EP2026925A1 - Metallschäumverfahren - Google Patents

Metallschäumverfahren

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Publication number
EP2026925A1
EP2026925A1 EP07725032A EP07725032A EP2026925A1 EP 2026925 A1 EP2026925 A1 EP 2026925A1 EP 07725032 A EP07725032 A EP 07725032A EP 07725032 A EP07725032 A EP 07725032A EP 2026925 A1 EP2026925 A1 EP 2026925A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
blowing agent
foaming
chips
foamed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07725032A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg HOHLFELD
Thomas Hipke
Peter SCHÄFFLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alulight International GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Alulight International GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alulight International GmbH, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Alulight International GmbH
Publication of EP2026925A1 publication Critical patent/EP2026925A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F8/00—Manufacture of articles from scrap or waste metal particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Definitions

  • the present invention relates to a metal foaming process for the production of porous metals, in particular for the production of metal foam bodies, preferably in a heat treatment process.
  • Metal foam bodies in particular light metal foam bodies made of aluminum, are used, for example, in aerospace technology as lightweight structures. Metal foams (porous metals) or metal foam bodies are also used as lightweight and insulating structures in automobile construction and mechanical engineering.
  • Metal foams can be manufactured using different metal foaming processes.
  • the most developed metal foaming processes include powder metallurgical metal foaming processes, as these have some decisive advantages over the other manufacturing processes.
  • a metal foaming process is known from DE 40 18 360 C1, in which a mixture of a metal powder to be foamed and a gas-releasing blowing agent powder is hot compacted.
  • the compacted metal powder / blowing agent powder mixture is heated to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent, as a result of which the metal is foamed. After cooling, the metal foam body is obtained.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a more cost-effective metal foaming process for producing metal foam bodies.
  • the present invention is achieved according to the invention by a metal foaming process, in particular for the production of metal foam bodies, in which a mixture of recycling material of at least one metallic material and at least one blowing agent is foamed.
  • chips from at least one metallic material can be used as recycling material.
  • the metal foaming process according to the invention therefore uses in particular metallic chips instead of the usually used atomizing and thus cost-intensive powders, a selection of the metallic chips used depending on the desired alloy for the porous metal (for the metal foam body).
  • the metallic material can consist of a metal or a metal alloy.
  • the mixture of recycling material and blowing agent can be compacted into a foamable primary material.
  • the metal foaming process can include, for example, rolling, extrusion or a combination of precompacting the mixture of recycling material and blowing agent (in particular by means of single-punch axial pressing) and a subsequent final compaction (in particular by means of extrusion) of the precompacted mixture.
  • the recycling material can be adjusted to a certain size in a preparation process upstream of the mixing.
  • a grinding process can be provided when using recycling material such as chips. It is also advantageous if the blowing agent is rolled into the recycling material, in particular homogeneously distributed, in the preparation process of the recycling material.
  • the compacted mixture is heated to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent, preferably in the temperature range of the melting point of the metallic material used, and the body thus foamed is then cooled.
  • This foaming can be carried out in a foam mold or in a component to be foamed.
  • the exemplary embodiment of the method for producing a metal foam body described below uses chips as recycling material.
  • chips are advantageous, especially due to the good availability, for example from metal cutting.
  • the present teaching is not restricted from this. Rather, other recycling materials could also be used, for example powdery substances occurring during processing.
  • metal chips eg made of aluminum
  • blowing agent powder eg TiH 2
  • These metallic chips can also have a relatively wide size distribution, if appropriate. In this way, chips can be used (at least partially) without prior processing. However, the chips should be as short as possible in order to achieve good miscibility with the blowing agent.
  • the processing of the chips involves the preparation of long as well as short chips in a previous preparation process, such as grinding, to a size or size distribution which is suitable for good miscibility with the at least one blowing agent. It is also advantageous if the blowing agent is already rolled in homogeneously distributed in the chips in the processing process.
  • a selection of the desired alloy for the metal foam body determines the metal chips to be used (or the metals / metal alloys from which the chips consist).
  • production waste from machining is used as the starting material for the metal foam process.
  • These chips are produced in large quantities for numerous metals / alloys. Usually, these are integrated into a cycle process and thus recycled.
  • the chips are waste products, significant cost advantages are achieved compared to the atomizing powders to be produced separately. Any existing contamination of the chips can be removed in a preliminary process, so that contamination of the porous metal to be produced can be avoided.
  • the mixture is precompacted into foamable precursors (for example, blocks) by means of single-punch axial pressing and the precompacts (blocks) precompacted in this way are extruded.
  • a foam mold or a component to be foamed is then filled with the compacted foamable primary material.
  • the compacted foamable primary material is then heated above the melting point of the metal or above / into the melting range of the metal alloy and the decomposition point of the blowing agent.
  • the foam mold or the component to be foamed is cooled to room temperature.
  • the present invention thus enables the use of production waste from machining for the production of metal foam bodies, as a result of which clear advantages over the known powder metallurgical metal foam processes can be achieved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschäumverfahren, insbesondere zur Herstellung eines Metallschaumkörpers, bei dem eine Mischung aus Recyclingmaterial (z.B. Spänen) zumindest eines metallischen Werkstoffes und zumindest eines Treibmittels, aufgeschäumt wird.

Description

Metallschäumverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschäumverfahren zur Herstellung von porösen Metallen, insbesondere zur Herstellung von Metallschaumkörpern, vorzugsweise in einem Wärmebehandlungsprozeß.
Metallschaumkörper, insbesondere Leichtmetallschaumkörper aus Aluminium, werden beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik als Leichtgewichtsstrukturen eingesetzt. Auch im Automobilbau und im Maschinenbau werden Metallschäume (poröse Metalle) oder Metallschaumkörper als Leichtgewichts- und Dämmstrukturen verwandt.
Metallschäume (poröse Metalle) können nach unterschiedlichen Metallschäumverfahren gefertigt werden. Zu den am weitesten entwickelten Metallschäumverfahren gehören die pulvermetallurgischen Metallschäumverfahren, da diese einige entscheidende Vorteile gegenüber den anderen Herstellungsverfahren aufweisen.
Aus der DE 40 18 360 C1 ist ein Metallschäumverfahren bekannt, bei dem eine Mischung aus einem zu schäumenden Metallpulver und einem gasabspaltenden Treibmittelpulver heiß kompaktiert wird. Zum Aufschäumen wird die kompaktierte Metallpulver- /Treibmittelpulver-Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels temperiert, wodurch das Metall aufgeschäumt wird. Nach Abkühlen wird der Metallschaumkörper erhalten.
Dieses bekannte Metallschäumverfahren verlangt somit ausdrücklich separat hergestellte Metallpulver. Die vorgeschaltete Herstellung des pulverförmigen Ausgangsproduktes stellt allerdings einen kostenintensiven Faktor für die Fertigung poröser Metalle (Metallschaumkörper) dar, da das speziell herzustellende Pulver in der Regel durch (aufwendiges) Verdüsen hergestellt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstigeres Metallschäumverfahren zur Herstellung von Metallschaumkörpern anzugeben. Die vorliegende Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Metallschäumverfahren, insbesondere zur Herstellung von Metallschaumkörpem, bei dem eine Mischung aus Recyclingmaterial zumindest eines metallischen Werkstoffes und zumindest eines Treibmittels aufgeschäumt wird.
Dabei können insbesondere Späne zumindest eines metallischen Werkstoffes als Recyclingmaterial verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Metallschäumverfahren verwendet daher insbesondere metallische Späne anstelle der üblicherweise verwendeten verdüsten und damit kostenintensiven Pulver, wobei eine Auswahl der verwendeten metallischen Späne von der gewünschten Legierung für das poröse Metall (für den Metallschaumkörper) abhängt.
Beim erfindungsgemäßen Metallschäumverfahren kann der metallische Werkstoff aus einem Metall oder aus einer Metall-Legierung bestehen.
Zudem kann die Mischung aus Recyclingmaterial und Treibmittel zu einem schäumbaren Vormaterial kompaktiert werden. So kann das Metallschäumverfahren beispielsweise ein Walzen, Strangpressen oder eine Kombination aus einem Vorkompaktieren des Gemisches aus Recyclingmaterial und Treibmittel (insbesondere mittels Einstempel- Axialpressens) und einem nachfolgenden Endkompaktieren (insbesondere mittels Strangpressen) des vorkompaktierten Gemisches, umfassen.
Das Recyclingmaterial kann in einem dem Mischen vorgeschalteten Aufbereitungsprozeß auf eine bestimmte Größe eingestellt werden. So kann, beispielsweise bei der Verwendung von Recyclingmaterial wie Spänen, ein Mahlvorgang vorgesehen sein. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn im Aufbereitungsprozeß des Recyclingmaterials das Treibmittel gleich mit in das Recyclingmaterial, insbesondere homogen verteilt, eingewalkt wird.
Zudem können Produktionsabfälle spanender Metallbearbeitung, insbesondere spanender Trockenbearbeitung, als Späne zur Mischung mit dem Treibmittel genutzt werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die kompaktierte Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten metallischen Werkstoffes, aufgeheizt, und der derart aufgeschäumte Körper anschließend abgekühlt. Dieses Aufschäumen kann in einer Schäumform oder in einem auszuschäumenden Bauteil durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Metallschaumkörpers verwendet als Recyclingmaterial Späne. Die Verwendung von Spänen ist vorteilhaft, insbesondere aufgrund der guten Verfügbarkeit, beispielsweise aus der spanenden Metallbearbeitung. Allerdings ist die vorliegende Lehre nicht hieraus eingeschränkt. Vielmehr könnten auch andere Recyclingmaterialien, beispielsweise bei Bearbeitung anfallende pulverförmige Stoffe genutzt werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaumkörpers und setzt sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammen:
Zunächst werden aus spanender Bearbeitung stammende metallische Späne (z.B. aus Aluminium) und Treibmittelpulver (z.B. TiH2) miteinander gemischt.
Diese metallischen Späne können eine ggf. auch relativ breite Größenverteilung aufweisen. So können (jedenfalls zumindest teilweise) auch Späne ohne vorherige Aufbereitung verwendet werden. Allerdings sollten die Späne möglichst kurz sein, um eine gute Mischbarkeit mit dem Treibmittel zu erreichen.
Im allgemeinen beinhaltet die Verarbeitung der Späne aber eine Aufbereitung langer wie auch kurzer Späne in einem vorangegangenen Aufbereitungsprozeß, wie beispielsweise Mahlen, auf eine Größe bzw. Größenverteilung, die sich für eine gute Mischbarkeit mit dem zumindest einen Treibmittel eignet. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn im Aufbereitungsprozeß das Treibmittel bereits mit in die Späne homogen verteilt eingewalkt wird.
Es ergeben sich daher zwei Ausführungsmöglichkeiten:
(a) ein Mischen der bereits aufbereiteten (d.h. auf eine Größe bzw. Größenverteilung eingestellten) Späne mit dem zumindest einen Treibmittel oder
(b) gleichzeitiges Mischen der Späne und des Treibmittels während des Aufbereitungsprozesses (insbesondere des Mahlprozesses), verbunden mit dem Einwal- ken des zumindest einen Treibmittels.
Bei den vorangestellten Ausführungsmöglichkeiten gibt es keine Einschränkung bezüglich der verwendeten Späne, da bei beiden Ausführungsmöglichkeiten eine Aufbereitung der Späne erfolgt.
Eine Auswahl der gewünschten Legierung für den Metallschaumkörper (das poröse Metall) bedingt dabei die zu verwendenden metallischen Späne (bzw. die Metalle / Metall- Legierungen aus denen die Späne bestehen).
Wie dargelegt, werden also als Ausgangsprodukte des Metallschaumverfahrens Produktionsabfälle der spanenden Bearbeitung, besonders der spanenden Trockenbearbeitung, genutzt. Diese Späne fallen für zahlreiche Metalle / Legierungen in großen Mengen an. Üblicherweise werden diese in einen Kreislaufprozeß eingebunden und auf diesem Weg wiederverwertet (recycled).
Mit der Verwendung als Ausgangsprodukte im Herstellungsprozeß von porösen Metallen (Metallschaumkörpern) eröffnet sich eine weitere umweltschonende Verwendungsmöglichkeit für Metallspäne.
Da es sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Verfahrens bei den Spänen um Abfallprodukte handelt, werden deutliche Kostenvorteile gegenüber den extra herzustellenden Verdüsungspulvern erreicht. Gegebenenfalls vorhandene Verunreinigungen der Späne können in einem Vor- schaltprozeß entfernt werden, so daß Verunreinigungen des herzustellenden porösen Metalls vermieden werden können.
Nach Mischen von Metallspänen und Treibmittelpulver wird das hergestellte Gemisch kompaktiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Gemisch hierbei zu schäumbaren Vorprodukten (beispielsweise zu Blöcken) mittels Einstempel-Axialpressens vorkompaktiert und die derart vorkompaktierten Vorprodukte (Blöcke) stranggepresst.
Hiernach wird eine Schäumform oder ein auszuschäumendes Bauteil mit dem kompak- tierten schäumbaren Vormaterial befüllt.
Anschließend wird das kompaktierte schäumbare Vormaterial über den Schmelzpunkt des Metalls bzw. über / in den Schmelzbereich der Metalllegierung und den Zersetzungspunkt des Treibmittels erhitzt.
Zuletzt erfolgt ein Abkühlen der Schäumform bzw. des auszuschäumenden Bauteils auf Raumtemperatur.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Verwendung von Produktionsabfällen der spanenden Bearbeitung zur Herstellung von Metallschaumkörpern, wodurch deutliche Vorteile gegenüber den bekannten pulvermetallurgischen Metallschäumverfahren erzielbar sind.

Claims

Patentansprüche:
1. Metallschäumverfahren, insbesondere zur Herstellung von Metallschaumkörpem, bei dem eine Mischung aus Recyclingmaterial zumindest eines metallischen Werkstoffes und zumindest eines Treibmittels aufgeschäumt wird.
2. Metallschäumverfahren nach Anspruch 1, wobei als Recyclingmaterial Späne zumindest eines metallischen Werkstoffes verwendet werden.
3. Metallschäumverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der metallische Werkstoff aus einem Metall oder aus einer Metall-Legierung besteht.
4. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mischung aus Recyclingmaterial und Treibmittel zu einem schäumbaren Vormaterial kom- paktiert wird.
5. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Recyclingmaterial vor dem Mischen in einem Aufbereitungsprozeß auf eine bestimmte Größe eingestellt wird.
6. Metallschäumverfahren nach Anspruch 5, wobei als Aufbereitungsprozeß ein Mahlvorgang vorgesehen ist.
7. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Aufbereitungsprozeß des Recyclingmaterials das Treibmittel gleich mit in das Recyclingmaterial, insbesondere homogen verteilt, eingewalkt wird.
8. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Produktionsabfälle spanender Metallbearbeitung, insbesondere spanender Trockenbearbeitung, als Späne zur Mischung mit dem Treibmittel genutzt werden.
9. Metallschaumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, vorzugsweise im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten metallischen Werkstoffes, aufgeheizt und der derart aufgeschäumte Körper anschließend abgekühlt wird.
10. Metallschäumverfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufschäumen in einer Schäumform oder in einem auszuschäumenden Bauteil durchgeführt wird.
11. Metallschäumverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zunächst das Recyclingmaterial des zumindest einen metallischen Werkstoffes und das zumi- dest eine Treibmittel gemischt werden, und das derart hergestellte Gemisch kompaktiert und aufgeschäumt wird.
EP07725032A 2006-05-29 2007-05-09 Metallschäumverfahren Withdrawn EP2026925A1 (de)

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