DE19717894B4

DE19717894B4 - Verfahren zur Herstellung von porösen Matrixmaterialien, insbesondere Formkörper auf Basis von Metallen, und von Halbzeug dafür

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Publication number: DE19717894B4
Application number: DE1997117894
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Wörz; Peter Dipl.-Phys. Schulz; Franz Feuchtenschlager
Original assignee: MEPURA METALLPULVER; Mepura Metallpulver GmbH
Current assignee: MEPURA METALLPULVER; Mepura Metallpulver GmbH
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2017-04-29
Also published as: AT406649B; DE19717894A1; ATA78696A

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Metallschaum, insbesondere vom geformten Metallschaumteilen, durch:
– Kompaktieren eines metallhaltigen Pulvers und mindestens eines Treibmittelpulvers unter einem Druck von über 100 MPa, bevorzugt über 500 MPa zu einem im wesentlichen porenfreien kompakten Halbzeug; und
– Erwärmen des Halbzeugs auf eine Temperatur über der Treibmittelzersetzungstemperatur unter Aufschäumen zum Schaumformkörper.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum, insbesondere von geformten Metallschaumteilen sowie danach hergestelltes Halbzeug.
Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper auf Metall- und Legierungsbasis, bei denen ein Metallpulver-Treibmittelgemisch zu einem Halbzeug verarbeitet und dann zu einer definierten Form aufgeschäumt wird, bekannt geworden.

In der US-A-30 87 807 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Mischung aus einem Metallpulver und einem Treibmittelpulver bei einem Preßdruck von mindestens 80 MPa in einem ersten Schritt kalt kompaktiert wird. Durch anschließendes Warmstrangpressen wird die so kompaktierte Mischung umgeformt und dann durch Erhitzung auf mindestens die Schmelztemperatur des Metalles in einer Form zum gewünschten porösen Metallkörper aufgeschäumt. Ausdrücklich wird in der genannten US-PS darauf hingewiesen, daß eine bloße Verdichtung des Metallpulvers, selbst unter hohem Druck, nicht die erforderliche Bindung der Metallteilchen aneinander gewährleistet, womit es technisch nicht interessant ist. Erfolgsversprechend sollen gemäß dieser US-PS vielmehr ein Umformgrad von mindestens 87,5 % beim Strangpressen und eine Temperatur von über 400 °C, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des jeweiligen Metalles sein. Nur so kann sichergestellt werden, daß durch die Reibung der Partikel aneinander während des Verformungs- und Kompaktierungsschrittes die Oxidhäute zerstört werden und die Metallteilchen über jene Oberflächenstellen ohne Oxidhaut sich gut miteinander verbinden.

Die Nachteile dieser Verfahrensweise bestehen in den an sich aufwendigen verfahrenstechnischen Bedingungen, insbesondere in der notwendigen Anwendung von echten Warmarbeitswerkzeugen und im geforderten hohen Umformgrad beim Strangpressen. Nachteilig ist auch der ausschließliche Einsatz von Treibmitteln, deren Zersetzungstemperatur oberhalb der Kompaktierungstemperatur liegen muß, da sonst das Gas während des Extrusionsvorganges entweichen würde. Diese Nachteile verursachen nicht nur hohe Kosten, sondern setzten der Verfahrensproduktivität insgesamt Grenzen.

Weitere Verfahren zur Herstellung von porösen Metallkörpern sind in der DE-PS 4018360 bzw. in der EP-A1-460392 beschrieben. Diese Verfahren bauen auf der in der US-PS 30 87 807 beschriebenen Ansicht der Fachwelt auf, wonach durch hohe Drücke während des Kompaktierens des Metallpulver/Treibmittelgemisches allein eine gasdichte Verbindung der Metallteilchen nicht erreichbar ist. Anstelle eines Kaltkompaktierens mit nachfolgendem Strangpressen mit hohen Umformgraden wird ein echtes Heißkompaktieren vorgeschlagen, bei dem Druck- und Temperaturverhältnisse herrschen, bei welchen eine Verbindung der Metallpartikel überwiegend durch Diffusionsvorgänge eintritt, wobei mit dem hohen Druck eine Zersetzung bzw. Gasentwicklung des Treibmittels verhindert wird. Die Herstellung des aufschäumbaren Halbzeugs erfolgt dann erst in einem Heißkompaktierungsschritt bei höheren Temperaturen. Dabei wird eine Mischung aus Metallpulver und gasabspaltendem Treibmittelpulver zu einem Halbzeug heißkompaktiert, und zwar bei einer Temperatur, bei der die Verbindung der Metallpulverteilchen überwiegend durch Diffusion erfolgt und bei einem Druck, der hoch genug ist, um die Zersetzung des Treibmittels zu verhindern derart, daß die Metallteilchen sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluß für die Gasteilchen des Treibmittels darstellen. Der aufschäumbare Metallkörper kann auch durch Walzen hergestellt werden. Weiterhin wird eine Verwendung des so hergestellten aufschäumbaren Metallkörpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers vorgeschlagen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß eine relativ hohe Temperatur zur Heißkompaktierung des Metallpulver-Treibmittel-Pulvergemisches eingestellt werden muß und daß gleichzeitig besonders hoher Druck aufrechterhalten werden muß, um bei der hohen Temperatur eine Zersetzung des Treibmittels zu verhindern. Die Temperaturen, bei denen eine Verbindung der Metallpulverteilchen überweigend durch Diffusion erfolgt, liegen in der Regel oberhalb der Zersetzungstemperaturen der eingesetzten Treibmittel, und nur durch Aufbringung eines ausgesprochen hohen Druckes können die Zersetzungstemperaturen der Treibmittel auf einem Wert gehalten werden, der unterhalb der Diffusionstemperatur liegt. Dieses Verfahren ist somit schwierig zu beherrschen und nur mit einer beschränkten Anzahl von Treibmitteln und Metallen durchführbar. Ein besonderer Nachteil dieses Verfahrens besteht in dessen niedriger Produktivität infolge der vergleichs weise langen Verweildauer des Metallpulver/Treibmittelgemisches in der Heißpreßvorrichtung und der notwendigen Erwärmung jedes einzelnen „Halbzeugs".

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Körper ist aus der GB-PS 939 612 bekannt. Der Einschluß des Treibmittels zwischen die metallpulverteile und deren Verbindung miteinander erfolgt hier analog zur genannten US-PS durch Strangpressen bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles und unterhalb der jeweiligen Zersetzungstemperatur des Treibmittels. Der stranggepreßte Körper wird dann einer Erhitzung auf eine Temperatur unterworfen, die über der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles liegt.

Die Nachteile diese zuletzt beschriebenen Verfahrens bestehen im kostenaufwendigen Einsatz von Warm- bzw. Heißstrangpreßwerkzeugen, dem Einsatz erwärmter Metall-Treibmittel-Pulvergemische und den ebenfalls langen Exponierzeiten beim Schäumen der Halbzeuge.

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit möglichst geringem verfahrensmäßigem Aufwand Metallschaum bzw. aus demselben bestehende Formkörper, Werkstücke oder Gegenstände zu fertigen, wobei es wichtig ist, daß das für den Schrift des Aufschäumens eingesetzte Halbzeug ebenfalls möglichst rasch und einfach hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das aufweist:
Kompaktieren eines metallhaltigen Pulvers und mindestens eines Treibmittelpulvers unter einem Druck von über 100 MPa, bevorzugt über 500 MPa zu einem im wesentlichen porenfreien kompakten Halbzeug; und Erwärmen des Halbzeugs auf eine Temperatur über der Treibmittelzersetzungstemperatur unter Aufschäumen zum Schaumformkörper.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bevorzugt wird dabei ein homogenes Gemisch bzw. Gemenge von (Leicht-)Metall-Partikeln und Partikeln eines bei einer Gasabspaltungs- bzw. Zersetzungstempera tur oberhalb der bei der eingangs genannten Kompaktierung des Partikel-Gemen-ges bzw. Gemisches zum genannten Halbzeug auftretenden Temperaturen, bevorzugt oberhalb von 350°C, aufweisenden Treibmittels mit Metallpulver als solches oder nach Überführung des Gemischs in einen Halbzeug im Rahmen eines Formstabilisierungsschrittes mit einer der jeweils herrschenden Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur oder im auf eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von bis zum maximal 320°C erwärmten Zustand in einem Verformungs- und Kompaktierungs-Schritt unter Beaufschlagung mit einem Druck im Bereich von über 100 MPa, bevorzugt im Bereich von 500 MPa aufwärts (wobei ein oberer Grenzwert zwischen etwa 1000 MPa und etwa 1500 MPa liegen kann, welcher im Falle eines Einsatzes schwieriger verpreßbarer Metalle auch überschritten werden kann), formgebend in einen im wesentlichen porenfreien, kompakten Halbzeug-Formkörper, übergeführt wird, wonach

– gegebenenfalls durch eine Abkühlphase, Lagerung, Transport oder dgl., zeitlich beabstandet – und
– bevorzugt unter Ausschluß von Zwischenbehandlungs-Schritten, wie insbesondere Zwischenerwärmung, Weichglühen, Tempern, (Nach-)Kompaktieren, (Nach-) Verformung oder dgl.

das erhalte Halbzeug im Schäum-Schritt unter Erwärmung auf eine jeweils vorgesehene Schäumungstemperatur zum gewünschten finalen Matrixmaterial insbesondere Formkörper bzw. Werkstücke, aufgeschäumt wird.

Vorteil des neuen Verfahrens ist, daß bei Raumtemperatur bzw. bei tatsächlich nur wenig erhöhten Temperaturen und mit einem konventionellen, einfachen Kompaktierungsschritt die Voraussetzungen für eine sehr effektive nachfolgende Aufschäumung des Metalles erreicht wird. Die gesamte Vorgangsweise ist damit im Vergleich zu den bisher bekannt gewordenen Verfahren zur Herstellung von Schaummetallen wesentlich vereinfacht, und es werden, Metallschäume erzielt, die mit ihren Eigenschaften eine große Palette von Anforderungen, insbesondere hinsichtlich Dichte und Stabilität abdecken und gleichmäßige Porenstrukturen haben.

Es soll darauf verwiesen werden, daß ein Gegenstand der Erfindung in der Herstellung des für den Erhalt der neuen, besonders homogenporigen und spezifisch leichten Metallschaum-Formkörper einzusetzenden Halbzeugs nach Anspruch 22 liegt. Diese Halbzeug-Herstellung ist in das Verfahren zur Herstellung von Metallschaum integriert und stellt einen Teil desselben dar.

Das danach erhältliche Halbzeug zeichnet sich insbesondere durch geringst mögliches Volumen aus, seine Dichte entspricht praktisch der Dichte der ihm zugrundeliegenden Metallmatrix oder liegt nur geringfügig darunter. Weiters stellt es, wie sich zeigte, ein hervorragend zu Schaumkörpern mit äußerst homogener Porosität überraschend niedriger Dichte bei gleichzeitig hoher Festigkeit führendes Halbzeug dar.

Zu bevorzugten Verfahrensvarianten, Einsatzprodukte, Verfahrensbedingungen, Endmaterialqualitäten und dgl. wird ausgeführt:
Für eine gegen Gasaustritt dichte Metallmatrix mit zusammenhängender Struktur und damit einen Halbzeug-Formkörper hoher Kompaktheit trotz Niedertemperatur-Verpressung des Metall-/Treibmittel-Prartikelgemisches sind Metall-Partikel gemäß Anspruch 2 von besonderem Vorteil. Hier ist noch anzumerken, daß z. B. Silizium nicht duktil ist, jedoch beim Kaltkompaktieren dessen Partikel von einer weicheren Metallphase umhüllt und eingeschlossen werden.

Für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren sind die im Anspruch 3 genannten Metalle und deren technisch interessanten Legierungen besonders günstig, da sie zu einer für die erfindungsgemäße Kompakt-Verformung günstigen Duktilität beitragen.

Für das Schäumverhalten und die spätere Beanspruchbarkeit der Schäume ist der Eisatz von Metallpartikeln gemäß Anspruch 4 und von Treibmittelpartikeln gemäß Anspruch 6 günstig, wobei Hydride neben ihrer hohen Zersetzungstemperatur den Vorteil haben, dass ihre Metallkomponenten als Legierungsbestandteile in die Matrix der Schaummetallkörper integrierbar sind und so Festigkeitsverluste durch Fremdeinschlüsse und Inhomogenitäten vermieden werden können. Zu den Treibmitteln ist im allgemeinen zu bemerken, daß die ins Vormaterial eingebrachte Treibmittelmenge gewöhnlich gering ist. Rückstände von Treibmittelträgern, wie z. B. von Titan bei Titanhydrid; sind immer vorhanden. Die Rückstände, wie z. B. bei der Verwendung von Natriumcarbonat, können, wie gefunden wurde, auch einen positiven Einfluß auf die Schaumstabilität haben. Bei der Wahl der Treibmittel sind die von ihnen entwickelbare Treibgasmenge im Treibmittelträger, die Gasabspaltungstemperatur und der Preis wesentliche Kriterien.

Aus der einschlägigen Literatur ist eine Vielzahl von anderen Treibmitteln bekannt, deren Wirksamkeit durchaus unterschiedlich ist, siehe DE-PS 1,201,559 und DE-OS 1433112.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Kaltkompaktierens zeigt sich auch darin, daß verschiedenste Treibmittel, auch solche, die schon bei niedrigen Temperaturen Gase) abspalten, gemäß diesem Verfahren zu Halbzeug verpreßt werden können, ohne daß dabei Treibmittel verlorengeht, da das Verfahren bei niedrigen Temperaturen funktioniert.

Um ein Aneinandergleiten bei der Kompaktierung selbst zu fördern und die Möglichkeit von Verunreinigungen der Oberflächen der Metall-Partikel möglichst gering zu halten, ist der Einsatz globularer Partikel gemäß Anspruch 7 vorteilhaft, nadelige Partikel haben die günstige Tendenz, sich beim Verpressen ineinander zu verfilzen. Die angestrebte Verpressung gelingt problemlos, solange zwischen den Körnern oder Teilchen zumindest kleine Zwischenräume sind, in welche sie hineingepreßt werden können und eine gewisse, für die Verreibung oder Verpressung notwendige Relativbewegung gegeneinander ausführen können.

Bezüglich Korngrößen der Metallteilchen sind die Grenzen an sich relativ weit gesteckt, allerdings hat sich eine Einhaltung der im Anspruch 8 angegebenen Bereiche als für die Kürze und Effektivität des verfahrenswesentlichen Kompaktierungs-Schrittes vorteilhaft erwiesen. Hierbei sind insbesondere auch gezielt gestaltete Korngrößen-Spektren der Metall-Partikel eingeschlossen. An sich wurde beobachtet, daß es oft günstig ist, kleine Teilchen zu verpressen, wobei dann mehr Oxidhaut im Schaum vorhanden ist, welche wahrscheinlich positiv zur Schaumstabilität beitragen kann.

Aus im wesentlichen gleichen Gründen ist ein Einsatz von Treibmittel-Partikeln in den in Anspruch 9 genannten Grössenbereichen zu bevorzugen.

Der Umschließung dieser Treibmittelpartikel mit Metall-Partikeln im Sinne der Verhinderung einer vorzeitigen Gasabspaltung durch dichtende Umhüllung der Treibmittelteilchen besonders förderlich ist eine wie im Anspruch 10 genannte Oberflächenqualität derselben.

Günstige Mengenverhältnisse zwischen Metall und Treibmittel, insbesondere für solche auf Metallhydridbasis, sind im Anspruch 11 angegeben.

Der Gleichmäßigkeit der Porenbildung – bezüglich der Verteilung der Poren in der Matrix und ihrer Dimensionen – beim Schäumen besonders zuträglich ist eine Verfahrensführung gemäß Anspruch 12. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn sehr dünnes Vormaterial hergestellt werden soll. Ist z. B. die Korngröße des Treibmittels zu hoch, kann dieses nicht gasdicht umschlossen werden und es tritt kein Aufschäumen auf.

Zur Einbringung des lockeren Metall-/Treibmittel-Partikelgemisches in den Kompaktierungs-Schritt, ist beim Einsatz eines diskontinuierlichen Gesenk- bzw. Formpreß-Vorganges eine lose Schüttung vorteilhaft, für Walzvorgänge oder Strangpressen ist eine Ummantelung des Teilchen-Gemenges oder dgl. gemäß Anspruch 13 von Vorteil.

Besonders bevorzugte Verfahrensweisen für den Verformungs- und Kompaktierungs-Schritt des neuen Verfahrens gibt der Anspruch 14 an.

Eine Kompaktierung praktisch auf die Dichte der Matrix hin oder ganz nahe zu ihr gemäß Anspruch 15 bringt den wesentlichen Vorteil von beim Temperaturanstieg kontinuierlich wachsenden Porenvolumina beim Schäumen ohne Diskontinuitäten, womit eine gezielte Kontrolle und genaue Steuerung des Schäumvorganges auf eine wunschgemäße zu erreichende Metallschaum-Dichte ermöglicht wird. Es wurde gefunden, daß, je weniger dicht das Vormaterial ist, um so mehr Treibmittelgas vor dem Erreichen des Schmelzzustandes entweichen kann und um so weniger zum Aufblähen des Schaumes zur Verfügung steht. Der Grenzfall tritt dann ein, wenn der kompaktierte Körper so undicht ist, daß überhaupt kein Aufschäumen mehr stattfindet, weil schon vorher alles Treibmittel entwichen ist.

Vorteil eines Vorgehens gemäß Anspruch 16 ist es, im Betrieb schon vorhandene Warmvertormungs – Ausrüstungen zum Einsatz bringen zu können, wobei aber die wesentlichen Kriterien des „kalten" Arbeitens, also eines Kompaktierens bis maximal 320°C einzuhalten sind.

Die Angaben für die Temperaturen der im Anspruch 16 genannten einzelnen Bereiche innerhalb des Kompaktierungs- Preßwerkzeuges sagen nur etwas über die Temperatur, die an der Oberfläche auf den dort eingebrachten Vor-Formkörper einwirkt, aus. Dieser Vor-Formkörper kann aber selbst innen durchaus „kalt" sein und bleibt es, abgesehen von einer durch die Verformungsarbeit selbst bewirkten Erwärmung, auch da die Verweilzeiten im Kompaktier-Werkzeug selbst bervorzugt sehr kurz gehalten werden. Warme Werkzeugteile erleichtern jedoch den Material-Fließprozeß beim Pressen selbst.

Besonders typische Datez für die Preßzeiten finden sich für eine möglichst optimale Prozeßführung im Anspruch 18. Die angegebene Preßzeit von 5 s bedeutet beim Strangpressen die Zeit vom Bewegungsbeginn des Preßkolbens, der auf dem Vormaterial aufsitzt, bis zum Bewegungsende des Preßkolbens, d.h. bis das Material aus dem Rezipienten herausgedrückt worden ist. Eine zweimalige Druckbeaufschlagung ist an sich nicht die Regel. Es wurde in den nachfolgenden Beispielen insbesondere deshalb zweimal mit dem Preßstempel auf das Pulver gedrückt, um sicherzugehen, ein schäumbares Vormaterial zu erhalten. Beim Pulverpressen in einer Preßform bedeuten 5 s die Zeit vom Bewegungsbeginn des Preßstempels bis zu dem Zeitpunkt, in dem das Pulver so verdichtet ist, daß sich der Stempel nicht mehr weiter in die Preßform hinein bewegt. Insbesondere im Hinblick auf eine Stabilisierung erwünschter Phasen im Halbzeug, welche bei der Schäumung günstig sind und zu Schaum-Metallkörpern mit gezielten Festigkeitseigenschaften ihrer Matrix führen, kann eine Abkühlphase gemäß Anspruch 19, die gegebenenfalls auch einem Abschrecken entspricht, Vorteile bringen.

Wärmeenergiesparend bzw. auch günstig für die Struktur des letztlich geschäumten Metalls kann eine direkte Abfolge von Kompaktierungs- und Schäumungs-Schritt gemäß Anspruch 20 sein.

Der Gegenstand des Anspruchs 21 würde bereits weiter oben behandelt. Er betrifft die Herstellung des lager- und transportstabilen Halbzeugs.

Allgemein ist ergänzend noch folgendes auszuführen:
Erfindungsgemäß wird ein Halbzeug bzw. Ausgangsprodukt zur Verfügung gestellt, mit dem sofort oder nach einer Zeitspanne, allenfalls nach Abkühlen des Halbzeugs und/oder Lagerung desselben, bei einer vorgegebenen Schäumungstemperatur ein Gegenstand aus aufgeschäumtem Metall erstellt werden kann.

Der Schäumvorgang im Rahmen der Erfindung wird in Form eines üblichen bekannten Schäumvorganges zur Herstellung von Metallschaum-Formkörpern vorgenommen; erfindungsgemäß wird jedoch das für derartige Schäumvorgänge eingesetzte Halbzeug in ausgesprochen einfacher Weise erstellt, nämlich lediglich durch einen Preßschritt bei Raumtemperatur oder etwas erhöhter Temperatur. Gegebenenfalls kann der Kompaktierungs-Schritt mehrstufig ausgefürt werden, indem z. B. bestimmte, stufenweise steigende Preßdrücke eventuell mit Zwischenentspannungen auf die Mischung ausgeübt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der Preßdurck beim Kompaktierungspressen über längere Zeitspannen, z. B. einige Stunden lang, aufrechterhalten wird.

In jedem Fall muss die Kompaktierungstemperatur unterhalb der einem jeweiligen Kompaktierungsdruck entsprechenden Zersetzungstemperatur des Treibmittelpulvers liegen.

Die Gesenkform der Pressen bzw. die Form der Düse beim Strangpressen zur Herstellung des Halbzeugs kann an die Endform des zu erzeugenden Gegenstandes angepasst werden. Wesentlich ist die Einhaltung des Kompaktierungsdruckes , bevorzugt von 750 bis etwa 1000 MPa. Der Preßdruck ist je nach Größe der Teilchen bzw. der Temperatur beim Kompaktieren zu variieren. Das Metallpulver hat vorteilhafterweise eine höhere Teilchengröße als das Treibmittelpulver.

Als Treibmittel sind bevorzugt handelsübliche eingesetzt worden.

Das Halbzeug, das durch das Kompaktieren erhalten wird, kann mechanisch, d.h. durch spannende Bearbeitung, in seiner äußeren Form verändert und so an das letztlich geschäumte Metallprodukt angepasst werden.

Es ist jedoch erfindungsgemäß besonders bevorzugt, daß keinerlei weitere Umformung oder Zwischenverformung dieses Halbzeugs z. B. durch Formpressen, bzw. auch keine Wärmebehandlung, wie z. B. Tempern, vorgenommen wird, bevor das Halbzeug dem Schäumvorgang unterworfen werden.

Für das Schäumen etwa typisch ist die folgende Arbeitsweise:
In einen auf 860°C vorgewärmten Ofen wird eine Form mit eingelegtem erfindungsgemäß erhaltenem Vormaterial hineingestellt. Der Aufschäumvorgang wird dann beendet, wenn aus der Form überschüssiger Schaum herausquillt Insgesamt handelt es sich dabei um einen ausgesprochen dynamischen Vorgang, die Temperaturen steigen solange an, bis die Form aus dem Ofen entnommen wird. Die Temperaturen des Schaums liegen bei der Legierung AlMg0,6Si0,4 etwa um 700°C. Be AlSi10Mg1 liegen die Schaumtemperaturen eher tiefer.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert:
Beispiel 1
Mit 749 MPa kaltkompaktiertes AlMg0,6Si0,4-Pulver mit 0,4% TiH₂
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit einer mittleren Korngröße von 30μm (maximale Größe etwa 400μm) mit 0,4% TiH₂(mittlere Korngröße 320μm) wird in eine Preßform eingebracht, und zweimal mit 749 MPa zu einer Platte gepreßt. Die Preßdauer betrug jeweils 5 s. Das Pulver hatte in der Form vor dem Pressen eine Temperatur von 23°C. Die so erzeugte kompaktierte Halbzeugmaterialplatte hatte eine Dichte von 2,55g/cm³.
Dieses Halbzeug-Material wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,5 K/s auf eine in seinem Inneren gemessene Endtemperatur von 672°C erwärmt und geschäumt. Das Schaummaterial hatte eine Dichte von 0,6 g/cm³ und besaß gleichmässig verteilte Poren mit Durchmessern von 2 bis 5 mm.
Beispiel 2
Mit 876 MPa kaltkompaktiertes AlMg0,6Si0,4-Pulver mit 0,4% TiH₂
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit einer Korngröße von < 400μm mit 0,4% TiH₂ (< 300 μm) wird in eine Preßform eingebracht und unter Zwischenschaltung einer Entspannungsphase (5 s) zweimal mit 876 MPa gepreßt. Die Preßdauer betrug jeweils 5 s. Das Pulver hatte in der Form vor dem Pressen eine Temperatur von 23°C. Das so kompaktierte Halbzeug hatte eine Dichte von 2,60 g/cm³. Es wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,5 K/s auf eine Endtemperatur von 676°C erwärmt und geschäumt. Der Schaum hatte eine Dichte von 0,58 g/cm³ und besaß gleichmäßig über den Querschnitt verteilte Poren mit Durchmessern von 2 bis 5 mm.
Beispiel 3
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit 0,4% TiH₂ kalt stranggepreßt
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit einer Korngröße von < 400 μm mit 0,4% TiH₂ (< 300 μm) wird in einer Presse zu einem zusammenhängenden Körper mit einer Dichte von 2,4 g/cm³ primär-kompaktiert, um dessen Weiterverarbeitung in einer Horizontalstrangpresse zu ermöglichen. Der Körper wird mit einer Temperatur von 24°C in eine Strangpresse eingelegt und innerhalb von 5 s mit einem Pressdurck von 978 MPa zu einem Rechteckprofil stranggepreßt. Die Temperatur des Rezipienten selbst betrug 180°C. Das entstandene Profil hat eine Dichte von 2,62 g/cm³.
Das so kompaktierte Halbzeug wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,5 K/s auf eine Endtemperatur von 680°C erhitzt und geschäumt. Der Schaum hatte eine Dichte von 0,6 g/cm³ und besaß Poren mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm.
Beispiel 4
Bei einer Bolzentemperatur von 290°C stranggepresstes AlMg0,6Si0,4-Pulver mit 0,4% TiH₂
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit einer Korngröße von 100 bis 400 μm mit 0,4% TiH₂ (50 – 250 μm) wird in einer Presse zu einem zusammenhängenden Körper zylindrischer Form mit einer Dichte von 2,45 g/cm³ primär formstabilisiert, um diesen in einer Horizontalstrangpresse verarbeiten zu können. Der Körper wird mit einer Temperatur von 290°C in eine Strangpresse eingelegt und innerhalb von 5 s mit einem Preßdruck von 978 MPa stranggepresst. Die Rezipiententemperatur betrug 180°C. Das entstandene Profil hat eine Dichte von 2,64 g/cm³.
Das so erzeugte Halbzeug wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,5 K/s erwärmt und geschäumt. Der Schaum hatte eine Dichte von 0,51 g/cm³ und besaß gleichmäßig verteilte, isolierte Poren mit Durchmessern von 3 bis 5 mm.
Beispiel 5
Bei 120°C kompaktiertes AlSi10Mg1-Pulver mit 0,4% TiH₂
AlSi10Mg1-Pulver mit einer Korngröße von < 400 μm mit 0,4% TiH₂ (mittlere Korngröße: 300 μm) wird in eine Preßform eingebracht und unter Zwischenschaltung einer Entspannung von 5 s Dauer mit 876 MPa gepresst. Die Pressdauer betrug jeweils 5 s. Das Pulver hatte in der Form vor dem Pressen eine Temperatur von 120°C. Das dabei erhaltene Halbzeug hatte eine Dichte von 2,57 g/cm³. Es wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,5 K/s auf 668°C erwärmt und geschäumt. Der Schaum hatte eine Dichte von 0,62 g/cm³ und besaß gleichmäßig verteilte Poren mit Durchmessern von 3 bis 6 mm.
Beispiel 6
Bei 309°C stranggepresstes AlSi10Mg1-Pulver mit 0,4% TiH₂
AlSi10Mg1-Pulver mit einer Korngröße von < 400 μm mit 0,4% TiH₂ (Korngröße: 300 μm) wird in einer Presse zu einem zusammenhängenden Körper zylindrischer Form mit einer Dichte von 2,04 g/cm³ primär formstabilisiert, um diesen in einer Horizontalstrangpresse verarbeiten zu können. Der Körper wurde mit einer Temperatur von 309°C in eine Strangpresse eingelegt und innerhalb von 5 s mit einem Preßdruck von 978 MPa stranggepreßt. Das entstandene Profil hat eine Dichte von 2,66 g/cm³. Das so erzeugte Halbzeug wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,5 K/s auf 662°C erwärmt und geschäumt. Der Schaum hatte eine Dichte von 0,48 g/cm³ und besaß Poren mit Durchmessern von 2 bis 4 mm.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Metallschaum, insbesondere vom geformten Metallschaumteilen, durch: – Kompaktieren eines metallhaltigen Pulvers und mindestens eines Treibmittelpulvers unter einem Druck von über 100 MPa, bevorzugt über 500 MPa zu einem im wesentlichen porenfreien kompakten Halbzeug; und – Erwärmen des Halbzeugs auf eine Temperatur über der Treibmittelzersetzungstemperatur unter Aufschäumen zum Schaumformkörper.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver im Halbzeug das Treibmittel matrixartig gasdicht umschließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver Metalle auf Basis von Al, Mg, Zn, Ti, Si, Cu, Mn, Fe oder mindestens eine Knet- und/oder Gußlegierung dieser Metalle aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichet, dass das Metallpulver mindestens eine Aluminium-Guß- und/oder Knetlegierung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver eine Al-Mg-Si-Metall-Legierung, insbesondere AlMg0,4, AlMg10Si1, AlMg1Si1, AlMg1Si0,6 oder AlMg0,6Si0,4 umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel-Partikel Übergangsmetall-Hydride, insbesondere TiH₂, ZrH₂, LaNi₅H₇ oder FeTiH₂ aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulver-Partikel eine im wesentlichen glatte Oberfläche und eine globuläre oder nadelige Form haben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulverteilchengrößen im Bereich von 5 bis 1000 micrometer, im wesentlichen im bevorzugt zwischen 300 bis 600 micrometer liegen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibmittelpartikelteilchengrößen unter 300 micrometer liegen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibmittelpartikel eine rauhe Oberfläche haben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibmittel-Partikel zu 0,1 bis 1,0 Massen%, bevorzugt 0,2 bis 0,5 Masse% der Gesamtmenge des Metall-Treibmittelgemisches eingesetzt werden.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Metall- und Treibmittelpulver in Partikelgrößenverhältnissen eingesetzt werden, dass beim Kompaktieren die Treibmittel-Partikel im wesentlichen allseitig dicht von Metallpartikeln umschlossen werden.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-/Treibmittel-Partikelgemisch in einer Hülle eingeschlossen dem Verformen und Kompaktieren unterworfen wird.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompaktieren einen – ggf. wiederholten, Schmiede-, Walz-, Form-, Fließ- oder Strangpreßvorgang umfasst.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompaktierte Halbzeug im wesentlichen gleiche Dichte wie eine Metalloder Metalllegierung gleicher Zusammensetzung besitzt.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompaktieren bei erhöhter Temperatur, unterhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, durchgeführt wird.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kompaktieren durch Strangpressen die Temperatur des Rezipienten der Presseinrichtung auf Umgebungstemperatur bis 320 °C und die Temperatur des Presskolbens auf Werte bis 320 °C eingestellt wird.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kompaktieren über 5 sec bis 15 min, insbesondere 10 sec bis 3 min, Druck auf das Gemisch ausgeübt wird.
Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug nach der Kompaktierung abgeschreckt wird.
Verfahren nach eine der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug unmittelbar nach der Kompaktierung geschäumt wird.
Verfahren zur Herstellung von Schaummetall durch Aufschäumen von Halbzeug unter Wärmezuführung, wobei ein Gemisch von Metallpulver und Treibmittel auf eine Temperatur von über 350 °C erhitzt wird, ggf. gekühlt und/oder spanabhebend geformt wird.
Halbzeug, hergestellt durch das Verfahren nach einem der vorangehenden An- spräche.