JP2014504676A - 金属発泡体を製造するためのプリフォーム - Google Patents

Abstract

本発明は、１２％−２５％の有機バインダー、７２％−８７％の塩化ナトリウムおよび１％−３％のカリナイトの混合物から形成された球体の形態の一組の前駆体を含む、６２％−８５％の間の気孔率を有する金属発泡体の製造を対象としたプリフォームに関し、前駆体は、約１−１０ｍｍ、好ましくは４ｍｍの直径を有し、前記前駆体は、流動層法を用いて混合物を造粒することにより得られる。

Description

本発明の技術的範囲は、前駆体で作られたプリフォームを用いた金属発泡体の製造である。

金属発泡体の技術は周知であり、塩化ナトリウムなどの塩から製造された顆粒の形態のプリフォームの製造を促す、特許ＥＰ−１８０８２４１、ＵＳ−３２３６７０６およびＥＰ−２１１８３２８を参照できる。顆粒間の自由空間が溶融金属で充填された後、塩を溶解し、金属発泡体を回収する。

したがって、特許ＥＰ−２１１８３２８は、穀物粉から製造された顆粒でプリフォームを製造することを提案する特に興味深い方法について記載している。次いで、プリフォームは、顆粒の炭素鎖を破壊するために、金属が注入される前に焼成される。この特許によれば、ペーストが、粉、塩化ナトリウムおよび水を用いて最初に製造される。次いで、このペーストを顆粒にした後、該顆粒を使用して、プリフォームを製造する。ペーストの調製に加えて、このプロセスは、プリフォームの機械的脆弱性をもたらし、金属発泡体の回収前にプリフォームを溶解するのにかなりの時間を必要とすることが認められた。最後に、金属発泡体は、熱分解後の炭素残渣および塩残渣を取り込み、それらを除去することは困難である。最終的に、さらに深刻なことに、金属発泡体の表面は、塩化ナトリウムの使用による腐食および酸化により損なわれるため、その使用が業界で問題となっている。

欧州特許第１８０８２４１号明細書 米国特許第３２３６７０６号明細書 欧州特許第２１１８３２８号明細書

本発明の目的は、特定のプリフォームを使用し、特定の方法を実施することにより、残渣を含まず、腐食しない表面を有する金属発泡体を得るための手段を提供することである。

したがって、本発明は、１２％−２５％の有機バインダー、７２％−８７％の塩化ナトリウムおよび１％−３％のカリナイトの混合物から形成された球体の形態の一組の前駆体を含む、６２％−８５％の間の気孔率を有する金属発泡体の製造を対象としたプリフォームに関する。

本発明の一つの特性によれば、前駆体は、約１−１０ｍｍ、好ましくは４ｍｍの直径を有する。

本発明の別の特性によれば、前駆体は、流動層法を用いて混合物を造粒することにより得られる。

本発明のさらに別の特性によれば、有機バインダーは、穀物粉により構成されている。

本発明のさらに別の特性によれば、前駆体は、１７％の穀物粉、８１％の塩化ナトリウムおよび２％のカリナイトを含む。

本発明のさらに別の特性によれば、前駆体は、１３％の穀物粉、８４％の塩化ナトリウムおよび３％のカリナイトを含むまたは２４％の穀物粉、７４．５％の塩化ナトリウムおよび１．５％のカリナイトを含む。

本発明は、以下のステップ：
−前駆体が金型内に導入され、次いでこれが振動させられて、自由空間が画定されるステップ、
−温度上昇中、空気流を金型内に送り込みながら、金型が３００℃−６００℃の間の温度に加熱され、カリナイトが活性化されるステップ、
−温度が１０分−４０分間維持されるステップ、
−溶融金属が注入されて前駆体間の自由空間が充填されるステップおよび
−これが冷却させられ、金属発泡体が洗浄されるステップ
を含む、プリフォームを用いて金属発泡体を製造する方法にも関する。

有利には、該方法は、加熱ステップの前に前駆体を加湿し、乾燥するステップを含む。

加湿は、前駆体の質量に対して３−１０％の水を用いて行われる。

溶融金属は、純金属、特にアルミニウム、または金属合金である。

有利には、鋳物中子は、特定の経路を生成するためにプリフォーム内に配置される。

本発明は、本発明による方法を用いることにより得られるオープンセル金属発泡体にさらに関する。

有利には、該発泡体は洗浄後に炭素残渣を含まないという点および／または該発泡体は洗浄後に塩残渣を含まないという点で、該発泡体は洗浄後に腐食しないおよび／または該発泡体は洗浄後に酸化しない。

有利には、該発泡体は、６５％−８５％の間の開放気孔率を有する。

金属発泡体は、アルミニウムまたはアルミニウム系合金製である。

本発明の第一の利点は、プリフォームが崩壊しないという点で、プリフォームの成形容易性およびその機械的強度である。

本発明の別の利点は、プリフォームが除去され得る速さであり、この速さはほぼ瞬時である。

本発明のさらに別の利点は、金属発泡体がまったく腐食または酸化しないことである。

さらに別の利点は、気孔率を制御できることであり、気孔率は、前駆体の大きさおよび前駆体間での可能性のある結合（例えば、加湿による凝集）に応じて調節できる。

本発明の他の特性、利点および詳細は、例証として挙げた実施形態の以下のさらなる説明によりさらに明らかになる。

以下の説明において、「前駆体」という用語は、塩化ナトリウムを有する混合物により形成された球体を意味するものとする。有機バインダーは、炭水化物、例えば穀物粉であってよい。

以下の説明において、粉に特に重点が置かれるが、本発明を限定するものではない。ただし、代わりに使用する化合物は有機バインダーとして作用することとする。

したがって、粉は、穀物、例えば小麦、大麦、ソルガムまたはライ麦を用いて通常得られるものであってよい。当然ながら、他の植物粉も使用できる。この粉は、実質的に一定の粒径が得られるように当然ながらふるいにかけられる。約２００μｍ、有利には１５０μｍ未満の粒径を有する粉が使用できる。

使用する塩化ナトリウムは、２００μｍ以下の粒径を有し得る。粉および塩化ナトリウムの粒径は、互いに類似するように選択されるのが好ましい。

前駆体を製造してプリフォームを形成するために、以下または同等の方法が用いられる。初期混合物は、１２−２５％の有機バインダー、例えば穀物粉、７２−８７％塩化ナトリウムおよび１％−３％のカリナイトからなる。これらは、当然ながら質量％である。混合物は、有機バインダーを塩中に注入し、撹拌した後、カリナイトを加えることにより製造される。この操作は数分間続く。

次いで、得られたよく混ざったブレンドが塗付され、流動層法による造粒を施される。この方法により、約１−１０ｍｍの前駆体に対して均等で制御可能な粒径になる。有利には、前駆体の直径は約４ｍｍである。得られた前駆体は乾燥した硬質のものであり、楕円状または球状である。

カリナイトの選択は、先に言及した利点を有する金属発泡体が得られることを可能にするのがカリナイトであるという点で本発明にとって重要である。カリナイトは、式ＫＡｌ（ＳＯ_４）_２１１Ｈ_２Ｏの硫酸塩鉱物またはカリウムミョウバンとして知られており、融点は９２−９３℃である。有利には、カリナイトは、約２００℃の温度で無水になることが観察された。これは、金型内の温度の上昇中に前駆体中の水の残留分子をすべて排出する働きをし、それにより、前駆体中の分子間空間が解放される。

有利には、プリフォームは、１７％の穀物粉、８１％の塩化ナトリウムおよび２％のカリナイトを含む前駆体から形成できる。

有利には、プリフォームは、１３％の穀物粉、８４％の塩化ナトリウムおよび３％のカリナイトを含む前駆体から形成できる。

さらに有利には、プリフォームは、２４％の穀物粉、７４．５％の塩化ナトリウムおよび１．５％のカリナイトを含む前駆体から形成できる。

プリフォームは、以下または同等の方式で実施される。

前駆体は、凝集させずに一緒に金型内に導入され、このようにして得られたプリフォームは、使用した金型の形状になっている。当然ながら、金型の内部形状は、必要とされる金属発泡体の最終的な形状に依存する。前駆体は、前駆体間の自由空間を減少させるために、金型を機械的に振動することにより圧縮され得る。

この場合、プリフォームを封入する金型は炉内に配置され、空気流れ（ａｉｒ ｃｕｒｒｅｎｔ）または空気流（ａｉｒ ｆｌｏｗ）が金型を流れるようにする。次いで金型を３００−６００℃の間の温度に徐々に加熱し、この温度で１０−４０分間維持する。全加熱時間にわたって、空気流れまたは空気流がプリフォームを通過するようにする。金型内のこの空気流は、カリナイトの急速な活性化を促し、前駆体の熱分解に関与する。

溶融金属を導入して自由空間を充填し、これを冷却させた後、金属発泡体を洗浄する。

変形形態により、カリナイトは、前駆体が金型内に導入される前に活性化させてもよい。この場合、前駆体を、適切な雰囲気下で１５分間加熱し、次いでそれらを金型内に導入し、圧縮した後、溶融金属を注入する。

溶融金属の使用条件は、鋳造作業において周知であり、ここでさらなる説明は必要ない。

温度上昇中、プリフォームの熱分解が行われ、これによりカリナイトが活性化され、その結果として、金属発泡体の多孔質媒体の形成後プリフォームが良好に溶解される。この溶解は非常に急速であり、前駆体を有する発泡形態で見られるので、難なく除去される。

洗浄後、金属発泡体の表面は、塩残渣または炭素残渣を有さず、何らの腐食および／または酸化を示さない。したがって、先行技術によるプロセスを用いて得られた金属発泡体と対照的に、金属と塩化ナトリウムとの間で反応が起こらない。

同様の結果は、上に示したプリフォームの組成にかかわらず得られる。

本発明によるプロセスは、アルミニウム発泡体またはアルミニウム合金発泡体の製造に特に有益である。合金標準物質ＡＺ７、ＡＳ７Ｇ３、ＡＳ７Ｇ０６、ＡＳ１０またはＡＳ９は、この目的のために一般的に用いられる。当然ながら、他の金属、例えば亜鉛またはマグネシウムは、金属発泡体を製造するための本発明による方法で使用できる。

鋳物中子は、特定の経路を生成するためにプリフォーム内に配置されてもよい。これは、例えば、特定の回路を金属発泡体の２つの面の間に確立しようとする場合に当てはまる。

一般的に言えば、本発明によるプロセスは、融点が７５０℃未満である任意の金属または金属合金を用いて実施できる。

有利には、溶融金属は、金型への射出によるまたは天然の重力による圧力下で導入できる。

有利には、プリフォームが金型内に導入される前に、前駆体の加湿および乾燥のステップを行うことができる。加湿により、前駆体を凝集でき、それにより、プリフォームの相対密度が増加し、特にネック径およびストランド径について金属発泡体の形態特性が制御される。

ネックは、除去後前駆体球により残されたキャビティに対応する発泡体の気孔間の開口部に対応しており、ストランドは、金属発泡体の骨格、すなわち前駆体球間の空間により形成される。

この加湿は、前駆体の質量に対して３％−１０％の水で行われる。言うまでもなく、乾燥は、プリフォームを循環する空気流れまたは空気流により熱分解中に行うことができる。

本発明は、相対密度または気孔率が６５−８５％の間であり、セル直径が約４ｍｍである本発明によるプロセスを用いて得られるオープンセル金属発泡体にも関する。言うまでもなく、気孔率は金属発泡体の全量に対する自由空間のパーセンテージに対応している。

Claims (15)

1. １２％−２５％の有機バインダー、７２％−８７％の塩化ナトリウムおよび１％−３％のカリナイトの混合物から形成された球体の形態の一組の前駆体を含む、６２％−８５％の間の気孔率を有する金属発泡体の製造を対象としたプリフォーム。
2. 前駆体が、約１−１０ｍｍ、好ましくは４ｍｍの直径を有する、請求項１に記載のプリフォーム。
3. 前駆体が、流動層法を用いて混合物を造粒することにより得られる、請求項１または２に記載のプリフォーム。
4. 有機バインダーが、穀物粉により構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のプリフォーム。
5. 前駆体が、１７％の穀物粉、８１％の塩化ナトリウムおよび２％のカリナイトを含む、請求項４に記載のプリフォーム。
6. 前駆体が、１３％の穀物粉、８４％の塩化ナトリウムおよび３％のカリナイトを含むまたは２４％の穀物粉、７４．５％の塩化ナトリウムおよび１．５％のカリナイトを含む、請求項４に記載のプリフォーム。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のプリフォームを用いて金属発泡体を製造する方法であって、以下のステップ：
   −前駆体が金型内に導入され、次いでこれが振動させられて、自由空間が画定されるステップ、
   −温度上昇中、空気流を金型内に送り込みながら、金型が３００℃−６００℃の間の温度に加熱され、カリナイトが活性化されるステップ、
   −温度が１０分−４０分間維持されるステップ、
   −溶融金属が注入されて前駆体間の自由空間が充填されるステップおよび
   −これが冷却させられ、金属発泡体が洗浄されるステップ
   を含む、方法。
8. 加熱ステップの前に前駆体を加湿し、乾燥するステップを含む、請求項７に記載の金属発泡体を製造する方法。
9. 加湿が、前駆体の質量に対して３−１０％の水を用いて行われる、請求項８に記載の金属発泡体を製造する方法。
10. 溶融金属が、純金属、特にアルミニウム、または金属合金である、請求項７から９のいずれか一項に記載の金属発泡体を製造する方法。
11. 鋳物中子が、プリフォーム内に配置されて特定の経路を生成する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の金属発泡体を製造する方法。
12. 請求項７から１１に記載の方法を用いることにより得られるオープンセル金属発泡体。
13. 洗浄後に腐食しないおよび／もしくは洗浄後に酸化しない、ならびに／または洗浄後に炭素残渣を含まないおよび／もしくは洗浄後に塩残渣を含まない、請求項１２に記載の金属発泡体。
14. ６５％−８５％の間の気孔率を有する、請求項１２または１３に記載の金属発泡体。
15. アルミニウムまたはアルミニウム系合金製である、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の金属発泡体。