DE19918685A1

DE19918685A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geschäumten Metallen mit kontrollierter Erzeugung ausgeprägter Anisothropien

Info

Publication number: DE19918685A1
Application number: DE19918685A
Authority: DE
Inventors: Jens Lauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-02

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und eine mögliche Vorrichtung zur Erzeugung von geschäumten Metallen mit ausgeprägten Anisothropien festgelegter Ausdehung, festgelegtem Verlauf und festgelegter örtlicher Verteilung. Der Zweck der Erfindung liegt in der Schaffung mechanisch und gewichtsmäßig optimierter Bauteile für verschiedenste Anwendungsfälle.

Description

Verbesserte mechanische Eigenschaften von Hochleistungsbauteilen, wie hohe Festigkeiten in bestimmten Vorzugsrichtungen bei gleichzeitig minimiertem Materialeinsatz, lassen sich durch strukturbildende Maßnahmen im Inneren der Bauteile erreichen.

Dieser Zuwachs an Festigkeit bzw. Steifigkeit führt zu neuen oder veränderten Einsatzgebieten von Metallen, zum Beispiel in sicherheitsrelevanten Berei chen des Automobilbaus, der Flug- und Raumfahrttechnik, der chemischen Industrie, etc.

Bis Dato bekannte Verfahren zur Einbringung von Anisothropien in geschäum ten Metallen [1] nutzen thermische Prinzipien zur Erzielung von lateralen Anisothropien durch die Wahl entsprechender Prozeßparameter.

Die hier vorliegende Erfindung birgt die Möglichkeit in sich, in weitem Rah men frei gestaltbare Anisothropien in wählbaren Bereichen des Werkstoffs bzw. des Halbzeuges zu schaffen, die den mechanischen und thermischen Be messungsanforderungen in weit höherem Maße genügen als die bekannten Verfahren.

Die den legierungsbildenden Metallpulvern des aufzuschäumenden Materials beigegeben Treibmittel werden dahingehend präpariert, daß nun ferromagne tische Metallpartikel, mit im Vergleich zur aufzuschmelzenden Legierung viel höherer Schmelz- und Curie-Temperatur, beigegeben werden, die das an sie gebundene Treibmittel langsam in Gas umsetzen und als lokalisierbare Orte der Gasbildung in der Schmelze fungieren.

Diese Metallpartikel lassen sich von außerhalb der Schmelze durch 3-dimensional steuer- und regelbare Magnetfelder, erzeugt durch zum Beispiel im folgen den beschriebener Magnetspulenanordnung, im Schmelzbad in verschiedene Richtungen bewegen.

Auf den Trajektorien dieser Bewegungsrichtungen geben die Metallpartikel ihr Gas ab und sorgen so für eine bestimmte Struktur und Ausdehnung der Gasblasen in der Schmelze, was wiederum eine Anisothropie des Schaumme talls zur Folge hat.

Die Erzeugung des für die Bewegung der gasabsspaltenden Teilchen in der Schmelze notwendigen Magnetfeldes kann mit der beim Wirbelstromprinzip für die Erreichung der Aufschmelztemperatur notwendigen Magnetfelderzeu gung dahingehend vereint werden, daß die für die Erzeugung der Schmelz temperatur notwendige Erwärmung vom hochfrequenten Anteil des durch die Spulen generierten magnetischen Wechselfeldes und die Bewegung der Metallpartikel durch einen niederfrequenten Anteil des mit der gleichen Spu lenanordnung erzeugten Magnetfeldes erreicht werden kann.

Durch die Einstellung der Magnetfeldverteilung wird dafür gesorgt, daß der Ort wo die Magnetlinien das aufzuschäumende Material, also die Schmelze, verlassen nicht so stark erwärmt ist, daß dort eine Auschäumung und eine Bewegung der Metallpartikel im Material möglich ist. Das führt dazu, daß nur an den erwünschten Orten eine Strukturbildung im Schaummetall erfolgt.

Ebenfalls ist auch eine konventionelle Verflüssigung des Schmelze bis heran an den Temperaturbereich, bei dem die Schäumungspartikel ihr Gas abspalten, möglich. Eine weitere Temperaturerhöhung sorgt nun für das Ingangsetzen des Schäumungsprozesses.

Eine Hindurch- und Hin- und Herbewegung des Schmelzgutes durch einen Bereich starker Erwärmung und starker Verschiebung der magnetisierbaren Metallpartikel ist möglich, so daß ein kontinuierlicher Prozeßverlauf entsteht.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel soll anhand folgender Figuren dargelegt werden.

Fig. 1:
Der magnetische Fluß (2) einer Spulenanordnung (1) wird so gerichtet, daß er, je nach Bedarf, gleichzeitig unter verschiedensten Winkeln, an verschiede nen Orten und mit verschiedensten Intensitäten in einen, von der Spulenan ordnung (1) umbauten geometrischen Querschnitt (3), radial eindringen (4) und an einer anderen Stelle wieder heraustreten (5) kann. Außerhalb des Halbzeugs schließt sich der magnetische Kreis wieder. Die Form und Ausführung des Aufbaus der magnetischen Strukturbildungseinrichtung wird der Form des zu entstehenden Schaummetalls angepaßt. Im Halbzeug gibt es einen Bereich, der sich noch im unaufgeschmolzenen Zustand (6) befindet und einen, in dem der Schmelzprozeß schon stattgefunden hat und schon eine Gasung erfolgt (7). Dadurch werden sich die gasabspaltenden magnetischen Metallpartikel in dem schon aufgeschmolzenen Teil entsprechend der Feldli nien ausrichten und sich in die jeweilige Richtung zu ihrer gegenpoligen Spule hin bewegen. Deshalb laufen sie auf bestimmten Bahnen in festgelegten Be reichen des Querschnitts (3) und erzeugen so extrem langgezogene Gasblasen und damit extreme Anisothropien.

Da die Metallpartikel, falls sie schon bei der Erstellung der Legierung ma gnetisch sind, sich zu Klumpen zusammenballen würden und damit nicht wie erwünscht im Material verteilen lassen könnten, ist erst nach einer Vorver arbeitung der Legierung (verpressen oder/und sintern) eine Magnetisierung dieser Partikel sinnvoll.

Die entstehenden Poren eines auf oben genannte Weise erzeugten Metall schaumes werden dann ähnlich den in Fig. 2 gezeigten Poren aussehen.

Bezugszeichnungsliste

1

Spulenanordnung

2

magnetischer Fluß Φ mit Winkel α und Intensität I₁

an Ort A

3

umbauter Querschnitt

4

Eintrittsstelle des Flusses Φ in das Halbzeug

5

Ort des austretenden des magnetischen Flusses Φ

6

Zone im Halbzeug, im noch-nicht-aufgeschmolzenen Zustand

7

Zone im Halbzeug, im aufgeschmolzenen Zustand

Zur Prüfung heranzuziehende Literatur

(1) Baumeister, Beinhart, Weber: DE 44 24 157 C2
(2) Lytle: US 2215223 (9/1940)
(3) Imich: US2793949 (5 /1957)
(4) Hardy: US3300296 (1 /1967)
(5) Niebylski: US3843353 (10/1974)
(6) Niebylski: US3940262 (2/1976)
(7) Jin; Kenny; Sang: U54973358 (11/1990)

Claims

1. Verfahren zur kontrollierten Erzeugung von Anisothropien in aufschäum baren Materialien, vorzugsweise Schaummetallen, dadurch gekennzeich net, daß während des Schäumungsvorganges im Material eingebrachte gasabspaltende Partikel von außerhalb kontrolliert bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gesteuert Magnetkräfte auf gasabspaltende magnetische Metallpartikel ausgeübt werden, die dazu führen, daß sich der bei Aufschmelzung des Mate rials und damit der bei beginnender Aufschäumung stattfindende Ort der bevorzugten Schaumbildung und Form der Gasblasen durch äußere Einwirkung gewählt werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metallparti kel, auf welche magnetische Kräfte ausgeübt werden können, mit spe ziellen Substanzen versehen werden, die, bei Erwärmung über einen bestimmten Punkt hinaus, Gas abgeben.

4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß sich die Metallpartikel, auf die Kräfte ausgeübt werden, in der Schmelze eines nicht ferromagnetischen Metalls, bzw. einer nicht ferromagnetischen Legierung befinden.

5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Courie-Temperaturen der Metallpartikeln über der Temperatur der Schmelze liegen.

6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabspaltung in der Schmelze so langsam erfolgt, daß sich durch die durch das Magnetfeld ausgelöste Bewegung der Metallpartikel sehr langgezogene und in ihrem Formverlauf einstellbare Gasblasen im Metall bilden.