JP2008540820A - 炭酸分解生成物を使用した発泡アルミニウムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の概要
大気圧下で約350度から約850度の熱分解温度を有する粒子生成反応ガスを提供する工程;
粒子生成反応ガスとアルミニウムを含んだ溶解金属合金とを結合する工程;
粒子生成反応ガスの第一部分を反応ガスに分解し、粒子生成反応ガスの第二部分を未反応状態に維持し、反応ガスを溶解金属合金と活発に結合して懸濁金属酸化物相とガス気泡を生成し、未反応状態の粒子生成反応ガスの第二部分が接種発泡性溶解の中の化学発泡剤となり、粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌する工程;
液体発泡金属を生成する為に接種した発泡性物質を発泡する工程;
発泡アルミニウム製品を生成する為に液体発泡金属を凝固する工程;
とからなる。
概説すると、改良装置である発泡アルミニウム製造装置の構成は:
粒子生成反応ガスと溶解金属合金とを供給するシステムであって溶解金属合金が設定された流量で供給され;
供給システムに接続されている反応ユニットが:
粒子生成反応ガスと溶解金属合金とを結合して接種発泡懸濁液を生成する混合ユニットであって、攪拌手段が装備されており、少なくとも粒子生成反応ガスの一部が設定された流量をもって混合ユニット内で分解するのに適する通過時間が与えられるような容積に形成された混合ユニットと、
反応ユニットに設けられたガス状の副生成物を放出する少なくとも1つの排出口と、
反応ユニットを入れる溶炉と、
反応ユニットと接続した先端(tip)と
からなる。
大気圧下で約350度から約850度の熱分解温度を有する粒子生成反応ガスを提供する工程;
粒子生成反応ガスと合金を含んだアルミニウム溶解金属とを結合する工程;
少なくとも粒子生成反応ガスの一部を反応ガスに分解し、反応ガスを溶解金属合金と活発に結合させて微細ガスと金属酸化物相とからなる発泡性懸濁液を生成するために、粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌する工程;
接種発泡溶解を生成するために、発泡懸濁液の中に化学発泡剤を分散させる工程;
液体発泡金属を生成するために、接種した発泡性物質を発泡する工程;
発泡アルミニウム製品を生成するために、液体発泡金属を凝固する工程;
とからなる。
化学発泡剤を分散する第二段階は第一段階と連結している。概略、発泡アルミニウムを製造する装置は以下の構成からなる:
粒子生成反応ガスと溶解金属合金を供給する供給システムであって溶解金属合金は設定された流量で供給され;
供給システムに接続されている反応ユニットが:
粒子生成反応ガスと溶解金属合金とを結合して発泡懸濁液を生成する混合ユニットであって、攪拌手段が装備されており、設定された流量で混合ユニット内の粒子生成反応ガスの少なくとも一部の分解に適応する経過時間が与えられるように(供給)量が設定される混合ユニットと、反応ユニットに設けられたガス状の副生成物を放出する少なくとも1つの排出口と、反応ユニットを入れる溶炉とからなり;
反応ユニットに接続されている分散ユニットが:
発泡懸濁液が入れられる発泡剤混合室と:
発泡剤混合室内で発泡懸濁液の中へ化学発泡剤を供給するために設けられた供給システムと;
接種した発泡懸濁液を生成するために化学発泡剤を分散する発泡剤混合室内に設置された攪拌手段と;
接種発泡性懸濁液を分散ユニットから先端(tip)へ移送する為の移送システムと
から成る。
大気圧下で約350度から約850度の熱分解温度を有する粒子生成反応ガスを提供する工程。
粒子生成反応ガスとアルミニウムを含む溶解金属合金とを結合する工程。
少なくとも粒子生成反応ガスの一部を反応ガスに分解するために粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌することで、溶解金属合金の内部でガス気泡と金属酸化相の発泡性懸濁液を生成するために反応ガスが活発に溶解金属合金と結合するように攪拌する工程。
CaCO3 → CaO+CO2 (1)
CO2+Al → Al2O3+CO (2)
CaO+Al → AlCaOx (3)
CO2+Mg → MgO+CO (4)
さらに記述する本発明の特定の観点によれば、溶解金属合金が自己安定する特性は、第一にガス気体(生成物)の微細分散の発生により作られると考えられている。
2CaMg(CO3)2 → CaCO3+CaO+2MgO+3CO2
3CO2+Al → Al2O3+3CO
CaO+Al → AlCaOx
CO2+Mg → MgO+CO
(表1) CO2分圧0.01atmで分類した炭酸塩における熱力学的平衡温度
炭酸塩 度
NaHCO3 52
ZnCO3 61
Ag2CO3 122
CdCO3 231
MnCO3 249
MgCO3 283
CaCO3 656
SrCO3 865
Li2CO3 1016
Ba2CO3 1088
このように、生成物およびプロセスの要件によって、多様なレベルの増粘と多様なレベルの発泡を得るように、複数の粒子サイズ配分で、炭酸塩は複数の工程で付加できる。
混合ユニットと攪拌手段32の寸法と配置は、事前に選択した流量で利用されたとき、少なくとも粒子生成反応ガスの一部が混合ユニットの中で発泡性懸濁液をもたらすように分解するのに十分な粒子生成反応ガスを含む溶融合金の経過時間を供給する効果的な量を供給するように選択される。
さらに、攪拌手段によって供給された攪拌、粒子生成反応ガスの組成および/または粒子サイズ、そして溶融合金の構成は、経過時間の変更を設定する。
このより微細な炭酸塩の添加は、図10に示すように、増粘の効果的な重量分率を1%に減少させるのを可能にする。これらのデータは、より微細な炭酸塩分配はいっそう粘性添加の最低レベルを下げることを示唆している。
Claims (49)
- 発泡アルミニウムの製造方法において、
大気圧下で約350度から約850度の熱分解温度を有する粒子生成反応ガスの提供する工程と、
粒子生成反応ガスとアルミニウムからなる溶解金属合金とを結合する工程と、
少なくとも粒子生成反応ガスの一部を反応ガスに分解するために粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌することで、金属酸化相とガス気泡の発泡性懸濁液を生成するために反応ガスが溶解金属合金と活発に結合するようにする攪拌する工程と、
接種発泡性懸濁液を生成するために化学発泡剤を発泡性懸濁液に分散する工程と、
液体発泡金属を生成するために接種発泡性懸濁液を発泡する工程と、
発泡アルミニウムを生成するために液体発泡金属を凝固する工程と、
からなることを特徴とする発泡アルミニウムの製造方法。 - 前記粒子生成反応ガスは、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ドロマイト、またはそれらの混合からなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記粒子生成反応ガスは、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記化学発泡剤は、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ドロマイト、チタン水素化物、ジルコニウム水素化物、またはそれらの混合からなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記化学発泡剤は、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項4記載の方法。
- 前記溶解金属合金は、業務用の高純度アルミニウム、スクラップアルミニウム、シリコンとマグネシウムを含むアルミニウム、またはそれらの混合からなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記炭酸カルシウムは、40ミクロン以下の平均直径を有することを特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記炭酸カルシウムは、溶解金属合金の0.5wt.%から4wt.%の間からなること特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記炭酸カルシウムは、溶解金属合金の0.5wt.%から4wt.%の間からなること特徴とする請求項5記載の方法。
- 前記溶解金属合金は、0.5%から8%間のマグネシウム重量パーセントからなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記接種発泡性懸濁液は、液体発泡金属を生成するために接種発泡性懸濁液を発泡する前に、凝固され、再溶解されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記接種発泡性懸濁液を発泡する工程は、さらに化学発泡剤分解率を上げるために発泡性接種懸濁液を加熱する工程からなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 発泡性接種懸濁液は約670度から約740度の温度範囲で加熱することを特徴とする請求項12記載の方法。
- 発泡アルミニウムの製造方法において、
大気圧下で約350度から約850度の熱分解温度を有する粒子生成反応ガスの提供する工程と、
粒子生成反応ガスとアルミニウムからなる溶解金属合金とを結合する工程と、
粒子生成反応ガスの第一部分を反応ガスに分解し、粒子生成ガスの第二部分を未反応状態に維持するために、粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌することで、金属酸化相とガス気泡を生成するために反応ガスを溶解金属合金と活発に結合し、未反応状態の粒子生成反応ガスの第二部分が接種発泡性懸濁液の中の化学発泡剤となるようにする攪拌する工程と、
液体発泡金属を生成するために接種発泡性懸濁液を発泡する工程と、
発泡アルミニウムを生成するために液体発泡金属を凝固する工程と、
からなることを特徴とする発泡アルミニウムの製造方法。 - 前記粒子生成反応ガスは、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ドロマイト、またはそれらの混合からなることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 前記粒子生成反応ガスは、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項15記載の方法。
- 前記溶解金属合金は、業務用の高純度アルミニウム、スクラップアルミニウム、シリコンとマグネシウムを含むアルミニウム、またはそれらの混合からなることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 前記炭酸カルシウムは、40ミクロン以下の平均直径を有することを特徴とする請求項16記載の方法。
- 前記炭酸カルシウムは、溶解金属合金の2%から16%間の重量パーセントからなること特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記溶解金属合金は、0.5%から8%間のマグネシウム重量パーセントからなることを特徴とする請求項17記載の方法。
- 前記接種発泡性懸濁液は、液体発泡金属を提供するために接種発泡性懸濁液を発泡する前に、凝固され、再溶解されることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 溶解アルミニウム中に発泡性の液体+ガス+固体からなる懸濁液を製造する方法おいて、
大気圧下で約350度から約850度の熱分解温度を有する粒子生成反応ガスの提供する工程と、
粒子生成反応ガスとアルミニウムからなる溶解金属合金とを結合する工程と、
少なくとも粒子生成反応ガスの一部を反応ガスに分解するために粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌することで、溶解金属合金の内部でガス気泡と金属酸化相の発泡性懸濁液を生成するために反応ガスが活発に溶解金属合金と結合するように攪拌する工程と、
からなることを特徴とする発泡性の液体+ガス+固体からなる懸濁液の製造方法。 - 粒子生成反応ガスを含む溶解金属合金を攪拌する工程後の発泡性懸濁液の体積膨張は、約5%から約50%の範囲であることを特徴とする請求項22記載の方法。
- 前記溶解金属合金は0.5wt.%Mgから8.0wt.%Mgからなることを特徴とする請求項22記載の方法。
- 発泡性懸濁液を製造する装置が
溶解金属合金が設定された流量で供給されるように、粒子生成反応ガスと溶解金属合金を供給する供給システムと、
混合ユニットからなる供給システムに接続される反応ユニットが、
粒子生成反応ガスと溶解金属合金とを結合して接種発泡懸濁液を生成する混合ユニットであり、攪拌手段が装備されており、少なくとも粒子生成反応ガスの一部が設定された流量をもって混合ユニット内で分解するのに適する経過時間が与えられるような容積に形成されている混合ユニットと、
反応ユニットに設けられたガス状の副生成物を放出する少なくとも1つの排出口と、反応ユニットを入れる溶炉と、からなる反応ユニットと、
反応ユニットと接続した先端と、
からなることを特徴とする発泡アルミニウム製造装置。 - 前記先端は、アルミニウム発泡体の形状を有するモールドからなることを特徴とする請求項25記載の装置。
- 前記装置は、接種発泡性懸濁液を反応ユニットから先端へ移送する移送システムを含むことを特徴とする請求項25記載の装置。
- 前記装置は、さらに接種発泡性懸濁液を反応ユニットから先端へ移送する容積移送ポンプを含むことを特徴とする請求項25記載の装置。
- 前記容積移送ポンプは、回転式ギアポンプまたは回転式ローブポンプであることを特徴とする請求項26記載の装置。
- 前記先端は、電気的にまたはガス燃焼によって加熱されることを特徴とする請求項25記載の装置。
- 発泡アルミニウムを製造する装置が、
溶解金属合金が設定された流量で供給されるように、粒子生成反応ガスと溶解金属合金を供給する供給システムと、
供給システムに接続され、
粒子生成反応ガスと溶解金属合金とを結合して接種発泡懸濁液を生成する混合ユニットであって、攪拌手段が装備されており、少なくとも粒子生成反応ガスの一部が設定された流量をもって混合ユニット内で分解するのに適する経過時間が与えられるような容積に形成されている混合ユニットと、
反応ユニットに設けられたガス状の副生成物を放出する少なくとも1つの排出口と、反応ユニットを入れる溶炉と、からなる反応ユニットと、
反応ユニットに接続され、
発泡性懸濁液が入れられる発泡剤混合室と、
発泡剤混合室内で発泡性懸濁液の中へ化学発泡剤を供給するために設けられた供給システムと、
接種発泡性懸濁液を生成するために化学発泡剤を分散する発泡剤混合室内に設置された攪拌手段と、
接種発泡性懸濁液を分散ユニットから先端へ移送するための移送システムと、からなる分散ユニットと、
からなることを特徴とする発泡アルミニウム製造装置。 - 前記溶解金属の設定された流量、または、前記混合ユニットの容積は、発泡性懸濁液を生成する中で粒子生成反応ガスを十分に分解するように構成されていることを特徴とする請求項31記載の装置。
- 前記移送システムは、容積移送ポンプであることは特徴とする請求項31記載の装置。
- 前記容積移送ポンプは、回転式ギアポンプまたは回転式ローブポンプであることを特徴とする請求項33記載の装置。
- 前記先端は、電気的にまたはガス燃焼によって加熱されることを特徴とする請求項31記載の装置。
- 前記先端は、アルミニウム発泡体の形状を有するモールドからなることを特徴とする請求項31記載の装置。
- アルミニウム発泡材料が、
重量パーセントで約0.5%から8%の割合の範囲のマグネシウムの含有と、重量パーセントで約0.5%から16%の割合の範囲の微細酸化金属の分配を含有し、微細酸化金属の平均サイズは1.0ミクロン未満であるアルミニウム合金マトリックスからなるとともに、
平均直径が約200ミクロンから1500ミクロンの範囲である多数の閉鎖気孔からなるアルミニウム合金マトリックス内の気孔の分配であり、前記アルミニウム合金マトリックス内の気孔の分配は0.30 g/cm3から0.70 g/cm3の間の製品密度となることを特徴とするアルミニウム発泡材料。 - 前記酸化金属は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、または、これらの混合からなることを特徴とする請求項37記載のアルミニウム発泡材料。
- アルミニウム発泡材料が、有効な量のマグネシウムからなるアルミニウム合金マトリックスと、分配されている微細金属炭酸塩と、分配されているアルミニウム合金内の気孔と、からなり、実質的に直径が5ミクロンより大きな安定セラミック粒子が入っていないことを特徴とするアルミニウム発泡材料。
- 前記有効な量のマグネシウムは、0.5wt.%から8wt.%間であることを特徴とする請求項39記載のアルミニウム発泡材料。
- 前記微細金属炭酸塩は炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、またはこれらの混合からなることを特徴とする請求項39記載のアルミニウム発泡材料。
- 前記気孔の分配は、平均直径が約200ミクロンから約1500ミクロンの範囲である気孔であることを特徴とする請求項39記載のアルミニウム発泡材料。
- 前記気孔の分配は、アルミニウム発泡材料の体積の70%から90%間であることを特徴とする請求項39記載のアルミニウム発泡材料。
- 前記金属炭酸塩は、重量パーセントで0.5%から約16%の割合の範囲であることを特徴とする請求項39記載のアルミニウム発泡材料。
- 前記微細金属炭酸塩は平均サイズ100ミクロン以下の炭酸塩からなることを特徴とする請求項39記載の材料。
- 請求項39に記載のアルミニウム発泡材料からなる、建築業、自動車、または航空宇宙の用途ための構造材料。
- 前記構造材料は、平面パネルであることを特徴とする請求項44記載の構造材料。
- アルミニウム発泡材料が、約5ミクロンから約100ミクロン間の範囲の平均の壁肉厚を有するアルミニウム合金マトリックスと、分配されている平均孔径が約200ミクロンから約1500ミクロンの範囲でアルミニウム発泡材料の70%から90%の間の体積率で構成されるアルミニウム合金マトリックス内の気孔と、
からなることを特徴とするアルミニウム発泡材料。 - 前記平均孔径は、1000ミクロン以下であることを特徴とする請求項48記載の材料。
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