibers and / or carbon nanotubes and / or inorganic fibers are coated with a ferromagnetic material. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Metallschaums zur Herstellung von Halbzeugen.Use one after one of the Claims 1 to 4th manufactured metal foam for the production of semi-finished products. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Metallschaums zur Herstellung von endkonturnahen Bauteilen.Use one after one of the Claims 1 to 4th manufactured metal foam for the production of near-net shape components.
DE102015004609.8A 2014-04-03 2015-03-31 Process for the production of metal foam, metal foam and its use Expired - Fee Related DE102015004609B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015004609.8A DE102015004609B4 (en) 2014-04-03 2015-03-31 Process for the production of metal foam, metal foam and its use

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014005180.3 2014-04-03
DE102014005180 2014-04-03
DE102015004609.8A DE102015004609B4 (en) 2014-04-03 2015-03-31 Process for the production of metal foam, metal foam and its use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102015004609A1 DE102015004609A1 (en) 2015-10-08
DE102015004609B4 true DE102015004609B4 (en) 2020-10-22

Family

ID=54146521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015004609.8A Expired - Fee Related DE102015004609B4 (en) 2014-04-03 2015-03-31 Process for the production of metal foam, metal foam and its use

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015004609B4 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10357656A1 (en) * 2003-12-10 2005-07-07 Mtu Aero Engines Gmbh Method for producing gas turbine components and component for a gas turbine
US20140044951A1 (en) * 2012-08-09 2014-02-13 United Technologies Corporation High strength-to-density nanocellular foam

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031213B3 (en) 2006-07-03 2007-09-06 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Process to produce metal foam by introduction of sub-microscopic or nanoparticles into molten metal mix
DE102007056678A1 (en) 2007-11-24 2009-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process to strengthen magnesium/aluminium alloy by admixture of nano-particles e.g. carbide or metal oxide particles for e.g. automotive applications
DE102009008706A1 (en) 2009-02-12 2010-08-19 Leica Microsystems (Schweiz) Ag Metal powder composite material useful as construction material for housing/housing part and/or chassis/chassis part and/or stand/stand parts for optical device and optical module

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10357656A1 (en) * 2003-12-10 2005-07-07 Mtu Aero Engines Gmbh Method for producing gas turbine components and component for a gas turbine
US20140044951A1 (en) * 2012-08-09 2014-02-13 United Technologies Corporation High strength-to-density nanocellular foam

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015004609A1 (en) 2015-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3009182A1 (en) MATERIAL FOR HEAT INSULATION AT HIGH TEMPERATURES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE102006039756A1 (en) Shielding component, in particular heat shield
WO2008052834A1 (en) Method for producing a body consisting of metal-ceramic-composite materials
EP3536494A1 (en) One-step joining method for fibre-reinforced composite component and aerogel
EP3080324A1 (en) Method for producing a composite component made from carbon fibres covered with pyrolytic carbon
EP3736255A1 (en) Method for producing carbide ceramic fibre composite and carbide ceramic component
DE10117251A1 (en) Low density sealant, matrix and process for its manufacture and its use
DE202006019983U1 (en) Screening component to act as a heat shield has an insulating layer with a cellular structure for extending along a covering layer of sheet metal
DE102015004609B4 (en) Process for the production of metal foam, metal foam and its use
EP1695805A1 (en) Water dispersible core for producing fibre reinforced hollow objects
DE102017008180A1 (en) Process for the production of an intermediate product for the production of a fiber-reinforced component, apparatus for its implementation, method for producing a component and its use
DE102005037069B4 (en) Porous composites based on a metal and process for their preparation
DE102007044565A1 (en) Production of metal matrix nano-composite material for housing of airplane or car, comprises producing pressed part from raw materials and nano-particles, introducing the pressed part into metallic melt, and ultrasonic-treating the melt
EP0752978A1 (en) Heat insulating mouldings
EP1266973B1 (en) Method for producing a lightweight moulded body and moulded body from foamed metal
WO2006000003A1 (en) Carbon fibre-reinforced light-weight metal component and method for the production thereof
DE102005023595B4 (en) Lightweight composite material, process for its production and use
DE102016007157A1 (en) Guide tube and manufacturing process
DE102016005379A1 (en) Hybrid, textile amplifier multi-material composite and method of making the same
DE102012022476A1 (en) Method for producing a component from a fiber composite material, press molding for this and component
DE102004012990A1 (en) Composite material e.g. for producing ceramic-metallic, made from open-porous metal foam with its pores completely or partly filled out with material and pores of open-porous metal foam are filled of different ceramic materials
DE102011001065A1 (en) Carbide ceramic material, which is produced by carbide former-infiltration of preform containing porous carbon, for glass-fiber reinforced plastic component, comprises a mass portion of free carbon and a mass portion of free carbide former
DE102017111846A1 (en) Process for the production of locally modified molded parts
DE102011016364A1 (en) Injection molding machine part e.g. handling arm, comprises base body, where base body of molding part is connected to mineral or metal foam casting area, and two force application areas over which deformation force is introduced
DE102004012407B4 (en) Preform for a metal matrix composite (MMC), intermetallic material (IMC) or ceramic matrix composite (CMC) made of a fiber ceramic composite

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee