DE2006445B2 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumschaumformkörpern - Google Patents

Description

Geschäumte Metalle sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 2 895 819 und 3 297431 sowie in du· französischer Patentschrift 1 408 420 beschrieben. Im allgemeinen weiden solche Schaume in der Wei··^ hergestellt, daß m;m eine gasbildende Verbindung einem geschmolzenen Metall zugibt und das Gemisch erhitzt, um die Veiiii..dung unlei Bildung \'cn Treibgas /um Zerfall zu bringen. Das Gas dehnt ' Ji ai;:>, wobei es das Metall zur Schaumbildung

eranlaüt. Nach der Schaumbildung wird der sich ergebend Körper unter Bildung eines geschäumten 1-eststolfs gekühlt. Der gasbildende Feststoll kann ein Mctallhydrid wie TiHj. ZrH- oder Lithimnhydrid, siehe deutsche Auslegevehrii. 1 i-«;4 102, sein

Viele Schäume nach dem Stand d r Technik haben Zellen von nicht einheitlicher Stru^l'ur oder die ZeI len sind unerwünscht groll Der Hauptgrund hierfür ist die Unfähigkeit, ein Treibgas zu bilden und es innerhalb der gesamten zur Schaumbildung vorge- 5" sehenen Masse mit optimalen Geschwindigkeiten /u dispergieren. Es besteh! daher ein Bedürfnis nach »mein Verfahren, durch das man die Viskosität des geschmolzenen Materials erhöht, um die Treib bzw. SchaumbHdungsstufe zu unterstützen.

So ist es aus der französichen Patcntschrifi-1408 420 bekannt, Aluminiumschmelzen vor der. beispielsweise mit Titan- oder Zirkoniumhuliiden bewirkten Verschäumimi'.. /um Zwecke dei Viskosi tätscrhöhung, femteilige -ilikatische Materiahen m- 6r zusetzen. Diese Verfahrensweise h.11 jedoch den erheblichen Nachteil, daß die ersi.tr: Ά-. Schäume sowohl an ihrer Oberfläche ab nr.ch im Im ren mit den silikatischen viskositätserbuh. ;■ ■' 11 Zus:i!.en verunreinigt sind, Fs ist vveitei HeK .; ■· .\\\: l.i/ieiung f.$ einer optimali-n Ausnuiz.in ■ des ;i Ve: .haumungsmittel ZUg^-IHZtCIi Titanh\d.;i.i- Ju /Ά ct/ung des Titanhydrids in I¹ orm irii-j uiemisi '.lh !< Fiktion, nämlich durch Oxydation beispielsweise mit Sauerstoff, überhitztem Wasserdampf oder MnO; zu bewirken. Dieses Verfahrensprinzip steht in keinem Zusammenhang mit jener Verfahrensgruppe, bei der die Verschäumung durch thermische Dissoziation von Meiallhydriden erfolgt, also jene Verfahrensgruppe, zu der auch das vorliegende Verfahren gehört.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von festen Aluminiumschaumformkörpern mit kleiner und einheitlicher Porengröße unter Einbringen eines Materials zur Viskositätserhöhung und anschließendem Einbringen eines Metallhydrid-Treibmittels in eine Schmelze aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung und Erstarrenlassen des Schaumes, mit dem Kennzeichen, daß man zur Viskositäiserhöhung Kohlendioxid, Stickstoff, Lu!:. Sauerstoff oder Wasser in chemisch nicht gebundener. freier Form, in einer Menge von 0,25 bis 60g,l (H) g Legierung, urne; intensivem Mischen in die Aluminiumlegierungsschmelze vor Zugabe des als Treibmittel verwendeten Titan-, Zirkonium- oder Hafniumhyüiids einbringt, wobei die erforderliche Menge an Treibmittel geringer als üblich ist und 0.2 bis 1.0 g . 100 g Legierung beträgt.

F.rnndungsgemäß wird also die Viskosität einer Scnmeize aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung durch COj, N-. Luft, Sauerstoff :Jer Wasser erhöht unJ dann erst die Schaumbildung der viskosen FhmeIze mit dem Treibmittel bewirk».

Diese viskosen Schmelzen liefern bessere Schaummaterialien a's Legierungen, die nicht mit den viskositätserhöhenclen Mitteln behandelt wurden. Die Metallschäume sind beispielsweise als Baumaterialien, für Absdiirmzwecke und dergleichen verwendbar.

Wenn die üblichen Aluminiumschmelzen mit wasserähnlichen Viskositäten mit einem viskositälserhohendcn Mittel dieser Erfindung behandelt werden. kann eine »dickflüssigere^ Schmelze gebildet werden Ganz allgemein ist die Stärke proportional der Menge zugegebenes Mrael. Tatsächlich ist es möc 1 iν h, cm Material herzustellen, daß es selbst nichi durch kräftige Rührvorrichtungen gerührt werden kanu.

Die Viskosität bczient sich, wie der Begriff hier verwendet wird, auf die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit. Eine Flüssigkeit kann langsam fließen, sie hai weniger Fließvermögen, wenn die Viskosität erhöht wird. F.s gibt zwei Arten von Viskosität, die echte und die scheinbare Viskosität Die scheinbare Viskosität bezieht sich auf d :s Viskositatsgleichgcwichl, wenn in der Erscheinungsform und in der Mobilität einer Flüssigkeit, wenn sie mit dem Viskosimeter gemessen wird, keine oder nur eine leichte Änderung gegenüber der echten Viskosität auftritt (Beispiel: Schlagsahne). Obwohl nicht sicher ist. ob -'lindungsgemäß die echt'¹ und oder scheinbare Viskosität erhöht wird, scheint es. daß die Zunahme der Viskosi-IUl-LTJH ''img als Haupierhöhu'ig bei der scheinbaren Viskosität und al·· geringe Erhöhuni: bei der ec'iten Viskosität eifole; Wenn die Schmd/i einer Aluminium -1 .euierunr mit

' Mat?:ies;i:m nach dem Verfahren de; ^: ichfolgonfu η l· ispide behände!; wird. s'.> virc' Mi ^. diel <]\\·. ,g. daß sie nicht v<iii einem Ciießii'Hci liiuft. ^ll'si wenn eier Gii'Plöfle! umgcduh; wird

Bc, der ^tii.Minie, diesel '"rfinrnng i¹-; die Poren gröl.M kk\iier und Linheiilichci. Dniiirx; hinaus

macht es die Verwendung des viskositätserhöhenden Im allgemeinen werden Temperaturen über 600° C,

Mittels dieser Erfindung möglich, weniger Treibmit- jedoch unter 760° C verwendet. Bei vielen Legieruntel zu verwenden als dies sonst notwendig wäre. gen wird ein Temperaturbereich von ungefähr 650°

Die COi-Behandlung ist beispielsweise eine wir- bis ungefähr 720° C verwendet. Bei diesen Temperakungsvolle Vorstufe für das Verschäumen mit dem S türen ist die Viskositätszunahme ziemlich »perma-Metallhydrid. Die Verwendung der CO_rBehandlung neni«, in manchen Fällen ungefähr eine halbe Stunde dieser Erfindung ermöglicht weniger Hydrid, wie oder mehr, also ausreichende Zeit für die weitere TiH₁. oder ZrH_iT zu verwenden. In anderen Worten Bearbeitung. Die Viskositätserhöhung kann auch muß man nach der Behandlung mit CO^ nach dieser dann bestehen bleiben, wenn man kurze Zeit etwas Erfindung beispielsweise nicht so viel TiH; verwen- io höhere Temperaturen verwendet. Wenn es geden, um das gleiche Ergebnis an gewünschter wünscht wird, die Viskosität längere Zeit beizubehal-Sehaumbildung zu erhalten. Die Verringerung an ien, kann weiteres Eindickmittel zugegeben werden, notwendigem TiH₁. oder ZrH^ steht im Verhältnis wenn die geschmolzene Legierung dünnflüssig wird. /um Expansionsausmaß mit CO₁). So wurde bei- Die Dauer der Viskositätserhöhung scheint umge-

spielsweise gefunden, daß man nach CCL-Vorbehand- 15 kehrt proportional der Temperatur zu sein. Wenn lung mit O₁OgZrH₂ die gleiche Expansion erhält wie man jedoch bei höheren Temperaturen zu arbeiten mit 1.0g ohne CO^-Vorbehandlung. Das bedeutet wünscht, kann mehr viskositätserhöhendes Mittel auf bcträchdiche Einsparungen bei den Schaumbildungs- einmal oder stufenweise zugebeben werden. kosten. Um die Viskositätserhohung zu erreichen, muß das

Das im Handel erhältliche Zirkoniumh>drid, Haf- 20 viskositätserhöhende Mittel in die geschmolzene Le-Hiumhydrid und Titanhydrid enthält im allgemeinen gierung eingemischt werden. Mit anderen Worten e'.was weniger Wasserstoff als die stöchiometrische reicht es nicht aus, einfach die Oberfläche der Menge, z. B. 1,98 Mol Wasserstoff pro Mol Metall. Schmelze mit dem Mittel zu behandeln. Es muß dalirtindungsgemäß werden besonders gute Ercebnisse her das Mittel am Boden der zu behandelnden erreicht werden, wenn die Hydride vor der Verwen- 25 Schmelze nach irgendeinem bekannten Mischverfah- <!ung >;wärmebehande!t« oder »geglüht« werden. Die ren, z. B. durch kräftiges Rühren, zugegeben werden, liitzebehandlung bei Temperaturen von ungefähr Bei ei.ier Rührgeschwindigkeit von 100 bis unge-

IHl)⁰ bis ungefähr 400° C 1 bis 24 Stunden entfernt fähr 3000 UpM werden im allgemeinen von 0.25 bis allmählich Wassersion. Wenn die Zubereitung von d.O g viskositätserhöhendes Mittel pro 100 g Legie-1,65 bis 1.80 Mol Wasserstoff pro Mol Met ' ent- 30 rung verwendet: vorzugsweise von 0,5 bis 5,0 g. 1nshält. ist ein gutes Treibmittel hergestellt. Dies^ Mit- besondere werden bei CO₁. 1 bis 3 g, H₁O 1 bis 6 g. Tel geben Wasserski! mit verringerter Geschwindig- Luft 0,5 bis 3 g und N-> ! bis 4 g pro 100 g Legierung keit frei. Es steht daher mehr Zeit zum Mischet: der verwendet.

Materialien mit dem geschmolzenen Metall zur Ver- Dun viskoMtaiserhöhende Mittel sollte schnell zufügung. Diese längere zur Verfugung stehende Zeit 35 gegeben werden, vorzugsweise innerhalb 15 Sekunden führt ihrerseits zu einem einheitlicheren Mischen. Ein bis 3 Minuten. Die Zeit kann erhöht werden, wenn solches Mischen und die gerngere Freigab·. d-;s Was- eine verhältnismäßig größere Menge Mittel verwenserstoffs ergibt noch kleinere und noch einheitlichen.· Jet wird.

Porengrößen. Das viskositätsei höhende Mittel kann der ge-

Die viskositätserhöhenden Mittel dieser Erfindung 4c schmol/enen Legierung bei unteratmosphärischen, sind CO₁., Nj, Luft, O₁., H.O. Die Art und Weise, wie überaimosplutrischen oder Umgebungsdruck!.·!·, /ugediese Mitte' die VtNkositäi von schmolzenen Le- geben werden. In den meisten fv.llen ist es nicht vorgierufhvn erhöhen, ist unt;'.;ar..n. mc kann in jedem teilhafi. Drucke unter L'ingebungsdrücken zu ver Fall ve;schieden sein. Das Eindicken mittels CO-- wenden Umgebungsdrüeke werden bevorzugt. Jekann chemische Gründe haben. Einen experiment·.·!- 45 doch kann in manchen Fällen ein erhöhter Druck bis Ien Hinwegs dafür gibt die in manchen Fällen aal- zu 105 ata /mn Vorteil verwendet werden. Solche tretende Bildung kleiner Obcrfiächenfeucr. wenn die Drücke koir η dazu neigen, das Treibmittel zu zwingeschmolzene Legierung mit CO₁ behandelt wird. In gen sich mn der geschmolzenen Legierung /u manchen Fällen wurde nach der CO-Behandlung ein mischen, wobei das geschlossene Gefäß und der eracclylenähnlichcr Geruch festgestellt. 5° höhte Drück das Entweichen des viskositätserhöhen-

Der physikalische Zustand des viskositittserhöhen- den Mittels verzögern.

■ 'en Mittels ist nicht kntisch. Es können mit anderen Die viskositätserhöhenden Mittel dieser Erfindung

Wörter· Feststoffe. Flüssigkeiten oder Gase verwen- wirken nicht in jeder Hinsicht wie ein Treibgas wie

.!,1 Wim lon. Wasserstoff. Sie ergeben eine viel geringere Expan-

Beispielswei'.e kann 1'O₁. in Gasform oder festem 55 sion als eine äquivalente Menge Wasserstoff. Bei-

Zustand. Wasser als Flüssigkeit. Fis oder Danu-i ver- spielsvveise ist die der CO_-Zugabe zuzuschreibende

wendet werden. Stickstoff kann als Gas oder als Expansion in manchen !-"allen nur 1 '8 bis 1 10 so

tiefsttempcriertc Flüssigkeit verwendet werden. groß wie die Ersparnisse einer entsprechenden Menge

I'm da- ' imücken zu erreichen, wivd das viskosi- Wasserski In manchen lallen ist iie Expansion

Uitsi'iln'h'P(Jl- Mittel der gi ,/nmul.-i ;ηί Ic::- nu ig 60 von ("O κ -jH'-in:;-"

zugesehen. Die Verfestigung wird äuö- Ii M-imie- IV.· 1 ;höln. ;l: ΰ<·ν \isk,.-ität d.irch die Mittel die-

den. daß man bei ausreichend hohen 1 . -m;v: .:vren <: !-!.liiulting ;s- ai^i .ngic von dem Vorhände! .-n aineitct. Die verwendeten Temperate >·;; !>..·): ; \<c- eme-s Promotormetüü.-. das nut dem Aluminium wohnlich im Bereich von -.ngcfäh- Γι. μ- in ...i.;hr legier'· ■· Fm _;:eeign.u·· f'nimotoimctaü ist Magne-90 ' (.' üb,··, dem l.:i!uidus|ninki der Muniiniuinit-i'ie- 65 sium. l-.ine s ι üisrhe .'bee Gien/,- hm¹·.!', hilich d< rung. I-.s wurde festeste";, daß ¹^e \^l;i's-,r^; nö- Fpniioii.-i meiailnv nge i--t niclv '-ekannt. abci es wird hung bei höheren 1Ί. niporaitnvn \< <.· K-:/erer bt\ < : /ugi. \lumin:unik-i.'ienni !':■"■■ erveenden, die Dauer im. von Ling.Mahr : i-:s uiigefal-.r ^ς < .ewichtsprc-enl

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Magnesium enthalten. Insbesondere bevorzugt wer- Legierungsschmelze erfolgt, um se besser wird der den Legierungen mit 7 Gewichtsprozent, besonders Schaum. Es können übliche Mischverfahren verwenmit ungefähr 4 bis ungefähr 7 Gewichtsprozent Mag- det werden. Bevorzugt wird kräftiges Rühren und nesium. Die Gegenwart weiterer Legierungsbestand- weiterhin wird bevorzugt, das Treibmittel-Legie/ungstrile wie Zinn oder Silicium ist nicht ausgeschlossen. 5 gemisch in einer so kurzen Zeit als möglich, z. B. in

In vielen Fällen können die nachfolgenden allge- einer Minute oder schneller, im wesentlichen homomeinen Regeln als anwendbar angesehen werden. Bei gen zu machen. Besonders bevorzugt wird, das Rüheiner gegebenen Menge Viskositätserhöhendes Mittel ren in der Weise durchzuführen, daß weitgehende ist die Viskositätserhöhung proportional der Pro- Homogenität in ungefähr 10 Sekunden erreicht wird, motormeiailmenge. Die Viskositätserhöhung ist pro- io Zur weiteren Erläuterung der Hersteüung eines portional der Menge verwendetes viskositätserhöhen- Metallschaums nach dem erfindungsgemäßen Verfahdes Mittel. Je höher die Temperatur, um so kürzer ist ren wird das nachfolgende bevorzugte Verfahren als die Dauer der Viskositätserhöhung. Je höher die Beispiel angegeben:

Temperatur, um so mehr Mittel is« nötig, um eine ge- 4000 g Legierung werden in einem durch Strom

wollte Viskositätserhöhung zu erreichen. i₅ erhitzten Kessel auf 700 bis 760° C erhitzt. Nach dem

Von den Hydriden werden Hafnium- oder Zir- Schmelzen wird die Schmelze so gerührt, daß sich im koniumhydride besonders bevorzugt. Es können so- wesentlichen ihre gesamte Masse mit einer hohen wohl die »Dihydridc-; des Handels a'.j auch geglühte Viskositätsspitze mit ungefähr 100 bis 3000UpM beHydride von weniger als stöchiometrischer Zusam- wegt. Es werden 10 bis 60g pulverisiertes CO. pro mensetzung verwendet werden. 20 1000 g Legierung während 1 bis 3 Minuten zugege-

Die verwendete Hydridmenge ist von dem ge- ben. Es kann etwas Flammbildung und acetylenähnwunschten Schaumbüdungsausmaß abhängig. Wenn licher Geruch auftreten. Das viskose Gemisch wird ein dichter Schaum hergestellt werden soll, muß also auf die für die Schaumbildungsstufe gewünschte weniger Treibmittel verwendet werden als wenn man Temperatur. 650° bis 800° C gebracht (ein bevorcinen leichteren Schaum bilden will. Bevorzugt wird 25 zugter Bereich ist 670° bis 705° C). Es wird genügend die Schaumbildung mit einer 20 °/_oi_gen Dichte oder Treibmittel zugegeben, um die gewünschte Schaumgeringer oder anders ausgedrückt, bevorzugt wird die dichte zu erhalten. Wenn Zirkoniumhydrid verwen-Herstellung von Schäumen, deren Gewicht nicht det wird, ist genug Hydrid zur in die zur Schaumbilmehr als ungefähr 20 Gewichtsprozent pro Volumen- dung vorgesehene Masse eingemischt und zwar: einheit des nicht expandierten Metalls wiegen. 30 Ungefähr 0.Qg ZrH. pro 100g Legierung für ein

Für solche Schäume werden von ungefähr 0,2 bis Produkt mit einer Dichte von 0,17622 bis ungefähr 1,0 g handelsübliches ZrH., HfH. oder TiH, 0,22428 g cm* und einer Porengröße von 1,58 bis auf jeweils 100 g geschmolzenes, zum Verschäumen 3,1mm:

vorgesehenes Metall verwendet. Ein bevorzugter Be- ungefähr 0.6 g ZrH. pro 100 g Legierung für ein

reich ist von ungefähr 0.5 bis ungefähr 0.6 g. 35 Produkt mit einer Dichte von 0,24030 bis

Eine untere Temperatur muß überschritten wer- 0,28836 gcnv¹ und Porengrößen von 3,1 bis 0,79 mm. den. Diese untere Grenze ist schnell erkennbar. Um- Die nachfolgende Stufe kann zusätzlich durchge-

den Schaum zu bilden, wird eine Temperatur, die führt weHcn. während man beispielsweise mit 100 über der liegt, bei der das /um Expandieren vorge- bis 3000 UpM rührt, nachdem das gesamte schaumsehene Metall geschmolzen wird und über der Tem- *o bildende Mitte! eingearbeitet H. die Rührgeschwinperatur liegt, die notwendig ist. um das zur Schaum- digkeit auf 6000 bis 10 000 UpM erhöht. bildung erforderliche Gas zu bilden. Soweit dies in Die tatsächliche Schaumbildung kann in einer

Betracht kommt, ist es ebenso wünschenswert, eine Form durchgeführt werden, deren innere Oberfläche Schaumbildungstcmperatur zu verwenden, bei der die Formgebung des geschäumten Produkts bedas Treibgas nicht mil einer unkontrollierbaren Ge- 45 stimmt. Die Form kann wie gewünscht offen oder schwindigkeit gebildet wird. Darüber hinaus sollte geschlossen sein. Wenn sie offen ist, wird die »Kopkmun eine Temperatur verwenden, bei der die Oberfläche des Produkts gewöhnlich in der Form-SlI₁₁₁₁JzC ausreichend viskos ist. Unter diesen Erwä- gebung unregelmäßig sein. Wenn die Form geschlosgungen werden Schaummaterialien dieser Erfindung sen ist. können alle Oberflächen des geschäumten bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 650° bis 50 Produkts durch die Form bestimmt werden und es ungefähr 800° C und bevorzugt bei von ungefühi treten dabei weniger aufgeblasene Hohlräume odci 670" bis ungefähr 705° C gebildet. weniger große Poren auf.

Da eine Ma₁Xe. die ihre erhöhte Viskosität bereits Wenn das Sch;-imbildungsverfahren ansatzweise

wieder verloren flat, nicht mehr verv.cndci. wird, soll- durchgeführt wird, hat man nicht sehr viel Zeit zwiien Massen innerhalb von ungefähr '> Stunde nach 55 sehen der Zugabe des schaumbildcndcn Mittels und V'vkosiiiitscrhöhung eingesetzt werden. Es können der Bildung des Treibgases, besonders wenn die Temnainrlich auch geschmolzene Legierungen verwendet pcraiur der zur Vcrschäumung vorgesehenen Masse werden, die vor mehr ah einer halben Stunde vor vergleichsweise hoch ist. Es ist dies so zu verstehen, der Schaupist.ufe viskoser gemuht wurden, wenn die daß um das Treibmittel einheitlich zu dispergieren, erforderliche Viskosität noch vorhanden ist. Hier ist 60 eine schnelle Dispcrgierung stattfinden muß. Dies zu erwähnen, daß die Viskositätserhöhung länger an- kann durch Rühren mit hoher Geschwindigkeit benalt, wenn die Legierung zunächst viskoser gemacht wirkt werden, wozu gegebenenfalls ein Mischkessel wird oder weiteres viskosi'.ätserhöhendes Mittel zu- mit Prallblechen verwendet werden kann. Wie oben gegeben wird, wnn die Legierung dünnflüssig wird. bereits ausgeführt, wird es vorgezogen, die Tcmpera- Λ ^{aS z}"*^atzllche Einverleiben von viskositätserhöhen- 65 tür des geschmolzenen Metalls vergleichsweise kühl f ^CIH -ri, ^{kann einmal}- ^zwcirr>al oder öfter, wie er- zu halten, so daß das Treibgas nicht aus dem Treiblorderhch, vorgenommen werden. mittel mit einer solchen Geschwindigkeit ausgetrieben

Je einheitlicher das Mischen der Treibpasc mit der wird, daß eine gute Schaumbildung verhindert wird.

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Bei einem durch Wärmebehandlung wie dargelegt lieh des Mischern wie oben, wo die Zugabe des vismodifizierten Metallhyobrid können die gleichen kositätserhöhenden Mittels erörtert wurde. Druckbedingungen wie sonst verwendet werden. Nach der Zugabe des Treibmittels läßt man die

Häufig wird vorgezoger,, bei einer Temperatur ein- Masse Schaum bilden. Dies kann auf vielerlei Art zudicken, die in einem bestimmten Bereich über der 5 geschehen, beispielsweise in einer offenen oder ge-Liquidustemperatur, wie oben angegeben, liegt. Die schlosscnen Form. Wenn die Schaumbildung in einer Behandiungstemperatur sollte ziemlich konstant offenen Form erfolgt, wird die nicht umschlossene innerhalb der gesamten Masse der zur Behandlung Oberfläche der geschäumten Masse eine irregu'äre vorgesehenen Aluminiumlegierung sein. Die Tempc- Form aufweisen. Geschieht dies in einer geschlosseratuiänderungen sollten nicht größer als ungefähr 10 nen Form, so kann der sich ergebende Schaum die 150⁰C innerhalb der Masse der zum Eindicken vor- Formgebung aufweisen, die durch die Form vorgegesehenen geschmolzenen Aluminiumlegierung sein. schrieben wird.

Zum Erreichen bester Ergebnisse ist darauf zu Natürlich sollte in den meisten Fällen die Große

achten, daß ein gutes Mischverfahren verwendet des Schaumbildungsraumes ausreichend sein, um die wird. Mit anderen Worten wird die geometrische Aus- 15 expandierende Ma^se aufnehmen zu können. Die legung des Mischgeiäßes nicht nur durch die Kapazi- Temperatur der Seitenwandungen des Gefäßes {in tat bestimmt, sondern wird optimal so ausgewählt, dem üie Schaumbildung stattfindet) sollte nicht zu daß es gut mit der verwendeten Mischvorrichtung kalt sein. Ist dies der Fall, so wird eine unerwünscht arbeitet. dicke, nicht geschäumte Haut gebildet. Wenn die Sei-

Um das viskositätserhöhende Mittel eine Zeitlang ao tenwandungen des Gefäßes zu heiß sind, erscheinen zu deponieren bzw. um es 711 konservieren, muß gut unerwünscht große Hohlräume auf der geschäumten gemischt werden. Bevorzugt wird eine MLchvorrich- Oberfläche. Es kann also durch geeignete Regulietung. die im wesentlichen die gesamte Masse der zu rung der Formtemperaturen die Glätte und Stärke der behandelnden Metallschmelze bewegt oder rührt. Es Oberfläche des Schaumkörpers reguliert werden. wurde festgestellt, daß nur wirksame Rührvorrich- 25 Die Form sollte nicht zu plötzlich abgeschreckt tungen geeignet sind. Bevorzugt wird eine Rührvor- werden, weil sonst der Schaum ni'jhi einheitlich wird, richtung, die bei hohen Viskositäten, beispielsweise B e i s η i Ί 1

10 000 bis 30 000Centipoisc wirksam ist. zu verwen- ' '

den. Eine Probe einer Aluminium-MagncMum-Legie-

Dic Zugabe des schaumbüdenden Mittels wird ge- 30 rung mit 7 % Magnesium und 0.2 Gewichtsprozent wohnlich bei einer Temperatur durchgeführt, die Mangan, Rest Aluminium, die 3173 g wog, wurde geniedriget Ikgi ais die der Zugabe des visko'-itätserh^- schmolzen. Stickstoffgas wurde mit einer Fließgehenden Mittels. So wird in den meisten Fällen bevor- scnwindigkeit von 81 pro Minute durch¹ die gezugt, die viskose Schmelze ver der Zugabe des schmolzene Legierung fünf Minuten eingeperlt. Der schaumbüdenden Mittels abzukühlen, !n vielen Fäl- 35 Stickstoff wurde in die geschmolzene Legierung mitlcn wird dieses Kühlen am besten in dnem zweiten icls eines keramischen Rohrs eingeführt, das unge-Gefäß durchgeführt, d.h. in einem anderen als dem fähr 50mm unter der Oberfläche angeordnet ist. Die heißen, in dem die Viskosität erhöht wurde. Legieiung wurde mit ungefähr 2500 UpM während

Die Wandungen des zweiten Gefäßes werden vor- der Stickstoffeinführung gerührt. Das Rühren wurde zugsweise auf ±50° C, insbesondere ±20° C der zur 40 begonnen, nachdem die Legierung 670^c C erreicht Verwendung vorgesehenen Schaumbildungstempcra- hatte und am Ende der Stickstoffeinführung betrug tür vorerhitzt. Danach wird das viskose Material die Temperatur 550° C.

eingeführt und man läßt es auf die gewünschte Tem- Die Legierung wurde auf 725° C erhitzt und in

peratur kommen. einen Warmhalteofen gegeben. Die Erhöhung der

Die Schaumbildungstemperatur ist etwas abhängig 45 Viskosität, die am Ende der fünf Minuten Einfühvon der Viskosität der geschmolzenen Masse. Bei rungsdauer festgestellt wurde, war noch der beim ErMassen, die hoch viskos sind, können Vergleichs- reichen von 725° C ähnlich. Die Legierung hatte, vor weise höhere Temperaturen toleriert und zur Ver- der Stickstoffeinführung, eine echte Viskosität von wendung bevorzugt werden. ungefähr 13,8 cp (Centipoise), nach Erreichen von

Bei weniger viskosen Materialien werden niedrigere 50 725° C betrug die Viskosität ungefähr 29 cp. Temperaturen verwendet. Weil das Vorhandensein Das Verfahren wurde wiederholt, wobei ein zwei-

von Magnesium die Viskosität erhöht, kann die ter Ansatz der Legierung, der 3185 g wog. verwende! Schaumbildungstemperatur vom Magnesiumgehalt wurde. Die Stickstoff-Fließgeschwindigkeit betrug 7 der Aluminium-Magnesium-Legierung abhängig sein. pro Minute: die Stickstoff-Einführungszeit 5,4 Minu Wenn man eine Legierung mit 1,2 % Magnesium ver- 55 ten.

wendet, sind Temperaturen von ungefähr 650° C am Die beiden Ansätze wurden in einem Behälter, dei

besten geeignet. Für Aluminiumlegierungen, die 2,2 auf 670° C erhitzt war. zusammengegeben. Man liet bis 7 Gewichtsprozent Magnesium enthalten, sind die Metallmasse sich auf 680° C abkühlen. Di< optimale Temperaturen zur Zugabe des Treibmittels Masse wurde mit 6000 bis 10 000 UpM gerührt um ungefähr 635° und 615° C. 60 es wurden 40 g Zirkoniumhydrid, ZrH₂, wahrem

Wenn das Treibmittel in die zur Schaumbildung einer Einführungszeit von 8,6 Sekunden zugemischt vorgesehene Masse dispergiert wird, ist es am zweck- Danach wurde sie in eine Form gegossen. Die Auf mäßigsten, für schnelles Einbringen Sorge zu ira- nahmefähigkeit der Form war ungefähr das 8- bi gen. weil man dadurch homogenere Schaummateria- 9-fache, so groß wie das Volumen der nicht ge lien erhält. Deshalb werden Mischverfahren mit ho- 65 schäumten flüssigen kombinierten Ansätze, her Geschwindigkeit verwendet, die schnell das Treib- Das geschäumte Gemisch füllte die (geschlossene mittel in der geschmolzenen Masse dispergieren. Es Form aus. Der sich ergebende Schaum wurde aui gelten hier also die gleichen Gesichtspunkte bezug- geschnitten und zeigte eine feinporige, ziemlich ein

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Seitliche S'.;uktur mit einer Dichte von ungefähr Trotzdem wurde dann die hydriddispergierte Metall-

0 4005 g ecm (eine ungefähr 15 °oige Dichte der nicht legierung über die Schwerkraft in eine 3S ■ 3S ■

verschäumten Legierung). HU cm l.nm gegessen, wobei die Form eine Tem-

Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn man peiatur von ca 300° C iiatte. Wegen der hohen Vis-

eine StickstofTmi-ngc von ungefähr 40 bis ungefähr ; koMt;r war die Schwerkrafiheschickung der Form

601 pro 3000g Läuterung verwendet und das Suck- gering wobei Teile der viskosen Schmelze zurückge-

stofTgas wahrend einer Zeitdauer von 2 bis 5 Minuten halte;, wurden Aul diese Weise wurden nur unge-

bci Temperaturen von 650 bis TlU C einfuhrt; da- fähr S5 »₀ der Form gefüllt.

bei werden Legierungen verwendet, die 1.2 bis 35 Ge- F_s wurde ein sehr feinpoiiger einheitlicher ge-

vvichisprozent Magnesium enthalten, und 0.2 bis '<> schäumier Körper mit einer Dichte von

1.OgTiH... ZrH.. oder HfH₁. je 100g Aluminiunilegie- ii.4OO5Og.cnv¹ nach Kuhlen und Öffnen der Form

rung zugesetzt. erhalten.

Wenn das Stickslollsas in die geschmolzene Legte- Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn man

lung eingeführt wurde, ist über der Legierung ein u.5 bis h.iigCO. pro 100g legierung verwendete,

weißer Rauch festzustellen. Zusätzlich wird der nie- >' die gleichen Mengen an festem (fein verteiltem) oder

ser Atmosphäre ausgesetzte Rührerschaft mit en,em flüssigem COj bei 700 bis 7ΜΓ C verwendete, eine

feinen weißen Pulver überzogen, das als Magnesium zur Schaumbildung vorgesehene Aluminiumlegierung

oxid r.naUsiert wurde. Dic-e Magncsiunioxidhildung von 1.2 bis 35 % Magnesium enthielt. CO bei einet

wurde nicht festgestellt, wenn Kohlendioxid oder Temperatur \o:i 20^c C bis ¹H) C aber dein Yeiilüs-

Luft al· viskositätserhohendes Mittel verwendet -- .-.Igungsp'jnkt der Legierung /ugibl und wenn man

wurde. Offensichtlich setz! die Stickstoffeinführung ZrH -Schaumbildungsmittel m einer Menge von 0.0

etwas Magnesium in die Atmosphäre frei, das dort bis 1 .Zg pro 100 g Legierung hei t-öO bK 705'" C ver-

mit dem Sauerstoff unter Bildung von weißem Rauch wendet

reagiert. ,

2^ H e ι s ρ ι L ι 4

U e ι λ ρ ι e 1 2

Fine 2265g Probe der deichen Legierung, wie sie Eine 3355-g-l'robe Ahiminium-Magnesiumlegie-

in Beispit^: 1 verwendet wurde, wurde auf ca. 71)0 C -ung. die 7 ^l\, Magnesium und 0.2° ο Mangan enterhitzt. Unter LuHaussehluß und Ruhren wurden niell. wurde auf 7 15^; C eiliit/t. I ^;ntei kräftigem Rüh-11 1 Stickstoff Minute während fünf Minuten in die 3° ren wurde Luft 3.5 Minuten mit einer Geschwindig ucschmolzene Masse eingeführt. (Der Stickstoff keil von !6 1 Minute eingefuhn P.idurch wurde die wurde durch einen hohien Rührschaft eingeführt. YKkosi'ät des geschmolzener, Metalls merklieh erwährer.d eine Ruhrgcsehwindigken von 2000 bis höhl, während die Temperatur auf (>2~ C abfiel. 3000UpM verwendet wurde.; Die Schmelze war Diese merkliche Viskosiuiscihöhung wurde heibeno:;h sehr viskos nac'u einem Aufheizen auf 750 C. 35 halten, wenn die geschmolzene I egiemng auf "2" (.

erhöht wurde.

Beispiel 3 Weitere 12^Og des Ansatzes der gleichen Legie

rung wurden auf 682" C erhitzt, l'nte· krä'tigem Rüh-

Fine 3235 g Probe einer Aluminiumlegierung mit ren wurde 5 Minuten Luft mit einer Ciesehwindigkeit 7 "(> Mg und 0.2 °o Mangan. Rest Aluminium wurde 40 von 15.51 Minute zugegeben. Dadurch wurde die auf ca. 700 C erhitzt und 28 g COj-Gas wurden der Temperatur auf 5"⁷I⁰C gesenkt und die Yiskosität geschmolzenen Ma^e während 2,5 Minuten züge- merklirh erhöht.

führt. Die COj-Zugabe wurde unter kräftigem Ruh- Unier Verwendung, eines Mischgefäßes mit einer

ren durchgeführt und das CO wurde über ein einge- Temperatur von 6^l)5" C wurden die kombinierten Antauchtes Kupferrohr eingeführt. Während der Zugabe -»5 sätze der viskosen Legierung auf (V¹J¹" C gebrach! wurden die unteren 5 cm des eingetauchten Rohrs und mit 3OgZrHj geschäumt. Das Hydrid wurde erodiert. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls während 5.1 Sekunden unter kralligem Rühren ein wurde auf 640" C während der Gaszugabc verringert gemischt.

und die Viskosität der geschmolzenen Legierung Die mit Hydrid behandelte Schmelze wurde. Wi₁

merklich erhöht. ?° in den vorhergehenden Beispielen, in cine Form ge

Eine andere Probe der Legierung. 3225 g. wurde bracht Es wurde ein feinporiger, ziemlich einheit auf ca. 700° C erhitzt und mit gasförmigem COj he- lieh geschäumter Formkörper erhalten, handelt. Diesmal wurden ungefähr 7 cm des einge- Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn mat

tauchten Rohrs in der Schmelze gelöst. Zugegeben 0.5 bis 3g Luft pro 100g Legierung verwendet, ein wurden 85 g COj. wobei die Zugabezeit 2.7 Minuten 55 Legierung verwendet, die 1,2 bis 35 ^po Magnesiun betrug. (Die Lösung des Kupfers kann dazu beitra- enthält, die Luft bei einer Temperatur von 20° bi gen. daß eine so große CO_L.-Menge erforderlich war. 90° C über dem Verflüssigungspunkt der Legierun um diesen Ansatz einzudicken.) Die Viskosität war zumischt. Zirkoniumhydrid in einer Menge von 0. merklich hoch, die Temperatur der Schmelze fiel auf bis 1,2 g pro 100 g Legierung verwendet und das Hy 593° C während der COä-Zugabe ab. ^6o drid bei 670 bis 705° C zugibt.

Die beiden Ansätze der viskosen Schmelze wurden

in einem Mischgefäß zusaimmengegeben, das eine Beispiel 5

Temperatur von 670° C aufwies. Nachdem die Me-

tallmasse eine Temperatur von 685° C erreicht hatte, Eine 1500 g Probe einer Aluminiumlegierung m

wurden 4OgZrH₂ zugegeben, während kräftig bei 65 7,5% Magnesium und 0,2 ⁰Z₀ Mangan wurde ai 6000 bis 10 000 UpM gerührt wurde. (Während der 690° C erhitzt. Unter kräftigem Rühren wurdt Zugabe des ZrH₂ fiel infolge eines mechanischen Feh- 90 ml HiO dem geschmolzenen Metall während füi lers der Schaft des Rührers in das Mischgefäß.) Minuten zugegeben. Das Wasser wurde zugegcbe

während clic Temperatur des Metalls 677 bis 704° C

betrug.

Das Wasser erhöhte die Viskosität der Schmelze. Die Schmelze wurde in ein vorgewärmtes Gefäß von 610° C überführt und die Temperatur betrug unmittelbar vor der Schaumbildung MO⁰C. 10 g Zirknniumhydrid wurden schnell unter kräftigem Rühren bei 45(10 bis 6500UpM zugegeben.

Die mit Hydrid behandelte Schmelze ließ man in Hem Mischgefäß schäumen und man erhielt einen feinporigen Schaum.

Ahnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn man 1 bis 6 g HoO und 0,6 bis 1,2 g Zirkoniumhydrid pro 100 g Legierung, die 1,2 bis 35 ⁿ« Magnesium enthielt, verwendete, Wasser bei einer Temperatur von 20° bis 40° C übet der Liquidustemperatur der Legierung und ZrIi. bei 670 bis 705° C zugibt.

Beispiel 6

Unter Verwendung von 1627 g Legierung, die 7 °/i Magnesium und 0,2 % Mangan enthielt, wurde de nachfolgende Versuch durchgeführt.

Die Probe wurde auf 740° C erhitzt und mit CO

ίο (festem) viskos gemacht. Das eingedickte Materia wurde in ein Mischgefäß von 690° C überführt um unter kräftigem Rühren wurden 20 p Hafniumhydri« zugegeben. Es erfolgten einige kleinere Explosionen Man ließ die Probe /ur Schaumbildung in den Mischgefäß.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von festen AIuminiumschaumformkörpern mit kleiner und einheitücher Porengröße unter Einbringen eines Materials zur Viskositätserhöhung und anschließendem Einbringen eines Metallhydrid-Treibmittels in eine Schmelze aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung und Erstarrenlassen des Schaumes, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Viskositätserhöhung Kohlendioxid, Stickstoff, Luft, Sauerstoff oder Wasser in chemisch nicht gebundener freier Form in einer Menge von 0,25 bis 6,0 g_; 100 g Legierung unter intensivem Mischen in die Aluminiumlegierungsschmelze vor Zugabe des als Treibmittel verwendeten Titan-, Zirkonium- oder Hafniumhydrids einbringt, wobei die erforderliche Menge an Treibmittel geringer a!s üblich ist und 0,2 bis ao 1,0 g ' 100 g Legierung beträgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel ein Titan-. Zirkonium- oder Hafniumhydrid verwendet, dazur Verringerung des Wasserstoffgehalts auf *<■ weniger als die theoretische Menee ν ausgehend erhitzt wurde.