DE10215086B4 - Foamable metal body, process for its production and its use - Google Patents

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Abstract

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.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 to 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.

Description

Technisches Gebiettechnical area

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 the production of foamable metal body according to the preamble of the main claim, producible with this method expandable metal body and their use.

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. 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.There are different methods for the production of foamable Metal bodies. In these processes, one or more are made from a metal powder Blowing agent powder admixed, which decompose when heated and thereby split off a gas which is used for the final foaming Pore formation and pore growth and thus the expansion of the foamable Leads. Foamability To achieve the powder mixture containing blowing agent before foam compacted. expandability is given when the metal particles of the matrix metal have one gastight closure for represent the gas particles released by the blowing agent. To do this, the Propellant powder particles completely be surrounded by the metallic matrix. The metallic matrix must continue to be gas-tight, which means that it must not or only contain few pores. To achieve such a gas-tight The conclusion is a high density of the matrix metal containing blowing agent required. Adequate compaction of the matrix is ensured by high pressures and / or high temperatures reached. Finds the compaction (compression) at low temperatures, very high compaction pressures must be applied become.

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.These methods have the disadvantage that a high level of plant engineering is required. When using high compaction temperatures can use lower compaction pressures become. However, the amount the compacting temperature by the decomposition temperature of the the blowing agent or blowing agent mixture used is severely limited, because this degasses prematurely at too high temperatures.

Die DE 198 52 277 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Gemisch aus einem pulverförmigen Metall und einem gasabspaltenden Treibmittelpulver zu einem offenporigen Pressling gepresst wird, der als Halbzeug verwendet wird und erst in einem späteren Schritt zu einem geschlossenporigen Körper verdichtet wird. Der offenporige Pressling wird dabei bevorzugt mittels Kaltpressen erhalten.The DE 198 52 277 A1 describes a method in which a mixture of a powdered metal and a gas-releasing propellant powder is pressed into an open-pore compact, which is used as a semi-finished product and is only compressed into a closed-pore body in a later step. The open-pore compact is preferably obtained using cold pressing.

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.From the DE 40 18 360 A1 and the DE 41 01 630 A1 Methods are known in which powder mixtures containing blowing agent can also be compacted above the decomposition temperature of the blowing agent. The compaction pressure is chosen so high that the decomposition of the blowing agent is prevented.

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 procedures have the Disadvantage that they have smaller dimensions or cross sections of the are limited to compacting material. Larger components are in the above-mentioned processes by means of hot isostatic compaction Presses (HIP) available, however, this process is very expensive.

Darstellung der Erfindungpresentation 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.Object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method for producing foamable metal bodies, which allows foamable metal body economical manufacture.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren, den in Anspruch 15 beschriebenen aufschäumbaren Metallkörper und die Verwendung gemäss der Ansprüche 16–18 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.This task is claimed by the 1 described method, the foamable described in claim 15 metal body and the use according to of claims 16-18 solved. The under claims indicate advantageous further training.

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 powdered or liquid metal-containing propellant with a liquid or gaseous non-metallic propellant material treated. It reacts the non-metal propellant in an addition reaction with the metal-containing blowing agent raw material, so that the blowing agent is formed. This mixture becomes one at the same time or later Semifinished product compacted so that the particles of the metal itself in a tight connection with each other and a gas-tight Graduation for represent gas particles released from the propellant, where 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, Metallsalze und Metalloxide) mit niedermolekularen insbesondere zweiatomigen oder dreiatomigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (wie z.B. Wasserstoff oder Wasser) zu den erfindungsgemäßen Treibmitteln.As blowing agents in the sense of this invention in particular metal hydrides, metal salt hydrates and metal hydroxides to watch. According to the invention, these are Blowing agents in particular through oxidative additions of the non-metal-containing Propellant raw material to the metal-containing propellant raw material or Lewis acid-base reactions (the non-metal-containing blowing agent raw material is the Lewis base) available, which are usually reversible, that is, the equilibrium reactions are. The metal-containing blowing agent precursors react (these are in particular metals in elemental form, alloys, Metal salts and metal oxides) with low molecular weight in particular diatomic or triatomic 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 (eg aluminum or iron), metal alloys and / or others Metal compounds that have a 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 has to be used because the blowing agent while or just before compacting from cheap materials becomes.

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 preferably chosen at which the metal-containing blowing agent precursor does not have to be foamed Metal reacts so that a reactivity of the non-metal-containing Blowing material with the metal-containing blowing material guaranteed is. For example, the metal-containing blowing agent raw material When titanium is added to an aluminum melt, titanium aluminides are formed, which do not have sufficient storage capacity for hydrogen, the reactivity with the surrounding medium hydrogen is therefore lost. Will be against 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 there is no formation of intermetallic phases if the metal powder particles are passivated by an oxide layer.

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 before; then it is so responsive that it can be fumigated with the non-metallic propellant, e.g. with hydrogen, reacted to the blowing agent. Fumigation can be carried out by holding / storing the solidified, partially fluid or liquid Melt in a hydrogenous or moist atmosphere, or by directly introducing gas, chips, damp wood, or the like, into 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.This is preferably not metal-containing Blowing agent raw material is a hydrogenating agent and thus that with the metal-containing Blowing agent preform formed a metal hydride. Especially this hydrogenating agent is preferably hydrogen gas or one containing hydrogen gas Mixture, e.g. Sweat argon or Forming gas. The hydrogen gas diffuses through that if necessary pre-compressed mixture of the metal and the metal-containing blowing agent raw material and reacts there with the metal-containing blowing agent primary material to metal hydrides.

Der Einsatz von Wasserstoff bzw. Wasserstoff-haltigen 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 Hydrogen-containing mixtures or generally the use cheaper Non-metallic propellant materials have the advantage that contrary to the previously known methods of use expensive blowing agent can be dispensed with.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin bevorzugt bei Temperaturen von 300°– 700°C, besonders bevorzugt bei 400°–600° C durchgeführt.The method according to the invention continues preferably carried out at temperatures of 300 ° -700 ° C., particularly preferably 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 for expandable metal body is facilitated. Facilitation of compaction is a result of high process temperatures. Compacting temperatures are now according to the invention permissible the higher than with the previously known methods, since the blowing agent is first is formed and especially in reactions under equilibrium conditions therefore not complete can decompose. At these higher ones Process temperatures are determined by sintering processes Improve ductility and rollability and / or by reducing the resistance to deformation or other temperature-assisted operations achieved easier compaction. At high process temperatures and long process times, sintering processes continue to occur that already during the formation of the blowing agent is compacted into 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 used directly foamed from the sinter heat become. This has the advantage that an interim cooling and reheating to the foaming temperature not necessary is and thus energy is saved. The atmosphere during the Foaming can here from the non-metal propellant or a mixture with this non-metal propellant consist.

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 where sintering processes occur, compacting is effected; a decomposition of the Propellant or a back reaction to metal-containing and non-metal-containing blowing agent primary material However, this does not take place or only partially. Preferably the temperature is therefore chosen so that the decomposition of the blowing agent just formed does not take place completely, so that get a sufficient amount of blowing agent in the material remains.

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 at the high process temperatures any pressing aids be removed by decomposition and / or evaporation.

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 has across from the previously known methods have the advantage that no high system engineering Effort required and there is no high tool wear. The procedure has further the advantage that foamable metal body in any size manufactured inexpensively can be there a size limit the compacting process used is no longer available.

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 the metal-containing blowing agent and the metal powder before the reaction with the non-metal propellant raw material precompacted. Cold isostatic in particular can be used as the pre-compression process Presses (CIP), hot isostatic Pressing (HIP), axial pressing and powder rolling can be used. Except in the case of pre-compression using HIP, the pre-compressed material is not rollable, i.e. it has one 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 compaction to the foamable metal body can be shortened can.

Das vorverdichtete Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem Metallpulver weist vorzugsweise eine offene Porosität auf.The pre-compressed mixture from the metal-containing blowing agent raw material and the metal powder preferably an open porosity on.

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.The advantage of this is that it is not metal-containing blowing agent raw material quickly the entire cross-section of the pre-compressed material and reacts everywhere. Can continue with open porosity any pressing aids are easier to decompose or evaporate be removed.

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 the metal-containing and the non-metal-containing blowing agent primary material can also with closed porosity or non-porous pre-compressed Material. Then there are longer reaction times and higher reaction temperatures required. There is no use of pressing aids.

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 another variant the mixture of the metal and the metal-containing blowing agent raw material Sintering aids (e.g. magnesium powder) added. The addition of sintering aids has the advantage that mixtures with metal powders (such as aluminum powder), whose powder particles are passivated by an oxide layer lower temperatures can be sintered. In the method according to the invention becomes a compaction of the mixture through sintering processes made of metal, propellant and propellant materials already during the Reaction of the blowing agent raw materials to the blowing agent reached.

Weiterhin können dem Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial Presshilfsmittel (wie Wachse und dergleichen) zugesetzt werden.Furthermore, the mixture of the metal and the metal-containing blowing agent pre-press aids (such Waxes and the like) are added.

Die Kompaktierung zum aufschäumbaren Halbzeug erfolgt vorzugsweise mittels eines Sinterverfahrens, eines Gussverfahrens oder eines Umformverfahrens.Compacting into a 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 can be carried out simultaneously with or after the reaction of the non-metallic and the metallic Blowing agent primary material to the blowing agent. By sintering can the porosity of the mixture of metal, blowing agent raw materials and blowing agent can be reduced so far that the foamability can only be achieved by the Sintering is achieved. There is no further compacting required; the compacting has already taken place 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.The sintering continues better ductility achieved and thus the compactibility by another subsequent Compacting process facilitated. The better ductility is on the one hand achieved by the volume shrinkage and the reduction in porosity, 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 Moreover with the conditions according to the invention partially or completely are melted, which in turn densifies and casting technology e.g. on casting machines can be processed further.

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.The further compaction using a casting process can in particular by die casting, thixo casting or rheocasting be achieved. The use of a casting process is particularly then advantageous if the sintering or the reaction of non-metal and metal-containing blowing agent primary material at very high temperatures he follows. The mixture of metal and blowing agent formed can but also additionally heated for further processing by means of a casting process become. The material's resistance to deformation is at high temperatures greatly reduced and the further compaction favors. Is the temperature so high that during the reaction or sintering liquid phases occur, the material can be cast.

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 use of a casting process has the advantage that, in addition to further compacting, a further shaping is achieved, so that complex shaped foamable components available are.

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 is advantageously carried out directly from the heat of reaction the reaction to the blowing agent or the sintering process. this has the advantage of an additional Energy saving occurs.

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 done by a forming process. In particular, here is rolling, Pressing or forging suitable. 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 one that can be produced with the method according to the invention expandable metal body can be used to make sandwich materials. Here the metal body coated by means of a plating process. As ceiling layer materials can any materials can be used. Also the plating process is arbitrary, for example by roll cladding, drawing processes, thermal spraying, explosive plating, coextrusion, extrusion plating, HIP plating and dipping are done. Plating is preferably carried out with steel and / or aluminum materials, as a plating process then roll cladding is preferred. The top layer materials can already in the pre-compression process (especially with cold isostatic Procedure) are inserted into the appropriate forms, provided no undesirable reactions 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 foamable metal body produced by the process according to the invention is the foaming to porous metal bodies by heating to a temperature above the decomposition temperature of the Propellant. This foaming of the foamable metal body preferably takes place immediately after the 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 blowing materials containing the blowing agent or the sintering process took place, but the material can also be rearranged in another furnace, in which the foaming then takes place. The furnace atmosphere during foaming can in particular consist of air, noble gases, hydrogen, cracked gas, ammonia gas, nitrogen, or any mixtures of these gases.

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend anhand mehrer Beispiele näher erläutert:Without restricting generality, it will inventive method explained in more detail below using several examples:

Beispiel 1:Example 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 <160 μm is mixed with 7% by weight of silicon powder, 1% by weight of titanium powder (metal-containing propellant 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 2:Example 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.Commercial aluminum powder with a particle size <160 μm is mixed with 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 billet 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, producing hydrides, in particular titanium hydride.

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 rolled without intermediate cooling. The rolling takes place with a 80% deformation, which results in the ingot is compressed. After rolling, there is foamable material.

Beispiel 3:Example 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.Commercial aluminum powder with a particle size <160 μm is mixed with 7% by weight of silicon powder, 1% by weight of titanium powder (metal-containing propellant starting material) and 0.6% by weight of magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) into a cylindrical bolt with a apparent (integral) density of 2.2 g / cm 3 compressed. The cold isostatically pre-compressed bolt 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 (18)

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.Process 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 the blowing agent liberated gas particles represent, characterized in that a mixture of the powder or liquid at least one metal and a powdered or liquid metal-containing Treibmittelvormaterial with a liquid or gaseous non-metalliferous Treibmittelvormaterial is treated, while the non-metal-containing Treibmittelvormaterial added to the metal-containing Treibmittelvormaterial, so that the at least one blowing agent is formed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial ein Hydriermittel und das gebildete Treibmittel ein Metallhydrid ist.A method according to claim 1, characterized in that the non-metal containing blowing agent precursor a hydrogenating agent and the blowing agent formed is a metal hydride. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydriermittel Wasserstoffgas oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch ist.A method according to claim 2, characterized in that the hydrogenating agent or hydrogen gas is a hydrogen-containing gas mixture. 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 durchgeführt wird.Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that that the reaction of the non-metal-containing blowing agent precursor is carried out with the metal-containing blowing agent primary material at 300-700 ° C. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial bei bei 400–600 °C durchgeführt wird.A method according to claim 4, characterized in that the Reaction of the non-metal propellant with the metal-containing blowing agent raw material is carried out at 400-600 ° C. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem mindestens einen Metall vor der Reaktion mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial vorverdichtet wird.Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that that the mixture of the metal-containing blowing agent and the at least one metal before the reaction with the non-metal-containing one Blowing material is pre-compressed. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverdichtung mittels kaltisostatischem Pressen, heißisostatischem Pressen, axialem Pressen oder Pulverwalzen erfolgt.A method according to claim 6, characterized in that the Pre-compression using cold isostatic pressing, hot isostatic pressing Pressing, axial pressing or powder rolling takes place. Verfahren nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Gemisch aus metallhaltigem Treibmittelvormaterial und dem mindestens einen Metall eine offene Porosität aufweist.Process according to the claims 6 or 7, characterized in that the pre-compressed mixture from metal-containing propellant raw material and the at least one Metal has an open porosity. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompaktierung zum Halbzeug mittels eines Sinterverfahrens, eines Gussverfahrens und/oder eines Umformverfahrens erfolgt.Method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that that the compacting to the semi-finished product by means of a sintering process, a casting process and / or a forming process. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussverfahren mittels Druckgießen, Thixogießen oder Rheogießen durchgeführt wird.A method according to claim 9, characterized in that the Casting process using die casting, thixocasting or Rheogießen is carried out. Verfahren den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformverfahren mittels Walzen, Pressen oder Schmieden erfolgt.Process the claims 9 or 10, characterized in that the forming process by means of Rolling, pressing or forging takes place. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch aus dem mindestens einem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial ein Sinterhilfsmittel zugesetzt wird.Method according to one or more of claims 9 to 11, 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. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, 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.Method according to one or more of claims 1 to 12, 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 contains a metal salt of one of these elements. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metall Aluminium und/oder Eisen ist.Method according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that that the at least one metal is aluminum and / or iron. Aufschäumbarer Metallkörper, erhältlich durch das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.An expandable Metal body, available through the method according to one or more of claims 1 to 14. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 hergestellten Metallkörpers zur Herstellung von Sandwichmaterialen durch Beschichtung des Metallkörpers mittels eines Plattierverfahrens.Use of the in the method according to one or more of claims 1 to 14 manufactured metal body for the production of sandwich materials by coating the metal body by means of a plating process. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 hergestellten Metallkörpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels.Use of the in the method according to one or more of claims 1 to 14 manufactured metal body to produce a porous metal body by heating to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent. Verwendung nach Anspruch 17, 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.Use according to claim 17, characterized in that the Process for producing the porous metal body immediately after the compacting carried out and that there is no interim cooling of the foamable metal body.
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