DE10215086A1 - Production of an expandable metal body comprises compacting a mixture containing a metal and a gas-splitting expanding agent to form a semi-finished product - Google Patents

Production of an expandable metal body comprises compacting a mixture containing a metal and a gas-splitting expanding agent to form a semi-finished product

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Abstract

Production of an expandable metal body comprises compacting a mixture containing at least one metal and at least one gas-splitting expanding agent to form a semi-finished product, in which the particles of the metal are tightly bound to one another and form a gas-tight seal for gas particles released from the gas expanding agent. A mixture of powdered or liquid metal and powdered or liquid metal-containing expanding agent intermediate material is treated with a liquid or gaseous non metal-containing expanding agent intermediate material. The non metal-containing expanding agent intermediate material is added to the metal-containing expanding agent intermediate material to form the expanding agent. Preferred Features: The non metal-containing expanding agent intermediate material is a hydrating agent and the expanding agent is a metal hydride. The hydrating agent is hydrogen gas or a gas mixture containing hydrogen. The reaction of the non metal-containing expanding agent intermediate material with the metal -containing expanding agent intermediate material is carried out at 300-700, preferably 400-600 [deg] C. Compacting is carried out using sintering, casting and/or deforming.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, mit diesem Verfahren herstellbare aufschäumbare Metallkörper und deren Verwendung. The invention relates to a method for producing foamable metal body according to the Preamble of the main claim, foamable that can be produced with this method Metal body and its use.

Stand der TechnikState of the art

Es existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung von aufschäumbaren Metallkörpern. Bei diesen Verfahren werden einem Metallpulver eine oder mehrere Treibmittelpulver zugemischt, welche sich bei Erwärmung zersetzen und dabei ein Gas abspalten, welches beim abschließenden Aufschäumen zur Porenbildung und zu Porenwachstum und damit zur Expansion des aufschäumbaren Materials führt. Um Aufschäumbarkeit zu erreichen, wird die treibmittelhaltige Pulvermischung vor dem Aufschäumen verdichtet. There are various methods for producing foamable metal bodies. In these processes, one or more blowing agent powders are made into a metal powder admixed, which decompose when heated and thereby split off a gas which in the final foaming for pore formation and pore growth and thus leads to expansion of the foamable material. To achieve foamability, the powder mixture containing blowing agent is compressed before foaming.

Aufschäumbarkeit ist dann gegeben, wenn die Metallteilchen des Matrixmetalls einen gasdichten Abschluss für die vom Treibmittel freigesetzten Gasteilchen darstellen. Hierzu müssen die Treibmittelpulverteilchen vollständig von der metallischen Matrix umgeben sein. Die metallische Matrix muss weiterhin gasdicht sein, das heißt, sie darf keine oder nur wenige Poren enthalten. Zum Erreichen eines derartigen gasdichten Abschlusses ist eine hohe Dichte des treibmittelhaltigen Matrixmetalls erforderlich. Eine ausreichende Verdichtung der Matrix wird mittels hoher Drücke und/oder hoher Temperaturen erreicht. Findet die Kompaktierung (Verdichtung) bei niedrigen Temperaturen statt, so müssen sehr hohe Kompaktierungsdrücke angelegt werden. Foamability is given when the metal particles of the matrix metal unite provide a gas-tight seal for the gas particles released by the blowing agent. For this the blowing agent powder particles must be completely surrounded by the metallic matrix. The metallic matrix must continue to be gas-tight, which means that it may not or only contain few pores. To achieve such a gas-tight seal is a high density of the matrix metal containing blowing agent required. Adequate The matrix is compressed by means of high pressures and / or high temperatures. If the compaction (compression) takes place at low temperatures, then very much high compaction pressures are created.

Diese Verfahren haben den Nachteil, dass ein hoher anlagentechnischer Aufwand benötigt wird. Bei der Verwendung hoher Kompaktierungstemperaturen können niedrigere Kompaktierungsdrücke angewendet werden. Allerdings ist die Höhe der Kompaktierungstemperatur durch die Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmittels oder Treibmittelgemisches stark begrenzt, weil dieses bei zu hohen Temperaturen vorzeitig ausgast. The disadvantage of these methods is that they require a high level of technical equipment becomes. When using high compacting temperatures, lower ones Compacting pressures are applied. However, the amount is Compacting temperature by the decomposition temperature of the blowing agent used or blowing agent mixture severely limited, because this prematurely at too high temperatures outgas.

Aus der DE 40 18 360 A1 und der DE 41 01 630 A1 sind Verfahren bekannt, bei denen treibmittelhaltige Pulvermischungen auch oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels kompaktiert werden können. Dabei wird der Kompaktierungsdruck so hoch gewählt, dass die Zersetzung des Treibmittels verhindert wird. Methods are known from DE 40 18 360 A1 and DE 41 01 630 A1, in which powder mixtures containing blowing agent also above the decomposition temperature of the Blowing agent can be compacted. The compaction pressure becomes so high chosen to prevent the decomposition of the blowing agent.

Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass sie auf kleinere Abmessungen bzw. Querschnitte des zu kompaktierenden Materials beschränkt sind. Größere Bauteile sind bei den genannten Verfahren mittels Kompaktierung durch heißisostatisches Pressen (HIP) erhältlich, dieses Verfahren ist jedoch sehr teuer. However, these methods have the disadvantage that they are based on smaller dimensions or Cross sections of the material to be compacted are limited. Larger components are included the above-mentioned processes by means of compacting by hot isostatic pressing (HIP) available, but this method is very expensive.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper anzugeben, das es erlaubt, aufschäumbare Metallkörper kostengünstig herzustellen. The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art overcome and specify a method for producing foamable metal bodies, that allows foamable metal bodies to be produced inexpensively.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren, den in Anspruch 14 beschriebenen aufschäumbaren Metallkörper und die Verwendung gemäss der Ansprüche 15-17 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an. This object is achieved by the method described in claim 1 described foamable metal body and the use according to the claims 15-17 solved. The subclaims indicate advantageous further developments.

Erfindungsgemäß wird ein Gemisch aus einem pulverförmigen oder flüssigen Metall und einem pulverförmigen oder flüssigen metallhaltigen Treibmittelvormaterial mit einem flüssigen oder gasförmigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial behandelt. Dabei reagiert das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial in einer Additionsreaktion mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial, so dass das Treibmittel gebildet wird. Dieses Gemisch wird gleichzeitig oder später zu einem Halbzeug kompaktiert, derart, dass die Teilchen des Metalls sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluss für aus dem Treibmittel freigesetzte Gasteilchen darstellen, wobei sich ein aufschäumbarer Metallkörper bildet. According to the invention, a mixture of a powdery or liquid metal and a powdery or liquid metal-containing propellant with a treated liquid or gaseous non-metallic propellant raw material. there the non-metal-containing blowing agent precursor reacts with the in an addition reaction metal-containing blowing agent raw material, so that the blowing agent is formed. This mixture is compacted into a semifinished product at the same time or later, such that the particles of the Metal are in a fixed connection with each other and a gas-tight Represent the conclusion for gas particles released from the propellant, whereby a foamable metal body forms.

Als Treibmittel im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere Metallhydride, Metallsalzhydrate und Metallhydroxide anzusehen. Erfindungsgemäß sind diese Treibmittel insbesondere durch oxidative Additionen des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials an das metallhaltige Treibmittelvormaterial oder Lewis-Säure-Base-Reaktionen (wobei das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial die Lewis-Base ist) erhältlich, die in der Regel reversibel verlaufen, das heißt, die Gleichgewichtsreaktionen sind. Dabei reagieren die metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (dies sind insbesondere Metalle in elementarer Form, Legierungen und Metallsalze, wie z. B. Metalloxide) mit niedermolekularen insbesondere zweiatomigen oder dreiatomigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (wie z. B. Wasserstoff oder Wasser) zu den erfindungsgemäßen Treibmitteln. Metal hydrides and metal salt hydrates are particularly suitable as blowing agents in the sense of this invention and look at metal hydroxides. According to the invention, these blowing agents are in particular by oxidative additions of the non-metal-containing blowing agent precursor to the metal-containing blowing agent precursors or Lewis acid-base reactions (although not metal-containing blowing agent precursor the Lewis base is available), which is usually reversible run, that is, the equilibrium reactions are. The metal-containing ones react Blowing agent raw materials (these are in particular metals in elemental form, alloys and metal salts such as e.g. B. metal oxides) with low molecular weight, in particular diatomic or tri-atom non-metal blowing agent precursors (such as hydrogen or Water) to the blowing agents according to the invention.

Die aufzuschäumenden pulverförmigen oder flüssigen Metalle können reine Metalle (z. B. Aluminium oder Eisen), Metalllegierungen und/oder andere Metallverbindungen, die einen metallischen Charakter aufweisen, sein. The powdery or liquid metals to be foamed can be pure metals (e.g. Aluminum or iron), metal alloys and / or other metal compounds, the one have metallic character.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass kein teures Treibmittel verwendet werden muss, da das Treibmittel während oder kurz vor der Kompaktierung aus billigen Vormaterialien gebildet wird. The method according to the invention has the advantage that no expensive blowing agent is used must be used because the propellant is cheap during or shortly before compacting Materials is formed.

Bevorzugt werden Reaktionsbedingungen gewählt, bei denen das metallhaltige Treibmittelvormaterial nicht mit dem aufzuschäumenden Metall reagiert, so dass eine Reaktionsfähigkeit des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial gewährleistet ist. Wird beispielsweise das metallhaltige Treibmittelvormaterial Titan zu einer Aluminiumschmelze zugefügt, so bilden sich Titanaluminide, welche keine ausreichende Speicherfähigkeit für Wasserstoff haben, die Reaktionsfähigkeit mit dem Umgebungsmedium Wasserstoff geht also verloren. Wird dagegen Aluminiumpulver verwendet, so unterbleibt die Bildung von Titanaluminiden, da die Aluminiumpulverteilchen von einer Oxidschicht umgeben sind. Allgemein unterbleibt eine Bildung intermetallischer Phasen, wenn die Metallpulverteilchen durch eine Oxidschicht passiviert sind. Reaction conditions are preferred in which the metal-containing Blowing material does not react with the metal to be foamed, so that a Reactivity of the non-metal propellant with the metal Pre-blowing agent material is guaranteed. For example, if the metal-containing Propellant raw material titanium added to an aluminum melt, so form Titanium aluminides, which do not have sufficient storage capacity for hydrogen Reactivity with the surrounding medium hydrogen is therefore lost. Becomes on the other hand, if aluminum powder is used, the formation of titanium aluminides does not occur because the aluminum powder particles are surrounded by an oxide layer. Generally omitted formation of intermetallic phases when the metal powder particles pass through an oxide layer are passivated.

Besonders bevorzugt liegt das metallhaltige Treibmittelvormaterial in einer Schmelze vor; es ist dann so reaktionsfähig, dass es durch Begasen mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial, z. B. mit Wasserstoff, zum Treibmittel reagiert. Das Begasen kann durch Halten/Lagern der erstarrten, teilflüssigen oder flüssigen Schmelze in wasserstoffhaltiger oder feuchter Atmosphäre, oder durch direktes Einleiten von Gas, Spänen, feuchtem Holz, oder ähnlichem, in die Schmelze erfolgen. The metal-containing blowing agent precursor is particularly preferably in a melt; it is then so reactive that it can be gassed with the non-metal Blowing material, e.g. B. reacts with hydrogen to the blowing agent. Fumigation can by holding / storing the solidified, partially liquid or liquid melt in hydrogen or humid atmosphere, or by directly introducing gas, Shavings, damp wood, or the like, take place in the melt.

Bevorzugt ist das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial ein Hydriermittel und damit das mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial gebildete Treibmittel ein Metallhydrid. Besonders bevorzugt ist dieses Hydriermittel Wasserstoffgas oder ein Wasserstoffgashaltiges Gemisch, wie z. B. Schweißargon oder Formiergas. Das Wasserstoffgas diffundiert durch das gegebenenfalls vorverdichtete Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und reagiert dort mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial zu Metallhydriden. The non-metal-containing blowing agent precursor is preferably a hydrogenating agent and thus that a blowing agent formed with the metal-containing blowing agent starting material is a metal hydride. This hydrogenating agent is particularly preferably hydrogen gas or a Hydrogen gas mixture, such as. B. welding argon or forming gas. The hydrogen gas diffuses by the possibly pre-compressed mixture of the metal and the metal-containing Propellant raw material and reacts there with the metal-containing propellant raw material Metal hydrides.

Der Einsatz von Wasserstoff bzw. Wasserstoffhaltigen Gemischen bzw. ganz allgemein der Einsatz billiger nicht metallhaltiger Treibmittelvormaterialien hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu den vorbekannten Verfahren auf den Einsatz teurer Treibmittel verzichtet werden kann. The use of hydrogen or mixtures containing hydrogen or, more generally, of The use of cheap non-metal propellant materials has the advantage that in In contrast to the previously known methods, the use of expensive blowing agents is dispensed with can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin bevorzugt bei Temperaturen von 300°-700°C, besonders bevorzugt bei 400°-600°C durchgeführt. The process according to the invention is further preferred at temperatures of 300 ° -700 ° C, particularly preferably carried out at 400 ° -600 ° C.

Dies hat den Vorteil, dass die Kompaktierung zum aufschäumbaren Metallkörper erleichtert wird. Die Erleichterung der Kompaktierung ist ein Resultat der hohen Prozesstemperaturen. Erfindungsgemäß sind nun Kompaktierungstemperaturen zulässig, die höher als bei den vorbekannten Verfahren sind, da das Treibmittel erst gebildet wird und sich insbesondere bei Reaktionen unter Gleichgewichtsbedingungen deshalb nicht vollständig zersetzen kann. Bei diesen höheren Prozesstemperaturen wird im einzelnen durch Sintervorgänge, durch Verbesserung der Duktilität und Walzbarkeit und/oder durch Herabsetzung des Umformwiderstands oder andere temperaturunterstützte Vorgänge eine leichtere Kompaktierung erreicht. Bei hohen Prozesstemperaturen und langen Prozesszeiten treten weiterhin Sinterprozesse auf, so dass bereits während der Bildung des Treibmittels eine Kompaktierung zu einem aufschäumbaren Material auftritt. This has the advantage that the compacting to the foamable metal body is facilitated becomes. The ease of compacting is a result of the high process temperatures. According to the invention, compaction temperatures are now permitted which are higher than those at are known methods, since the blowing agent is only formed and in particular therefore cannot completely decompose in reactions under equilibrium conditions. At these higher process temperatures, sintering processes are used Improve ductility and rollability and / or by reducing the Forming resistance or other temperature-assisted processes an easier one Compacting achieved. At high process temperatures and long process times occur continue sintering processes, so that already during the formation of the blowing agent Compacting to a foamable material occurs.

Dieses aufschäumbare Material kann dann direkt aus der Sinterhitze aufgeschäumt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine zwischenzeitliche Abkühlung und Wiedererwärmung auf die Schäumtemperatur nicht nötig ist und damit Energie eingespart wird. Die Atmosphäre während des Aufschäumens kann hierbei aus dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial oder einem Gemisch mit diesem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial bestehen. This foamable material can then be foamed directly from the sintering heat. This has the advantage that an interim cooling and reheating on the Foaming temperature is not necessary and thus energy is saved. The atmosphere during the foaming process, the non-metal-containing can Blowing material or a mixture with this not containing metal Pre-blowing agent material exist.

Bei hohen Temperaturen, bei denen Sintervorgänge eintreten, wird eine Kompaktierung bewirkt; eine Zersetzung des Treibmittels bzw. eine Rückreaktion zu metallhaltigem und nicht metallhaltigem Treibmittelvormaterial findet dabei jedoch nicht oder nur teilweise statt. Vorzugsweise wird die Temperatur daher so gewählt, dass die Zersetzung des gerade gebildeten Treibmittels nicht vollständig abläuft, so dass ein ausreichender Rest an Treibmittel im Material erhalten bleibt. At high temperatures, at which sintering occurs, compacting occurs causes; a decomposition of the blowing agent or a back reaction to metal-containing and However, non-metal propellant raw material is not found or only partially instead of. The temperature is therefore preferably selected such that the decomposition of the straight formed blowing agent does not drain completely, so that a sufficient amount of residual Blowing agent is retained in the material.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei den hohen Prozesstemperaturen etwaige Presshilfsmittel durch Zersetzung und/oder Verdampfung entfernt werden. Another advantage of the method according to the invention is that the high Process temperatures of any pressing aids due to decomposition and / or evaporation be removed.

Ganz allgemein hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den vorbekannten Verfahren den Vorteil, dass kein hoher anlagentechnischer Aufwand benötigt wird und kein hoher Werkzeugverschleiß auftritt. Das Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass erstmals aufschäumbare Metallkörper in jeder Größe kostengünstig hergestellt werden können, da eine Limitierung der Größe durch das verwendete Kompaktierungsverfahren nicht mehr gegeben ist. In general, the method according to the invention compared to the previously known The advantage of this method is that no high system engineering expenditure is required and none high tool wear occurs. The process also has the advantage of being first foamable metal bodies can be produced inexpensively in any size because the size is no longer limited by the compacting process used given is.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem Metallpulver vor der Reaktion mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial vorverdichtet. Als Vorverdichtungsverfahren können insbesondere kaltisostatisches Pressen (CIP), heißisostatisches Pressen (HIP), axiales Pressen und Pulverwalzen eingesetzt werden. Außer bei einer Vorverdichtung mittels HIP ist das vorverdichtete Material nicht walzbar, d. h. es verfügt über eine geringe Duktilität. In a variant of the method according to the invention, the mixture of metal-containing blowing agent raw material and the metal powder before the reaction with the Pre-compressed metal-containing propellant. Can be used as a pre-compression process especially cold isostatic pressing (CIP), hot isostatic pressing (HIP), axial pressing and powder rollers are used. Except in the case of pre-compression using HIP pre-compacted material not rollable, d. H. it has low ductility.

Diese Variante hat den Vorteil, dass die Dauer der Kompaktierung zum aufschäumbaren Metallkörper verkürzt werden kann. This variant has the advantage that the duration of the compacting becomes foamable Metal body can be shortened.

Das vorverdichtete Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem Metallpulver weist vorzugsweise eine offene Porosität auf. The pre-compressed mixture of the metal-containing propellant and the Metal powder preferably has an open porosity.

Dies hat den Vorteil, dass das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial schnell den gesamten Querschnitt des vorverdichteten Materials durchsetzt und dort überall reagiert. Weiterhin können bei offener Porosität etwaige Presshilfsmittel durch Zersetzung oder Verdampfen leichter entfernt werden. This has the advantage that the non-metal-containing blowing agent raw material quickly penetrates the entire cross-section of the pre-compressed material and reacts everywhere. Furthermore, if the porosity is open, any pressing aids can be decomposed or Evaporation can be removed more easily.

Die Bildung des Treibmittels aus dem metallhaltigen und dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial kann aber auch bei geschlossener Porosität oder nicht porösem vorverdichtetem Material erfolgen. Es sind dann längere Reaktionszeiten und höhere Reaktionstemperaturen erforderlich. Auf den Einsatz von Presshilfsmitteln wird dabei verzichtet. The formation of the blowing agent from the metal-containing and the non-metal-containing Blowing material pre-material can also with closed porosity or non-porous precompacted material. Then there are longer reaction times and longer ones Reaction temperatures required. The use of pressing aids is important waived.

In einer weiteren Variante werden dem Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial Sinterhilfsmittel (z. B. Magnesiumpulver) zugesetzt. Der Zusatz von Sinterhilfsmitteln hat den Vorteil, dass Gemische mit Metallpulvern (wie z. B. Aluminiumpulver), deren Pulverteilchen durch eine Oxidschicht passiviert sind, bei niedrigeren Temperaturen gesintert werden können. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird damit durch Sinterprozesse eine Kompaktierung des Gemisches aus Metall, Treibmittel und Treibmittelvormaterialien bereits während der Reaktion der Treibmittelvormaterialien zum Treibmittel erreicht. In a further variant, the mixture of the metal and the metal-containing Blowing agent sintering aids (e.g. magnesium powder) added. The addition of Sintering aids have the advantage that mixtures with metal powders (such as Aluminum powder), the powder particles of which are passivated by an oxide layer lower temperatures can be sintered. In the method according to the invention becomes a compacting of the mixture of metal and blowing agent through sintering processes and blowing agent materials already during the reaction of the blowing agent materials reached to the blowing agent.

Weiterhin können dem Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial Presshilfsmittel (wie Wachse und dergleichen) zugesetzt werden. Die Kompaktierung zum aufschäumbaren Halbzeug erfolgt vorzugsweise mittels eines Sinterverfahrens, eines Gussverfahrens oder eines Umformverfahrens. Furthermore, the mixture of the metal and the metal-containing Pre-blowing agent pressing aids (such as waxes and the like) can be added. The compacting to the foamable semi-finished product is preferably carried out by means of a Sintering process, a casting process or a forming process.

Das Sinterverfahren kann gleichzeitig mit der oder anschließend an die Reaktion des nicht metallhaltigen und des metallhaltigen Treibmittelvormaterials zum Treibmittel erfolgen. Durch das Sintern kann die Porosität des Gemischs aus Metall, Treibmittelvormaterialien und Treibmittel so weit reduziert werden, dass die Aufschäumbarkeit allein durch das Sintern erreicht wird. Eine weitere Kompaktierung ist dann nicht erforderlich; die Kompaktierung ist bereits durch das Sintern erfolgt und das Material ist bereits aufschäumbar. The sintering process cannot coincide with or subsequent to the reaction of the metal-containing and the metal-containing blowing agent primary material to the blowing agent. Sintering can reduce the porosity of the mixture of metal and blowing agent precursors and blowing agents are reduced to such an extent that the foamability can only be achieved by the Sintering is achieved. Further compacting is then not necessary; the Compacting has already been done by sintering and the material is already foamable.

Durch das Sintern wird weiterhin eine bessere Duktilität erzielt und damit die Kompaktierbarkeit durch ein weiteres nachfolgendes Kompaktierungsverfahren erleichtert. Die bessere Duktiliät wird einerseits durch die Volumenschwindung und die Reduktion der Porosität erreicht, andererseits durch Ansintern der Pulverteilchen, wobei eine metallische Bindung entsteht, bewirkt. Sintering continues to achieve better ductility and thus the Compactability made easier by another subsequent compacting process. The better ductility is on the one hand due to the volume shrinkage and the reduction of the Porosity achieved, on the other hand by sintering the powder particles, a metallic Binding arises, brings about.

Das Gemisch aus Metall und Treibmitteln kann außerdem bei den erfindungsgemäßen Bedingungen teilweise oder vollständig aufgeschmolzen werden, wobei es sich wiederum verdichtet und gießtechnisch z. B. auf Gießanlagen weiterverarbeitet werden kann. The mixture of metal and blowing agents can also in the inventive Conditions are partially or completely melted, which in turn turns out to be compacted and casting technology z. B. can be further processed on casting machines.

Die weitere Kompaktierung mittels eines Gussverfahrens kann insbesondere durch Druckgießen, Thixogießen oder Rheogießen erzielt werden. Die Verwendung eines Gussverfahrens ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Sinterung bzw. die Reaktion von nicht metallhaltigem und metallhaltigem Treibmittelvormaterial bei sehr hohen Temperaturen erfolgt. Das Gemisch aus Metall und gebildetem Treibmittel kann aber zur Weiterverarbeitung mittels eines Gussverfahrens auch zusätzlich aufgeheizt werden. Der Umformwiderstand des Materials ist bei hohen Temperaturen stark erniedrigt und die weitere Kompaktierung begünstigt. Ist die Temperatur so hoch, dass bei der Reaktion bzw. der Sinterung flüssige Phasen auftreten, so kann das Material vergossen werden. Die Verwendung eines Gussverfahrens hat den Vorteil, dass neben einer weiteren Kompaktierung auch eine weitere Formgebung erreicht wird, so dass komplex geformte aufschäumbare Bauteile erhältlich sind. The further compacting by means of a casting process can in particular by Die casting, thixo casting or rheogasting can be achieved. The use of a Casting is particularly advantageous if the sintering or the reaction of non-metal-containing and metal-containing blowing agent primary material at very high Temperatures. The mixture of metal and blowing agent formed can, however Further processing by means of a casting process can also be additionally heated. The Resistance to deformation of the material is greatly reduced at high temperatures further compacting favors. Is the temperature so high that during the reaction or Liquid phases occur during sintering, so the material can be cast. The use of a casting process has the advantage that in addition to another Compacting also a further shaping is achieved, so that complex shaped foamable components are available.

Die erfindungsgemäße Kompaktierung mittels eines Gussverfahren erfolgt vorteilhafter Weise gleich aus der Reaktionshitze der Reaktion zum Treibmittel bzw. des Sinterverfahrens. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Energieersparnis eintritt. The compacting according to the invention by means of a casting process takes place more advantageously Way immediately from the heat of reaction of the reaction to the blowing agent or Sintering process. This has the advantage that additional energy savings occur.

Weiterhin kann die Kompaktierung durch ein Umformverfahren erfolgen. Insbesondere ist hierbei Walzen, Pressen, oder Schmieden geeignet. Auch hier erfolgt die Kompaktierung vorteilhafterweise bei der Reaktionstemperatur des Reaktions-/Sinterprozesses. Furthermore, the compacting can be carried out using a forming process. In particular is suitable for rolling, pressing or forging. The compacting takes place here too advantageously at the reaction temperature of the reaction / sintering process.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare aufschäumbare Metallkörper kann zur Herstellung von Sandwich-Materialien verwendet werden. Hierbei wird der Metallkörper mittels eine Plattierverfahrens beschichtet. Als Deckenschichtmaterialien können beliebige Werkstoffe eingesetzt werden. Auch das Plattierverfahren ist beliebig, beispielsweise kann es durch Walzplattieren, Ziehverfahren, thermisches Spritzen, Sprengplattieren, Koextrusion, Strangpressplattieren, HIP-Plattieren und Tauchen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt eine Plattierung mit Stahl- und/oder Aluminiumwerkstoffen, als Plattierverfahren wird dann das Walzplattieren bevorzugt. Die Deckschichtmaterialien können bereits im Vorverdichtungsprozess (insbesondere bei kaltisostatischen Verfahren) in die entsprechenden Formen eingelegt werden, sofern bei der Reaktionsführung keine unerwünschten Reaktionen der Deckschichtmaterialien (z. B. mit den nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterialien) zu erwarten sind. The foamable metal body that can be produced with the method according to the invention can can be used to manufacture sandwich materials. Here the metal body coated by means of a plating process. Any of the ceiling layer materials can be used Materials are used. The plating process is also arbitrary, for example can it by roll plating, drawing process, thermal spraying, explosive plating, Coextrusion, extrusion plating, HIP plating and dipping are done. Preferably there is a plating with steel and / or aluminum materials, as a plating process then roll cladding is preferred. The top layer materials can already in Pre-compression process (especially in cold isostatic processes) in the appropriate forms are inserted, if none during the reaction undesirable reactions of the top layer materials (e.g. with the non-metal ones Blowing agent raw materials) are to be expected.

Eine weitere Verwendung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten aufschäumbaren Metallkörpers ist die Aufschäumung zu porösen Metallkörpern durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels. Bevorzugt erfolgt diese Aufschäumung des aufschäumbaren Metallköpers unmittelbar nach der Kompaktierung, so dass keine zwischenzeitliche Abkühlung erfolgt und Energie eingespart wird. Zum Aufschäumen des Materials wird die Temperatur so weit erhöht, dass die Zersetzung des Treibmittels zu einem Aufschäumen des Materials führt. Die Temperaturerhöhung kann in der Reaktionskammer erfolgen, wo die Reaktion der beiden treibmittelhaltigen Vormaterialen bzw. der Sinterprozess stattfand, das Material kann aber auch in einen anderen Ofen, in dem dann das Aufschäumen erfolgt, umgelagert werden. Die Ofenatmosphäre beim Aufschäumen kann insbesondere aus Luft, Edelgasen, Wasserstoff, Spaltgas, Ammoniakgas, Stickstoff, oder beliebigen Mischungen dieser Gase bestehen. Another use of the manufactured according to the inventive method foamable metal body is the foaming to porous metal bodies Warming to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent. This foaming of the foamable metal body preferably takes place immediately after compacting so that there is no interim cooling and energy is saved. To foam the material, the temperature is increased to such an extent that the decomposition of the blowing agent leads to foaming of the material. The Temperature increase can take place in the reaction chamber, where the reaction of the two primary materials containing blowing agent or the sintering process took place, but the material can can also be transferred to another oven, in which the foaming takes place. The furnace atmosphere when foaming can in particular consist of air, noble gases, Hydrogen, fission gas, ammonia gas, nitrogen, or any mixture of these gases consist.

BeispieleExamples

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend anhand mehrer Beispiele näher erläutert: Without restricting the generality, the method according to the invention is as follows explained in more detail using several examples:

Beispiel 1example 1

Handelsübliches Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße < 160 µm wird mit 7 Gew.% Siliziumpulver, 1 Gew.% Titanpulver (metallhaltiges Treibmittelvormaterial) und 0,6 Gew.% Magnesiumpulver (Sinterhilfsmittel) vermischt und durch kaltisostatisches Pressen (CIP) zu einem quaderförmigen Walzbarren mit einer scheinbaren (integralen) Dichte von 2,1 g/cm3 verdichtet. Der kaltisostatisch vorverdichtete Barren wird bei 500°C mit reinem Wasserstoffgas (nicht metallhaltiges Treibmittelvormaterial) zur Reaktion gebracht. Bei dieser Reaktion diffundiert der Wasserstoff zu den metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (hier den Titanpulverteilchen) im Inneren des Barrens, und reagiert dort, wobei Hydride, insbesondere Titanhydrid, entstehen. Neben der Entstehung des Treibmittels finden bei diesen Bedingungen auch Sintervorgänge statt, so dass der vorverdichtete Barren nun walzbar ist. Nach Abschluss des Sinterprozesses wird der Barren abgekühlt und dem Reaktionsofen entnommen. Zum Walzen wird der Barren auf eine Temperatur von 480°C vorgewärmt. Das Walzen erfolgt mit einer Umformung von 80%, wodurch der Barren verdichtet wird. Nach dem Walzen liegt aufschäumbares Material vor. Commercial aluminum powder with a particle size of <160 µm is mixed with 7% by weight of silicon powder, 1% by weight of titanium powder (metal-containing blowing agent raw material) and 0.6% by weight of magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to form a cuboidal ingot with a apparent (integral) density of 2.1 g / cm 3 . The cold isostatically pre-compressed ingot is reacted at 500 ° C with pure hydrogen gas (non-metal-containing blowing agent precursor). In this reaction, the hydrogen diffuses to the metal-containing blowing agent precursors (here the titanium powder particles) in the interior of the ingot and reacts there, with hydrides, in particular titanium hydride, being formed. In addition to the formation of the blowing agent, sintering processes also take place under these conditions, so that the pre-compressed ingot can now be rolled. After the sintering process is complete, the ingot is cooled and removed from the reaction furnace. The billet is preheated to a temperature of 480 ° C for rolling. Rolling is carried out with 80% deformation, which compresses the ingot. After rolling, there is foamable material.

Beispiel 2Example 2

Handelsübliches Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße < 160 µm wird mit 1 Gew.% Titanpulver (metallhaltiges Treibmittelvormaterial) und 0,6 Gew.% Magnesiumpulver (Sinterhilfsmittel) vermischt und durch kaltisostatisches Pressen (CIP) zu einem quaderförmigen Walzbarren mit einer scheinbaren (integralen) Dichte von 2,2 g/cm3 verdichtet. Der kaltisostatisch vorverdichtete Barren wird mit wasserstoffhaltiger Atmosphäre (Schweißargon oder Formiergas) bei 550°C zur Reaktion gebracht. Bei dieser Reaktion diffundiert der Wasserstoff zu den Treibmittelvormaterialien (Titanpulverteilchen) im Inneren des Barrens und reagiert dort, wobei Hydride, insbesondere Titanhydrid, entstehen. Commercially available aluminum powder with a particle size <160 µm is mixed with 1% by weight titanium powder (metal-containing blowing agent precursor) and 0.6% by weight magnesium powder (sintering aid) and cold isostatic pressing (CIP) to form a cuboid rolling bar with an apparent (integral) density of 2.2 g / cm 3 compressed. The cold isostatically pre-compacted ingot is reacted with a hydrogen-containing atmosphere (welding argon or forming gas) at 550 ° C. In this reaction, the hydrogen diffuses to the blowing agent raw materials (titanium powder particles) in the interior of the ingot and reacts there, with hydrides, in particular titanium hydride, being formed.

Nach Abschluss der Reaktion wird der Barren aus dem Ofen entnommen und ohne Zwischenabkühlung gewalzt. Das Walzen erfolgt mit einer Umformung von 80%, wodurch der Barren verdichtet wird. Nach dem Walzen liegt aufschäumbares Material vor. After the reaction is complete, the ingot is removed from the furnace and without Intermediate cooling rolled. The rolling takes place with a deformation of 80%, whereby the ingot is compacted. After rolling, there is foamable material.

Beispiel 3Example 3

Handelsübliches Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße < 160 µm wird mit 7 Gew.% Siliziumpulver, 1 Gew.% Titanpulver (metallhaltiges Treibmittelvormaterial) und 0,6 Gew.% Magnesiumpulver (Sinterhilfsmittel) vermischt und durch kaltisostatisches Pressen (CIP) zu einem zylindrischen Bolzen mit einer scheinbaren (integralen) Dichte von 2,2 g/cm3 verdichtet. Der kaltisostatisch vorverdichtete Bolzen wird bei 670°C mit wasserstoffhaltiger Atmosphäre (Schweißargon oder Formiergas) zur Reaktion gebracht. Durch die Reaktion wird das Titanhydrid gebildet und die Pulverteilchen des Bolzens schmelzen auf. Der flüssige Bolzen wird in den Gießlauf einer Druckgussmaschine gelegt und vergossen. Durch den Druckgießvorgang wird das Bolzenmaterial verdichtet und gleichzeitig zu einem Bauteil geformt. Das Bauteil ist aufschäumbar. Commercially available aluminum powder with a particle size <160 µm is mixed with 7% by weight silicon powder, 1% by weight titanium powder (metal-containing blowing agent starting material) and 0.6% by weight magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to a cylindrical bolt with a apparent (integral) density of 2.2 g / cm 3 compressed. The cold isostatically pre-compressed stud is reacted at 670 ° C with a hydrogen-containing atmosphere (welding argon or forming gas). The reaction forms the titanium hydride and the powder particles of the bolt melt. The liquid bolt is placed in the casting barrel of a die casting machine and cast. The die casting process compresses the bolt material and simultaneously forms it into a component. The component is foamable.

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper, bei dem ein Gemisch, das mindestens ein Metall und mindestens ein gasabspaltendes Treibmittel enthält, zu einem Halbzeug kompaktiert wird, derart, dass die Teilchen des mindestens einen Metalls sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluss für aus dem Treibmittel freigesetzte Gasteilchen darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus dem pulverförmigen oder flüssigen mindestens einen Metall und einem pulverförmigen oder flüssigen metallhaltigen Treibmittelvormaterial mit einem flüssigen oder gasförmigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial behandelt wird und dabei das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial an das metallhaltige Treibmittelvormaterial addiert, so dass das mindestens eine Treibmittel gebildet wird. 1. A method for producing foamable metal bodies, in which a mixture containing at least one metal and at least one gas-releasing blowing agent is compacted into a semi-finished product such that the particles of the at least one metal are in a solid connection with one another and a gas-tight seal for gas particles released from the blowing agent, characterized in that a mixture of the powdery or liquid at least one metal and a powdery or liquid metal-containing blowing agent starting material is treated with a liquid or gaseous non-metal-containing blowing agent starting material and thereby adds the non-metal-containing blowing agent starting material to the metal-containing blowing agent starting material , so that the at least one blowing agent is formed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial ein Hydriermittel und das gebildete Treibmittel ein Metallhydrid ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the non-metal-containing Blowing agent raw material is a hydrogenating agent and the blowing agent formed is a metal hydride is. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydriermittel Wasserstoffgas oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch ist. 3. The method according to claim 2, characterized in that the hydrogenating agent Is hydrogen gas or a hydrogen-containing gas mixture. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial bei 300-700°C, bevorzugt bei 400-600°C, durchgeführt wird. 4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that that the reaction of the non-metal propellant with the metal-containing blowing agent primary material at 300-700 ° C, preferably at 400-600 ° C, is carried out. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem mindestens einen Metall vor der Reaktion mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial vorverdichtet wird. 5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the mixture of the metal-containing blowing agent raw material and the at least a metal prior to reaction with the non-metal propellant material is pre-compressed. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverdichtung mittels kaltisostatischem Pressen, heißisostatischem Pressen, axialem Pressen oder Pulverwalzen erfolgt. 6. The method according to claim 5, characterized in that the pre-compression means cold isostatic pressing, hot isostatic pressing, axial pressing or powder rolling he follows. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Gemisch aus metallhaltigem Treibmittelvormaterial und dem mindestens einen Metall eine offene Porosität aufweist. 7. The method according to claims 5 or 6, characterized in that the pre-compressed mixture of metal-containing propellant and the least a metal has an open porosity. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompaktierung zum Halbzeug mittels eines Sinterverfahrens, eines Gussverfahrens und/oder eines Umformverfahrens erfolgt. 8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the compacting to the semi-finished product by means of a sintering process, one Casting process and / or a forming process is carried out. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussverfahren mittels Druckgießen, Thixogießen oder Rheogießen durchgeführt wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the casting process by means of Die casting, thixo casting or rheogasting is carried out. 10. Verfahren den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformverfahren mittels Walzen, Pressen oder Schmieden erfolgt. 10. The method of claims 8 or 9, characterized in that the Forming is carried out by means of rolling, pressing or forging. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch aus dem mindestens einem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial ein Sinterhilfsmittel zugesetzt wird. 11. The method according to one or more of claims 8 to 10, characterized in that that the mixture of the at least one metal and the metal-containing A sintering aid is added to the blowing agent precursor. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das metallhaltige Treibmittelvormaterial Titan, Zirkonium, Tantal und/oder Magnesium und/oder eine Legierung mit einem dieser Elemente und/oder ein Metallsalz von einem dieser Elemente enthält. 12. The method according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that that the metal-containing propellant titanium, zirconium, tantalum and / or Magnesium and / or an alloy with one of these elements and / or a metal salt contains one of these elements. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metall Aluminium und/oder Eisen ist. 13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized characterized in that the at least one metal is aluminum and / or iron. 14. Aufschäumbarer Metallkörper, erhältlich durch das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13. 14. Foamable metal body, obtainable by the process according to one or several of claims 1 to 13. 15. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Metallkörpers zur Herstellung von Sandwichmaterialen durch Beschichtung des Metallkörpers mittels eines Plattierverfahrens. 15. Use of the in the method according to one or more of claims 1 to 13 manufactured metal body for the production of sandwich materials Coating the metal body by means of a plating process. 16. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Metallkörpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels. 16. Use of the process according to one or more of claims 1 to 13 manufactured metal body for producing a porous metal body by Warming to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent. 17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung des porösen Metallkörpers unmittelbar nach der Kompaktierung durchgeführt wird und dass keine zwischenzeitliche Abkühlung des aufschäumbaren Metallkörpers erfolgt. 17. Use according to claim 16, characterized in that the method for Production of the porous metal body immediately after compacting is carried out and that no interim cooling of the foamable Metal body is made.
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