NO134366B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av porøse metaller.

Nærværende oppfinnelse angår fremstilling av mekanisk holdfaste formvarer av porøst metall, hvilken i prinsipp foregår på den måte at en metallsmelte med kon-stant hastighet føres inn i en støpnings-prosess, hvorved smeiten under suksessiv ekspansjon danner en porøs struktur og stivner i form av et endeløst flatt bånd, endeløse plater, stenger, bjelker eller liknende.

Man har tidligere fremstilt porøse metallstrukturer, men bare i mindre måle-stokk, og disse fremgangsmåter har vært basert på innblanding av et gassdannende stoff av en eller annen art i en begrenset metallmengde, som deretter ekspanderes av den dannede gass. Fra slike fremgangsmåter til den kontinuerlige prosess etter oppfinnelsen er det et langt utviklings-trinn, som har krevet et meget forbedret kontrollsystem samt nye løsninger av pro-blemet, som har oppfinnelseskarakter.

På grunn av den plutselige og ofte eks-plosjonsliknende gassutvikling, som når en metallsmelte blandes med visse gassfrem-bringende materialer på den måte som man hittil har tilpasset ved fremstilling av po-, røse metallstrukturer, var en kontinuerlig gjennomført fremgangsmåte umulig, fordi man ville da bare oppnå uregelmessige gjenstander med dårlige og uensartede fy-sikalske egenskaper.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

for kontinuerlig fremstilling av porøse metaller er av den art, hvor man bringer i intim blanding et smeltet metall og et stoff,

som har evnen til ved det smeltede metalls temperatur gradvis å utvikle gass, og ka-rakteristisk for fremgangsmåten er at blandingen bringes til å strømme frem til kontakt med et bevegelig organ, slik at i hovedsaken ingen relativ bevegelse finner sted mellom blandingen og det bevegelige organ, og under slike trykkbetingelser at gass utvikles i blandingen hovedsaklig ba-re etter at fremstrømning av blandingen

er satt i verk og at fremstrømningen til

det bevegelige organ gjennomføres så hurtig at ikke mere enn 25 pst. av gassutviklingen i blandingen finner sted innen frem-strømningen til det bevegelige organ er fullbyrdet, hvoretter blandingen med det bevegelige organ føres gjennom en sone med slik innstillet temperatur at gassutviklingen fortsetter og i så lang tid at smeiten oppnår maksimal utvidelse, hvoretter temperaturen senkes slik at metallskummet stivner.

Ifølge nærværende oppfinnelse motvir-kes med hensikt gassutviklingen i den sone i hvilken det gassutviklede middel blandes inn i metallsmelten. Deretter mates den med gassutviklede middel sammenblandede smelte, som ennå ikke har undergått noen nevneverdig poredannelse til en sone med kontrollert temperatur, i hvilken poredannelsen finner sted idet materialet mates frem og således overføres til en kjølesone, hvor metallet stivner til endelig form. Denne siste del av prosessen kan utføres på et fremmatningsbånd eller mellom en serie av fremmatningsbånd, kjeder eller liknende eller også i en serie former, som kontinuerlig flyttes frem. Ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse unngåes slike gassdannende midler, som plutselig eller eksplosivt utvikler gass, f. eks. vann i aluminium eller petroleum i metallsmelter og i stedet anvendes slike gassdannende reak-sjoner, som kan reguleres ved hjelp av trykk, slik at reaksjonen ikke fullbyrdes på en gang men forløper i avhengighet av den dannede gassens diffusjon og dens frigjør-ing fra den faste fase og overgang til den gassformede fase. I dette tilfelle er det av-gjort ikke nødvendig å gjennomføre kon-trollen av prosessen ved hjelp av trykk men denne måte å kontrollere gassutviklingen på kan dog tilpasses.

Det har nemlig vist seg at i det øyeblikk gassen skiller seg fra er dens partialtrykk tilstrekkelig høyt til å forhindre ytterligere reaksjon og dette er vanligvis tilstrekkelig til å oppnå den ønskede kontroll selv ved atmosfæretrykk i reaksjonssonen.

Petroleum er f. eks. intet egnet gassdannende middel ved foreliggende fremgangsmåte på grunn av at dets spaltning bestemmes av styrken og den termiske sta-bilitet hos carbon-hydrogenbindingene i det og påvirkes ikke i noen større grad av mindre variasjoner i trykket. Spaltningen av et metallhydrid derimot er meget avhengig av såvel trykk som temperatur og det samme er forholdet med gassdannelsen ved kokning av flyktige metaller, som i det minste i noen grad er oppløselige i basismetallet. Når metallhydrider anvendes kan en trykkdifferanse på bare en atmosfære frembringe poredannelse ved så høy tem-peraturdifferanse som 50° C og i de tilfeller sink, kadmium eller magnesium anvendes for poredannelse i jern eller stål, er poredannelsesreaks j onens trykkavhengig-het like utpreget. Ifølge foreliggende oppfinnelse har det vist seg at i alle de tilfeller, hvor den termiske gassdannelse er i sterk avhengighet av trykket er det mulig å frembringe en gradvis forløpende gassutvikling, hvilket er en betingelse for at en kontinuerlig prosess skal kunne gjennom-føres under kontrollerbare forhold.

Oppfinnelsen anskueliggjøres ytterligere på vedføyde tegninger, på hvilke tre for-skjellige utførelsesformer for oppfinnelsen vises skjematisk.

I fig. 1 vises hvordan ingots 1 av aluminium smeltes i ovnen 2. For ikke å komplisere figuren er oppvarmningsanordnin-gen utelatt. Ved smeltningen oppnåes en mer eller mindre kontinuerlig strøm av aluminium ved 3, som flyter inn i ovnen 5, som kan kippes om tappene 6, slik at man får en nøyaktig kontrollert strømningshastig-het av aluminiumsmelten ved 7, som kontrolleres av avløpet 8. Aluminium 7 føres inn gjennom røret 11 inn i et blandingskar 12. Det skumdannende middel, enten det foreligger i væskeform eller er oppløst eller suspendert i en egnet væske, f. eks. en metallsmelte som smelter under midlets spaltningstemperatur, kan som det fremgår ved 13 innesluttes i en beholder 14 og innføres i blandingskaret 12 via røret 15, hvorved strømningshastigheten nøyaktig kontrolleres av munnstykket 16. I karet 12 blandes det sammen med aluminiumsmelten ved hjelp av omrøreren 17, som drives av motoren 18 og blandingen tillates deretter innenfor et tidsrom som fortrinnsvis ikke overskrider 10 til 60 sekunder å strøm-me over avløpet 19 til et fremmatningsbånd 20 på hvilket smeiten danner en sammen-hengende kake, som mates inn i ovnen 21 med for behandlingstiden i ovnen avpasset tid, f. eks. 5 til 10 sekunder eller like opp til 6 til 7 minutter. Mens blandingen mates frem gjennom tunnelovnen på fremmatningsbåndet holdes den ved relativt høy temperatur og skumdannelse finner sted, og når det hele trer ut av ovnen ved 22, kjø-les smeiten og stivner under dannelse av et fast metallskum, som kan kappes i pas-sende lengder. Temperaturen i de forskjel-lige trinn opprettholdes innen følgende grenser: Ved smeltens overføring fra ovnen til blandingskaret er dens temperatur 5— 45° C over den temperatur ved hvilken sam-menblandingen finner sted. Sammenbland-ingen gjennomføres ved en temperatur som ligger mellom 5° over likvidustemperaturen og 5° over solidustemperaturen og i tunnelovnen opprettholdes en temperatur mellom ca. 100 og ca. 5° C under solidustemperaturen, avhengig av hvilket metall som behandles. Temperaturen i blandingens indre er noe høyere enn temperaturen i tunnelovnen.

Noen variasjoner av den i fig. 1 viste prosess kan tillates og fremgår av fig. 2.

Aluminiumsmelten 31 overføres til diglen 32 fra smelteovnen eller liknende og tappes

i ovnen 33, i hvilken dens temperatur eventuelt må økes ved hjelp av varmeelementer, som for ikke å komplisere figuren er utelatt. En eventuell nødvendig senkning av temperaturen kan frembringes ved tilset-ning av små stykker fast metall. Fra ovnen 33 strømmer aluminiumsmelten ut mellom

røret 34 inn i blandingskaret 36 ved dettes bunn, hvorved strømmen reguleres ved munnstykket 35, slik at man får en jevn og meget nøyaktig innstilt og oppmålt alu-miniumstrøm. Et egnet gassdannende mid-

del, f. eks. en blanding av 10 pst. sirkonhydrid i pulverform og 90 pst. aluminium-pulver kan oppbevares i aluminiumstuber 37 på hjulet 38 og mates inn i karet 36 på nøyaktig kontrollert måte ved hjelp av rul-lene 39, som drives av en motor og en ut-veksling, som for ikke å komplisere billedet er utelatt. Når tuben innføres i karet 36, i hvilket aluminiumsmelten røres kraftig om ved hjelp av rotoren 40 som drives av motoren 41, smelter aluminiumtuben slik som det vises ved 42 og det gassdannende middel dispergeres i smeiten. Blandingen bringes deretter i løpet av ca. 10—60 sekunder til å strømme over karets 36 øvre rand ved røret 44 inn i former 45, som transporteres inn i ovnen 46, hvor de utsettes for en for-høyet temperatur i løpet av en tid på høyst 10 minutter innen de atter føres ut ved 47. Hvis på den måte som vises i fig. 2 flere former anvendes i stedet for at smeiten over-føres direkte på et fremmatningsbånd på den måte som er anskueliggjort i fig. 1, er det i visse tilfeller ikke nødvendig å an-ordne en ovn av den art som angis på figuren med henvisningsbetegnelsen 46, hvis formens varmekapasitet er tilstrekkelig og dens varmeisolering er egnet og avpasset for å frembringe de nødvendige tempera-turbetingelser og langsomme varmeavledning fra formens indre overflate.

For visse formål tilpasses også trykk for å motvirke gassdannelsen. I dette tilfelle arbeides på den måte som angis i fig. 3. Blandingskaret holdes under trykk, som er avpasset slik, at spaltningen eller kok-ningen av det gassutviklende middel for-hindres, hvorved den tid som smeiten kan behandles i blandingskaret kan forlenges, hvilket muliggjør at det blir lettere å sikre homogenitet i blandingen.

Metallsmelten 51 fremstilles slik som det fremgår av figuren ved 52 ved smelt-ning av metallklumper 50 ved hjelp av (ikke viste) oppvarmningsorganer og metallsmelten 51 føres inn i blandingskaret 60 under et trykk som frembringes enten av vekten hos metallsmelten i søylen 51 i inn-matningsrøret 53 eller ved en elektromag-netisk pumpe. På samme måte smeltes det faste gassutviklede stoff 54 ved 55 og inn-føres i form av en smelte 56 gjennom røret 57 ved 58 i karet 60 under trykk. I karet 60 fremkalles fullstendig sammenblanding av metall og gassdannende middel ved hjelp av omrøreren 61 som drives over akselen 62, som på sin side kan strekke seg gjennom munnstykket 63 til motoren 64. Munnstykket 63 tilsvarer i en viss henseende delen 19 i fig. 1 og røret 44 i fig. 2 og er sammen-snevret slik at overtrykket kan opprettholdes. Når metallet forlater munnstykket let-tes trykket og skumdannelse inntrer umiddelbart. Skumdannelsen foregår meget hurtig i visse blandinger men kan foregå langsommere i andre. Hvis gassutviklingen er meget hurtig kan man overføre det erholdte metallskum på et fremmatningsbånd enten fritt eller mellom innbyrdes parallelle fremmatningsbånd slik at man får et pro-dukt med ønsket tverrsnitt men med ubegrenset lengde. Hvis gassutviklingen foregår langsommere kan man bringe den fra munnstykket kommende blanding over på et fremmatningsbånd 65 slik som det fremgår ved 66 i figuren og produktet kan derpå bringes til å passere gjennom en ovn, f. eks. ovnen 67, som holdes ved en temperatur på fra 100 opp til 5° C under blandingens solidustemperatur for å unngå alt for fort varmeavledning fra blandingens overflater, hvorved man i ovnen, slik som det vises ved 68 oppnår poredannelse i materialet, og ved dets uttreden av ovnen ved 69 avkjøler produktet, slik at det stivner til en sammen-hengende plate eller annen formet vare av metallskum. I stedet for å la blandingen rende ut på et fremmatningsbånd kan den tappes i former eller beholdere anordnet på et fremmatningsbånd og ved egnet tem-peraturkontroll i formene (se den til fig. 2 svarende beskrivelse) kan man bringe smeiten til å danne et. metallskum inne i formene, hvorved man på denne måte oppnår kontinuerlig fremstilling av formlegemer av porøst metall.

I de følgende eksempler skal oppfinnelsen nærmere belyses men den skal ikke begrenses til de der angitte betingelser.

Eksempel 1.

En strøm av en smelteflytende disper-sjon av 10 pst. titanhydrid i 90 pst. av en legering bestående av 32 pst. aluminium og 68 pst. magnesium mates inn i en frem-strømmende aluminiumsmelte ved 690° C. Forholdet mellom de to smelter er 9 deler aluminium på 1 del av den nevnte disper-sjon og dispersjonens temperatur er 440° C. Umiddelbart etter at de to smelter er blandet sammen passerer de gjennom et kar, i hvilket de underkastes en kraftig omrøring ved hjelp av en omrører i form av en rund skive som roterer med 6000 omdreininger pr. minutt. Derfra flyter smeiten, i hvilken gassdannelse nettopp begynnes, til et fremmatningsbånd av stål, som er overflate-behandlet med kalk for å være mere varme-bestandig og smeiten føres av båndet gjennom en oppvarmet tunnel. Smeltens strøm-ningshastighet innstilles slik at gassutviklingen, som foregår mellom det øyeblikk når smeiten er blandet sammen med det gassdannende middel og tidspunktet for smeltens overføring på fremmatningsbåndet, utgjør mindre enn 25 pst. av den totale gassdannelse, som er mulig i smeiten, og dette bestemmes ved måling av den inn-tredende volumøkning mellom nevnte tids-punkter i relasjon til det maksimalt erholdte volum. Det tidsintervall, hvilket en viss del av metallsmelten behøver fra sam-menblandingsøyeblikket til tidspunktet for overføring på fremmatningsbåndet, er mindre enn ca. 60 sekunder, eventuelt også mindre enn 10 sek.

Temperaturen i tunnellen kan kontrolleres slik at metallets temperatur er 630° C eller fra 400 til 650° C i tunnellens midte og 600° C eller fra 300 til 620° C når den forlater tunnellen og oppholdstiden i tunnellen kan være 280 sekunder eller fra ca. 30 til ca. 600 sekunder. Etter at metallsmelten er kommet ut av tunnellen stivner den ved at den avkjøles med luftstrømmer, som blåses mot den slik at den hurtig antar en temperatur, ved hvilken den ikke lenger kan deformeres.

Kjølingen kan gjennomføres enten med luft eller med vann.

Det på denne måte erholdte metallskum foreligger i form av et prisme med ubegrenset lengde, 25 cm bredt og 10 cm høyt og det kan kappes opp i form av stykker, f. eks. når det har nådd den ende av anlegget som er lengst borte fra anord-ningen.

Eksempel 2.

En aluminiumsmelte blandes sammen med 0,5 pst. sirkonhydrid i forhold til alu-miniumsmeltens vekt i en ovn under 100 atm. trykk og ved 940° C. Det tilpassede trykk forhindrer gassutvikling. Den erholdte blanding tappes i en jevn strøm i en serie former, hvilke føres frem forbi munnstykket. Herved begynner hydridet å spaltes og denne spaltning fortsetter mens formene transporteres på en kjedetransportør gjennom en oppvarmet tunnel på f. eks. 30 meters lengde, gjennom hvilken formene føres med en hastighet på f. eks. 10 meter pr. minutt eller med 4—40 meter pr. minutt. Ved tunnelens slutt kan formene føres gjennom et bad av kokende vann i den hensikt å bringe metallets temperatur til dets stivningspunkt og således forebygge at den porøse smelte faller sammen.

Temperaturen i tunnelen ved metallets passasje gjennom den holdes innen de i eksempel 1 angitte grenser.

Skjønt oppfinnelsen i forestående eksempel er beskrevet ved hjelp av utførelses-former i hvilke visse metaller og betingelser er anvendt kan man selvfølgelig også anvende andre metaller og andre kombina-sjoner av betingelser. Således kan man for eks. tilpasse det beskrevne prinsipp for fremstilling av porøst metall i en kontinuerlig fremgangsmåte under anvendelse av reversibelt reagerende gassdannende stof-fer, som kan bringes til relativt langsomt og kontrollerbart å utvikle gasser i forbin-delse med en mekanisk fremstillingsmetode anordnet for å utnytte disse kontrollerbare egenskaper på en kontinuerlig gjennomført måte å fremstille porøse metaller under anvendelse av mange andre metaller eller metallsystemer. Blandt metaller som har vist seg å være anvendelige kan således nevnes jernmetaller og -legeringer, kobolt, nikkel, kopper, titan, sirkon, niob og også ved lav temperatur smeltende metaller, som magnesium, sink, litium, aluminium og magnesium. Som generell regel kan nevnes at metaller som smelter under 1200° C helst bør tilsettes hydrider, f. eks. zirkonium-, titan-, litium-, litium-aluminium- og mag-nesiumhydrider, mens metaller hvis smeltepunkt ligger over 1200° C generelt bør behandles med et metall hvis kokepunkt ligger under 1150° C ved atmosfæretrykk, eller når det dreier seg om metaller med meget høyt smeltepunkt bør man som gassdannende middel anvende et metall hvis kokepunkt ligger klart under basismetallets smeltepunkt og som kan bringes til å forbli i flytende form ved arbeidstemperaturen ved det ytre trykk som kommer på tale.

Det har vist seg at poredannelsen i metallet bør gjennomføres så fullstendig som mulig i det siste reaksjonstrinn, dvs. på det stadium når den porøse delen ikke lenger beveger seg i forhold til de omgiv-ende flater. Hvis metallet utsettes for frik-sjon under skumdannelsesprosessen ved at skumlegemet beveger seg i forhold til de dannede overflates] ikt med hvilke det står i kontakt oppstår ikke bare en tendens hos formlegemet til å sprenges, men cellene blir dessuten uregelmessige og forvredne og har deretter ikke samme mekaniske styrke som skumlegemer fremstilt ifølge nærværende oppfinnelse. Man foretrekker derfor å bringe metallet i kontakt med en bevegelig flate eller bevegelige flater innen mere enn 25 pst. av skumdannelsen har funnet sted og gjennomføre hoveddelen av skumdannelsen når metallet føres frem passivt av en bæreflate og ingen bevegelse mellom skumlegemet og nevnte bæreflate finner sted. For dette formål foretrekkes å fremstille

hvilket som helst formlegeme med ønsket

tverrsnitt ved støpning av metallsmelten

mellom fremmatningsbånd eller andre bevegelige flater slik at metallet mens skumdannelse finner sted i dette er stasjonær i

forhold til nevnte tilgrensende flater istedet

for å fremstille slike formlegemer på den

hittil for formålet vanligste måte, nemlig

ved sprøytning gjennom et munnstykke.

Ved fremgangsmåtens praktiske ut-førelse bør metallet helst bringes fra blan-dingstrinnet til fremmatningsbåndet i løpet

av en tidsperiode som ikke overstiger 60

sekunder og helst er mindre enn 45 sekunder.

Hva angår temperaturen i skumdannel-sessonen foretrekkes at den ligger*''mellom 10 og 200° C over romtemperaturen og 10—

300° C under metallblandingens solidustemperatur.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig å

fremstille et porøst metall ved at man bringer i intim blanding et smeltet metall og et stoff som har evnen til ved det smeltede metalls temperatur gradvis å utvikle gass,karakterisert ved at blandingen bringes til å strømme frem til kontakt med et bevegelig organ, slik at i hovedsaken ingen relativ bevegelse finner sted mellom blandingen og det bevegelige organ og under slike trykkbetingelser at gass utvikles i blandingen hovedsakelig bare etter at frem-strømning av blandingen er satt i verk og at fremstrømningen til det bevegelige organ gjennomføres så hurtig at ikke mere enn 25 pst. av gassutviklingen i blandingen finner sted innen fremstrømningen til det bevegelige organ er fullbyrdet, hvoretter blandingen med det bevegelige organ føres gjennom en sone med slik innstillet temperatur at gassutviklingen fortsetter og i så lang tid at smeiten oppnår maksimal utvidelse, hvoretter temperaturen senkes slik at metallskummet stivner.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1,karakterisert ved at det gassutvik lende stoff kontinuerlig mates inn i en strøm av nevnte metall.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det gassutviklende stoff blandes sammen med metallet under tilstrekkelig høyt trykk for å motvirke gassutvikling inntil metallblandingen tas ut fra sonen, hvor stoffet innblandes i smeiten.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 3, karakterisert ved at basismetallet har et smeltepunkt over 1200° C, og det gassutviklende stoff er et metall med kokepunkt under 1150° C.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at basismetallet er aluminium, sink, magnesium, litium eller bly eller en legering av to eller flere av disse metaller, og at det gassutviklende stoff er et metallhydrid.

6. Fremgangsmåte ifølge påstand 5, karakterisert ved at basismetallet er en aluminiumlegering, og at det gassutviklende stoff er titanhydrid eller zir-koniumhydrid.

7. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at tidsintervallet mellom tilsetningen av det gassutviklende stoff og metallsmeltens tapning på det organ som kontinuerlig flytter seg frem-over er 10—60 sekunder, og at temperaturen i oppvarmningssonen, gjennom hvilken blandingen føres under skumdannelsen, ligger mellom 5 og 100° C under blandingens solidustemperatur, hvorved temperaturen i blandingens indre er noe høyere enn i nevnte sone.

8. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at det gassutviklende stoff anvendes i form av en frem-strømmende smelte.