EP3895827B1 - Process for manufacturing a hollow body from amorphous metal - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall.The present invention relates to a method for producing a hollow body made of amorphous metal.
Amorphe Metalle - auch metallische Gläser genannt - können während des Gießprozesses durch rasche Abkühlung einer metallischen Schmelze erhalten werden. Durch die schnelle Abkühlung der Schmelze erstarrt dabei das Metall ohne reguläre kristalline Gitterstrukturen und/oder Korn- und Phasengrenzen auszubilden. Ein amorphes Metall ist also eine metallische Verbindung in der die einzelnen Atome keiner Fernordnung, sondern lediglich einer Nahordnung unterliegen.Amorphous metals - also called metallic glasses - can be obtained during the casting process by rapidly cooling a metallic melt. Due to the rapid cooling of the melt, the metal solidifies without forming regular crystalline lattice structures and/or grain and phase boundaries. An amorphous metal is a metallic compound in which the individual atoms are not subject to long-range order, but only to short-range order.
Amorphe Metalle unterscheiden sich in ihren mechanischen, elektrischen/elektromagnetischen und chemischen Eigenschaften zum Teil erheblich von regulären, sprich auskristallisierten Metallen. So verfügt amorphes Metall in der Regel über eine höhere Härte und Festigkeit sowie über eine erhöhte Elastizität und Biegbarkeit. Ferner können amorphe Metalle eine hohe magnetische Durchlässigkeit und eine leichte Magnetisierung/Entmagnetisierung aufweisen. Zusätzlich erweisen sich die meisten amorphen Metalle als besonders korrosionsresistent. Aufgrund ihrer außerordentlichen Eigenschaften werden amorphe Metalle zum Beispiel in der Medizintechnik, in der Luft- und Raumfahrttechnik und in Sportausrüstung verwendet oder in Elektromotoren verbaut.Amorphous metals differ significantly from regular, i.e. crystallized, metals in their mechanical, electrical/electromagnetic and chemical properties. Amorphous metal usually has greater hardness and strength as well as increased elasticity and flexibility. Furthermore, amorphous metals can have high magnetic permeability and easy magnetization/demagnetization. In addition, most amorphous metals prove to be particularly corrosion-resistant. Due to their extraordinary properties, amorphous metals are used, for example, in medical technology, aerospace technology and sports equipment or built into electric motors.
Amorphe Metalle werden häufig in Form von dünnen Schichten oder Bändern hergestellt, die einen Durchmesser von unter einem Millimeter aufweisen. Es ist jedoch prinzipiell auch möglich amorphe Metalle mit Durchmessern von über einem Millimeter zu fertigen. Ab einem gewissen Mindestdurchmesser des amorphen Metalls, wie zum Beispiel > 1 mm, spricht man auch von einem metallischen Massivglas oder einem bulk metallic glas (BMG). Amorphous metals are often produced in the form of thin films or ribbons that are less than a millimeter in diameter. However, in principle it is also possible to produce amorphous metals with diameters of over one millimeter. From a certain minimum diameter of the amorphous metal, such as > 1 mm, it is also referred to as metallic solid glass or bulk metallic glass (BMG).
Verfahren zu Herstellung von Hohlkörpern aus amorphen Metallen oder aus metallischem Massivglas sind prinzipiell im Stand der Technik bekannt. In den bekannten Verfahren werden solche Hohlkörper hergestellt, indem eine geeignete metallische Schmelze in den Hohlraum einer Gussform eingebracht wird, in der ein Innenkern angeordnet ist. Sobald die Gussform vollständig durch die metallische Schmelze befüllt ist, und somit der formgebende Teil des Innenkerns mit der Schmelze in Kontakt steht, wird die Schmelze rasch abgekühlt. Dabei werden die Bedingungen so gewählt, dass die Schmelze zu einem amorphen Metall erstarrt. Beim Abkühlen kann das gegossene Metall auf die Werkzeugkomponenten aufschwinden, d.h. durch das Abkühlen kann sich das Volumen des Metalls so verändern, dass es zu Spannungen und/oder Verfestigung zwischen dem amorphen Metall und den Werkzeugkomponenten kommen kann. Das ist im Besonderen der Fall, wenn die Schmelztemperatur und die Temperatur des Kerns voneinander abweichen und/oder es erhebliche Unterschiede in der thermischen Ausdehnung gibt.Methods for producing hollow bodies from amorphous metals or from metallic solid glass are in principle known in the prior art. In the known processes, such hollow bodies are produced by introducing a suitable metallic melt into the cavity of a casting mold in which an inner core is arranged. As soon as the mold is completely filled with the metallic melt, and thus the shaping part of the Inner core is in contact with the melt, the melt is cooled quickly. The conditions are chosen so that the melt solidifies into an amorphous metal. When cooling, the cast metal can shrink onto the tool components, ie the volume of the metal can change as a result of cooling in such a way that stresses and/or solidification can occur between the amorphous metal and the tool components. This is particularly the case if the melting temperature and the temperature of the core differ from one another and/or there are significant differences in thermal expansion.
Nach dem Abkühlen der Schmelze muss der Hohlkörper aus der Gussform entformt bzw. ausgeworfen werden. Eine Gussform, aus der ein Hohlkörper nach dem Gießen entfernt werden muss, wird in
Zusätzlich zu den genannten Nachteilen bezüglich der Ausgestaltung des gegossenen Hohlkörpers beeinflusst das Material des Werkzeugkerns die Parameter des Gießprozesses. In der Regel müssen je nach verwendetem Material des Kerns bestimmte Mindestparameter eingehalten werden, um eine reibungslose Herstellung eines Formstücks zu gewährleisten. So muss zum Beispiel das Werkzeug in bestimmter Weise vortemperiert werden, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kernmaterials zu berücksichtigen. Bei einem Werkzeugkern aus Stahl sollte beispielweise eine Vortemperatur von 200°C nicht deutlich unterschritten werden, um die Entformung nach dem Abkühlen der Schmelze nicht zusätzlich zu erschweren.In addition to the disadvantages mentioned regarding the design of the cast hollow body, the material of the tool core influences the parameters of the casting process. As a rule, depending on the core material used, certain minimum parameters must be maintained to ensure smooth production of a shaped piece. So For example, the tool must be pre-tempered in a certain way to take the thermal expansion coefficient of the core material into account. For a tool core made of steel, for example, the pre-temperature should not be significantly below 200°C in order not to make demoulding even more difficult after the melt has cooled.
Es ist wünschenswert ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus amorphem Metall bereitzustellen, das die genannten Nachteile nicht aufweist.It is desirable to provide a method for producing hollow bodies made of amorphous metal that does not have the disadvantages mentioned.
Es ist wünschenswert ein Verfahren bereitzustellen, das eine leichtere Entformung des Hohlkörpers nach dem Gießen ermöglicht. Außerdem ist es wünschenswert ein Verfahren bereitzustellen, das nicht auf schräge Innenkerne angewiesen ist, und so die damit einhergehenden Zwänge in der Gestaltung des Hohlkörpers vermeidet. Besonders vorteilhaft wäre es Hohlkörper aus amorphem Metall, wie zum Beispiel Rohre, herstellen zu können, die vergleichsweise lange bzw. tiefe Hohlräume aufweisen und/oder einen gleichbleibenden Innendurchmesser aufweisen. Es wäre auch vorteilhaft, wenn solche Hohlkörper ohne umfangreiches Nachbearbeiten erhalten werden könnten.It is desirable to provide a method that enables the hollow body to be removed more easily after casting. In addition, it is desirable to provide a method that does not rely on slanted inner cores and thus avoids the associated constraints in the design of the hollow body. It would be particularly advantageous to be able to produce hollow bodies made of amorphous metal, such as pipes, which have comparatively long or deep cavities and/or have a constant inner diameter. It would also be advantageous if such hollow bodies could be obtained without extensive post-processing.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes, zumindest alternatives, Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus amorphem Metall bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved, at least alternative, method for producing hollow bodies made of amorphous metal.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.The object of the present invention was achieved by the method according to
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen Innenkern umfasst,
- wobei zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises an inner core,
- wherein at least a portion of the lateral surface of the inner core is enclosed by a separating element, and
- wherein the separating element is not attached to the inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Ein "Hohlkörper" im Sinne der vorliegenden Offenlegung ist ein Körper, der mindestens einen Hohlraum, bevorzugt in Form einer Bohrung, eines Konturlochs oder eines Durchstoßes aufweist.A “hollow body” in the sense of the present disclosure is a body that has at least one cavity, preferably in the form of a bore, a contour hole or a penetration.
Ein "amorphes Metall" im Sinne dieser Offenlegung ist ein Metall, welches einen amorphen Anteil von mehr als 90%, bevorzugt von mehr als 95%, besonders bevorzugt von mehr 98%, aufweist. Der kristalline Anteil kann über DSC bestimmt werden als ein Verhältnis von maximaler Kristallisationsenthalpie (bestimmt durch Kristallisation einer vollständig amorphen Referenzprobe) und der tatsächlichen Kristallisationsenthalpie in der Probe.An “amorphous metal” in the sense of this disclosure is a metal which has an amorphous proportion of more than 90%, preferably more than 95%, particularly preferably more than 98%. The crystalline fraction can be determined via DSC as a ratio of the maximum enthalpy of crystallization (determined by crystallization of a completely amorphous reference sample) and the actual enthalpy of crystallization in the sample.
Unter der "Kavität" der Gussform ist der Hohlraum der Gussform zu verstehen, der durch das geschmolzene Metall befüllt werden kann. Die Kavität der Gussform wird vorgegeben durch die Gussform, den Innenkern und das Abtrennelement, welches zumindest einen Teilbereich der Mantelfläche des Innenkerns umschließt, ohne daran befestigt zu sein. Der Innenkern und das Abtrennelement geben die Form und Maße des Hohlraums des Hohlkörpers vor.The “cavity” of the mold is the hollow space in the mold that can be filled by the molten metal. The cavity of the mold is determined by the mold, the inner core and the separating element, which encloses at least a portion of the lateral surface of the inner core without being attached to it. The inner core and the separating element determine the shape and dimensions of the cavity of the hollow body.
"Nicht befestigt" bedeutet im Zusammenhang des Schritt c), dass das Abtrennelement und der Innenkern nicht durch ein Befestigungselement verbunden sind, nicht formschlüssig verbunden sind und/oder zwischen dem Abtrenn- und dem Innenkern keine chemische Bindung ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abtrennelement lose befestigt. Zum Beispiel kann das Abtrennelement zum Innenkern einen Spielraum im Bereich von 0.05 mm bis 1 mm, bevorzugt im Bereich von 0.1 mm bis 0.5 mm aufweisen (bei einer Temp. von 20°C).“Not attached” in the context of step c) means that the separating element and the inner core are not connected by a fastening element, are not connected in a form-fitting manner and/or no chemical bond is formed between the separating element and the inner core. In a preferred embodiment, the separating element is loosely attached. For example, the separating element to the inner core can have a clearance in the range of 0.05 mm to 1 mm, preferably in the range of 0.1 mm to 0.5 mm (at a temperature of 20 ° C).
Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, dass das unbefestigte Anbringen eines Abtrennelements auf einem Werkzeugkern, die Entformung eines gegossenen Hohlkörpers aus amorphem Metall deutlich vereinfacht. Durch die Anordnung des Abtrennelements auf der Mantelfläche des Innenkerns kommt es zu einer verringerten oder gar keiner Spannung und/oder Kontakt zwischen dem amorphen Metall und dem Innenkern. Spannung und/oder Kontakt besteht hauptsächlich zwischen dem amorphen Metall und dem Abtrennelement. Bei der Entformung des Hohlkörpers aus der Gussform kann daher der Innenkern ohne besonderen Kraftaufwand aus der Aussparung des Hohlkörpers herausgezogen oder -gedrückt werden.The inventors have surprisingly found that the unattached attachment of a separating element to a tool core significantly simplifies the demoulding of a cast hollow body made of amorphous metal. The arrangement of the separating element on the lateral surface of the inner core results in reduced or no tension and/or contact between the amorphous metal and the inner core. Tension and/or contact exists primarily between the amorphous metal and the separation element. When removing the hollow body from the mold, the inner core can therefore be pulled or pushed out of the recess in the hollow body without any particular effort.
Das Abtrennelement verbleibt auf der Innenseite bzw. Innenwand des Hohlkörpers und kann anschließend entfernt werden.The separating element remains on the inside or inner wall of the hollow body and can then be removed.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt so eine deutliche verbesserte Entformung des Hohlkörpers vom Werkzeug, speziell des Hohlraums des Hohlkörpers vom Innenkern. Dadurch kann ein Hohlkörper mit einer qualitativ hochwertigen Innenoberfläche hergestellt werden. Ferner kann im erfindungsgemäßen Verfahren bei der Gestaltung des Werkzeugkerns oder des Abtrennelements auf die Verwendung einer Entformungsschräge verzichtet werden, ohne dass dies zu nennenswerten Schäden am hergestellten Hohlkörper beim Entformen führt. Der Verzicht auf Entformungsschrägen am Werkzeugkern führt wiederum zu mehr Freiheitsgraden in der Gestaltung des Hohlkörpers, insbesondere in der Gestaltung des Hohlraums des Hohlkörpers. Zum Beispiel kann ein längeres Rohr aus amorphem Metall gegossen werden. Es kann ein Rohr gegossen werden, das einen konstanten Innendurchmesser und/oder auf der Innenseite keine Entformungsschräge aufweist. Die Materialoberfläche des Hohlraums des Hohlkörpers, z.B. des Rohrs, kann außerdem verbessert werden, da der Innenraum weniger oder gar nicht nachbearbeitet werden muss. Auf diese Weise kann die Effizienz des Herstellverfahrens erhöht und/oder Teile des Ausgangsmaterials des amorphen Metalls eingespart werden.The method according to the invention thus allows a significantly improved removal of the hollow body from the tool, especially the cavity of the hollow body from the inner core. This allows a hollow body to be produced with a high-quality inner surface. Furthermore, in the method according to the invention, the use of a demolding slope can be dispensed with when designing the tool core or the separating element, without this leading to significant damage to the hollow body produced during demolding. The absence of draft angles on the tool core in turn leads to more degrees of freedom in the design of the hollow body, in particular in the design of the hollow space of the hollow body. For example, a longer tube can be cast from amorphous metal. A pipe can be cast that has a constant inside diameter and/or no draft angle on the inside. The material surface of the cavity of the hollow body, e.g. the pipe, can also be improved because the interior requires less or no reworking. In this way, the efficiency of the manufacturing process can be increased and/or parts of the starting material of the amorphous metal can be saved.
Außerdem ermöglicht die Verwendung des Abtrennelements die Herstellung des Hohlkörpers aus amorphem Metall bei geringerem Vorheizen des Werkzeugs, zum Beispiel auf eine Werkzeugtemperatur von unter 150°C. In Abwesenheit des Abtrennelements könnte bei so schwach vorgeheiztem Werkzeug das erstarrte amorphe Metall auf dem Innenkern brechen. Eine verringerte Werkzeugtemperatur ist auch vorteilhaft für die rasche Abkühlung der Schmelze zum amorphen Metall. Eine hohe Werkzeugtemperatur (wie sie ohne Abtrennelement nötig wäre) würde zu einem verlangsamten Abkühlen führen, was wiederum eine unerwünschte Auskristallisation des Metalls fördern könnte. Außerdem treten bei niedrigeren Werkzeugtemperaturen weniger Undichtigkeiten und/oder Spannungen im Werkzeug auf.In addition, the use of the separating element enables the hollow body to be produced from amorphous metal with less preheating of the tool, for example to a tool temperature of below 150 ° C. In the absence of the separating element, the solidified amorphous metal on the inner core could break with such a weakly preheated tool. A reduced tool temperature is also advantageous for the rapid cooling of the melt to the amorphous metal. A high tool temperature (as would be necessary without a separating element) would lead to slower cooling, which in turn could promote undesirable crystallization of the metal. In addition, at lower tool temperatures, fewer leaks and/or stresses occur in the tool.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenlegung betrifft einen Hohlkörper aus amorphem Metall,
wobei der Hohlraum des Hohlkörpers eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 30 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 20 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm aufweist.Another aspect of the present disclosure relates to a hollow body made of amorphous metal,
wherein the cavity of the hollow body has a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 30 cm, more preferably in the range of 4 to 20 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further advantageous design options for the method according to the invention are defined in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen Innenkern umfasst,
- wobei zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises an inner core,
- wherein at least a portion of the lateral surface of the inner core is enclosed by a separating element, and
- wherein the separating element is not attached to the inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Das Verfahren umfasst einen Schritt a): Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen.The method includes a step a): Providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal.
Metallische Zusammensetzungen, die geeignet sind amorphe Metalle herzustellen, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Solche metallischen Zusammensetzungen sind zum Beispiel im
Die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) kann eine Zusammensetzung aus mindestens drei Elementen, bevorzugt aus mindestens drei Metallen, sein. Bevorzugt ist, dass die mindestens drei Elemente eine Differenz des Atomradius von mehr als 10%, bevorzugt mehr als 12%, aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die mindestens drei Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Palladium, Platin, Zinn, Silicium, Gallium, Kobalt, Zirkonium, Kupfer, Aluminium, Hafnium, Nickel, Niob und Titan, noch bevorzugter bestehend aus Zirkonium, Kupfer, Aluminium, Hafnium, Nickel, Niob und Titan.The metallic composition according to step a) can be a composition of at least three elements, preferably of at least three metals. It is preferred that the at least three elements have a difference in atomic radius of more than 10%, preferably more than 12%. In a preferred embodiment, the at least three elements are selected from the group consisting of iron, palladium, platinum, tin, silicon, gallium, cobalt, zirconium, copper, aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium, more preferably consisting of zirconium, copper , aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) eine zirkoniumbasierte Legierung, welche bevorzugt mehrere Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium, Hafnium, Nickel, Niob und Titan. Eine "zirkoniumbasierte Legierung" ist eine Legierung, die mindestens 40 Gew.%, bevorzugt 60 Gew.%, an Zirkonium aufweist.According to one embodiment of the present invention, the metallic composition according to step a) is a zirconium-based alloy, which preferably comprises several elements selected from the group consisting of copper, aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium. A "zirconium-based alloy" is an alloy that has at least 40% by weight, preferably 60% by weight, of zirconium.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, umfasst oder besteht die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) aus 58 bis 77 Gew.% Zirkonium, 0 bis 3 Gew.% Hafnium, 20 bis 30 Gew.% Kupfer, 2 bis 6 Gew.% Aluminium, und 1 bis 3 Gew.% Niob.In a particularly preferred embodiment, the metallic composition according to step a) comprises or consists of 58 to 77% by weight of zirconium, 0 to 3% by weight of hafnium, 20 to 30% by weight of copper, 2 to 6% by weight of aluminum, and 1 to 3% by weight of niobium.
In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform, umfasst oder besteht die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) aus 54 bis 76 Gew.% Zirkonium, 2 bis 5 Gew.% Titan, 12 bis 20 Gew.% Kupfer, 2 bis 6 Gew.% Aluminium, und 8 bis 15 Gew.% Nickel.In another particularly preferred embodiment, the metallic composition according to step a) comprises or consists of 54 to 76% by weight of zirconium, 2 to 5% by weight of titanium, 12 to 20% by weight of copper, 2 to 6% by weight of aluminum, and 8 to 15% by weight nickel.
Dabei wird bevorzugt, dass die Summe der chemischen Elemente 100% ergibt. Als Rest ist dann Zirkonium enthalten. Übliche Verunreinigungen können in der Legierung enthalten sein.It is preferred that the sum of the chemical elements is 100%. The remainder then contains zirconium. Common impurities may be present in the alloy.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) eine kupferbasierte Legierung, welche bevorzugt mehrere Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zirkonium, Nickel, Zinn, Silicium und Titan. Eine "kupferbasierte Legierung" ist eine Legierung, die mindestens 40 Gew.%, bevorzugt 60 Gew.%, an Kupfer aufweist. Geeignete kupferbasierte Legierungen sind zum Beispiel in
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) eine Differenz zwischen der Kristallisationstemperatur Tx und der Glassübergangstemperatur Tg von mindestens 30°C, bevorzugt von mindestens 40°C, bevorzugter von mindestens 50°C, und am bevorzugtesten im Bereich von 50 bis 80°C, auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) eine Differenz zwischen der Kristallisationstemperatur Tx und der Glassübergangstemperatur Tg im Bereich von 30 bis 150°C, bevorzugt im Bereich von 40 bis 120°C, und am bevorzugtesten im Bereich von 50 bis 80°C, auf.According to one embodiment of the present invention, the metallic composition according to step a) has a difference between the crystallization temperature Tx and the glass transition temperature Tg of at least 30 ° C, preferably at least 40 ° C, more preferably at least 50 ° C, and most preferably in the range from 50 to 80°C. According to a further embodiment of the present invention, the metallic composition according to step a) has a difference between the crystallization temperature Tx and the glass transition temperature Tg in the range from 30 to 150 ° C, preferably in the range from 40 to 120 ° C, and most preferably in the range from 50 to 80°C.
Die Zusammensetzung gemäß Schritt a) kann ferner eine Liquidustemperatur TL im Bereich von 700 bis 1200°C, bevorzugt im Bereich von 750 bis 1000°C, aufweisen. Die Solidustemperatur der Zusammensetzung gemäß Schritt a) kann im Bereich von 600 bis 1000°C, bevorzugt im Bereich von 700 bis 950°C liegen.The composition according to step a) can also have a liquidus temperature T L in the range from 700 to 1200 ° C, preferably in the range from 750 to 1000 ° C. The solidus temperature The composition according to step a) can be in the range from 600 to 1000 ° C, preferably in the range from 700 to 950 ° C.
Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt b): Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten.The method further comprises a step b): melting the composition according to step a) to obtain a melt.
Schritt b) ist nicht auf eine bestimmte Schmelzvorrichtung, Hitzequelle oder Schmelzparameter beschränkt. Vielmehr wird der Fachmann eine geeignete Vorrichtung und Hitzequelle sowie die Parameter des Schmelzvorgangs nach seinen Bedürfnissen und im Hinblick auf die verwendete metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) auswählen.Step b) is not limited to a specific melting device, heat source or melting parameters. Rather, the person skilled in the art will select a suitable device and heat source as well as the parameters of the melting process according to his needs and with regard to the metallic composition used according to step a).
Die Schmelze kann zum Beispiel in Schritt b) hergestellt werden, in dem die Zusammensetzung gemäß Schritt a) durch Hochfrequenzinduktionserwärmung, Bogenentladung, Elektronenstrahl-Bestrahlung, Laserstrahl-Bestrahlung oder Infrarot-Bestrahlung erhitzt oder geschmolzen wird. Bevorzugt wird Hochfrequenzinduktionserwärmung in Schritt b) angewandt.The melt can be prepared, for example, in step b) by heating or melting the composition according to step a) by high-frequency induction heating, arc discharge, electron beam irradiation, laser beam irradiation or infrared irradiation. High-frequency induction heating is preferably used in step b).
Bevorzugt wird in Schritt b) unter Verwendung einer Schutzgasatmosphäre gearbeitet, um eine Oxidation der metallischen Schmelze durch Sauerstoff zu vermeiden. Die Schutzgasatmosphäre kann bis zum Abkühlen der Schmelze in Schritt d) aufrechterhalten werden. Ein geeignetes Schutzgas ist zum Beispiel Argon. Vor dem Einbringen des Schutzgases kann die Atmosphäre evakuiert werden.In step b), a protective gas atmosphere is preferably used in order to avoid oxidation of the metallic melt by oxygen. The protective gas atmosphere can be maintained until the melt cools in step d). A suitable protective gas is, for example, argon. The atmosphere can be evacuated before the protective gas is introduced.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt c): Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen Innenkern umfasst,
- wobei zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem Innenkern befestigt ist.
- wherein the mold comprises an inner core,
- wherein at least a portion of the lateral surface of the inner core is enclosed by a separating element, and
- wherein the separating element is not attached to the inner core.
Der Innenkern weist eine Mantelfläche auf. Die "Mantelfläche" ist die gesamte Fläche des formgebenden Teils des Kerns ausgenommen der Grundfläche des Kerns. Der "formgebende Teil" des Innenkerns bezieht sich auf den Teil des Kerns der zur Formung des Hohlraums des Hohlkörpers verwendet wird. Nicht zum formgebenden Teil des Kerns gehört der Teilbereich oder die Teilfläche des Kerns, der/die zum Beispiel lediglich ins Werkzeug eingepasst ist oder direkt daran angrenzt, ohne dass dadurch eine formgebende Funktion erreicht wird.The inner core has a lateral surface. The "outer surface" is the entire area of the shaping part of the core excluding the base area of the core. The "forming portion" of the inner core refers to the portion of the core used to form the cavity of the hollow body. The partial area or surface of the core that is, for example, merely fitted into the tool or directly adjacent to it without achieving a shaping function does not belong to the shaping part of the core.
Der Innenkern kann prinzipiell jede Form aufweisen, die zur Gestaltung eines Werkzeuginnenkerns geeignet ist. Der Innenkern kann die Form eines Zylinders, eines dreieckigen Prismas, eines Quaders, einer Scheibe oder eine abgestufte Pyramidalstruktur aufweisen. Bevorzugt weist der Innenkern die Form eines Zylinders oder eines Quaders auf,The inner core can in principle have any shape that is suitable for designing a tool inner core. The inner core can have the shape of a cylinder, a triangular prism, a cuboid, a disk or a stepped pyramidal structure. The inner core preferably has the shape of a cylinder or a cuboid,
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Innenkern ein zylindrischer Innenkern. Der zylindrische Innenkern kann die Form eines elliptischen Zylinders, eines Kreiszylinders oder eines eckigen Zylinders aufweisen. Es ist bevorzugt, dass der Innenkern die Form eines Kreiszylinders aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der zylindrische Innenkern ein gerader kreiszylindrischer Innenkern.In a preferred embodiment of the present invention, the inner core is a cylindrical inner core. The cylindrical inner core can have the shape of an elliptical cylinder, a circular cylinder or an angular cylinder. It is preferred that the inner core has the shape of a circular cylinder. In a particularly preferred embodiment, the cylindrical inner core is a straight circular cylindrical inner core.
Die Anordnung des Innenkerns in der Gussform in Schritt c) kann der gewünschten Form des gegossenen Hohlkörpers angepasst werden. Der Innenkern kann so angeordnet werden, dass eine Bohrung, eine innere Kontur oder ein Durchstoß des Formstücks geformt werden.The arrangement of the inner core in the casting mold in step c) can be adapted to the desired shape of the cast hollow body. The inner core can be arranged to form a bore, an inner contour or a piercing of the fitting.
Ferner kann der Innenkern eine Entformungsschräge aufweisen. Entformungsschrägen sind dem Fachmann bekannt. Eine Entformungsschräge ist eine Schräge, die einer Oberfläche zugefügt wird, welche parallel zu Entformungsrichtung des Formstücks angeordnet ist. Eine Entformungsschräge wird einem Formstück zugefügt, um die Entformung zu erleichtern. Je nach Form des Formstücks kann eine Entformungsschräge einen Winkel im Bereich von 0.1 bis 10°. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Innenkern eine Entformungsschräge kleiner als 0.2° auf.Furthermore, the inner core can have a draft angle. Draft angles are known to those skilled in the art. A draft angle is a slope that is added to a surface that is arranged parallel to the direction of release of the molding. A draft angle is added to a fitting to make demolding easier. Depending on the shape of the fitting, a draft angle can have an angle in the range of 0.1 to 10°. In one embodiment of the present invention, the inner core has a draft angle of less than 0.2°.
Es ist jedoch nicht notwendig, dass der Innenkern eine Entformungsschräge aufweist. Dies ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Innenkern keine Entformungsschräge auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Innenkern einen konstanten Durchmesser auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der zylindrische Innenkern keine Entformungsschräge auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der zylindrische Innenkern einen konstanten Durchmesser auf.However, it is not necessary for the inner core to have a draft angle. This is one of the advantages of the present invention. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the inner core has no draft angle. In a preferred embodiment of the present invention, the inner core has a constant diameter. In a preferred embodiment of the present invention, the cylindrical inner core has no draft angle. In a preferred embodiment of the present invention, the cylindrical inner core has a constant diameter.
Der Innenkern kann einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und/oder eineThe inner core can have a diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and/or a
Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, noch bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweisen.Length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm.
Die hier definierten Maße wie Länge und Durchmesser des Innenkerns beziehen sich immer auf den formgebenden Teil des Innenkerns.The dimensions defined here, such as length and diameter of the inner core, always refer to the shaping part of the inner core.
Der Innenkern kann auch zwei oder mehr verschiedene Durchmesser in abgestufter Form aufweisen. Es sind auch Hinterschneidungen im Außendurchmesser des Innenkerns möglich. Für einen solchen Fall kann der Fachmann das Werkzeug entsprechend anpassen.The inner core may also have two or more different diameters in a stepped form. Undercuts in the outer diameter of the inner core are also possible. In such a case, the specialist can adapt the tool accordingly.
Der Innenkern kann bevorzugt einen konstanten Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und/oder der Kern kann eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, noch bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweisen. Der Innenkern kann besonders bevorzugt eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, noch bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweisen.The inner core may preferably have a constant diameter in the range from 5 to 100 mm, preferably in the range from 5 to 50 mm, more preferably in the range from 5 to 25 mm, and/or the core may have a length in the range from 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm. The inner core may particularly preferably have a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, even more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm.
Der zylindrische Innenkern kann besonders bevorzugt einen konstanten Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und/oder der Kern kann eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, und bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweisen. Der zylindrische Innenkern ist bevorzugt ein kreiszylindrischer Innenkern, wobei der Kreiszylinder einen konstanten Durchmesser im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweist, und/oder wobei der Kern eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, und noch bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweist.The cylindrical inner core can particularly preferably have a constant diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, even more preferably in the range of 5 to 25 mm, and / or the core can have a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, and more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm. The cylindrical inner core is preferably a circular cylindrical inner core, the circular cylinder having a constant diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and/or wherein the core a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, and more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm.
Der Innenkern kann aus jedem Material gefertigt sein, das für die Verwendung in einer Metallgussform geeignet ist. Zum Beispiel kann der Innenkern aus Stahl sein.The inner core can be made of any material suitable for use in a metal casting mold. For example, the inner core can be made of steel.
Der Innenkern kann Teil eines Schiebers sein. Schieber sind dem Fachmann bekannt.The inner core can be part of a slider. Sliders are known to those skilled in the art.
Die Form des Abtrennelements ist so an die Form des Innenkerns angepasst, dass zumindest ein Teil der Mantelfläche des Innenkerns umschlossen ist. Ist der Innenkern zum Beispiel in Form eines Kreiszylinders ausgestaltet, so kann das Abtrennelement in Form eines Hohlzylinders ausgestaltet sein. Ist der Innenkern in Form eines eckigen Zylinders ausgestaltet, so kann das Abtrennelement in Form eines Eckzylinders ausgestaltet sein usw. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abtrennelement in seiner Form an die Form des zylindrischen Innenkerns angepasst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Abtrennelement die Form eines geraden Hohlzylinders auf.The shape of the separating element is adapted to the shape of the inner core in such a way that at least part of the lateral surface of the inner core is enclosed. If the inner core is designed, for example, in the form of a circular cylinder, the separating element can be designed in the form of a hollow cylinder. If the inner core is designed in the form of a square cylinder, the separation element can be designed in the form of a corner cylinder, etc. In a preferred embodiment, the shape of the separation element is adapted to the shape of the cylindrical inner core. In a particularly preferred embodiment, the separating element has the shape of a straight hollow cylinder.
Besonders bevorzugt hat das Abtrennelement die Form einer Hülse. Ganz besonders bevorzugt ist das Abtrennelement eine Kupferhülse.The separating element particularly preferably has the shape of a sleeve. The separating element is particularly preferably a copper sleeve.
Das Abtrennelement kann eine Wandstärke im Bereich von 0.5 bis 5 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm, aufweisen, und/oder eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, noch bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweisen. Das Abtrennelement kann die Form eines geraden Hohlzylinders aufweisen, wobei der Hohlzylinder eine Wandstärke im Bereich von 0.5 bis 5 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm, aufweist, und/oder wobei der Hohlzylinder eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, noch bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, aufweist.The separating element can have a wall thickness in the range of 0.5 to 5 mm, preferably in the range of 1 to 3 mm, and/or a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, even more preferably in the range from 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm. The separating element can have the shape of a straight hollow cylinder, the hollow cylinder having a wall thickness in the range of 0.5 to 5 mm, preferably in the range of 1 to 3 mm, and/or the hollow cylinder having a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm.
Der Innendurchmesser des Abtrennelements ist bevorzugt an den Durchmesser des Innenkerns angepasst.The inner diameter of the separating element is preferably adapted to the diameter of the inner core.
Das Abtrennelement kann eine Entformungsschräge aufweisen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Innenkern eine Entformungsschräge kleiner als 0.2° auf. Eine solche Ausgestaltung des Abtrennelements ist jedoch nicht notwendig. Dies ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Abtrennelement keine Entformungsschräge auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abtrennelement einen konstanten Außendurchmesser auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist weder das Abtrennelement noch der Innenkern eine Entformungsschräge auf.The separating element can have a demolding slope. In one embodiment of the present invention, the inner core has a draft angle of less than 0.2°. However, such a design of the separating element is not necessary. This is one of the advantages of the present invention. In a particularly preferred embodiment, the separating element has no draft angle. In a preferred embodiment, the separating element has a constant outside diameter. In a particularly preferred embodiment, neither the separating element nor the inner core has a draft angle.
Das Abtrennelement umschließt in Schritt c) mindestens einen Teilbereich der Mantelfläche des Innenkerns. In einer bevorzugten Ausführungsform umschließt das Abtrennelement in Schritt c) die gesamte Mantelfläche des Innenkerns. Wird zum Beispiel ein zylindrischer Innenkern verwendet kann ein Abtrennelement eingesetzt werden, dass die gesamte zylindrische Mantelfläche des Innenkerns umschließt. Es ist auch möglich, dass das Abtrennelement den gesamten formgebenden Teil des Innenkerns umschließt.In step c), the separating element encloses at least a portion of the lateral surface of the inner core. In a preferred embodiment, the separating element in step c) encloses the entire surface area of the inner core. For example, if a cylindrical inner core is used, a separating element can be used that encloses the entire cylindrical lateral surface of the inner core. It is also possible for the separating element to enclose the entire shaping part of the inner core.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abtrennelement so ausgestaltet und auf der Mantelfläche des Innenkerns so angeordnet, dass die Schmelze in Schritt c) nicht mit der Mantelfläche des Innenkerns in Kontakt kommt. Es ist auch möglich, dass das Abtrennelement so ausgestaltet und auf dem Innenkern so angeordnet, dass die Schmelze in Schritt c) nicht mit dem Innenkern in Kontakt kommt.In a further preferred embodiment, the separating element is designed and arranged on the lateral surface of the inner core in such a way that the melt in step c) does not come into contact with the lateral surface of the inner core. It is also possible for the separating element to be designed and arranged on the inner core in such a way that the melt does not come into contact with the inner core in step c).
Das Material des Abtrennelements ist nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt.The material of the separating element is not limited to a specific material.
Das Abtrennelement kann ein nicht-metallisches Material umfassen oder aus diesem bestehen. Zum Beispiel kann das Abtrennelement Graphit umfassen oder daraus bestehen.The separating element may include or consist of a non-metallic material. For example, the separating element may comprise or consist of graphite.
Das Abtrennelement kann ein Metall oder eine Legierung umfassen, oder aus dieser bestehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Abtrennelement, bevorzugt besteht aus, ein Metall oder eine Legierung. Bevorzugte Metalle oder Legierungen sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, unlegiertem und niedriglegiertem Stahl, Zink und Zinklegierungen. Besonders bevorzugt umfasst das Abtrennelement, oder besteht das Abtrennelement aus, Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Fachmann ist mit den Begriffen "unlegierter" und "niedriglegierter Stahl" vertraut. Ein niedriglegierter Stahl kann zum Beispiel ein Stahl sein, bei dem die Summe der Legierungselemente 6.0 Gew.-% nicht überschreitet.The separating element can comprise or consist of a metal or an alloy. In a preferred embodiment of the present invention, the separating element preferably consists of a metal or an alloy. Preferred metals or alloys are selected from the group consisting of copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys, unalloyed and low-alloy steel, zinc and zinc alloys. Particularly preferably, the separating element comprises, or consists of, copper or a copper alloy. The person skilled in the art is familiar with the terms "unalloyed" and "low-alloyed steel". A low-alloy steel can, for example, be a steel in which the sum of the alloying elements does not exceed 6.0% by weight.
Das Material des Abtrennelements kann eine bestimmte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ist dabei besonders geeignet, um das rasche Abkühlen der Schmelze unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu erleichtern. Bevorzugt umfasst oder besteht das Abtrennelement aus einem Material, das eine Wärmeleitfähigkeit κ von größer als 100 W/mK, bevorzugt größer als 200 W/mK, und bevorzugter im Bereich von 200 bis 450 W/mK, aufweist.The material of the separating element can have a certain thermal conductivity. A material with a high thermal conductivity is particularly suitable for facilitating the rapid cooling of the melt below the glass transition temperature Tg. The separating element preferably comprises or consists of a material that has a thermal conductivity κ of greater than 100 W/mK, preferably greater than 200 W/mK, and more preferably in the range from 200 to 450 W/mK.
Das Material des Abtrennelements kann auch einen bestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bevorzugt umfasst oder besteht das Abtrennelement aus einem Material, das einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α (bei 20°C) von größer als 10*10-6/K, bevorzugt größer als 15*10-6/K, und bevorzugter im Bereich von 15*10-6/K bis 40*10-6/K, aufweist.The material of the separating element can also have a certain coefficient of thermal expansion. The separating element preferably comprises or consists of a material which has a coefficient of linear thermal expansion α (at 20 ° C) of greater than 10*10 -6 /K, preferably greater than 15*10 -6 /K, and more preferably in the range of 15*10 -6 /K to 40 *10 -6 /K.
Das Material des Abtrennelements kann einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α (bei 20°C) kleiner oder gleich dem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten des Innenkerns aufweisen. Das Material des Abtrennelements kann verglichen mit den Material des Innenkerns einen unterschiedlichen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α (bei 20°C) aufweisen. Das Abtrennelement und der Innenkern können eine thermische Fehlpassung oder thermal misfit bilden, welcher das Entformen erleichtert.The material of the separating element can have a thermal linear expansion coefficient α (at 20 ° C) less than or equal to the thermal linear expansion coefficient of the inner core. The material of the separating element can have a different thermal linear expansion coefficient α (at 20 ° C) compared to the material of the inner core. The separation element and the inner core can form a thermal misfit , which facilitates demoulding.
Die Erfinder haben gefunden, dass die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dazu führen können, dass nach dem Abkühlen der Werkzeugkomponenten eine geringere Spannung zwischen dem Abtrenn- und dem Innenkern herrscht. Anders ausgedrückt kann der gegossene Hohlkörper inklusive der Hülse in Folge der Abkühlung vom Innenkern abschrumpfen. So wird das Entformen des Hohlkörpers aus der Gussform weiter erleichtert, da noch weniger Kraft nötig ist, um den Innenkern aus der Aussparung des Hohlkörpers zu entfernen.The inventors have found that the different thermal expansion coefficients can lead to a lower tension between the separating core and the inner core after the tool components have cooled. In other words, the cast hollow body including the sleeve can shrink from the inner core as a result of cooling. This makes removing the hollow body from the mold even easier, since even less force is required to remove the inner core from the recess in the hollow body.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren vor Schritt b) oder c) einen Schritt, in dem das Abtrennelement auf den Innenkern geschoben wird. Anschließend kann der Innenkern mit dem angebrachten Abtrennelement in der Gussform angeordnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in diesem Schritt ein hohlzylindrisches Abtrennelement auf einen zylindrischen Innenkern geschoben.In a preferred embodiment of the present invention, the method includes a step before step b) or c) in which the separating element is pushed onto the inner core. The inner core with the attached separating element can then be arranged in the mold. In a preferred embodiment, a hollow cylindrical separating element is pushed onto a cylindrical inner core in this step.
Die Kavität der Gussform in Schritt c) gibt die Form des gegossenen Hohlkörpers vor. Die Kavität kann eine Form aufweisen, die geeignet ist einen Hohlkörper mit einem Hohlraum zugießen, wobei der Hohlraum eine Bohrung, eine innere Kontur oder ein Durchstoß ist. Bevorzugt weist die Kavität eine Form auf, die geeignet ist ein Rohr zu gießen.The cavity of the casting mold in step c) determines the shape of the cast hollow body. The cavity can have a shape that is suitable for casting a hollow body with a cavity, the cavity being a bore, an inner contour or a penetration. The cavity preferably has a shape that is suitable for casting a pipe.
Der Fachmann wird die Form und die Ausmaße der Kavität durch Wahl des Innenkerns, des Abtrennelement und der Gussform so gestalten, dass ein Hohlkörper aus amorphem Metall mit einer gewünschten Form erhältlich ist.The person skilled in the art will design the shape and dimensions of the cavity by selecting the inner core, the separating element and the mold so that a hollow body made of amorphous metal with a desired shape is obtainable.
Die Kavität der Gussform weist bevorzugt eine hohlzylindrische Form auf. Die Kavität weist bevorzugt die Form eines Rohres auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kavität der Gussform in Schritt c) hohlzylindrisch und weist eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugten Bereich von 6 bis 10 cm, auf, und/oder
wobei die Kavität der Gussform in Schritt c) hohlzylindrisch ist und eine Breite im Bereich von 0.5 bis 20 mm, bevorzugt im Bereich von 0.5 bis 10 mm, und bevorzugter im Bereich von 0.5 bis 5 mm, aufweist. Die "Breite" der Kavität bezieht sich auf den zu füllenden Hohlraum und nicht auf die Gesamtbreite des Hohlzylinders.The cavity of the mold preferably has a hollow cylindrical shape. The cavity preferably has the shape of a tube. In a preferred embodiment, the cavity is the Casting mold in step c) is hollow cylindrical and has a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm, and / or
wherein the cavity of the mold in step c) is hollow cylindrical and has a width in the range of 0.5 to 20 mm, preferably in the range of 0.5 to 10 mm, and more preferably in the range of 0.5 to 5 mm. The "width" of the cavity refers to the cavity to be filled and not the overall width of the hollow cylinder.
Die Gussform kann auch mehrere Kavitäten, wie sie hier beschrieben sind, aufweisen, um in einem Schritt mehrere Hohlkörper zu gießen.The mold can also have several cavities, as described here, in order to cast several hollow bodies in one step.
Bevor die Schmelze in Schritt c) in die Gussform eingebracht wird, kann die Gussform, der Innenkern und/oder das Abtrennelement in Schritt c) auf eine bestimmte Temperatur vorgeheizt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gussform, der Innenkern und/oder das Abtrennelement vor dem Einbringen der Schmelze in Schritt c) eine Temperatur im Bereich von 20 bis 300°C, bevorzugt im Bereich von 20 bis 200°C, und am bevorzugten im Bereich von 50 bis 140°C, auf.Before the melt is introduced into the mold in step c), the mold, the inner core and/or the separating element can be preheated to a specific temperature in step c). According to a preferred embodiment, the casting mold, the inner core and/or the separating element has a temperature in the range from 20 to 300 ° C, preferably in the range from 20 to 200 ° C, and most preferably in the range before the melt is introduced in step c). from 50 to 140°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Schritt d): Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten.The method according to the invention comprises a step d): cooling the melt in the casting mold in order to obtain a shaped piece made of amorphous metal.
Die Gussform weist eine deutlich niedrigere Temperatur als die Schmelze auf. Daher kann es für das Abkühlen der Schmelze zu einem amorphen Metall ausreichen die Schmelze in die Kavität der Gussform einzubringen.The mold has a significantly lower temperature than the melt. Therefore, to cool the melt to an amorphous metal, it may be sufficient to introduce the melt into the cavity of the mold.
Es ist aber auch möglich die Gussform nach Einbringen der Schmelze durch ein Kühlsystem aktiv zu kühlen. Das Kühlsystem kann eine Kühlflüssigkeit wie zum Beispiel Wasser oder ein Flüssiggas verwenden. Kühlsysteme zur Kühlung einer Gussform sind dem Fachmann bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Schritt e): Entfernen des Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.However, it is also possible to actively cool the mold using a cooling system after the melt has been introduced. The cooling system may use a cooling liquid such as water or a liquid gas. Cooling systems for cooling a mold are known to those skilled in the art. The method according to the invention comprises a step e): removing the inner core and the separating element from the shaped piece after step d) in order to obtain a hollow body made of amorphous metal.
In Schritt e) kann der Innenkern aus dem Formstück nach Schritt d) entfernt werden, indem der Innenkern aus dem Formstück herausgezogen oder aus dem Formstück gepresst wird. Bevorzugt wird der Innenkern aus dem Formstück gepresst. Bevorzugt wird der zylindrische Innenkern aus dem Formstück gepresst. Der Kern kann nach dem Entnehmen des Formstücks aus der Gussform oder vor dem Entnehmen aus der Gussform entfernt werden.In step e), the inner core can be removed from the shaped piece after step d) by pulling the inner core out of the shaped piece or pressing it out of the shaped piece. The inner core is preferably pressed out of the shaped piece. The cylindrical inner core is preferably pressed out of the shaped piece. The core can be removed after removing the fitting from the mold or before removing it from the mold.
Nach dem der Innenkern entfernt ist, verbleibt das Abtrennelement auf der Innenseite des Hohlkörpers. Das Abtrennelement kann anschließend mechanisch entfernt werden. Zum Beispiel kann das Abtrennelement aus dem Hohlraum des Hohlkörpers herausgedreht werden.After the inner core is removed, the separating element remains on the inside of the hollow body. The separating element can then be removed mechanically. For example, the separating element can be rotated out of the cavity of the hollow body.
Um das Entfernen des Abtrennelements zu erleichtern kann das Abtrennelement chemisch behandelt werden, zum Beispiel durch einen Ätzschritt. Eine chemische Behandlung durch Ätzen kann zum Beispiel durchgeführt werden bei einem Abtrennelement, das Kupfer oder eine Kupferlegierung umfasst, oder daraus besteht. Es ist auch möglich, das Abtrennelement vor dem Entfernen einzuschneiden, um die Spannung zwischen Abtrennelement und Hohlkörper zu verringern.In order to facilitate the removal of the separation element, the separation element can be chemically treated, for example by an etching step. Chemical treatment by etching can be carried out, for example, on a separation element comprising or consisting of copper or a copper alloy. It is also possible to cut the separating element before removal in order to reduce the tension between the separating element and the hollow body.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt e) die Schritte
- e1) Entfernen des Innenkerns aus dem Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphen Metall zu erhalten, welcher auf seiner Innenseite das Abtrennelement aufweist,
- e2) Entfernen des Abtrennelements von der Innenseite des Hohlkörpers.
- e1) removing the inner core from the shaped piece after step d) in order to obtain a hollow body made of amorphous metal, which has the separating element on its inside,
- e2) Removing the separating element from the inside of the hollow body.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt e) die Schritte
- e1) Entfernen des Innenkerns aus dem Formstück nach Schritt d) bevor oder nach dem das Formstück aus der Gussform entnommen wurde, um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten, welcher auf seiner Innenseite das Abtrennelement aufweist,
- e2) Entfernen des Abtrennelements von der Innenseite des Hohlkörpers.
- e1) removing the inner core from the molded piece after step d) before or after the molded piece was removed from the mold in order to obtain a hollow body made of amorphous metal, which has the separating element on its inside,
- e2) Removing the separating element from the inside of the hollow body.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren zur Herstellung amorpher Metalle. Metallspritzgussverfahren sind prinzipiell bekannt. Metallspritzgussverfahren zur Herstellung amorpher Metalle weisen bekannte Unterschiede zu konventionellen Metallspritzgussverfahren auf. Zum Beispiel wird im Metallspritzgussverfahren kein Binder eingesetzt und somit fällt auch der Schritt des Entbindern weg.According to a preferred embodiment, the method according to the invention is a metal injection molding method. According to a preferred embodiment, the method according to the invention is a metal injection molding method for producing amorphous metals. Metal injection molding processes are known in principle. Metal injection molding processes for producing amorphous metals have well-known differences to conventional metal injection molding processes. For example, no binder is used in the metal injection molding process and the debinding step is therefore eliminated.
Das Verfahren kann zum Beispiel ein Metallspirtzgussverfahren zur Herstellung amorpher Metalle sein, welches mittels einer Engel Victory 120 Amorphous Metal Moulding Maschine der Firma Engel durchgeführt wird.The process can, for example, be a metal injection molding process for producing amorphous metals, which is carried out using an Engel Victory 120 Amorphous Metal Molding machine from Engel.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren,
- wobei in Schritt b) die metallische Zusammensetzung gemäß Schritt a) in einem Schmelzherd geschmolzen wird und die Schmelze anschließend in eine Einspritzkammer überführt wird, und
- wobei in Schritt c) die Schmelze unter Druck aus der Einspritzkammer über einen Kanal in die Kavität der Gussform eingespritzt wird, so dass die Kavität vollständig gefüllt ist.
- wherein in step b) the metallic composition according to step a) is melted in a melting hearth and the melt is then transferred into an injection chamber, and
- wherein in step c) the melt is injected under pressure from the injection chamber via a channel into the cavity of the mold so that the cavity is completely filled.
Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren weitere im Stand der Technik bekannte Verfahrensschritte umfassen, wie zum Beispiel einen Schritt zur Wärmebehandlung des Hohlkörpers und/oder einen Schritt zum Putzen des Hohlkörpers.In addition, the method according to the invention can include further method steps known in the prior art, such as a step for heat treating the hollow body and/or a step for cleaning the hollow body.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt so ausgestaltet, dass ein Rohr hergestellt wird. Dem Fachmann ist bekannt welche Formen des Innenkerns, der Gussform und der Kavität hierzu notwendig sind.The method according to the invention is preferably designed so that a tube is produced. The person skilled in the art knows which shapes of the inner core, the mold and the cavity are necessary for this.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall die Schritte:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen Innenkern umfasst,
- wobei der Innenkern eine Länge im Bereich
im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugtim Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm aufweist, - wobei die gesamte Mantelfläche des Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist,
- wobei das Abtrennelement nicht an dem Innenkern befestigt ist, und
- wobei weder das Abtrennelement noch der Innenkern eine Entformungsschräge aufweist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises an inner core,
- wherein the inner core has a length in the range from 1 to 40 cm, preferably in the range from 2 to 20 cm, more preferably in the range from 4 to 15 cm, and most preferably in the range from 6 to 10 cm,
- wherein the entire lateral surface of the inner core is enclosed by a separating element,
- wherein the separating element is not attached to the inner core, and
- wherein neither the separating element nor the inner core has a draft angle,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall die Schritte:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen Innenkern umfasst,
- wobei der formgebende Teil des Innenkerns eine Länge im Bereich
im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugtim Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm aufweist, - wobei die gesamte Mantelfläche des formgebenden Teils des zylindrischen Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist,
- wobei das Abtrennelement nicht an dem Innenkern befestigt ist,
- wobei das Abtrennelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und
- wobei weder das Abtrennelement noch der Innenkern eine Entformungsschräge aufweist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises an inner core,
- wherein the shaping part of the inner core has a length in the range from 1 to 40 cm, preferably in the range from 2 to 20 cm, more preferably in the range from 4 to 15 cm, and most preferably in the range from 6 to 10 cm,
- wherein the entire lateral surface of the shaping part of the cylindrical inner core is enclosed by a separating element,
- wherein the separating element is not attached to the inner core,
- wherein the separating element consists of copper or a copper alloy and
- wherein neither the separating element nor the inner core has a draft angle,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall, welches die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen Innenkern umfasst,
- wobei die gesamte Mantelfläche des Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist,
- wobei das Abtrennelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises an inner core,
- wherein the entire lateral surface of the inner core is enclosed by a separating element,
- wherein the separating element consists of copper or a copper alloy, and
- wherein the separating element is not attached to the inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall, welches die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen zylindrischen Innenkern umfasst,
- wobei die gesamte Mantelfläche des zylindrischen Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist,
- wobei das Abtrennelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem zylindrischen Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des zylindrischen Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises a cylindrical inner core,
- wherein the entire lateral surface of the cylindrical inner core is enclosed by a separating element,
- wherein the separating element consists of copper or a copper alloy, and
- wherein the separating element is not attached to the cylindrical inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the cylindrical inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren zur Herstellung eines Rohrs aus amorphem Metall, welches die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen zylindrischen Innenkern umfasst,
- wobei der zylindrische Innenkern aus Stahl besteht,
- wobei die gesamte Mantelfläche des zylindrischen Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist,
- wobei das Abtrennelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem zylindrischen Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e1) Entfernen des Innenkerns aus dem Formstück nach Schritt d) bevor oder nach dem das Formstück aus der Gussform entnommen wurde, um ein Rohr aus amorphem Metall zu erhalten, welches auf seiner Innenseite das Abtrennelement aufweist,
- e2) Entfernen des Abtrennelements von der Innenseite des Rohrs.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises a cylindrical inner core,
- where the cylindrical inner core is made of steel,
- wherein the entire lateral surface of the cylindrical inner core is enclosed by a separating element,
- wherein the separating element consists of copper or a copper alloy, and
- wherein the separating element is not attached to the cylindrical inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e1) removing the inner core from the shaped piece after step d) before or after the shaped piece was removed from the mold in order to obtain a tube made of amorphous metal which has the separating element on its inside,
- e2) Remove the separator from the inside of the pipe.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus amorphem Metall, welches die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen zylindrischen Innenkern umfasst,
- wobei zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des zylindrischen Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist, so dass die Schmelze nicht mit der Mantelfläche des Innenkerns in Kontakt kommen kann,
- wobei das Abtrennelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem zylindrischen Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e) Entfernen des zylindrischen Innenkerns und des Abtrennelements vom Formstück nach Schritt d), um einen Hohlkörper aus amorphem Metall zu erhalten.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises a cylindrical inner core,
- wherein at least a portion of the lateral surface of the cylindrical inner core is enclosed by a separating element so that the melt cannot come into contact with the lateral surface of the inner core,
- wherein the separating element consists of copper or a copper alloy, and
- wherein the separating element is not attached to the cylindrical inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e) removing the cylindrical inner core and the separating element from the fitting after step d) to obtain a hollow body made of amorphous metal.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Metallspritzgussverfahren zur Herstellung eines Rohrs aus amorphem Metall, welches die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung, die geeignet ist amorphes Metall herzustellen,
- b) Schmelzen der Zusammensetzung gemäß Schritt a), um eine Schmelze zu erhalten,
- c) Einbringen der Schmelze nach Schritt b) in eine Kavität einer Gussform,
- wobei die Gussform einen zylindrischen Innenkern umfasst,
- wobei der zylindrische Innenkern aus Stahl besteht,
- wobei zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des zylindrischen Innenkerns durch ein Abtrennelement umschlossen ist, so dass die Schmelze nicht mit der Mantelfläche des Innenkerns in Kontakt kommen kann,
- wobei das Abtrennelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, und
- wobei das Abtrennelement nicht an dem zylindrischen Innenkern befestigt ist,
- d) Abkühlen der Schmelze in der Gussform, um ein Formstück aus amorphem Metall zu erhalten,
- e1) Entfernen des Innenkerns aus dem Formstück nach Schritt d) bevor oder nach dem das Formstück aus der Gussform entnommen wurde, um ein Rohr aus amorphem Metall zu erhalten, welches auf seiner Innenseite das Abtrennelement aufweist,
- e2) Entfernen des Abtrennelements von der Innenseite des Rohrs.
- a) providing a metallic composition that is suitable for producing amorphous metal,
- b) melting the composition according to step a) to obtain a melt,
- c) introducing the melt after step b) into a cavity of a mold,
- wherein the mold comprises a cylindrical inner core,
- where the cylindrical inner core is made of steel,
- wherein at least a portion of the lateral surface of the cylindrical inner core is enclosed by a separating element so that the melt cannot come into contact with the lateral surface of the inner core,
- wherein the separating element consists of copper or a copper alloy, and
- wherein the separating element is not attached to the cylindrical inner core,
- d) cooling the melt in the mold to obtain a shaped piece made of amorphous metal,
- e1) removing the inner core from the shaped piece after step d) before or after the shaped piece was removed from the mold in order to obtain a tube made of amorphous metal which has the separating element on its inside,
- e2) Remove the separator from the inside of the pipe.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenlegung betrifft einen Hohlkörper aus amorphem Metall,
wobei der Hohlraum des Hohlkörpers eine Länge im Bereich von 1 bis 40 cm aufweist. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenlegung betrifft einen Hohlkörper aus amorphem Metall, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.Another aspect of the present disclosure relates to a hollow body made of amorphous metal,
wherein the cavity of the hollow body has a length in the range of 1 to 40 cm. Another aspect of the present disclosure relates to a hollow body made of amorphous metal, which is obtainable by the method according to the invention.
Die Erfinder haben überraschenderweise gefunden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der einfachen Entformung und/oder der verbesserten Prozessparameter ein Hohlkörper aus amorphem Metall mit verbesserter Qualität zugänglich ist, insbesondere mit verbesserter Qualität der inneren Oberfläche des Hohlkörpers. Außerdem haben die Erfinder gefunden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Hohlkörper aus amorphem Metall erhalten werden können, deren Formgebung bisher nicht möglich war.The inventors have surprisingly found that the method according to the invention makes it possible to obtain a hollow body made of amorphous metal with improved quality, in particular with improved quality of the inner surface of the hollow body, due to the simple demolding and/or the improved process parameters. In addition, the inventors have found that the process according to the invention can be used to obtain hollow bodies made of amorphous metal, the shape of which was previously not possible.
Bevorzugt weist der Hohlraum des Hohlkörpers eine Länge im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, auf.Preferably, the cavity of the hollow body has a length in the range of 2 to 20 cm, more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm.
Bevorzugt weist der Hohlraum des Hohlkörpers keine Entformungsschräge auf. Bevorzugt weist der Hohlraum des Hohlkörpers eine Länge im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, auf, wobei der Hohlraum keine Entformungsschräge aufweist. Der Hohlraum kann zum Beispiel eine Länge von 6 bis 10 cm und keine Entformungsschräge aufweisen.The cavity of the hollow body preferably has no draft angle. The cavity of the hollow body preferably has a length in the range from 2 to 20 cm, more preferably in the range from 4 to 15 cm, and most preferably in the range from 6 to 10 cm, the cavity having no draft angle. The cavity can, for example, have a length of 6 to 10 cm and no draft angle.
Der Hohlraum des Hohlkörpers kann einen Innendurchmesser im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, und am bevorzugtesten im Bereich von 5 bis 20 mm, aufweisen. Es ist auch möglich, dass der Hohlraum zwei oder mehr verschiedene Innendurchmesser in abgestufter Form aufweist.The cavity of the hollow body may have an inner diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and most preferably in the range of 5 to 20 mm. It is also possible for the cavity to have two or more different inside diameters in a stepped form.
Es ist jedoch bevorzugt, dass der Hohlraum des Hohlkörpers einen konstanten Innendurchmesser aufweist. Besonders bevorzugt weist der Hohlraum eine zylindrische Form auf. Noch bevorzugter weist der Hohlraum des Hohlkörpers eine zylindrische Form auf, wobei der Hohlraum einen konstanten Innendurchmesser hat.However, it is preferred that the cavity of the hollow body has a constant inner diameter. The cavity particularly preferably has a cylindrical shape. More preferably, the cavity of the hollow body has a cylindrical shape, with the cavity having a constant inner diameter.
Der Hohlraum des Hohlkörpers kann eine Bohrung, eine innere Kontur oder ein Durchstoß sein.The cavity of the hollow body can be a bore, an inner contour or a penetration.
Der Hohlkörper ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt. Insbesondere ist der Hohlkörper nicht bezüglich seiner äußeren Form beschränkt. Die äußere Form kann wie auch die Kavität der Gussform nach den eigenen Wünschen und Bedürfnissen des Fachmanns gestaltet werden.The hollow body is not limited to a specific shape. In particular, the hollow body is not limited in terms of its external shape. The external shape, as well as the cavity of the mold, can be designed according to the specialist's own wishes and needs.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlkörper ein Hohlzylinder, bevorzugt ein Hohlkreiszylinder. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlkörper ein Rohr. Der Hohlraum des Rohrs weist bevorzugt keine Entformungsschräge auf.In a preferred embodiment, the hollow body is a hollow cylinder, preferably a hollow circular cylinder. In a further preferred embodiment, the hollow body is a tube. The cavity of the tube preferably has no draft angle.
Bevorzugt ist der Hohlkörper ein Rohr, wobei das Rohr eine Länge aufweist im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, und/oder
- wobei das Rohr eine Wandstärke aufweist im Bereich von 0.5 bis 20 mm, bevorzugt im Bereich von 0.5 bis 10 mm, bevorzugter im Bereich von 0.5 bis 5 mm, und am bevorzugtesten im Bereich von 0.5
bis 3 mm, und/oder - wobei das Rohr einen konstanten Innendurchmesser aufweist im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und am bevorzugtesten im Bereich von 5 bis 20 mm.
- wherein the tube has a wall thickness in the range of 0.5 to 20 mm, preferably in the range of 0.5 to 10 mm, more preferably in the range of 0.5 to 5 mm, and most preferably in the range of 0.5 to 3 mm, and / or
- wherein the tube has a constant inner diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and most preferably in the range of 5 to 20 mm.
Bevorzugt ist der Hohlkörper ein Rohr, wobei das Rohr eine Länge aufweist im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, und
wobei das Rohr einen konstanten Innendurchmesser aufweist im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und am bevorzugtesten im Bereich von 5 bis 20 mm.The hollow body is preferably a tube, the tube having a length in the range of 1 to 40 cm, preferably in the range of 2 to 20 cm, more preferably in the range of 4 to 15 cm, and most preferably in the range of 6 to 10 cm, and
wherein the tube has a constant inner diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and most preferably in the range of 5 to 20 mm.
Das Rohr kann zum Beispiel eine Länge von 6 bis 10 cm und einen konstanten Innendurchmesser von 5 bis 20 mm aufweisen.The tube can, for example, have a length of 6 to 10 cm and a constant inner diameter of 5 to 20 mm.
Bevorzugt ist der Hohlkörper ein Rohr, wobei das Rohr eine Länge aufweist im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, und
- wobei das Rohr eine Wandstärke aufweist im Bereich von 0.5 bis 20 mm, bevorzugt im Bereich von 0.5 bis 10 mm, bevorzugter im Bereich von 0.5 bis 5 mm, und am bevorzugtesten im Bereich von 0.5
bis 3 mm, und - wobei das Rohr einen konstanten Innendurchmesser aufweist im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und am bevorzugtesten im Bereich von 5 bis 20 mm.
- wherein the tube has a wall thickness in the range of 0.5 to 20 mm, preferably in the range of 0.5 to 10 mm, more preferably in the range of 0.5 to 5 mm, and most preferably in the range of 0.5 to 3 mm, and
- wherein the tube has a constant inner diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and most preferably in the range of 5 to 20 mm.
Das Rohr kann zum Beispiel eine Länge im Bereich von 6 bis 10 cm, eine Wandstärke im Bereich von 0.5 bis 3 mm, und einen konstanten Innendurchmesser im Bereich von 5 bis 20 mm aufweisen.The tube can, for example, have a length in the range of 6 to 10 cm, a wall thickness in the range of 0.5 to 3 mm, and a constant inner diameter in the range of 5 to 20 mm.
Der Hohlkörper kann eine metallische Zusammensetzung aus mindestens drei Metallen umfassen. Bevorzugt ist, dass die mindestens drei Metalle eine Differenz des Atomradius von mehr als 10%, bevorzugt mehr als 12%, aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die mindestens drei Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Palladium, Platin, Zinn, Silicium, Gallium, Kobalt, Zirkonium, Kupfer, Aluminium, Hafnium, Nickel, Niob und Titan, noch bevorzugter bestehend aus Zirkonium, Kupfer, Aluminium, Hafnium, Nickel, Niob und Titan.The hollow body can comprise a metallic composition of at least three metals. It is preferred that the at least three metals have a difference in atomic radius of more than 10%, preferably more than 12%. In a preferred embodiment, the at least three metals are selected from the group consisting of iron, Palladium, platinum, tin, silicon, gallium, cobalt, zirconium, copper, aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium, more preferably consisting of zirconium, copper, aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst der Hohlkörper oder besteht der Hohlkörper aus einer zirkoniumbasierten Legierung, welche bevorzugt mehrere Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium, Hafnium, Nickel, Niob und Titan.According to an embodiment of the present disclosure, the hollow body comprises or consists of a zirconium-based alloy, which preferably comprises a plurality of elements selected from the group consisting of copper, aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Hohlkörper oder besteht der Hohlkörper aus einer kupferbasierten Legierung, welche bevorzugt mehrere Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zirkonium, Nickel, Zinn,Silicium und Titan.According to one embodiment, the hollow body comprises or consists of a copper-based alloy, which preferably comprises a plurality of elements selected from the group consisting of zirconium, nickel, tin, silicon and titanium.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht der Hohlkörper aus 58 bis 77 Gew.% Zirkonium, 0 bis 3 Gew.% Hafnium, 20 bis 30 Gew.% Kupfer, 2 bis 6 Gew.% Aluminium, und 1 bis 3 Gew.% Niob. In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht der Hohlkörper aus 54 bis 76 Gew.% Zirkonium, 2 bis 5 Gew.% Titan, 12 bis 20 Gew.% Kupfer, 2 bis 6 Gew.% Aluminium, und 8 bis 15 Gew.% Nickel. Dabei wird bevorzugt, dass die Summe der chemischen Elemente 100% ergibt. Als Rest ist dann Zirkonium enthalten. Übliche Verunreinigungen können in der Legierung enthalten sein.In a particularly preferred embodiment, the hollow body comprises or consists of 58 to 77 wt.% zirconium, 0 to 3 wt.% hafnium, 20 to 30 wt.% copper, 2 to 6 wt.% aluminum, and 1 to 3 wt.% Niobium. In another particularly preferred embodiment, the hollow body comprises or consists of 54 to 76% by weight of zirconium, 2 to 5% by weight of titanium, 12 to 20% by weight of copper, 2 to 6% by weight of aluminum, and 8 to 15% by weight. % nickel. It is preferred that the sum of the chemical elements is 100%. The remainder then contains zirconium. Common impurities may be present in the alloy.
Bevorzugt ist der Hohlkörper ein Rohr, wobei das Rohr eine Länge aufweist im Bereich von 1 bis 40 cm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 cm, bevorzugter im Bereich von 4 bis 15 cm, und am bevorzugtesten im Bereich von 6 bis 10 cm, und
- wobei das Rohr einen konstanten Innendurchmesser aufweist im Bereich von 5 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm, noch bevorzugter im Bereich von 5 bis 25 mm, aufweisen, und am bevorzugtesten im Bereich von 5 bis 20 mm,
- und wobei das Rohr aus einer zirkoniumbasierten Legierungen oder aus einer kupferbasierten Legierung besteht.
- wherein the tube has a constant inner diameter in the range of 5 to 100 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, more preferably in the range of 5 to 25 mm, and most preferably in the range of 5 to 20 mm,
- and wherein the tube is made of a zirconium-based alloy or a copper-based alloy.
-
1) Material
- Abtrennelement:
Hülse, Kupfer, Außerdurchmesser 15 mm, Wanddicke 1 mm - Metallische Zusammensetzung zur Herstellung des amorphen Metalls:
Legierung VIT105 Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10) - Werkzeug:
Werkzeug umfasst zwei Hälften, die geöffnet werden können; Innenkern kann entnommen werden; Werkzeugmaterial (inkl. Kern): Stahllegierung - Maschine zum Spritzgießen des amorphen Metalls:
Engel VC120 AMM
- Separating element:
Sleeve, copper, outside diameter 15 mm,wall thickness 1 mm - Metallic composition for producing the amorphous metal:
Alloy VIT105 Zr 52.5 Ti 5 Cu 17.9 Ni 14.6 Al 10 ) - Tool:
Tool includes two halves that can be opened; Inner core can be removed; Tool material (including core): steel alloy - Amorphous metal injection molding machine:
Angel VC120 AMM
- Abtrennelement:
- 2) Verfahren2) Procedure
Das Verfahren wurde wie folgt ausgeführt:
- a) Innenkern wurde mit Entformungsmittel (Graphit) eingesprüht;
- b) Kupferhülse wurde über Innenkern geschoben; die Hülse hatte ca. 0,2 mm Spiel;
- c) Innenkern mit Kupferhülse wurde in Werkzeug angeordnet;
- d) Werkzeug wurde auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 140°C vortemperiert;
- e) Geschlossenes Werkzeug wurde evakuiert auf einen Druck im Bereich von 0.1 bis 0.05 mBar;
- f) Vorlegierung wurde aufgeheizt mit Induktionsspule ca. 20 s bis ca. 1100°C;
- g) Schmelze wurde in Kavität eingespritzt;
- h) Werkzeug wurde gekühlt (aktive Werkzeugkühlung, ca. 5 s)
- i) Werkstück inkl. Innenkern wurde entnommen (bei ca. 80°C Temp. des Werkstücks)
- j) Stahlkern wurde entfernt durch Auspressen, die Kupferhülse wurde erst mit Dremel geschlitzt und anschließend entnommen.
- a) Inner core was sprayed with mold release agent (graphite);
- b) Copper sleeve was pushed over inner core; the sleeve had approx. 0.2 mm play;
- c) Inner core with copper sleeve was placed in tool;
- d) Tool was pre-tempered to a temperature in the range from 50 to 140 ° C;
- e) Closed tool was evacuated to a pressure in the range of 0.1 to 0.05 mBar;
- f) Master alloy was heated with an induction coil for approx. 20 s to approx. 1100°C;
- g) Melt was injected into cavity;
- h) Tool has been cooled (active tool cooling, approx. 5 s)
- i) Workpiece including inner core was removed (at approx. 80°C temperature of the workpiece)
- j) Steel core was removed by pressing out, the copper sleeve was first slotted with Dremel and then removed.
Ein Vergleichsversuch wurde durchgeführt mit einem Innenkern aus Stahl ohne Verwendung einer Kupferhülse. Hier wurde der Stahlkern direkt mit der Schmelze umspritzt bei einer Werkzeugtemperatur von ca. 200°C. Das gegossene Rohr wies Risse auf und der Kern konnte nur aufgrund der Schäden am Rohr entfernt werden.A comparative test was carried out with an inner core made of steel without using a copper sleeve. Here the steel core was directly overmolded with the melt at a tool temperature of approx. 200°C. The cast pipe was cracked and the core could only be removed due to the damage to the pipe.
Claims (12)
- A method for producing a hollow article made of amorphous metal (1), the method comprising the steps of:a) providing a metal composition suitable for producing amorphous metal,b) melting the composition according to step a) in order to obtain a melt,c) introducing the melt according to step b) into a cavity of a casting mold,wherein the casting mold comprises an inner core (3),wherein at least a part of the lateral surface of the inner core (3) is enclosed by a separation element (2), andwherein the separation element (2) is not attached to the inner core (3),d) cooling the melt in the casting mold in order to obtain a molded part made of amorphous metal (1),e) removing the inner core (3) and the separation element (2) from the molded part according to step d) in order to obtain a hollow article made of amorphous metal (1).
- The method according to claim 1, wherein the separation element (2) consists of a metal or an alloy.
- The method according to claim 2, wherein the metal or the alloy is selected from the group consisting of copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys, unalloyed and low-alloyed steel, zinc and zinc alloys, and preferably from the group consisting of copper and copper alloys.
- The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the method, before step b) or c), comprises a step in which the separation element (2) is pushed onto the inner core (3).
- The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in step c) the separation element (2) encloses the entire lateral surface of the inner core (3).
- The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the inner core (3) and/or the separation element (2) do not comprise a demolding draft.
- The method according to any one of claims 1 to 6, wherein step e) comprises the steps of:e1) removing the inner core from the molded part according to step d) in order to obtain a hollow article made of amorphous metal (1) that comprises the separation element (2) on its inner side,e2) removing the separation element (2) from the inner side of the hollow article.
- The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the inner core (3) has a diameter in the range of from 5 to 100 mm, preferably in the range of from 5 to 50 mm, more preferably in the range of from 5 to 25 mm,
and/or wherein the inner core (3) has a length in the range of from 1 to 40 cm, preferably in the range of from 2 to 20 cm, more preferably in the range of from 4 to 15 cm, and most preferably in the range of from 6 to 10 cm. - The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the inner core (3) is a cylindrical inner core (3), preferably a circular cylindrical inner core, and more preferably a straight circular cylindrical inner core, and
the separation element (2) is a hollow cylindrical separation element (2), preferably a circular hollow cylindrical separation element, more preferably a straight circular hollow cylindrical separation element. - The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the metal composition according to step a) is a zirconium-based alloy that comprises a plurality of elements selected from the group consisting of copper, aluminum, hafnium, nickel, niobium and titanium, or
wherein the metal composition according to step a) is a copper-based alloy that preferably comprises a plurality of elements selected from the group consisting of zirconium, nickel, tin, silicon and titanium. - The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the method is a metal injection-molding method.
- The method according to any one of claims 1 to 11, wherein, before the melt is introduced in step c), the casting mold, the inner core (3) and/or the separation element (2) have a temperature in the range of from 20 to 300 °C, preferably in the range of from 20 to 200 °C, and most preferably in the range of from 50 to 140 °C.
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