EP1017864B1 - Legierung zum herstellen von metallschaumkörpern unter verwendung eines pulvers mit keimbildenden zusätzen - Google Patents

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EP1017864B1 EP98946304A EP98946304A EP1017864B1 EP 1017864 B1 EP1017864 B1 EP 1017864B1 EP 98946304 A EP98946304 A EP 98946304A EP 98946304 A EP98946304 A EP 98946304A EP 1017864 B1 EP1017864 B1 EP 1017864B1
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Definitions

  • the invention relates to an alloy for the production of Metal foam bodies, a process for producing the Alloy with certain additives for manufacturing of metal foam bodies.
  • Various methods for producing metal foam bodies consist essentially in that a gas-releasing blowing agent is added to an alloy powder or a powder mixture of alloy constituents, an unexpanded semi-finished product being produced first and this semi-finished product subsequently being heated to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent, preferably is brought to foaming in the temperature range of the melting point of the metal alloy, after which the body thus foamed is then cooled.
  • the semi-finished product can be foamed freely or in a mold, and metal foams with a density of about 0.3 to 1.7 g / cm 3 can be produced using aluminum or aluminum alloys.
  • One method of making porous metal bodies is described and exists for example in DE-40 18 360 C1 from the steps: making a mixture of at least a metal powder and at least one gas-releasing Blowing agent powder, hot compacting this mixture into one Semi-finished product at a temperature at which the connection of the Metal powder particles predominantly done by diffusion and at a pressure high enough to disintegrate the Prevent blowing agent such that the metal particles are in a fixed connection with each other and a gas-tight seal for the gas particles of the Represent blowing agent, heating the thus produced Semi-finished product to a temperature above the Decomposition temperature of the blowing agent, preferably in Temperature range of the melting point of the used Metal, then cooling the so foamed Body.
  • the uneven foam structure can indicate an uneven nucleation for the Blistering due to uneven size and distribution of the silicon particles be stirred back.
  • the in the The matrix structure of embedded silicon particles is unevenly distributed and their size and shape also very uneven.
  • the invention is therefore based on the problem in the manufacture of a foamable Metal alloy, especially an aluminum alloy, for achieving the desired one Properties to achieve a foam structure that is as uniform as possible and as possible to achieve favorable strength properties.
  • a powder mixture for the production of Aluminum-metal foam bodies which according to the invention consist of a powder an aluminum alloy, a powder made of or with nucleating, a uniform Bubbles and homogeneous foam structure causing particles with a particle size less than 30 microns and a gas-releasing blowing agent powder, preferably for nucleation an addition of evenly distributed silicon, silicon carbide, Aluminum oxide and / or titanium boride particles is added.
  • the use of a also serves to solve the problem mentioned at the beginning Powder from or with nucleating, uniform bubble formation and homogeneous Particles causing foam structure as an additive to a mixture of at least one a metal powder forming metal matrix and at least one gas-releasing Blowing agent powder in the manufacture of metal foam bodies, the powder being made from Particles can consist of silicon, silicon carbide, aluminum oxide and / or titanium boride, which have a particle size smaller than 30 ⁇ m.
  • a powder can be distributed with evenly distributed Particles of a hypereutectic aluminum-silicon alloy with a proportion of Silicon in the form of silicon primary crystals in the particles of the hypereutectic Aluminum-silicon alloy of less than 12% by weight, based on the metal alloy.
  • the very finely divided particle structure in the powder added addition, especially the very finely divided one Silicon structure is crucial for a uniform Blistering and therefore for a homogeneous foam structure, because the particles in this fine distribution, especially the Silicon primary crystals as nucleating agents for the Bubble development work.
  • the foamable aluminum alloy can be, for example, an aluminum powder alloy with a blowing agent, for example titanium hydride (Tih 2 ) and a powder of a hypereutectic aluminum-silicon alloy with a proportion of the silicon in the form of silicon primary crystals in the powder of the hypereutectic aluminum-silicon alloy act of less than 12 wt .-% based on the metal alloy.
  • a blowing agent for example titanium hydride (Tih 2 ) and a powder of a hypereutectic aluminum-silicon alloy with a proportion of the silicon in the form of silicon primary crystals in the powder of the hypereutectic aluminum-silicon alloy act of less than 12 wt .-% based on the metal alloy.
  • the mixture is filled into a mold and compacted under pressure without the blowing agent powder decomposing.
  • the primary material thus produced can then be hot pressed or hot rolled or hot extruded without foaming. If this semi-finished product is heated up to about 800 ° C
  • foam products from a Aluminum alloy is only mentioned as an example.
  • the Invention also extends to foam products from everyone foamable metal, which is a powder with nucleating Particles for uniform bubble formation and homogeneous foam structure is added.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung zum Herstellen von Metallschaumkörpern, ein Verfahrem zum Herstellen der Legierung mit bestimmten Zusatzstoffen für die Herstellung von Metailschaumkorpern.
Verschiedene Verfahren zum Herstellen von Metallschaumkörpern sind bekannt und bestehen im wesentlichen darin, daß einem Legierungspulver oder einer Pulvermischung aus Legierungsbestandteilen ein gasabspaltendes Treibmittel beigefügt wird, wobei zunachst ein unaufgeschaumtes Halbzeug hergestellt und dieses Halbzeug anschließend durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes der Metallegierung, zum Aufschäumen gebracht wird, wonach der so aufgeschäumte Korper anschließend abgekühlt wird. Das Aufschaumen des Halbzeuges kann frei oder in einer Form erfolgen, und es lassen sich bei Verwendung von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen Metallschaumkörper mit einer Dichte von etwa 0,3 bis 1,7 g/cm3 herstellen.
Ein Verfahren zum Herstellen poröser Metallkorper ist beispielsweise in der DE-40 18 360 C1 beschrieben und besteht aus den Schritten: Herstellen einer Mischung aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltendem Treibmittelpulver, Heißkompaktieren dieser Mischung zu einem Halbzeug 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, Aufheizen des derart hergestellten Halbzeuges auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten Metalles, anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers.
Bei Verwendung von Reinaluminiumpulver mit einem Zusatz von 0,1 Gew.-% Titanhydridpulver ließ sich ein poröser Metallkörper mit einer Dichte von etwa 0,78 g/cm3 herstellen. Die typische Porengröße lag um 1 mm Durchmesser. Bei Verwendung eines fertig legierten Pulvers aus einer Aluminiumlegierung mit einem Legierungsanteil von 4 Gew.-% Magnesium und 0,4 Gew.-% Titanhydridpulver wurde eine Dichte von 0,62 g/cm3 bei einer typischen Porengröße von ca. 2 bis 3 mm erreicht.
Bei diesem bekannten Verfahren und anderen Verfahren, beispielsweise dem entsprechend der US-3 087 807 A, ist nachteilig, daß die Blasenbildung beim Aufschäumen und damit die Struktur des Metallschaumkörpers sehr ungleichmäßig ist. Dies hat unverwünschte Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, so daß bereits versucht wurde, eine gleichmäßige Schaumstruktur durch Veränderung der Legierungszusammensetzung oder der Verfahrensführung zu erreichen. Diese Versuche führten entweder nicht zu der gewünschten gleichmäßigen Schaumstruktur oder erforderten eine aufwendige Prozeßführung, die das Herstellungsverfahren verteuerte.
Bei Verwendung eines fertig legierten Pulvers aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlSi12 bzw. AlSi7Mg mit Titan-Hydrid-Pulverzusatz wurde ein ungünstigeres Aufschäumverhalten festgestellt, als bei Verwendung eines Pulvers bzw. einer Pulvermischung der Metallmatrix Al bzw. AlMg mit Zusatz von 12 % Siliciumpulver bzw. 7 % Siliciumpulver. Auch bei anderen Matrixlegierungen vom Typ AlMgSi wurde bestätigt, daß zusätzlich beigemischte Siliciumpulver zu einem verbesserten Aufschäumverhalten führen. Nachteilig war jedoch immer noch eine ungleichmäßige Schaumstruktur mit stark unterschiedlichen Porengrößen.
Die ungleichmäßige Schaumstruktur kann auf eine ungleichmäßige Keimbildung für die Blasenbildung infolge ungleichmäßiger Größe und Verteilung der Siliciumpartikel zurückgerührt werden. Das Gefüge eines Strangpreßprofils, welches aus einer AlMgSi Pulvermischung mit 10 % Siliciumpulver hergestellt wurde, zeigt Bild 1. Die in das Matrixgefüge eingelagerten Siliciumpartikel sind ungleichmäßig verteilt und in ihrer Größe und Form ebenfalls stark ungleichmäßig.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, bei der Fertigung einer aufschäumbaren Metallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, für das Erreichen der gewünschten Eigenschaften eine möglichst gleichmäßige Schaumstruktur zu erzielen und möglichst günstige Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
Ausgehend von dieser Problemstellung wird eine Pulvermischung zur Herstellung von Aluminium-Metallschaumkörpern vorgeschlagen, die erfindungsgemäß aus einem Pulver aus einer Aluminiumlegierung, einem Pulver aus bzw. mit keimbildenden, eine gleichmäßige Blasenbildung und homogene Schaumstruktur bewirkenden Partikeln mit einer Partikelgröße kleiner als 30 µm und einem gasabspaltenden Treibmittelpulver besteht, wobei vorzugsweise zur Keimbildung ein Zusatz von gleichmäßig verteilten Silicium-, Siliciumcarbid-, Aluminiumoxid- und/oder Titanboridpartikeln beigefügt ist.
Besonders vorteilhaft sind kleine, gleichmäßig verteilte Siliciumpartikel, die beim Versprühen von übereutektischen AlSi-Schmelzen mit bis zu etwa 50 % Silicium in den einzelnen Pulverkörnern entstehen (Bild 2). Das Herstellverfahren ist in der Patentanmeldung 198 01 941.6 derselben Anmelderin eine verschleißfeste Aluminiumlegierung insbesondere für die Herstellung von Zylinderlaufbuchsen betreffend beschrieben.
Das Gefüge eines Strangpreßprofils, welches aus einer AlMgSi-Pulvermischung mit 10 % Siliciumzusatz in Form der oben beschriebenen Pulverkörner hergestellt wurde, zeigt Bild 3. Die Siliciumpartikel haben eine gleichmäßige Größe zwischen etwa 10 - 30 µm und sind in der Matrix gleichmäßig verteilt.
Zur Lösung des eingangs erwähnten Problems wird des weiteren ein Verfahren zum Herstellen von Metallschaumkörpern aus der vorstehend erwähnten Pulvermischung mit den Schritten: Herstellen einer homogenen Mischung aus mindestens einem eine Metallmatrix bildenden Metallpulver, einem Pulver aus bzw. mit keimbildenden, eine gleichmäßige Blasenbildung und homogene Schaumstruktur bewirkenden Partikeln und mindestens einem gasabspaltendem Treibmittelpulver, Einfüllen der Mischung in eine Form, ggf. Kompaktieren unter Druck, z. B. durch kalt- oder warm-isostatisches Pressen, anschließendes Warmumformen, z. B. durch Strangpressen oder Walzen, ggf. Weiterverarbeiten beispielsweise durch Kaltumformen und/oder spanende Bearbeitung, Aufschäumen durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten Metalls und anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers vorgeschlagen.
Schließlich dient der Lösung des eingangs erwähnten Problems auch die Verwendung eines Pulvers aus bzw. mit keimbildenden, eine gleichmäßige Blasenbildung und homogene Schaumstruktur bewirkenden Partikeln als Zusatz zu einer Mischung aus mindestens einem eine Metallmatrix bildenden Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bei der Herstellung von Metallschaumkörpern, wobei das Pulver aus Partikeln aus Silicium, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und/oder Titanborid bestehen kann, die eine Partikelgröße kleiner als 30 µm aufweisen. Zum Herstellen eines Schaumkörpers aus einer Matrix aus einer Aluminiumlegierung läßt sich ein Pulver mit gleichmäßig verteilten Partikeln einer übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung mit einem Anteil des Siliciums in Form von Siliciumprimärkristallen in den Partikeln der übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung von weniger als 12 Gew.-%, bezogen auf die Metallegierung.
Die sehr fein verteilte Partikelstruktur in dem als Pulver hinzugefügten Zusatz, insbesondere die sehr fein verteilte Siliciumstruktur ist entscheidend für eine gleichmäßige Blasenbildung und damit für eine homogene Schaumstruktur, da die Partikel in dieser feinen Verteilung, insbesondere die Siliciumprimärkristalle als Keimbildner für die Blasenentwicklung wirken.
Bei der aufschäumbaren Aluminiumlegierung kann es sich beispielsweise um eine Aluminiumpulverlegierung mit einem Treibmittel, beispielsweise Titanhydrid (Tih2) und einem Pulver einer übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung mit einem Anteil des Siliciums in Form von Siliciumprimärkristallen in dem Pulver der übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung von weniger als 12 Gew.-% bezogen auf die Metallegierung handeln. Die Mischung wird-in eine Form gefüllt und unter Druck kompaktiert, ohne daß sich dabei das Treibmittelpulver zersetzt. Das so hergestellte Vormaterial läßt sich anschließend warmpressen oder warmwalzen oder warmfließpressen, ohne daß dabei ein Aufschäumen erfolgt. Wird dieses Halbzeug zum Aufschäumen auf bis zu etwa 800°C erhitzt, setzt das Treibmittel eingeschlossenes Gas frei, so daß das Aluminiumlegierungspulver aufschäumt. Wird das Aufschäumen des Halbzeugs in einer Form durchgeführt, füllt der Schaum die Kontur des Formhohlraums aus, nimmt dessen Form an und weist, je nach Aufschäumungsgrad und Art des Treibmittelzusatzes eine Dichte von etwa 0,3 bis 1,7 g/cm3 auf. Die aufgeschäumte Aluminiumlegierung weist im wesentlichen gleich große und gleichmäßig verteilte, geschlossene Poren auf, ist sehr druckfest, hat ein geringes Gewicht und erteilt dem geformten Gegenstand eine entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall erforderliche Festigkeit.
Die Herstellung von Schaumprodukten aus einer Aluminiumlegierung ist nur beispielsweise erwähnt. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Schaumprodukte aus jedem schäumbaren Metall, dem ein Pulver mit keimbildenden Partikeln für eine gleichmäßige Blasenbildung und eine homogene Schaumstruktur zugesetzt ist.

Claims (12)

  1. Pulvermischung zur Herstellung von Aluminium-Metallschaumkörpern, bestehend aus
    einem Pulver aus einer Aluminiumlegierung,
    einem Pulver aus bzw. mit keimbildenden, eine gleichmäßige Blasenbildung und homogene Schaumstruktur bewirkenden Partikeln mit einer Partikelgröße kleiner als 30 um und
    einem gasabspaltenden Treibmittelpulver.
  2. Pulvermischung nach Anspruch 1 mit einem Pulver aus einer Aluminiumlegierung zur Bildung einer Aluminiummatrix mit einem Zusatz von gleichmäßig verteilten Silicium-, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid-, und/oder Titanboridpartikeln.
  3. Pulvermischung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Zusatz von gleichmäßig verteilten Siliciumparrikeln oder von Partikeln einer übereutektischen
    Aluminium-Silicium-Legierung mit einem Anteil des Siliciums in Form von Siliciumpartikeln oder von Siliciumprimärkristallen in den Partikeln der übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung von weniger als 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge vor dem Aufschäumen.
  4. Verfahren zum Herstellen von Metallschaumkörpern aus einer Pulvermischung gemäß Anspruch 1 mit den Schritten
    Herstellen einer homogenen Mischung aus mindestens einem eine Metallmatrix bildenden Metallpulver, einem Pulver aus bzw. mit keimbildenden, eine gleichmäßige Blasenbildung und homogene Schaumstruktur bewirkenden Partikeln und mindestens einem gasabspaltendem Treibmittelpulver
    Einfüllen der Mischung in eine Form,
    Aufschäumen durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und
    Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in der Form ein Kompaktieren unter Druck erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Kompaktieren unter Druck durch kalt- oder warm-isostatisches Pressen erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem nach dem Kompaktieren ein Warmumformen, insbesondere durch Strangpressen oder Walzen erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem nach dem Kompaktieren oder dem Warmumformen eine Weiterverarbeitung durch Kaltumformen und/oder spanende Bearbeitung erfolgt.
  9. Verwendung eines Pulvers aus bzw. mit keimbildenden, eine gleichmäßige Blasenbildung und homogene Schaumstruktur bewirkenden Partikeln als Zusatz zu einer Mischung aus mindestens einem eine Metallmatrix bildenden Metallpulver und mindestens einem gasabspaltendem Treibmittelpulver nach Anspruch 1 bei der Herstellung von Metallschaumkörpern.
  10. Verwendung eines Pulvers nach Anspruch 9 mit Partikeln aus Silicium, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und/oder Titanborid.
  11. Verwendung eines Pulvers nach Anspruch 9 oder 10 mit einer Partikelgröße kleiner als 30 µm.
  12. Verwendung eines Pulvers zum Herstellen eines Schaumkörpers aus einer Matrix aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 9, 10 oder 11 mit gleichmäßig verteilten Partikeln einer übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung mit einem Anteil des Siliciums in Form von Siliciumprimärkristallen in den Partikeln der übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung von weniger als 12 Gew.-% bezogen auf die Metallegierung.
EP98946304A 1997-08-30 1998-08-08 Legierung zum herstellen von metallschaumkörpern unter verwendung eines pulvers mit keimbildenden zusätzen Expired - Lifetime EP1017864B1 (de)

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