DE10325819A1 - Process for producing a metal foam body - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaumkörpers mit folgenden Schritten: DOLLAR A Bereitstellen einer in einem Vorratsbehälter (1) augenommenen Metallschmelze, DOLLAR A Einspritzen der Metallschmelze (2) in einen von einer Form umgebenen Formhohlraum (3) durch eine den Vorratsbehälter (1) mit der Form verbindende Leitung (2). DOLLAR A Um eine Schaumstruktur lediglich im Kern des Metallschaumkörpers auszubilden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Metallschmelze nach dem Verlassen des Vorratsbehälters (1) und vor dem Eintritt in den Formhohlraum (3) ein Treibmittel zugesetzt wird.The invention relates to a method for producing a metal foam body with the following steps: DOLLAR A Provision of a molten metal taken in a reservoir (1), DOLLAR A injecting the molten metal (2) into a mold cavity (3) surrounded by a mold through a reservoir (1 ) with the shape connecting line (2). DOLLAR A To form a foam structure only in the core of the metal foam body, the invention proposes that the molten metal after leaving the reservoir (1) and before entering the mold cavity (3) a blowing agent is added.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaumkörpers.The The invention relates to a method for producing a metal foam body.
Ein solches Verfahren ist aus der WO 02/060621 A2 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Treibmittel zum Aufschäumen einer Metallschmelze entweder im Formhohlraum vorgelegt oder es wird mit der Metallschmelze in einer Füll- oder Gießkammer in Kontakt gebracht. Wenn das Treibmittel im Formhohlraum vorgelegt wird, verteilt es sich nicht homogen in der Metallschmelze. Ein daraus hergestellter Metallschaumkörper weist eine inhomogene Schaumstruktur auf. Wenn das Treibmittel in der Gießkammer mit der Metallschmelze in Kontakt gebracht wird, beginnt die Zersetzung des Treibmittels bereits in der Gießkammer. Um dem Verlust an Treibmittel entgegenzuwirken, müssen erhöhte Treibmittelmengen in die Gießkammer eingebracht werden. Das verursacht erhöhte Kosten. Abgesehen davon wird das Treibmittel auch bei einer Zugabe in die Gießkammer häufig nicht homogen in der Metallschmelze verteilt. Auch in diesem Fall weisen Metallschaumkörper eine inhomogene Schaumstruktur auf.One such method is known from WO 02/060621 A2. In the known Method is a blowing agent for foaming a molten metal either submitted in the mold cavity or it is with the molten metal in a filling or casting chamber brought into contact. When the propellant is placed in the mold cavity it does not spread homogeneously in the molten metal. A part of it manufactured metal foam body has an inhomogeneous foam structure. When the propellant in the casting chamber is brought into contact with the molten metal, the decomposition begins the blowing agent already in the casting chamber. To the loss Counteract propellant must increased Amounts of blowing agent in the casting chamber be introduced. That causes increased costs. Apart from this The blowing agent is also added to the casting chamber often not homogeneously distributed in the molten metal. In this case, too have metal foam body an inhomogeneous foam structure.
Aus
der
Aus
der
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, das auf einfache und kostengünstige Weise die Herstellung von eine verbesserte Oberflächenqualität aufweisenden metallischen Formkörpern mit einer im Inneren vorliegenden Schaumstruktur ermöglicht. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll das Verfahren eine serienmäßige Herstellung solcher Metallschaumkörper ermöglichen.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. In particular, a method is to be specified, that on simple and inexpensive Way of producing an improved surface quality metallic moldings with a foam structure inside. To Another object of the invention is the method of mass production such metal foam body enable.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 27.These The object is solved by the features of claim 1. Expedient refinements result arising from the features of the claims 2 to 27.
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass der Metallschmelze nach dem Verlassen des Vorratsbehälters und vor dem Eintritt in den Formhohlraum ein Treibmittel zugesetzt wird. Überraschenderweise gelingt es damit, Metallschaumkörper mit einer hervorragenden Oberflächenqualität herzustellen, die im Inneren eine Schaumstruktur aufweisen. Indem das Treibmittel auf dem Weg von der Vorratskammer zum Formhohlraum beigemischt wird, wird eine besonders homogene Mischung der Metallschmelze mit dem Treibmittel erreicht. Die daraus hergestellten Metallschaumkörper weisen im Inneren eine homogene Schaumstruktur auf, wohingegen die den Kern umhüllende Oberfläche aus einer dichten Metallwand besteht. Derartig hergestellte Metallschaumkörper weisen hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Überraschenderweise gelingt es mit dem vorgeschlagenen Verfahren sogar, dünnwandige Formkörper aus Metall herzustellen, deren Inneres eine Schaumstruktur aufweisen. Beim vorgeschlagenen Verfahren wird das Treibmittel sich erst nach dem Einspritzen der Metallschmelze im Formhohlraum vollständig zersetzen. Die in den Formhohlraum eingespritzte Metallschmelze wird an den Formwänden abgeschreckt und erstarrt dort schlagartig. Es bildet sich eine dichte den späteren Metallschaumkörper umgebende Metallwand. Im Zentrum des Formhohlraums erfolgt die Abkühlung der Metallschmelze dagegen langsamer. Dort zersetzt sich das Treibmittel. Im Inneren des Formkörpers wird ein Metallschaum-Kern gebildet. Das vorgeschlagene Verfahren ist relativ preiswert. Es kann ähnlich wie ein herkömmliches Druckgussverfahren durchgeführt werden. Es ist lediglich erforderlich, zwischen dem Vorratsbehälter und dem Formhohlraum das Treibmittel in geeigneter Weise zuzuführen. Die Menge an zugeführtem Treibmittel kann relativ gering gehalten werden.To proviso The invention provides that the molten metal after leaving the reservoir and adding a blowing agent prior to entering the mold cavity becomes. Surprisingly it succeeds, metal foam body to produce with an excellent surface quality, which have a foam structure inside. By the blowing agent on is added to the path from the pantry to the mold cavity, is a particularly homogeneous mixture of the molten metal with the Blowing agent achieved. The produced from metal foam body inside a homogeneous foam structure, whereas the Enveloping core surface consists of a dense metal wall. Such produced metal foam body exhibit excellent mechanical properties. Surprisingly, it succeeds it even with the proposed method, thin-walled moldings To produce metal whose interior has a foam structure. In the proposed method, the propellant only after completely decompose the injection of the molten metal in the mold cavity. The injected into the mold cavity molten metal is at the mold walls quenched and freezes there abruptly. It forms one density surrounding the later metal foam body Metal wall. In the center of the mold cavity, the cooling of the Molten metal slower. There, the blowing agent decomposes. Inside the molding a metal foam core is formed. The proposed procedure is relatively cheap. It may be similar like a conventional one Die casting process performed become. It is only necessary between the reservoir and To supply the blowing agent in a suitable manner to the mold cavity. The Amount of supplied Propellant can be kept relatively low.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Metallschmelze und das Treibmittel vor dem Eintritt in die Form turbulent gemischt. Das Treibmittel kann vor der Herstellung der turbulenten Mischung der Metallschmelze zugesetzt werden. Es ist aber auch möglich, das Treibmittel während der Herstellung der turbulenten Mischung der Metallschmelze zuzusetzen. Die Metallschmelze und das Treibmittel können zur Herstellung der turbulenten Mischung durch eine in die Leitung eingeschaltete Mischeinrichtung geführt werden. Die Ausbil dung einer turbulenten Mischung bzw. Strömung auf dem Weg vom Vorratsbehälter zum Formhohlraum bewirkt eine besonders gleichmäßige Verteilung des Treibmittels in der Metallschmelze.According to an advantageous embodiment, the molten metal and the blowing agent are mixed turbulently before entering the mold. The Treibmit Tel can be added to the molten metal prior to the preparation of the turbulent mixture. But it is also possible to add the blowing agent during the preparation of the turbulent mixture of the molten metal. The molten metal and propellant may be passed through a mixing device in the line to produce the turbulent mixture. The Ausbil tion of a turbulent mixture or flow on the way from the reservoir to the mold cavity causes a particularly uniform distribution of the blowing agent in the molten metal.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Formhohlraum nach dem Überführen der Metallschmelze geschlossen. Damit kann auf besonders einfache Weise verhindert werden, dass auf den Formhohlraum ein eine unerwünschte Verdichtung der Schaumstruktur bewirkender Nachdruck aufgebracht wird. Das Schließen des Formhohlraums kann beispielsweise mittels einer gezielten Kühlung bestimmter Bereiche der Form bewirkt werden. Infolge der Kühlung wird eine gezielte Erstarrung der Metallschmelze im Bereich des Angussquerschnitts erreicht. Zur Vermeidung eines unerwünschten Nachdrucks ist es aber auch möglich, echtzeitgeregelte Gießmaschinen zu verwenden. Derartige Maschinen können so geregelt werden, dass ein Nachdruck nicht stattfindet. Schließlich ist es auch möglich, den Formhohlraum mittels eines Schiebers oder dgl. zu verschließen.To In a further advantageous embodiment of the mold cavity after transferring the Metal melt closed. This can be done in a particularly simple way prevents the mold cavity from an undesirable compression the foam structure causing reprint is applied. Closing the Mold cavity, for example, by means of a targeted cooling certain Regions of the form are effected. As a result of cooling, a targeted solidification reached the molten metal in the sprue cross section. to Avoiding an unwanted Reprint it is also possible, real-time controlled Casting machines to use. Such machines can be regulated so that a reprint does not take place. Finally, it is also possible to Form cavity by means of a slide or the like. To close.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Formhohlraum nach dem Überführen der Metallschmelze in die Form vergrößert. Die Vergrößerung des Formhohlraums führt zu einem Druckabfall. Der erweiterte Formhohlraum wird mit der Schaumstruktur ausgefüllt. So lassen sich besonders leichte Metallschaumkörper herstellen.To In a further advantageous embodiment of the mold cavity after transferring the Enlarged molten metal in the mold. The Magnification of the Mold cavity leads to a pressure drop. The expanded mold cavity becomes with the foam structure filled. This makes it possible to produce particularly lightweight metal foam bodies.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der Formhohlraum vor dem Überführen der Metallschmelze evakuiert wird, d. h. im Formhohlraum herrscht ein kleinerer Druck als der Atmosphärendruck. In diesem Fall wirkt der aufschäumenden Metallschmelze ein geringerer Gasdruck entgegen. Es bilden sich im Kern des Metallschaumkörpers besonders homogene Schaumstrukturen aus. Außerdem kann mit dieser Maßnahme die Menge an zugesetztem Treibmittel weiter vermindert werden.When It has proven particularly advantageous that the mold cavity before transferring the molten metal is evacuated, d. H. in the mold cavity there is a smaller pressure as the atmospheric pressure. In this case, the foaming molten metal acts a lesser gas pressure. It forms in the core of the metal foam body especially homogeneous foam structures. In addition, with this measure the Amount of added blowing agent can be further reduced.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Form und/oder die Mischeinrichtung vor dem Überführen der Metallschmelze auf eine Temperatur zwischen 50°C und 400°C vorgewärmt werden. Damit kann gezielt die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze in der Form und damit auch die Struktur des Metallschaumkörpers beeinflusst werden.To In another embodiment, the shape and / or the mixing device before transferring the Molten metal to a temperature between 50 ° C and 400 ° C preheated. This can be targeted the solidification rate of the molten metal in the mold and so that the structure of the metal foam body can be influenced.
Das Überführen der Metallschmelze kann z.B. mittels einer Druckgieß- oder einer Extrudiervorrichtung durchgeführt werden. Grundsätzlich können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sämtliche bekannten Gießverfahren eingesetzt werden, die eine schnelle Formfüllung ermöglichen. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht von einem besonderen Gießverfahren oder Maschinentyp abhängig. Als besonders geeignet haben sich zum Überführen der Schmelze in den Formhohlraum folgende Maschinen erwiesen: Warmkammer-Druckgießmaschine, waagrechte Kaltkammer-Druckgießmaschine, senkrechte Kaltkammer-Druckgießmaschine, Kokillengießanlage, insbesondere eine Druck-Kokillengießanlage oder eine Niederdruckgießanlage, eine Squeeze-Casting Maschine oder eine Maschine zum Vergießen von Semi-Solid-Schmelzen.The transfer of the Molten metal may e.g. by means of a die casting or an extrusion device carried out become. in principle can to execution the method according to the invention all known casting method can be used, which allow a quick mold filling. The implementation of the inventive method is not of a special casting process or machine type dependent. To be particularly suitable for transferring the melt in the mold cavity the following machines have been proven: hot chamber die casting machine, horizontal cold chamber die casting machine, vertical cold chamber die casting machine, die casting, in particular a pressure die casting plant or a low pressure casting plant, a squeeze-casting machine or a potting machine Semi-solid melts.
Als Form kommt zweckmäßigerweise eine metallische Dauerform zum Einsatz. Die Form kann an ihrer dem Formhohlraum zugewandten Innenseite zumindest abschnittsweise mit einer Keramik beschichtet oder mit einem keramischen Einsatz versehen sein.When Shape comes expediently a metallic permanent form for use. The form can be attached to her Mold cavity facing inside at least partially with coated ceramic or provided with a ceramic insert be.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Warmkammer-Druckgießmaschinen eingesetzt werden. Dabei befindet sich der Vorrats- bzw. Gießbehälter in der Metallschmelze. Dem Formhohlraum ist die Mischeinrichtung vorgeschaltet.Under Use of the method according to the invention can also hot-chamber die casting machines be used. In this case, the supply or casting container is in the molten metal. The mold cavity is preceded by the mixing device.
In ähnlicher Weise eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Squeeze-Casting Maschine, bei welcher der Gieß- bzw. Vorratsbehälter schwenkbar ausgebildet ist. Auch hier ist dem Formhohlraum unmittelbar die Mischeinrichtung vorgeschaltet. Ferner geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind waagrechte Kaltkammermaschinen. Dabei liegt der Formhohlraum oberhalb des Gieß- bzw. Vorratsbehälters. Die Mischeinrichtung ist in diesem Fall ebenfalls dem Formhohlraum in einer Ebene oberhalb des Vorratsbehälters vorgeschaltet.In similar Way is suitable for implementation the method according to the invention also a squeeze casting machine, in which the casting or reservoir is formed pivotable. Again, the mold cavity is immediate upstream of the mixing device. Further suitable for carrying out the inventive method are horizontal cold chamber machines. The mold cavity is located above of the casting or storage container. The mixing device is in this case also the mold cavity upstream in a plane above the reservoir.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich auch senkrechte Kaltkammermaschinen. Dabei wird die Metallschmelze aus einem senkrecht angeordneten Vorratsbehälter bzw. einer Gießkammer über die Leitung in den Formhohlraum überführt. In die Leitung ist die Mischeinrichtung eingeschaltet. Stromaufwärts der Mischeinrichtung weist die Leitung eine Biegung auf. Infolgedessen gelangt bereits turbulent strömende Metallschmelze in die Mischeinrichtung. Es wird eine besonders homogene Mischung zwischen Treibmittel und Metallschmelze erreicht.to execution the method according to the invention Vertical cold chamber machines are also suitable. Here is the Molten metal from a vertically arranged reservoir or a Casting chamber over the Lead transferred into the mold cavity. In the line is turned on the mixer. Upstream of the Mixing device, the line has a bend. Consequently already passes turbulent flowing Molten metal in the mixing device. It becomes a particularly homogeneous Mixture between blowing agent and molten metal reached.
Die Metallschmelze ist zweckmäßigerweise aus einem Leichtmetall gebildet. Zur Herstellung der Metallschmelze kann eines der folgenden Metalle verwendet werden: Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesium, Magnesiumlegierung, Zink, Zinklegierung.The molten metal is expediently formed from a light metal. For the production of Molten metal may be one of the following metals: aluminum, aluminum alloy, magnesium, magnesium alloy, zinc, zinc alloy.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, der Metallschmelze bezogen auf das Gewicht des daraus hergestellten Metallschaumkörpers 0,1 bis 5 Gew.% an Treibmittel zuzusetzen. Zweckmäßigerweise wird ein Treibmittel gewählt, dessen Zersetzungstemperatur kleiner als die Solidus-Temperatur des Metalls ist. Das Treibmittel kann vor dem Zusetzen zur Metallschmelze oxidiert werden. Als Treibmittel kann ein Metallhydrid verwendet werden, das vorzugsweise zumindest einen aus der folgenden Gruppe ausgewählten Stoff enthält: Magnesiumhydrid, Titanhydrid, Kalziumhydrid, Zirkonhydrid.to execution the method according to the invention it has proven to be appropriate the molten metal based on the weight of the produced therefrom Metal foam body Add 0.1 to 5 wt.% Of propellant. Conveniently, if a propellant is chosen its decomposition temperature is lower than the solidus temperature of Metal is. The propellant may be added to the molten metal before adding be oxidized. As blowing agent, a metal hydride can be used be, preferably at least one of the following group chosen Fabric contains: Magnesium hydride, titanium hydride, calcium hydride, zirconium hydride.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Metallschmelze bezogen auf das Gewicht des daraus hergestellten Metallschaumkörpers 0,1 bis 10 Gew.% eines Zusatzstoffs zugesetzt. Der Zusatzstoff kann mindestens einen aus der folgenden Gruppe ausgewählten Stoff enthalten: Oxid, Karbonat, Karbid, Reinmetall, Grafit. Als Oxid kann insbesondere V2O5, Fe3O4, Cr2O3, TiO2, CuO, Mn2O3, Sc2O3, Al2O3, SiO2 verwendet werden. Geeignete Karbide sind z.B. VC, SiC. Als Karbonate kommen in Betracht: MgCO3, CaCO3. Geeignete Reinmetalle sind: V, Ti, Mn, Fe, Ni. Solche Zusatzstoffe verbessern das Aufschäumverhalten der Metallschmelze. Sie können des Weiteren eine insitu-Oxidation der Metallschmelze bewirken. Ferner können sie als Keimbildner bei der Entstehung von Gasporen in der Metallschmelze wirken. Schließlich können sie auch als Katalysator für die Zersetzung des Treibmittels dienen. Sie können die Gasausbeute und die Zersetzungsgeschwindigkeit des Treibmittels erhöhen. Die Zusatzstoffe können allgemein zur Steuerung der Zersetzung des Treibmittels dienen.According to an expedient embodiment, the molten metal is added to the weight of the metal foam body produced therefrom 0.1 to 10 wt.% Of an additive. The additive may contain at least one substance selected from the group consisting of: oxide, carbonate, carbide, pure metal, graphite. In particular, V 2 O 5 , Fe 3 O 4 , Cr 2 O 3 , TiO 2 , CuO, Mn 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 can be used as the oxide. Suitable carbides are, for example, VC, SiC. Suitable carbonates are: MgCO 3 , CaCO 3 . Suitable pure metals are: V, Ti, Mn, Fe, Ni. Such additives improve the foaming behavior of the molten metal. They can also cause an in situ oxidation of the molten metal. Furthermore, they can act as nucleating agents in the formation of gas pores in the molten metal. Finally, they can also serve as a catalyst for the decomposition of the propellant. You can increase the gas yield and the decomposition rate of the propellant. The additives may generally serve to control the decomposition of the blowing agent.
Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als Leichtmetall zur Herstellung der Metallschmelze voroxidiertes Leichtmetall oder rezykliertes Leichtmetall zu verwendet. Die in solchen Leichtmetallen enthaltenen Oxide dienen zur Stabilisierung der Schaumstruktur.Further it has proved to be useful as Light metal for the production of molten metal Preoxidized light metal or recycled light metal used. Those contained in such light metals Oxides serve to stabilize the foam structure.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Metallschmelze einen Festphasenanteil zwischen 0 und 70 Vol.% enthalten. In diesem Fall handelt es sich um eine so genannte "Semi-Solid-Schmelze".To In another embodiment, the molten metal may be a solid phase fraction between 0 and 70 vol.%. In this case, it is around a so-called "semi-solid melt".
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, in einen einzigen Formhohlraum sowohl Metallschmelze mit darin homogen eingemischtem Treibmittel als auch Metallschmelze ohne Treibmittel einzuspritzen. Damit gelingt die Herstellung komplexer Bauteile, die in ihrem Inneren lediglich zum Teil eine Metallschaumstruktur aufweisen. Andere Bestandteile des hergestellten Formkörpers sind vollständig dicht aus Metall hergestellt. In diesen Bereichen ist es beispielsweise möglich, Gewindebohrungen einzubringen.To In a further embodiment, it is also possible in a single mold cavity both molten metal with homogeneously blended propellant and to inject molten metal without propellant. This succeeds the production of complex components, which in their interior only for Part have a metal foam structure. Other components of the are produced shaped body Completely made of metal. For example, in these areas possible, To introduce threaded holes.
Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Metallschaumkörper, der zweckmäßigerweise mit einer allseitig geschlossenen äußeren Oberfläche und einem davon umgebenen aus einem Metallschaum gebildeten Inneren besteht.object The invention is furthermore a method according to the invention manufactured metal foam body, the expediently with a fully enclosed outer surface and an inside surrounded by a metal foam formed consists.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention with reference to the drawing explained. It demonstrate:
In
Zur
Herstellung des in
Zur
Herstellung des in
In
In
In
Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Metallschaumkörpers beschrieben.following a further example for the production of a metal foam body according to the invention will be described.
Es
werden 3,25 g Magnesiumhydrid und 5,5 g Magnesiumkarbonat in der
Mischeinrichtung
- 1 1
- Vorratsbehälterreservoir
- 2 2
- Leitungmanagement
- 3 3
- Formhohlraum mold cavity
- 4 4
- Mischvorrichtungmixing device
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