KR20220070213A - 금속체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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aluminum
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레네 포쓰
모니카 베르바일러
마이케 로스
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에보닉 오퍼레이션스 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 금속 분말 조성물을 금속체에 적용하여, 하나 이상의 왁스 성분들을 함유하는 코팅을 갖는 피복 금속체를 수득하는 단계, 왁스 성분들 중의 적어도 하나의 용융 온도까지 피복 금속체를 가열한 후, 실온까지 냉각시켜, 피복 금속체를 수득하는 단계, 및 금속체의 금속 성분들과 금속 분말 조성물 사이에 합금 형성을 달성하도록 피복 금속체를 열처리하는 단계에 의해, 피복 금속체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 금속체는 니켈, 코발트, 구리 및/또는 철을 포함하고, 금속 분말 조성물은 원소 또는 합금화된 형태의 알루미늄, 규소 또는 마그네슘을 함유하는 분말 형태의 금속 성분을 포함한다. 왁스를 용융 및 냉각시킴으로써, 방법은 더 균일한 합금 커버리지를 갖는 금속체를 접근 가능하게 한다. 본 발명은 또한 금속체가 후속적으로 염기성 용액으로 처리되는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 수득 가능한 금속체를 포함하며, 이는 예컨대 하중-지탱 및 구조 성분으로서 그리고 촉매 변환 기술에서 적용될 수 있다.

Description

금속체 및 그 제조 방법
본 발명은 금속 분말 조성물을 금속체에 적용하여 하나 이상의 왁스 성분을 함유하는 코팅을 갖는 피복 금속체를 수득하는 피복 금속체의 제조 방법에 관한 것이다. 이 금속체는 후속하여 왁스의 용융 온도까지 가열되고, 다시 실온으로 냉각되고, 그 후 열처리되어, 금속체의 부분들과 적용된 금속 분말 사이의 합금 형성이 달성된다. 왁스의 용융 및 후속 냉각은 보다 균일한 합금 커버리지를 갖는 금속체에 대한 접근을 가능하게 한다. 이러한 종류의 공정에 사용되는 일 분야가 소결 기술에 속한다. 본 발명은 또한 이 열처리된 금속체를 그 후 염기성 용액으로 처리하는 공정에 관한 것이다. 이러한 종류의 공정에 사용되는 일 분야는 촉매의 제조에 속한다. 본 발명은 또한 본원에 개시된 공정에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이며, 이는 예컨대 지지 및 구조 성분으로서 그리고 촉매 기술에서 사용될 수 있다.
합금-피복 금속체의 제조 방법은 예컨대 선행기술로부터, 예컨대 WO2019057533A1 으로부터 알려져 있다. 금속 분말이 금속체에 적용되고, 금속체와 금속 분말의 접촉 영역에서 합금을 형성하도록 후속적으로 열처리된다.
이러한 공정의 문제점은 금속체의 비균질 합금 커버리지의 발생인데, 이는 금속체의 표면의 일부 부분이 높은 합금 커버리지를 갖고 일부 부분이 낮은 합금 커버리지를 갖는다는 것을 의미한다. 이는 예상되는 최종 용도에 따라 다양한 단점을 수반할 수 있다. 비균질 합금 커버리지의 원인은 지금까지 명확하지 않다.
합금-피복 금속체의 다양한 가능한 사용에 관하여, 금속체의 보다 균질한 합금 커버리지가 달성되는 그 제조 공정이 필요하다.
본 발명은 금속체의 보다 균일한 합금 커버리지가 달성되는 대응 프로세스를 제공한다. 본 발명에 따른 피복 금속체의 제조 프로세스는,
(a) 금속 분말 조성물을 금속체에 적용하여, 하나 이상의 왁스 성분들을 함유하는 코팅을 갖는 피복 금속체 1 을 수득하는 단계,
(b) 왁스 성분들 중의 적어도 하나의 용융 온도까지 피복 금속체 1 을 가열한 후, 실온까지 냉각시켜, 피복 금속체 2 를 수득하는 단계,
(c) 금속체의 금속 성분들과 금속 분말 조성물 사이에 합금 형성을 달성하도록 피복 금속체 2 를 열처리하여, 금속체 3 을 수득하는 단계를 포함하고,
단계 (a) 에서 사용된 금속체는 다음의 그룹: 니켈, 코발트, 구리, 철로부터 선택된 금속 성분을 포함하고,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물은 원소 또는 합금화된 (alloyed) 형태의 알루미늄, 규소 또는 마그네슘을 함유하는 미분 (pulverulent) 금속 성분을 포함한다.
선행 기술의 공정과는 대조적으로, 본 발명에 따른 방법에서는, 합금 형성을 위한 열처리 전에, 왁스가 먼저 용융된 후 다시 냉각된다 (단계 (b) 참조). 본 발명과 관련하여 얻어진 실험 결과는, 의도된 더 균일한 합금 커버리지를 달성하기 위해, 합금 형성을 위한 열처리 전에 단계 (b) 에 설명된 왁스의 용융 및 냉각을 실제로 수행할 필요가 있다는 것을 보여준다. 단지 금속 분말에 왁스를 첨가하고 금속 분말의 적용 (단계 (a)) 후에 합금 형성을 위한 열처리 (단계 (c)) 를 수행하는 것은 충분하지 않다.
본 발명에 따른 방법 1 의 단계 (a) 에서, 금속 분말 조성물이 금속체에 적용되어, 하나 이상의 왁스 성분들을 함유하는 코팅을 갖는 피복 금속체 1 이 수득된다.
금속 분말 조성물은 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에서 다양한 방식으로, 예를 들어 금속체를 롤링 또는 딥핑에 의해 금속 분말 조성물과 접촉시킴으로써, 또는 금속 분말 조성물을 분무, 산란 또는 주입에 의해 적용함으로써 적용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 금속 분말 조성물은 현탁액 형태 또는 분말 형태일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에서 금속체에 대한 금속 분말 조성물의 실제 적용은 금속체를 결합제로 사전 함침시키는 것이 선행한다. 함침은 예를 들어 결합제를 분무하거나 금속체를 결합제에 딥핑하는 것에 의해 달성될 수 있지만, 이러한 옵션으로 제한되지 않는다. 금속 분말 조성물은 준비된 금속체에 후속하여 적용될 수 있다.
대안적으로, 일 단계에서 결합제 및 금속 분말 조성물을 적용하는 것이 가능하다. 이러한 목적을 위해, 금속 분말 조성물이 적용 전에 액체 결합제 자체에 현탁되거나, 금속 분말 조성물 및 결합제가 보조 액체 F 에 현탁된다.
결합제는 금속체에 금속 분말 조성물의 접착을 촉진하는 유기 화합물을 포함하는, 100 내지 400℃ 의 온도 범위 내에서 열처리에 의해 완전히 기체 생성물로 전환될 수 있는 조성물이다. 유기 화합물은 다음의 그룹: 폴리에틸렌이민 (PEI), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 에틸렌 글리콜, 이 화합물들의 혼합물로부터 선택되는 것이 바람직하다. PEI 가 특히 바람직하다. 폴리비닐피롤리돈의 분자량은 바람직하게는 10,000 내지 1,300,000　g/mol 의 범위 내이다. 폴리에틸렌이민의 분자량은 바람직하게는 10,000 내지 1,300,000 g/mol 의 범위 내이다. 폴리에틸렌이민 (PEI) 의 분자량은 더 바람직하게는 700,000 내지 800,000 g/mol 의 범위 내이다.
보조 액체 F 는 금속 분말 조성물 및 결합제를 현탁시킬 수 있어야 하고, 100 내지 400℃ 의 온도 범위 내에서 열처리에 의해 기체 생성물로 완전히 전환 가능해야 한다. 바람직하게는, 보조 액체 F 는 다음의 그룹: 물, 에틸렌 글리콜, PVP 및 이 화합물들의 혼합물로부터 선택된다. 전형적으로, 보조 액체가 사용되는 때, 결합제는 1 내지 10 중량% 의 농도로 물에 현탁되고, 그 다음 금속 분말 조성물이 이 현탁액에 현탁된다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 의 종료 시에, 하나 이상의 왁스 성분을 함유하는 코팅을 갖는 피복 금속체 1 이 수득되는 효과를 달성하기 위해, 코팅의 하나 이상의 왁스 성분이 추가되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 다음의 절차를 개별적으로 또는 조합으로 선택하는 것이 가능하다:
(i) 금속 분말 조성물에 하나 이상의 왁스 성분이 첨가되고,
(ii) 결합제에 하나 이상의 왁스 성분이 첨가되고,
(iii) 보조 액체 F 에 하나 이상의 왁스 성분이 첨가되고,
(iv) 비피복 금속체에 하나 이상의 왁스 성분이 적용되고,
(v) 바인더-피복 금속체에 하나 이상의 왁스 성분이 적용되고,
(vi) 금속 분말 조성물로 코팅된 금속체 1 에 하나 이상의 왁스 성분이 적용된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 왁스 성분이 금속 분말 조성물에 첨가된다 (절차 (i)).
왁스는 기계적 및 물리적 특성에 의해 규정되는 물질이다. 그 화학적 조성과 기원은 매우 다를 수 있다. 왁스는 주로, 일반적으로 약 50 내지 90℃, 예외적인 경우에는 심지어 약 250℃ 까지의 용융된 저점도 상태로 전환되고 사실상 회분-형성 화합물이 없다는 점에서, 유사한 합성 또는 천연 생성물 (예를 들어, 수지, 플라스틱 덩어리, 금속 비누 등) 과 상이하다. 기원에 따라, 왁스는 3 개의 그룹, 즉 (i) 식물 왁스 (예를 들어 칸데릴라 왁스, 카르나우바 왁스, 일본 왁스, 에스파르토 그래스 왁스, 코르크 왁스, 구아루마 왁스, 벼 배아 오일 왁스, 사탕수수 왁스, 오우리큐리 왁스, 몬탄 왁스 등), 동물 왁스 (예를 들어 밀랍, 셸락 왁스, 경랍, 라놀린 또는 울 왁스, 우로피기알 그리스 등) 및 미네랄 왁스 (예를 들어 세레신, 오조케라이트 등) 를 포함하는 천연 왁스; (ii) 경질 왁스 (예를 들어 몬탄 에스테르 왁스, 사솔 왁스, 수소화된 호호바 왁스 등) 를 포함하는 화학적으로 개질된 왁스; 및 (iii) 폴리알킬렌 왁스, 폴리알킬렌 글리콜 왁스 (예를 들어 폴리에틸렌 글리콜 왁스) 등을 포함하는 합성 왁스로 나누어진다. 천연 최신 ("재생 가능한") 왁스의 주요 성분은 장쇄 지방 알코올, 트리테르펜 또는 스테로이드 알코올을 갖는 장쇄 지방산 (왁스 산) 의 에스테르이고; 이 왁스 에스테르는 또한 유리 카르복실 및/또는 히드록실 기를 함유한다. 천연 화석 왁스, 예를 들어, 피셔-트롭쉬 합성으로부터의 왁스 또는 폴리알킬렌 왁스 (예를 들어, 폴리에틸렌 왁스) 처럼, 갈색 석탄 또는 미네랄 오일로부터의 왁스는 주로 직쇄 탄화수소로 이루어지지만; 전자는 또한 그 유래에 따라 분지형 또는 지환족 탄화수소를 함유할 수 있다. 이러한 "탄화수소 왁스" 는 후속 산화에 의해 또는 폴리올레핀 왁스의 경우에는 카복실기를 갖는 공단량체에 의해 종종 작용화된다 (functionalized). "왁스" 라는 용어에 대한 추가 상세는, Roempp Chemielexikon [Roempp's Chemical Lexicon], 제10판, 6권, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, 4906 페이지, 1999, "waxes" 아래, 및 그 안에서 언급된 문헌, 특히 Cosm. Toil. 101, 49 (1986) 및 DGF-Einheitsmethoden, Abteilung M- Wachse und Wachsprodukte [German Society for Fat Science Standard Methods, Section M - Waxes and Wax Products], 7th supplement 05/1999, Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft 를 참조하며, 상기한 문헌들은 참조에 의해 본원에 전적으로 포함된다.
물질 또는 물질 혼합물은,
(i) 20℃ 에서 단단하고 혼련 가능하고,
(ii) 40℃ 의 온도 영역에서 분해 없이 용융되고,
(iii) 100 내지 400℃ 의 온도 범위 내에서 열분해에 의해 기체 생성물로 완전히 전환될 수 있다면,
본 발명의 맥락에서 왁스 성분으로 지칭된다.
물질 또는 물질 혼합물의 표면 또는 물질 또는 물질 혼합물로 코팅된 표면이 90도 초과의 물과의 접촉각을 형성한다는 것을 의미하는, 소수성인 왁스 성분이 바람직하다.
모든 왁스 성분은 응고온도가 90 내지 250℃ 인 것이 바람직하다.
45 내지 160℃ 의 응고 온도를 갖는 왁스 성분, 특히 100 내지 160℃ 의 응고 온도를 갖는 왁스 성분이 특히 바람직하다.
더 바람직하게는, 왁스 성분은 스테아르아미드 왁스 (에틸렌비스(스테아르아미드), EBS) 이다.
모든 왁스 성분의 총량은 (본 발명에 따른 방법의 단계 (b) 후에 수득된) 금속체 2 의 코팅의 총 질량의 그 비율이 0.5 중량% 내지 5 중량% 가 되도록 선택된다. 바람직하게는, 금속체 2 의 코팅의 총 질량 중 모든 왁스 성분의 총량의 비율은 1 중량% 내지 4 중량% 이다. 금속체 2 의 코팅의 총 질량은 단계 (a) 에서 사용된 비피복 금속체와 금속체 2 사이의 질량 차이에 해당한다.
본 발명에 따르면, 단계 (a) 에서 사용된 금속체는 다음의 그룹: 니켈, 코발트, 구리, 철로부터 선택된 금속 성분을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 단계 (a) 에서 사용된 금속체는 다음 중 하나로 이루어진다:
(i) 금속 니켈,
(ii) 금속 코발트,
(iii) 금속 구리,
(iv) 니켈과 코발트의 합금,
(v) 니켈과 구리의 합금,
(vi) 2 개의 개별 금속 성분들의 2 개의 중첩 층들의 배열체, 이 경우 금속 성분들 중 하나는 금속체의 내부 층을 형성하고 다른 금속 성분은 금속체의 외부 층을 형성하며, 금속 성분들은 다음의 조합들의 리스트로부터 선택됨: 내측에 니켈 및 외측에 코발트, 내측에 철 및 외측에 니켈.
추가의 바람직한 실시형태에서, 단계 (a) 에서 사용된 금속체는 다음의 그룹으로부터 선택된 금속으로 이루어진다: Ni, Fe, Co, Cu.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에 사용된 금속체는 임의의 원하는 형상, 예를 들어 입방체, 직육면체, 원통형 등의 형상을 가질 수 있다. 금속체는 대안적으로 폼, 메시, 위브, 루프-드로운 니트 또는 루프-형성된 니트의 형태를 취할 수 있으며, 이는 차례로 모노리스로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에서 사용된 금속체는 바람직하게는 폼, 메시, 위브, 루프-드로운 니트 또는 루프-형성된 니트의 형태를 취한다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시형태에서, 단계 (a) 에서 사용된 금속체는 금속 발포체이다. 본 발명과 관련하여, 금속 발포체는 예컨대 15.07.2012, DOI: 10.1002/14356007.c16_c01.pub2 에서 온라인으로 공개된 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Metallic Foams" 챕터에 개시된 바와 같은 폼 형태의 금속체를 의미하는 것으로 이해된다. 적합한 금속 폼은 원칙적으로 포어 크기와 형상, 층 두께, 면적 밀도, 기하학적 표면적, 다공성 등에 관하여 상이한 형태학적 특성들을 갖는 것이다. 바람직하게는, Ni, Cu 및/또는 Co 의 금속 폼은 400 내지 1500 g/m2 의 밀도, 400 내지 3000 ㎛, 바람직하게는 400 내지 800 ㎛ 의 포어 크기, 및 0.5 내지 10 mm, 바람직하게는 1.0 내지 5.0 mm 의 두께를 갖는다. 제조는 그 자체로 공지된 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 유기 중합체로 구성된 폼을 적어도 하나의 제 1 금속을 코팅한 후, 예컨대 열분해 또는 적합한 용매에서의 용해에 의해, 중합체를 제거하여, 금속 폼을 제공하는 것이 가능하다. 적어도 하나의 제 1 금속 또는 이의 전구체로의 코팅을 위해, 유기 중합체로 구성된 폼은 제 1 금속을 함유하는 용액 또는 현탁액과 접촉될 수 있다. 이는 예를 들어 분무 또는 딥핑에 의해 행해질 수 있다. 화학 기상 증착 (CVD) 에 의한 디포지션이 또한 가능하다. 예를 들어, 폴리우레탄 폼이 제 1 금속으로 코팅된 후, 폴리우레탄 폼이 열분해될 수 있다. 폼 형태의 성형품을 제조하는데 적합한 중합체 폼은 바람직하게는 100 내지 5000 ㎛, 더 바람직하게는 450 내지 4000 ㎛, 특히 450 내지 3000 ㎛ 의 포어 크기를 갖는다. 적합한 중합체 폼은 바람직하게는 5 내지 60 mm, 더 바람직하게는 10 내지 30 mm 의 층 두께를 갖는다. 적합한 중합체 폼은 바람직하게는 300 내지 1200 kg/m3 의 밀도를 갖는다. 비표면적은 바람직하게는 100 내지 20,000 m2/m3, 더 바람직하게는 1000 내지 6000 m2/m3 이다. 다공성은 바람직하게는 0.50 내지 0.95 이다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에 사용된 금속 분말 조성물은, 하나 이상의 미분 금속 성분뿐만 아니라, 유동성 또는 내수성의 향상에 기여하는 첨가물 및/또는 하나 이상의 왁스 성분을 또한 함유할 수 있다. 이러한 첨가물은 100 내지 400℃ 의 온도 범위에서 열처리에 의해 기체 생성물로 완전히 전환될 수 있어야 한다. 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물은 알루미늄, 알루미늄 합금, 규소, 규소 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물은 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택되는 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시형태에서, 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물은 미분 알루미늄을 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시형태에서, 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물은 미분 알루미늄 및 하나 이상의 미분 왁스 성분으로 이루어진다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물은 하나 이상의 왁스 성분을 함유한다. 왁스 성분의 첨가는 금속 분말 조성물의 유동성을 증가시키고, 따라서 이의 기술적 전달성을 증가시킨다. 또한, 왁스 성분은 금속 분말 조성물을 수분 흡수로부터 보호하고, 또한 미분 금속과 물 사이의 화학 반응 정도를 감소시키며, 따라서 또한 수소의 임의의 형성을 억제한다.
금속 분말 조성물은 바람직하게는 80 내지 99.8 중량% 의 금속 성분 함량을 갖는다. 여기서 금속 성분 입자들이 5 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 조성물이 바람직하다. 금속 성분 입자들의 95% 가 5 ㎛ 이상 75 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 조성물이 특히 바람직하다. 조성물이 원소 형태의 금속 성분뿐만 아니라 산화된 형태의 금속 성분도 함유하는 경우일 수 있다. 이러한 산화된 성분은 전형적으로 산화 화합물, 예를 들어 산화물, 수산화물 및/또는 탄산염의 형태이다. 산화된 성분의 질량비는 전형적으로 금속 분말 조성물의 총 질량의 0.05 중량% 내지 10 중량% 이다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (b) 에서, 피복 금속체 1 은 왁스 성분들 중의 적어도 하나의 왁스 성분의 용융 온도까지 가열되고, 그 다음 실온까지 냉각되어, 피복 금속체 2 를 수득한다. 전형적으로, 피복 금속체 1 은 이 단계에서 90 내지 250℃ 의 온도로 가열된다. 단계 (b) 에서 피복 금속체 1 을 가열하는데 사용되는 열원은 전형적으로 오븐이지만, 다른 열원, 예를 들어 적외선 램프도 사용될 수 있다. 실온으로의 냉각은 제어된 냉각 속도로 수행될 필요는 없으며, 전형적으로 가열에 사용된 열원을 스위치 오프하고 금속체의 실온으로의 평형을 가능하게 함으로써 달성된다. 단계 (b) 의 수행 동안, 금속체는 주위 압력, 표준 압력 또는 약간 감소된 압력 (1 내지 300 mbar) 일 수 있는 공기, 산소 또는 불활성 보호 가스의 가스 분위기에 의해 둘러싸일 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 단계 (b) 의 수행 과정에서, 목적은 단지 왁스 성분의 용융 및 롤링이며; 대조적으로, 이 단계에서는 열분해에 의해 유기 성분을 제거하거나 금속 성분들 사이의 합금 형성을 촉발할 의도가 없다. 본 발명과 관련하여, 실온은 25℃ 의 온도로서 이해된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 피복 금속체 1 은 왁스 성분들 중의 정확히 하나의 왁스 성분의 용융 온도까지 가열되고, 그 다음 실온으로 냉각된다. 다른 실시형태에서, 피복 금속체 1 은 모든 왁스 성분들이 용융될 때까지 가열되고, 그 다음 실온으로 냉각된다. 바람직한 실시형태에서, 피복 금속체 1 은 왁스 성분들의 총 질량의 적어도 절반이 용융될 때까지 가열되고, 그 다음 실온으로 냉각된다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (c) 에서, 피복 금속체 2 는 금속체의 금속 성분들과 금속 분말 조성물 사이에 합금 형성을 달성하도록 열처리되어, 금속체 3 을 수득한다. 열처리는 피복 금속체의, 전형적으로는 단계식의, 가열 및 후속하는 실온으로의 냉각을 포함한다. 단계 (c) 에 대한 적합한 합금 조건은 관련 금속 및 금속간 상의 상태도, 예를 들어 Ni 및 Al 의 상태도로부터 명백하다. 예를 들어, Al-풍부 및 침출 가능한 성분, 예컨대 NiAl3 및 Ni2AI3 의 비율을 제어할 수 있다. 열처리는 불활성 가스 또는 환원 조건 하에서 수행된다. 환원 조건은, 반응 조건 하에서 불활성인 적어도 하나의 가스와 수소를 함유하는 가스 혼합물의 존재를 의미하는 것으로 이해되고; 적합한 예가 50 부피% 의 N2 및 50 부피% 의 H2 를 함유하는 가스 혼합물이다. 사용된 불활성 가스는 바람직하게는 질소이다. 가열은 예를 들어 컨베이어 노에서 달성될 수 있다. 적합한 가열 속도는 10 내지 200 K/min, 바람직하게는 20 내지 180 K/min 이다. 단계적 가열 및/또는 냉각이 달성되도록, 열처리에서 특정 기간의 시간 동안 온도를 일정하게 유지하는 것이 유리할 수 있다. 열처리 동안, 온도는 전형적으로 먼저 실온에서 약 300 내지 400℃ 로 증가되고, 수분 및 유기 성분이 약 2 내지 30 분의 기간 동안 이 온도에서 코팅으로부터 제거되고, 그 다음 온도는 금속 분말 조성물과 금속체의 금속 성분들 사이에 합금이 형성될 때까지 약 650 내지 750℃ 로 증가되고, 그 다음 금속체는 약 200℃ 의 온도에서 보호 가스 분위기와의 접촉에 의해 켄칭된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 다음의 단계 (d): 금속체 3 을 염기성 용액으로 처리하는 단계를 갖는 방법을 더 포함한다. 금속체 3 을 염기성 용액으로 처리하는 것은, 함유 분말 조성물과 금속체의 금속 성분들 사이의 합금 및 적용된 금속 분말 조성물의 금속 성분들을 적어도 부분적으로 용해시키는 역할을 할 수 있고, 이런 식으로 금속체로부터 이들을 제거하는 역할을 할 수 있다. 전형적으로, 염기성 용액으로의 처리는 금속체로부터, 금속 분말 조성물과 금속체의 금속 성분들 사이의 합금 및 적용된 금속 분말 조성물의 금속 성분들의 총 질량의 30 내지 70 중량% 를 제거한다. 사용된 염기성 용액은 전형적으로 NaOH, KOH, LiOH 또는 이들의 혼합물의 염기성 수용액이다. 염기성 처리의 온도는 전형적으로 25 내지 120℃ 의 범위 내에서 유지된다. 염기성 용액으로의 처리 지속시간은 전형적으로 5 분 내지 8 시간이다. 금속 성분을 적절하게 선택하면, 예를 들어 WO2019057533A1 에 개시된 바와 같이, 염기성 용액으로의 처리 결과로서 수득되는 금속체를 촉매로서 사용할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 염기성 용액으로의 금속체 3 의 처리는, 20 내지 120℃ 의 온도에서 5 분 내지 8 시간의 기간 동안 수행되고, 염기성 용액은 NaOH 농도가 2 중량% 내지 30 중량% 인 NaOH 수용액이다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 수득 가능한 피복 금속체를 더 포함한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지며,
단계 (d) 에서, 금속체 3 이 염기성 용액으로 처리되는,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하고,
단계 (d) 에서, 금속체 3 이 염기성 용액으로 처리되는,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하는,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하고,
단계 (d) 에서, 금속체 3 이 염기성 용액으로 처리되는,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하고,
하나 이상의 왁스 성분이 금속 분말 조성물에 첨가되는,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하고,
하나 이상의 왁스 성분이 금속 분말 조성물에 첨가되고,
단계 (d) 에서, 금속체 3 이 염기성 용액으로 처리되는,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고,
단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하고,
하나 이상의 왁스 성분이 금속 분말 조성물에 첨가되고,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 금속 발포체인,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 또한,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지고, 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하고,
하나 이상의 왁스 성분이 금속 분말 조성물에 첨가되고,
단계 (d) 에서, 금속체 3 이 염기성 용액으로 처리되고,
단계 (a) 에서 사용된 금속체가 금속 발포체인,
방법 및 이에 의해 수득 가능한 금속체에 관한 것이다.
도 1
이 도면은 2차원 와이어 메시 블랭크 - 우측에는, 원래의, 즉 비피복, 형태의 블랭크, 그리고 좌측에는, 코팅된 형태, 즉 예 B 에 기재된 바와 같이, 먼저 알루미늄 분말 조성물 그리고 이어서 왁스 성분의 용융-재응고 사이클이 실행된 후의 블랭크를 보여준다. 그러나, 알루미늄 분말 조성물은 후속적으로 열처리에 의해 합금에 혼입되지 않았다.
도 2
이 도면은 예 C 에 기재된 바와 같이, 금속 분말 조성물이 먼저 적용되고 이어서 실온에서 공기 하에 24시간 동안 건조된, 예 C 에서 사용된 것과 같은, 코발트 폼의 2차원 블랭크를 통한, 일 측으로부터 밝은 램프로 조명하는 경우, 광의 통과를 보여준다. 그러나, 금속 분말 조성물은 후속하여 열처리에 의해 합금에 혼입되지 않았다. 빛 통과의 분포가 도 3 에서보다 덜 균일하다는 것이 분명하다. 불투명 영역은 폐쇄된 포어를 나타내고, 따라서 금속 분말 조성물의 국부적인 오버로딩을 나타내며, 따라서 적용된 금속 분말 조성물의 불균질한 분포를 나타낸다.
도 3
이 도면은 예 C 에 기재된 바와 같이, 금속 분말 조성물이 먼저 적용되고 이어서 왁스 성분의 용융-재응고 사이클이 실행된 코발트 폼의 2차원 블랭크를 통한, 일 측으로부터 밝은 램프로 조명하는 경우, 광의 통과를 보여준다. 그러나, 금속 분말 조성물은 후속적으로 열처리에 의해 합금에 혼입되지 않았다. 빛 통과의 분포가 도 2 에서보다 훨씬 더 균일하다는 것이 분명하다. 이는 적용된 금속 분말 조성물의 더 균질한 분포를 나타낸다.
도 4
이 도면은 코팅된 형태의, 즉 예 D 에 기재된 바와 같이, 금속 분말 조성물이 적용되었지만, 후속하여 열처리에 의해 합금에 혼입되지 않은 니켈/코발트 폼의 샘플의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 보여준다. 금속 분말 조성물의 적용 후의, 좌측에 나타낸 샘플은 공기 중에서 실온에서 24 시간 건조된 후, SEM 에 의해 조사되었다. 금속 분말 조성물의 도포 후의, 우측에 나타낸 샘플은 왁스 성분의 용융-재응고 사이클을 거친 후, SEM 에 의해 조사되었다. 좌측에 도시된 샘플에서, 폐쇄된 포어 및 부분적으로 비피복 금속 랜드가 분명하게 보인다. 우측에 도시된 샘플에서는, 금속 랜드의 균질 코팅과 폐쇄된 포어가 전혀 보이지 않는다.
도 5
이 도면은, 좌측에서, 예 E 에 기재된 바와 같이, 알루미늄 분말 조성물이 먼저 적용된 후에 실온에서 공기 하에 24 시간 동안 건조된 니켈 폼의 2차원 블랭크를 보여준다. 금속 분말 조성물은 후속적으로 열처리에 의해 합금에 혼입되지 않았다. 이 도면은 우측에서, 분말-피복 발포체가 놓이고 나서 다시 픽업된 후 남은 분말 잔류물을 보여준다.
예
A - 니켈 폼의 코팅
1. 금속체에 대한 금속 분말 조성물의 적용
먼저, 단위 면적당 중량 1000 g/m2 및 평균 포어 크기 580 ㎛ 를 갖는 평평한 형태 (1.9 mm * 300 mm * 860 mm) 의 니켈로 구성된 2 개의 금속 발포체 각각에 결합제 용액 (수용액 중 폴리에틸렌이민 2.5 중량%) 40 g 을 분무하였다. 곧바로 그 다음에, 3 중량% 의 미분 Ceretan®-7080 왁스 (140 내지 160℃ 의 융점) 와의 혼합물 중 건조 미분 알루미늄 (입자 크기 d99 = 90 ㎛) 을 금속체에 적용하였다 (약 400 g/m2).
2. 왁스 성분의 용융 및 재응고
후속하여, 금속 발포체들 중 하나를 실험실 오븐에서 160℃ 로 가열한 후, 다시 실온으로 냉각시켰다.
3. 합금 형성을 위한 열처리
그 후, 두 금속 발포체 모두에 컨베이어 소결로 (제조사: Sarnes0 에서 질소 분위기 하에 합금 형성을 위한 열처리를 행하였다. 노는 15 분 동안 실온에서 725℃ 로 가열되었고, 온도는 725℃ 에서 2 분 동안 유지되었고, 후속하여 200℃ 의 질소 분위기와의 접촉에 의해 켄칭되었다.
4. 합금 커버리지의 균일성 결정
결국, 두 금속체의 합금 커버리지의 균질성에 대한 정보를 얻기 위하여, 두 금속 발포체 모두의 면적 중 일부의 단위 중량당 면적의 스캐터 (scatter) 를 결정하였다. 이러한 목적을 위해, 30 mm 의 직경을 갖는 36 개의 원형 컷아웃을 두 금속 발포체 모두의 모든 영역에서 절단하고 칭량하였다.
이어서, PFR (powder foam ratio) 을 다음으로부터 결정하였다:
PFR = 100 * (m[sintered] - m[original foam]) / m[sintered],
여기서,
m[sintered] = 합금 형성 후 다이커팅된 직경 30 mm 의 원형 컷아웃의 질량,
m[original foam] = 실험 개시 전 직경 30 mm 의 금속 발포체의 원형 컷아웃의 질량.
결국, 개별 PFR 값들의 시리즈의 평균들 및 경험적 표준 편차들이 두 금속 발포체 모두에 대해 확인되었다.
왁스의 용융 및 재응고 단계를 거친 금속 발포체에 대해, 다음의 결과가 확인되었다:
평균: 29.7
표준 편차: 0.5
왁스의 용융 및 재응고 단계를 거치지 않은 금속 발포체에 대해, 다음의 결과가 확인되었다:
평균: 27.7
표준 편차: 2.3
이러한 결과는, 합금 형성을 위한 열처리 전에 왁스의 첨가 및 용융-재냉각 단계가 본 발명에 따른 금속체 내의 합금 커버리지의 균일성의 뚜렷한 증가를 달성한다는 것을 명백히 보여준다.
B - 와이어 메시의 코팅
1. 금속체에 대한 금속 분말 조성물의 적용
먼저, 2차원 형태의 상업적으로 입수 가능한 니켈 와이어 메시 (메시 크기 0.163 mm) 로 구성된 2 개의 금속체에 결합제 용액 (수용액 중 폴리에틸렌이민 2.5 중량%) 을 분무하였다. 곧바로 그 다음에, 3 중량% 의 미분 Ceretan®-7080 왁스 (140 내지 160℃ 의 융점) 와 혼합된 동일한 양의 건조 미분 알루미늄 (입자 크기 d99 = 90 ㎛) 을 두 금속체에 적용하였다.
2. 왁스 성분의 용융 및 재응고
후속하여, 금속체들 중 하나를 실험실 오븐에서 160℃ 로 가열한 후, 다시 실온으로 냉각시켰다. 다른 금속체를 24 시간 동안 공기 하에 실온에서 건조시켰다.
그 후, 밝은 램프로 일 측에서 조명하는 경우 두 금속체를 통과하는 빛의 경로를 조사하였다. 왁스에 대한 용융-재응고 작업을 거친 금속체가 공기 중 실온에서 건조된 금속체보다 훨씬 더 균일한 빛의 통과를 갖는 것으로 나타났다. 이는 160℃ 에서 활성 건조된 금속체에 적용된 분말의 더 균질한 분포를 나타낸다.
3. 합금 형성을 위한 열처리
그 후, 두 금속체는 질소 분위기 하에서 산업용 벨트 소결로에서 합금 형성을 위한 열처리를 거쳤다. 여기서 노는 15 분 동안 실온에서 725℃ 로 가열되었고, 온도는 725℃ 에서 2 분 동안 유지되었고, 후속하여 200℃ 의 질소 분위기와의 접촉에 의해 켄칭되었다.
C - 코발트 폼의 코팅
1. 금속체에 대한 금속 분말 조성물의 적용
먼저, 기초 중량 1000 g/m2 및 평균 포어 크기 580 ㎛ 를 갖는 2차원 형태 (1.9 mm * 300 mm * 860 mm) 의 코발트로 구성된 2 개의 금속 발포체에 결합제 용액 (수용액 중 폴리에틸렌이민 2.5 중량%) 40 g 을 분무하였다. 곧바로 그 다음에, 3 중량% 의 미분 Ceretan®-7080 왁스 (140 내지 160℃ 의 융점) 와 혼합된 건조 Al/Cr 분말 (5 중량% 의 Cr 함유) (입자 크기 d90 < 63 ㎛, d50 = 35 ㎛) 을 금속체에 적용하였다 (약 400 g/m2).
2. 왁스 성분의 용융 및 재응고
후속하여, 금속체들 중 하나를 실험실 오븐에서 160℃ 로 가열한 후, 다시 실온으로 냉각시켰다. 다른 금속체를 24 시간 동안 공기 하에 실온에서 건조시켰다.
그 후, 밝은 램프로 일 측에서 조명하는 경우 두 금속체를 통과하는 빛의 경로를 조사하였다. 왁스에 대한 용융-재응고 작업을 거친 금속체가 공기 중 실온에서 건조된 금속체보다 훨씬 더 균일한 빛의 통과를 갖는 것으로 나타났다. 이는 공기 하에 실온에서 건조된 금속체에 적용된 분말의 덜 균질한 분포를 나타낸다. 이 결과는 SEM 으로 확인되었으며, 이는 폐쇄된 포어를 볼 수 있게 하였고, 따라서 이 금속체의 국부적인 오버로딩을 볼 수 있게 하였다.
3. 합금 형성을 위한 열처리
그 후, 두 금속체는 질소 분위기 하에서 벨트 소결로 (제조사: Sarnes) 에서 합금 형성을 위한 열처리를 거쳤다. 여기서 노는 15 분 동안 실온에서 700℃ 로 가열되었고, 온도는 700℃ 에서 2 분 동안 유지되었고, 후속하여 200℃ 의 질소 분위기와의 접촉에 의해 켄칭되었다.
4. 합금 커버리지의 균일성 결정
마지막으로, 두 금속체의 합금 커버리지의 균질성에 대한 정보를 얻기 위하여, 두 금속체 모두의 면적 중 일부의 기초 중량의 스캐터를 결정하였다. 이러한 목적을 위해, 30 mm 의 직경을 각각 갖는 36 개의 원형 컷아웃을 두 금속 발포체 각각의 모든 영역에서 스탬핑 아웃하고 칭량하였다.
이어서, PFR 값을 다음으로부터 결정하였다:
PFR = 100 * (m[sintered] - m[starting body]) / m[sintered],
여기서,
m[sintered] = 합금 형성 후 펀칭 아웃된 직경 30 mm 의 원형 컷아웃의 질량,
m[starting body] = 실험 개시 전 직경 30 mm 의 금속체의 원형 컷아웃의 질량.
마지막으로, 개별 PFR 값들의 시리즈의 평균들 및 경험적 표준 편차들이 두 금속체 모두에 대해 확인되었다.
왁스에 대한 용융 및 재응고 단계를 거친 금속체에 대해, 다음의 결과가 확인되었다:
평균: 28.2
표준 편차: 0.7
왁스에 대한 용융 및 재응고 단계를 거치지 않은 금속체에 대해, 다음의 결과가 확인되었다:
평균: 26.8
표준 편차: 2.7
이러한 결과는, 합금 형성을 위한 열처리 전에 왁스의 첨가 및 용융-재냉각 단계가 본 발명에 따른 금속체 내의 합금 커버리지의 균일성의 뚜렷한 증가를 달성한다는 것을 다시 보여준다.
D - 니켈/코발트 폼의 코팅
1. 금속체에 대한 금속 분말 조성물의 적용
먼저, 기초 중량 1000 g/m2 및 평균 포어 크기 580 ㎛ 를 갖는 2차원 형태 (1.9 mm * 300 mm * 860 mm) 의 니켈/코발트 (니켈 42 중량%, 코발트 58 중량%; 템플릿 보조로, 층으로 전기도금하여 제조됨) 로 이루어진 2 개의 금속 발포체에 결합제 용액 (수용액 중 폴리에틸렌이민 2.5 중량%) 40 g 을 분무하였다. 곧바로 그 다음에, 3 중량% 의 미분 Ceretan®-7080 왁스 (140 내지 160℃ 의 융점) 와 혼합된 건조 Al/Cr 분말 (5 중량% 의 Cr 함유) (입자 크기 d90 < 63 ㎛, d50 = 35 ㎛) 을 금속체에 적용하였다 (약 400 g/m2).
2. 왁스 성분의 용융 및 재응고
후속하여, 금속체들 중 하나를 실험실 오븐에서 160℃ 로 가열한 후, 다시 실온으로 냉각시켰다. 다른 금속체를 24 시간 동안 공기 하에 실온에서 건조시켰다.
그 후, 밝은 램프로 일 측에서 조명하는 경우 두 금속체를 통과하는 빛의 경로를 조사하였다. 왁스에 대한 용융-재응고 작업을 거친 금속체가 공기 중 실온에서 건조된 금속체보다 훨씬 더 균일한 빛의 통과를 갖는 것으로 나타났다. 이는 공기 하에 실온에서 건조된 금속체에 적용된 분말의 덜 균질한 분포를 나타낸다. 이 결과는 SEM 으로 확인되었으며, 이는 폐쇄된 포어를 볼 수 있게 하였고, 따라서 이 금속체의 국부적인 오버로딩을 볼 수 있게 하였다.
3. 합금 형성을 위한 열처리
그 후, 두 금속체는 질소 분위기 하에서 벨트 소결로 (제조사: Sarnes) 에서 합금 형성을 위한 열처리를 거쳤다. 여기서 노는 15 분 동안 실온에서 700℃ 로 가열되었고, 온도는 700℃ 에서 2 분 동안 유지되었고, 후속하여 200℃ 의 질소 분위기와의 접촉에 의해 켄칭되었다.
4. 합금 커버리지의 균일성 결정
마지막으로, 두 금속체의 합금 커버리지의 균질성에 대한 정보를 얻기 위하여, 두 금속체 모두의 면적 중 일부의 기초 중량의 스캐터를 결정하였다. 이러한 목적을 위해, 30 mm 의 직경을 각각 갖는 36 개의 원형 컷아웃을 두 금속 발포체 각각의 모든 영역에서 스탬핑 아웃하고 칭량하였다.
이어서, PFR 값을 다음으로부터 결정하였다:
PFR = 100 * (m[sintered] - m[starting body]) / m[sintered],
여기서,
m[sintered] = 합금 형성 후 펀칭 아웃된 직경 30 mm 의 원형 컷아웃의 질량,
m[starting body] = 실험 개시 전 직경 30 mm 의 금속체의 원형 컷아웃의 질량.
마지막으로, 개별 PFR 값들의 시리즈의 평균들 및 경험적 표준 편차들이 두 금속체 모두에 대해 확인되었다.
왁스에 대한 용융 및 재응고 단계를 거친 금속체에 대해, 다음의 결과가 확인되었다:
평균: 28.4
표준 편차: 0.6
왁스에 대한 용융 및 재응고 단계를 거치지 않은 금속체에 대해, 다음의 결과가 확인되었다:
평균: 27.1
표준 편차: 2.4
이러한 결과는, 합금 형성을 위한 열처리 전에 왁스의 첨가 및 용융-재냉각 단계가 본 발명에 따른 금속체 내의 합금 커버리지의 균일성의 뚜렷한 증가를 달성한다는 것을 다시 보여준다.
E - 니켈 폼의 폴딩 테스트
1. 금속체에 대한 금속 분말 조성물의 적용
먼저, 기초 중량 1000 g/m2 및 평균 포어 크기 580 ㎛ 를 갖는 2차원 형태 (1.9 mm * 300 mm * 860 mm) 의 니켈로 구성된 금속 발포체에 결합제 용액 (수용액 중 폴리에틸렌이민 2.5 중량%) 40 g 을 분무하였다. 곧바로 그 다음에, 3 중량% 의 미분 Ceretan®-7080 왁스 (140 내지 160℃ 의 융점) 와 혼합된 건조 미분 알루미늄 (입자 크기 d99 = 90 ㎛) 을 금속체에 적용하였다 (약 400 g/m2).
2. 왁스 성분의 용융 및 재응고
이어서, 금속체를 치수 1.9 x 300 x 200 mm 의 피스로 절단하였다. 그리고, 일 피스를 실험실 오븐에서 160℃ 로 가열한 후, 다시 실온으로 냉각시켰다. 다른 금속체를 24 시간 동안 공기 하에 실온에서 건조시켰다.
치수 1.9 x 300 x 200 mm 의 금속체는 약 85 g 이었다. 질량은 분말 23 g, 왁스 1 g 미만 및 Ni 폼 약 61 g 으로 구성된다.
그 후, 밝은 램프로 일 측에서 조명하는 경우 두 금속체를 통과하는 빛의 경로를 조사하였다. 왁스에 대한 용융-재응고 작업을 거친 금속체가 공기 중 실온에서 건조된 금속체보다 훨씬 더 균일한 빛의 통과를 갖는 것으로 나타났다. 이는 공기 하에 실온에서 건조된 금속체에 적용된 분말의 덜 균질한 분포를 나타낸다. 이 결과는 SEM 으로 확인되었으며, 이는 폐쇄된 포어를 볼 수 있게 하였고, 따라서 이 금속체의 국부적인 오버로딩을 볼 수 있게 하였다.
3. 낙하 테스트
그 후, 두 금속체를 칭량한 후, 10 cm 높이에서 테이블 윗면에 낙하시켰다. 마지막으로, 금속체를 다시 칭량하였다. 테이블 윗면에의 낙하는 24 시간 동안 공기 하에 실온에서 건조된 금속체의 경우에 적용된 금속 분말 조성물의 질량의 약 6% 의 손실을 야기하는 반면, 용융-재응고 작업을 거친 금속체의 경우에 적용된 금속 분말 조성물의 질량의 손실은 1% 미만이었다는 것이 밝혀졌다.

Claims (12)

  1. 피복 금속체의 제조 방법으로서,
    (a) 금속 분말 조성물을 금속체에 적용하여, 하나 이상의 왁스 성분들을 함유하는 코팅을 갖는 피복 금속체 1 을 수득하는 단계,
    (b) 상기 왁스 성분들 중의 적어도 하나의 용융 온도까지 상기 피복 금속체 1 을 가열한 후, 실온까지 냉각시켜, 피복 금속체 2 를 수득하는 단계,
    (c) 금속체의 금속 성분들과 금속 분말 조성물 사이에 합금 형성을 달성하도록 상기 피복 금속체 2 를 열처리하여, 금속체 3 을 수득하는 단계를 포함하고,
    단계 (a) 에서 사용된 상기 금속체는 다음의 그룹: 니켈, 코발트, 구리, 철로부터 선택된 금속 성분을 포함하고,
    단계 (a) 에서 사용된 상기 금속 분말 조성물은 원소 또는 합금화된 형태의 알루미늄, 규소 또는 마그네슘을 함유하는 미분 금속 성분을 포함하는, 피복 금속체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 (a) 에서 사용된 금속체가 금속 발포체인, 피복 금속체의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음 중 하나로 이루어지는, 피복 금속체의 제조 방법:
    - 금속 니켈,
    - 금속 코발트,
    - 금속 구리,
    - 니켈과 코발트의 합금,
    - 니켈과 구리의 합금,
    - 2 개의 개별 금속 성분들의 2 개의 중첩 층들의 배열체, 이 경우 상기 금속 성분들 중 하나는 상기 금속체의 내부 층을 형성하고 다른 금속 성분은 상기 금속체의 외부 층을 형성하며, 상기 금속 성분들은 다음의 조합들의 리스트로부터 선택됨: 내측에 니켈 및 외측에 코발트, 내측에 철 및 외측에 니켈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a) 에서 사용된 금속체가 다음의 그룹: Ni, Fe, Co, Cu 로부터 선택된 금속으로 이루어지는, 피복 금속체의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법의 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 다음의 그룹: 알루미늄, 규소, 마그네슘, 알루미늄과 크롬의 합금, 알루미늄과 몰리브덴의 합금, 알루미늄과 구리의 합금, 알루미늄과 철의 합금, 알루미늄과 철과 크롬의 합금, 알루미늄과 티타늄의 합금, 알루미늄과 몰리브덴과 티타늄의 합금, 규소와 크롬의 합금, 규소와 몰리브덴의 합금, 규소와 구리의 합금, 규소와 철의 합금, 규소와 철과 크롬의 합금, 규소와 티타늄의 합금, 규소와 몰리브덴과 티타늄의 합금, 마그네슘과 크롬의 합금, 마그네슘과 몰리브덴의 합금, 마그네슘과 구리의 합금, 마그네슘과 철의 합금, 마그네슘과 철과 크롬의 합금, 마그네슘과 티타늄의 합금, 마그네슘과 몰리브덴과 티타늄의 합금으로부터 선택된 하나 이상의 미분 금속 성분을 포함하는, 피복 금속체의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물이 미분 알루미늄 및 하나 이상의 미분 왁스 성분으로 이루어지는, 피복 금속체의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a) 에서 수득된 피복 금속체 1 의 코팅에서의 왁스 성분들 중 적어도 하나가 45 내지 160℃ 의 응고 온도를 갖는, 피복 금속체의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 왁스 성분들이 단계 (a) 에서 사용된 금속 분말 조성물에 첨가되는, 피복 금속체의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (d) 상기 금속체 3 을 염기성 용액으로 처리하는 단계
    를 더 포함하는, 피복 금속체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속체 3 을 염기성 용액으로 처리하는 것은 20 내지 120℃ 의 온도에서 5 분 내지 8 시간의 기간 동안 수행되고,
    상기 염기성 용액은 NaOH 농도가 2 중량% 내지 30 중량% 인 NaOH 수용액인, 피복 금속체의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득 가능한 피복 금속체.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 방법에 의해 수득 가능한 피복 금속체.
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