WO2003069002A1 - Expandable metal body, method for the production thereof and its use - Google Patents

Expandable metal body, method for the production thereof and its use Download PDF

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WO2003069002A1
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Joachim Baumeister
Georg Veltl
Norbert Zimmer
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Definitions

  • Foamable metal body process for its production and its
  • the invention relates to a method for producing foamable metal bodies according to the preamble of the main claim, foamable metal bodies producible with this method and their use.
  • blowing agent powders are admixed to a metal powder, which decompose when heated and thereby split off a gas which, during the final foaming, leads to pore formation and pore growth and thus to the expansion of the foamable material.
  • the blowing agent-containing powder mixture is compacted before foaming.
  • Foamability occurs when the metal particles of the matrix metal form a gas-tight seal for the gas particles released by the blowing agent.
  • the blowing agent powder particles must be completely surrounded by the metallic matrix.
  • the metallic matrix must continue to be gas-tight, which means that it may contain no or only a few pores.
  • a high density of the matrix metal containing blowing agent is required to achieve such a gas-tight seal.
  • Adequate compression of the matrix is achieved by means of high pressures and / or high temperatures. If the compaction (compression) takes place at low temperatures, very high compaction pressures must be applied.
  • Blowing agent can be compacted.
  • the compacting pressure is chosen so high that the decomposition of the blowing agent is prevented.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method for producing foamable metal bodies which allows foamable metal bodies to be produced inexpensively. This object is achieved by the method described in claim 1, the foamable metal body described in claim 14 and the use according to claims 1 5-17.
  • the subclaims indicate advantageous further developments.
  • a mixture of a powdery or liquid metal and a powdery or liquid metal-containing blowing agent starting material is treated with a liquid or gaseous non-metal-containing blowing agent starting material.
  • the non-metal-containing blowing agent raw material reacts in an addition reaction with the metal-containing blowing agent raw material, so that the blowing agent is formed.
  • This mixture is compacted at the same time or later into a semifinished product in such a way that the particles of the metal are in a solid connection with one another and form a gas-tight seal for gas particles released from the blowing agent, a foamable metal body being formed.
  • blowing agents are to be regarded as blowing agents in the sense of this invention. According to the invention, these blowing agents are obtainable in particular by oxidative additions of the non-metal-containing blowing agent starting material to the metal-containing blowing agent starting material or Lewis acid-base reactions (the non-metal-containing blowing agent starting material being the Lewis base), which are generally reversible, that is to say the equilibrium reactions are.
  • the metal-containing blowing agent precursors (these are in particular metals in elemental form, alloys and metal salts, such as metal oxides) react with low molecular weight, in particular diatomic or tri-atomic, non-metal-containing blowing agent precursors (such as hydrogen or water) to give the blowing agents according to the invention.
  • the powdery or liquid metals to be foamed can be pure metals (e.g. aluminum or iron), metal alloys and / or other metal compounds that have a metallic character.
  • the process according to the invention has the advantage that no expensive blowing agent has to be used, since the blowing agent is formed from cheap starting materials during or shortly before the compacting.
  • Reaction conditions are preferably selected in which the metal-containing blowing agent raw material does not react with the metal to be foamed, so that a reactivity of the non-metal-containing blowing agent raw material with the metal-containing blowing agent raw material is ensured. If, for example, the metal-containing propellant titanium is added to an aluminum melt, it forms
  • Titanium aluminides which do not have sufficient storage capacity for hydrogen, the reactivity with the surrounding medium hydrogen is lost. If, on the other hand, aluminum powder is used, the formation of titanium aluminides does not take place since the aluminum powder particles are surrounded by an oxide layer. In general, intermetallic phases do not form if the metal powder particles are passivated by an oxide layer.
  • the metal-containing primary blowing agent is particularly preferably present in a melt; it is then so reactive that by gassing it with the non-metal propellant raw material, e.g. reacts with hydrogen to the blowing agent. Fumigation can be carried out by holding / storing the solidified, partially liquid or liquid melt in a hydrogen-containing or moist atmosphere, or by directly introducing gas, chips, damp wood, or the like into the melt.
  • the non-metal-containing blowing agent starting material is preferably a hydrogenating agent and thus the blowing agent formed with the metal-containing blowing agent starting material is a metal hydride.
  • This hydrogenating agent is particularly preferably hydrogen gas or a mixture containing hydrogen gas, such as, for example, welding argon or forming gas.
  • the hydrogen gas diffuses through the possibly pre-compressed mixture of the metal and the metal-containing blowing agent raw material and reacts there with the metal-containing blowing agent raw material to form metal hydrides.
  • the use of hydrogen or hydrogen-containing mixtures or, more generally, the use of inexpensive, non-metal-containing blowing agent starting materials has the advantage that, in contrast to the previously known processes, the use of expensive blowing agents can be dispensed with.
  • the process according to the invention is furthermore preferably carried out at temperatures of 300 ° -700 ° C., particularly preferably at 400 ° -600 ° C.
  • Another advantage of the method according to the invention is that any pressing aids are removed by decomposition and / or evaporation at the high process temperatures.
  • the method according to the invention compared to the previously known The advantage of this method is that no high system engineering effort is required and there is no high tool wear.
  • the method also has the advantage that foamable metal bodies of any size can be produced inexpensively for the first time, since the size used is no longer limited by the compacting method used.
  • the mixture of the metal-containing blowing agent raw material and the metal powder is precompressed before the reaction with the non-metal-containing blowing agent raw material.
  • CIP cold isostatic pressing
  • HIP hot isostatic pressing
  • axial pressing axial pressing
  • powder rolling can be used as the pre-compression process.
  • the pre-compacted material is not rollable, i.e. it has low ductility.
  • This variant has the advantage that the duration of the compaction to the foamable metal body can be shortened.
  • the pre-compressed mixture of the metal-containing primary blowing agent and the metal powder preferably has an open porosity.
  • Propellant preform can also be made with closed porosity or non-porous pre-compressed material. Longer reaction times and higher reaction temperatures are then required. Press aids are not used.
  • sintering aids for example magnesium powder
  • the addition of Sintering aids have the advantage that mixtures with metal powders (such as aluminum powder), the powder particles of which are passivated by an oxide layer, can be sintered at lower temperatures.
  • the mixture of metal, blowing agent and blowing agent starting materials is thus compacted by sintering processes already during the reaction of the blowing agent starting materials to the blowing agent.
  • pressing aids such as waxes and the like
  • rolling aids can be added to the mixture of the metal and the metal-containing blowing agent starting material, which promote the compaction and the rolling of the mixture of metal, blowing agent and blowing agent starting materials.
  • the compacting to the foamable semi-finished product is preferably carried out by means of a sintering process, a casting process or a forming process.
  • the sintering process can take place simultaneously with or subsequent to the reaction of the non-metal-containing and the metal-containing blowing agent starting material to the blowing agent. Sintering can reduce the porosity of the mixture of metal, blowing agent precursors and blowing agent to such an extent that foamability is achieved solely by sintering. Further compacting is then not necessary; compacting has already taken place by sintering and the material is already foamable.
  • a better ductility is achieved by the sintering and thus the compactability is facilitated by a further subsequent compacting process.
  • the better ductility is achieved on the one hand by the volume shrinkage and the reduction of the porosity, on the other hand by sintering the powder particles, which creates a metallic bond.
  • the mixture of metal and blowing agents can also in the invention Conditions are partially or completely melted, whereby it in turn densifies and can be further processed by casting, for example on casting machines.
  • Further compacting by means of a casting process can be achieved in particular by die casting, thixo casting or rheogasting.
  • the use of a casting process is particularly advantageous when the sintering or the reaction of non-metal-containing and metal-containing primary blowing materials takes place at very high temperatures.
  • the mixture of metal and blowing agent formed can also be additionally heated for further processing by means of a casting process.
  • the resistance to deformation of the material is greatly reduced at high temperatures and further compacting is promoted. If the temperature is so high that liquid phases occur during the reaction or sintering, the material can be cast.
  • the use of a casting process has the advantage that, in addition to further compacting, a further shaping is achieved, so that complexly shaped foamable components are available.
  • the compacting according to the invention by means of a casting process advantageously takes place immediately from the heat of reaction of the reaction to the blowing agent or the sintering process. This has the advantage that additional energy savings occur.
  • the compacting can be carried out by a forming process. Rolling, pressing or forging is particularly suitable.
  • the compacting advantageously takes place at the reaction temperature of the reaction / sintering process.
  • the foamable metal body that can be produced with the method according to the invention can be used for the production of sandwich materials.
  • the metal body is coated using a plating process. Any materials can be used as ceiling layer materials.
  • the plating process is also arbitrary, for example it can be done by roll plating, drawing process, thermal spraying, explosive plating,
  • Coextrusion, extrusion plating, HIP plating and dipping are done.
  • Plating with steel and / or aluminum materials is preferably carried out as the plating method then roll cladding is preferred.
  • the cover layer materials can already be inserted into the corresponding molds in the pre-compression process (especially in cold isostatic processes), provided that no undesired reactions of the cover layer materials (for example with the non-metal-containing blowing agent starting materials) are to be expected during the reaction.
  • Another use of the foamable metal body produced by the process according to the invention is the foaming to porous metal bodies by heating to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent.
  • This foaming of the foamable metal body preferably takes place immediately after the compacting, so that there is no interim cooling and energy is saved.
  • the temperature is increased to such an extent that the decomposition of the blowing agent leads to foaming of the material.
  • the temperature increase can take place in the reaction chamber, where the reaction of the two blowing materials containing the blowing agent or the sintering process took place, but the material can also be rearranged in another furnace, in which the foaming takes place.
  • the furnace atmosphere during foaming can in particular consist of air, noble gases, hydrogen, cracked gas, ammonia gas, nitrogen, or any mixtures of these gases.
  • aluminum powder with a particle size ⁇ 160 ⁇ m is mixed with 7% by weight silicon powder, 1% by weight titanium powder (metal-containing blowing agent starting material) and 0.6% by weight magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to form a cuboid rolling bar with a apparent (integral) density of 2.1 g / cm 3 compacted.
  • the cold isostatically pre-compressed ingot is reacted at 500 ° C with pure hydrogen gas (non-metal-containing blowing agent precursor).
  • the hydrogen diffuses to the metal-containing blowing agent starting materials (here the titanium powder particles) in the interior of the ingot, and reacts there, with hydrides, in particular titanium hydride, being formed.
  • sintering processes also take place under these conditions, so that the pre-compressed ingot can now be rolled.
  • the ingot is cooled and removed from the reaction furnace.
  • the billet is preheated to a temperature of 480 ° C for rolling. Rolling is carried out with 80% deformation, which compresses the ingot. After rolling, there is foamable material.
  • the ingot is removed from the furnace and rolled without intermediate cooling. Rolling takes place with 80% deformation, which compresses the ingot. After rolling, there is foamable material.
  • Example 3 Commercial aluminum powder with a particle size ⁇ 160 ⁇ m is mixed with 7% by weight of silicon powder, 1% by weight of titanium powder (metal-containing propellant starting material) and 0.6% by weight of magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to form a cylindrical bolt with a apparent (integral) density of 2.2 g / cm 3 compressed.
  • the cold isostatically pre-compressed stud is reacted at 670 ° C with a hydrogen-containing atmosphere (welding argon or forming gas).
  • the reaction forms the titanium hydride and the powder particles of the bolt melt.
  • the liquid bolt is placed in the casting barrel of a die casting machine and cast.
  • the die casting process compresses the bolt material and simultaneously forms it into a component.
  • the component can be foamed.

Abstract

The invention relates to a method for producing expandable metal bodies. To this end, a mixture consisting of at least one powdery or liquid metal and of a powdery or liquid metal-containing expanding agent intermediate material is firstly treated with a liquid or gaseous non-metal-containing expanding agent intermediate material. The non-metal-containing expanding agent intermediate material is added to the metal-containing expanding agent intermediate material whereby forming at least one expanding agent. This expanding agent-containing mixture is subsequently or simultaneously compacted to form a semi-finished product in which the particles of the at least one metal are tightly bound to one another and constitute a gas-tight seal for gas particles released from the expanding agent. The metal bodies produced in this manner can be expanded at a temperature that is higher than the decomposition temperature of the expanding agent in order to form porous metal bodies.

Description

Aufschäumbarer Metallkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Foamable metal body, process for its production and its
Verwendunguse
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, mit diesem Verfahren herstellbare aufschäumbare Metallkörper und deren Verwendung.The invention relates to a method for producing foamable metal bodies according to the preamble of the main claim, foamable metal bodies producible with this method and their use.
Stand der TechnikState of the art
Es existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung von aufschäumbaren Metallkörpern. Bei diesen Verfahren werden einem Metallpulver eine oder mehrere Treibmittelpulver zugemischt, welche sich bei Erwärmung zersetzen und dabei ein Gas abspalten, welches beim abschließenden Aufschäumen zur Porenbildung und zu Porenwachstum und damit zur Expansion des aufschäumbaren Materials führt. Um Aufschäumbarkeit zu erreichen, wird die treibmittelhaltige Pulvermischung vor dem Aufschäumen verdichtet.There are various methods for producing foamable metal bodies. In these processes, one or more blowing agent powders are admixed to a metal powder, which decompose when heated and thereby split off a gas which, during the final foaming, leads to pore formation and pore growth and thus to the expansion of the foamable material. In order to achieve foamability, the blowing agent-containing powder mixture is compacted before foaming.
Aufschäumbarkeit ist dann gegeben, wenn die Metallteilchen des Matrixmetalls einen gasdichten Abschluss für die vom Treibmittel freigesetzten Gasteilchen darstellen. Hierzu müssen die Treibmittelpulverteilchen vollständig von der metallischen Matrix umgeben sein. Die metallische Matrix muss weiterhin gasdicht sein, das heißt, sie darf keine oder nur wenige Poren enthalten. Zum Erreichen eines derartigen gasdichten Abschlusses ist eine hohe Dichte des treibmittelhaltigen Matrixmetalls erforderlich. Eine ausreichende Verdichtung der Matrix wird mittels hoher Drücke und/oder hoher Temperaturen erreicht. Findet die Kompaktierung (Verdichtung) bei niedrigen Temperaturen statt, so müssen sehr hohe Kompaktierungsdrücke angelegt werden.Foamability occurs when the metal particles of the matrix metal form a gas-tight seal for the gas particles released by the blowing agent. For this the blowing agent powder particles must be completely surrounded by the metallic matrix. The metallic matrix must continue to be gas-tight, which means that it may contain no or only a few pores. A high density of the matrix metal containing blowing agent is required to achieve such a gas-tight seal. Adequate compression of the matrix is achieved by means of high pressures and / or high temperatures. If the compaction (compression) takes place at low temperatures, very high compaction pressures must be applied.
Diese Verfahren haben den Nachteil, dass ein hoher anlagentechnischer Aufwand benötigt wird. Bei der Verwendung hoher Kompaktierungstemperaturen können niedrigere Kompaktierungsdrücke angewendet werden. Allerdings ist die Höhe derThe disadvantage of these methods is that a high level of system engineering is required. When using high compaction temperatures, lower compaction pressures can be used. However, the amount is
Kompaktierungstemperatur durch die Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmittels oder Treibmittelgemisches stark begrenzt, weil dieses bei zu hohen Temperaturen vorzeitig ausgast.Compacting temperature is severely limited by the decomposition temperature of the blowing agent or blowing agent mixture used, because this will prematurely outgas at too high temperatures.
Aus der DE 40 18 360 A1 und der DE 41 01 630 A1 sind Verfahren bekannt, bei denen treibmittelhaltige Pulvermischungen auch oberhalb der Zersetzungstemperatur desMethods are known from DE 40 18 360 A1 and DE 41 01 630 A1, in which powder mixtures containing blowing agent also exceed the decomposition temperature of the
Treibmittels kompaktiert werden können. Dabei wird der Kompaktierungsdruck so hoch gewählt, dass die Zersetzung des Treibmittels verhindert wird.Blowing agent can be compacted. The compacting pressure is chosen so high that the decomposition of the blowing agent is prevented.
Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass sie auf kleinere Abmessungen bzw. Querschnitte des zu kompaktierenden Materials beschränkt sind. Größere Bauteile sind bei den genannten Verfahren mittels Kompaktierung durch heißisostatisches Pressen (HIP) erhältlich, dieses Verfahren ist jedoch sehr teuer.However, these methods have the disadvantage that they are limited to smaller dimensions or cross sections of the material to be compacted. Larger components are available in the above-mentioned processes by means of compacting using hot isostatic pressing (HIP), but this process is very expensive.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper anzugeben, das es erlaubt, aufschäumbare Metallkörper kostengünstig herzustellen. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren, den in Anspruch 14 beschriebenen aufschäumbaren Metallkörper und die Verwendung gemäss der Ansprüche 1 5-17 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method for producing foamable metal bodies which allows foamable metal bodies to be produced inexpensively. This object is achieved by the method described in claim 1, the foamable metal body described in claim 14 and the use according to claims 1 5-17. The subclaims indicate advantageous further developments.
Erfindungsgemäß wird ein Gemisch aus einem pulverförmigen oder flüssigen Metall und einem pulverförmigen oder flüssigen metallhaltigen Treibmittelvormaterial mit einem flüssigen oder gasförmigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial behandelt. Dabei reagiert das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial in einer Additionsreaktion mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial, so dass das Treibmittel gebildet wird. Dieses Gemisch wird gleichzeitig oder später zu einem Halbzeug kompaktiert, derart, dass die Teilchen des Metalls sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluss für aus dem Treibmittel freigesetzte Gasteilchen darstellen, wobei sich ein aufschäumbarer Metallkörper bildet.According to the invention, a mixture of a powdery or liquid metal and a powdery or liquid metal-containing blowing agent starting material is treated with a liquid or gaseous non-metal-containing blowing agent starting material. The non-metal-containing blowing agent raw material reacts in an addition reaction with the metal-containing blowing agent raw material, so that the blowing agent is formed. This mixture is compacted at the same time or later into a semifinished product in such a way that the particles of the metal are in a solid connection with one another and form a gas-tight seal for gas particles released from the blowing agent, a foamable metal body being formed.
Als Treibmittel im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere Metallhydride, Metallsalzhydrate und Metallhydroxide anzusehen. Erfindungsgemäß sind diese Treibmittel insbesondere durch oxidative Additionen des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials an das metallhaltige Treibmittelvormaterial oder Lewis-Säure-Base-Reaktionen (wobei das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial die Lewis-Base ist) erhältlich, die in der Regel reversibel verlaufen, das heißt, die Gleichgewichtsreaktionen sind. Dabei reagieren die metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (dies sind insbesondere Metalle in elementarer Form, Legierungen und Metallsalze, wie z.B. Metalloxide) mit niedermolekularen insbesondere zweiatomigen oder dreiatomigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (wie z.B. Wasserstoff oder Wasser) zu den erfindungsgemäßen Treibmitteln.Metal hydrides, metal salt hydrates and metal hydroxides are to be regarded as blowing agents in the sense of this invention. According to the invention, these blowing agents are obtainable in particular by oxidative additions of the non-metal-containing blowing agent starting material to the metal-containing blowing agent starting material or Lewis acid-base reactions (the non-metal-containing blowing agent starting material being the Lewis base), which are generally reversible, that is to say the equilibrium reactions are. The metal-containing blowing agent precursors (these are in particular metals in elemental form, alloys and metal salts, such as metal oxides) react with low molecular weight, in particular diatomic or tri-atomic, non-metal-containing blowing agent precursors (such as hydrogen or water) to give the blowing agents according to the invention.
Die aufzuschäumenden pulverförmigen oder flüssigen Metalle können reine Metalle (z.B. Aluminium oder Eisen), Metalllegierungen und/oder andere Metallverbindungen, die einen metallischen Charakter aufweisen, sein.The powdery or liquid metals to be foamed can be pure metals (e.g. aluminum or iron), metal alloys and / or other metal compounds that have a metallic character.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass kein teures Treibmittel verwendet werden muss, da das Treibmittel während oder kurz vor der Kompaktierung aus billigen Vormaterialien gebildet wird. Bevorzugt werden Reaktionsbedingungen gewählt, bei denen das metallhaltige Treibmittelvormaterial nicht mit dem aufzuschäumenden Metall reagiert, so dass eine Reaktionsfähigkeit des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial gewährleistet ist. Wird beispielsweise das metallhaltige Treibmittelvormaterial Titan zu einer Aluminiumschmelze zugefügt, so bilden sichThe process according to the invention has the advantage that no expensive blowing agent has to be used, since the blowing agent is formed from cheap starting materials during or shortly before the compacting. Reaction conditions are preferably selected in which the metal-containing blowing agent raw material does not react with the metal to be foamed, so that a reactivity of the non-metal-containing blowing agent raw material with the metal-containing blowing agent raw material is ensured. If, for example, the metal-containing propellant titanium is added to an aluminum melt, it forms
Titanaluminide, welche keine ausreichende Speicherfähigkeit für Wasserstoff haben, die Reaktionsfähigkeit mit dem Umgebungsmedium Wasserstoff geht also verloren. Wird dagegen Aluminiumpulver verwendet, so unterbleibt die Bildung von Titanaluminiden, da die Aluminiumpulverteilchen von einer Oxidschicht umgeben sind. Allgemein unterbleibt eine Bildung intermetallischer Phasen, wenn die Metallpulverteilchen durch eine Oxidschicht passiviert sind.Titanium aluminides, which do not have sufficient storage capacity for hydrogen, the reactivity with the surrounding medium hydrogen is lost. If, on the other hand, aluminum powder is used, the formation of titanium aluminides does not take place since the aluminum powder particles are surrounded by an oxide layer. In general, intermetallic phases do not form if the metal powder particles are passivated by an oxide layer.
Besonders bevorzugt liegt das metallhaltige Treibmittelvormaterial in einer Schmelze vor; es ist dann so reaktionsfähig, dass es durch Begasen mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial, z.B. mit Wasserstoff, zum Treibmittel reagiert. Das Begasen kann durch Halten/Lagern der erstarrten, teilflüssigen oder flüssigen Schmelze in wasserstoffhaltiger oder feuchter Atmosphäre, oder durch direktes Einleiten von Gas, Spänen, feuchtem Holz, oder ähnlichem, in die Schmelze erfolgen.The metal-containing primary blowing agent is particularly preferably present in a melt; it is then so reactive that by gassing it with the non-metal propellant raw material, e.g. reacts with hydrogen to the blowing agent. Fumigation can be carried out by holding / storing the solidified, partially liquid or liquid melt in a hydrogen-containing or moist atmosphere, or by directly introducing gas, chips, damp wood, or the like into the melt.
Bevorzugt ist das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial ein Hydriermittel und damit das mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial gebildete Treibmittel ein Metallhydrid. Besonders bevorzugt ist dieses Hydriermittel Wasserstoffgas oder ein Wasserstoffgashaltiges Gemisch, wie z.B. Schweißargon oder Formiergas. Das Wasserstoff gas diffundiert durch das gegebenenfalls vorverdichtete Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und reagiert dort mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial zu Metallhydriden. Der Einsatz von Wasserstoff bzw. Wasserstoff-haltigen Gemischen bzw. ganz allgemein der Einsatz billiger nicht metallhaltiger Treibmittelvormaterialien hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu den vorbekannten Verfahren auf den Einsatz teurer Treibmittel verzichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin bevorzugt bei Temperaturen von 300°- 700°C, besonders bevorzugt bei 400°-600° C durchgeführt.The non-metal-containing blowing agent starting material is preferably a hydrogenating agent and thus the blowing agent formed with the metal-containing blowing agent starting material is a metal hydride. This hydrogenating agent is particularly preferably hydrogen gas or a mixture containing hydrogen gas, such as, for example, welding argon or forming gas. The hydrogen gas diffuses through the possibly pre-compressed mixture of the metal and the metal-containing blowing agent raw material and reacts there with the metal-containing blowing agent raw material to form metal hydrides. The use of hydrogen or hydrogen-containing mixtures or, more generally, the use of inexpensive, non-metal-containing blowing agent starting materials has the advantage that, in contrast to the previously known processes, the use of expensive blowing agents can be dispensed with. The process according to the invention is furthermore preferably carried out at temperatures of 300 ° -700 ° C., particularly preferably at 400 ° -600 ° C.
Dies hat den Vorteil, dass die Kompaktierung zum aufschäumbaren Metallkörper erleichtert wird. Die Erleichterung der Kompaktierung ist ein Resultat der hohen Prozesstemperaturen. Erfindungsgemäß sind nun Kompaktierungstemperaturen zulässig, die höher als bei den vorbekannten Verfahren sind, da das Treibmittel erst gebildet wird und sich insbesondere bei Reaktionen unter Gleichgewichtsbedingungen deshalb nicht vollständig zersetzen kann. Bei diesen höheren Prozesstemperaturen wird im einzelnen durch Sintervorgänge, durch Verbesserung der Duktilität und Walzbarkeit und/oder durch Herabsetzung des Umformwiderstands oder andere temperaturunterstützte Vorgänge eine leichtereThis has the advantage that the compacting to the foamable metal body is facilitated. The ease of compacting is a result of the high process temperatures. According to the invention, compaction temperatures are now permissible which are higher than in the previously known methods, since the blowing agent is only formed and therefore cannot decompose completely, especially in reactions under equilibrium conditions. At these higher process temperatures, sintering processes, improving ductility and rollability and / or reducing the forming resistance or other temperature-assisted processes make the process easier
Kompaktierung erreicht. Bei hohen Prozesstemperaturen und langen Prozesszeiten treten weiterhin Sinterprozesse auf, so dass bereits während der Bildung des Treibmittels eine Kompaktierung zu einem aufschäumbaren Material auftritt. Dieses aufschäumbare Material kann dann direkt aus der Sinterhitze aufgeschäumt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine zwischenzeitliche Abkühlung und Wiedererwärmung auf die Schäumtemperatur nicht nötig ist und damit Energie eingespart wird. Die Atmosphäre während des Aufschäumens kann hierbei aus dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial oder einem Gemisch mit diesem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial bestehen. Bei hohen Temperaturen, bei denen Sintervorgänge eintreten, wird eine Kompaktierung bewirkt; eine Zersetzung des Treibmittels bzw. eine Rückreaktion zu metallhaltigem und nicht metallhaltigem Treibmittelvormaterial findet dabei jedoch nicht oder nur teilweise statt. Vorzugsweise wird die Temperatur daher so gewählt, dass die Zersetzung des gerade gebildeten Treibmittels nicht vollständig abläuft, so dass ein ausreichender Rest an Treibmittel im Material erhalten bleibt.Compacting achieved. At high process temperatures and long process times, sintering processes continue to occur, so that compacting into a foamable material occurs already during the formation of the blowing agent. This foamable material can then be foamed directly from the sintering heat. This has the advantage that intermediate cooling and reheating to the foaming temperature is not necessary and energy is saved. The atmosphere during foaming can consist of the non-metal-containing blowing agent raw material or a mixture with this non-metal-containing blowing agent raw material. Compacting is effected at high temperatures at which sintering occurs; decomposition of the blowing agent or a back reaction to metal-containing and non-metal-containing blowing agent precursors, however, does not take place or only partially. The temperature is therefore preferably chosen such that the decomposition of the blowing agent just formed does not take place completely, so that a sufficient residual amount of blowing agent is retained in the material.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei den hohen Prozesstemperaturen etwaige Presshilfsmittel durch Zersetzung und/oder Verdampfung entfernt werden. Ganz allgemein hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den vorbekannten Verfahren den Vorteil, dass kein hoher anlagentechnischer Aufwand benötigt wird und kein hoher Werkzeugverschleiß auftritt. Das Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass erstmals aufschäumbare Metallkörper in jeder Größe kostengünstig hergestellt werden können, da eine Limitierung der Größe durch das verwendete Kompaktierungsverfahren nicht mehr gegeben ist.Another advantage of the method according to the invention is that any pressing aids are removed by decomposition and / or evaporation at the high process temperatures. In general, the method according to the invention compared to the previously known The advantage of this method is that no high system engineering effort is required and there is no high tool wear. The method also has the advantage that foamable metal bodies of any size can be produced inexpensively for the first time, since the size used is no longer limited by the compacting method used.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem Metallpulver vor der Reaktion mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial vorverdichtet. Als Vorverdichtungsverfahren können insbesondere kaltisostatisches Pressen (CIP), heißisostatisches Pressen (HIP), axiales Pressen und Pulverwalzen eingesetzt werden. Außer bei einer Vorverdichtung mittels HIP ist das vorverdichtete Material nicht walzbar, d.h. es verfügt über eine geringe Duktilität.In a variant of the method according to the invention, the mixture of the metal-containing blowing agent raw material and the metal powder is precompressed before the reaction with the non-metal-containing blowing agent raw material. In particular, cold isostatic pressing (CIP), hot isostatic pressing (HIP), axial pressing and powder rolling can be used as the pre-compression process. Except for pre-compaction using HIP, the pre-compacted material is not rollable, i.e. it has low ductility.
Diese Variante hat den Vorteil, dass die Dauer der Kompaktierung zum aufschäumbaren Metallkörper verkürzt werden kann.This variant has the advantage that the duration of the compaction to the foamable metal body can be shortened.
Das vorverdichtete Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem Metallpulver weist vorzugsweise eine offene Porosität auf.The pre-compressed mixture of the metal-containing primary blowing agent and the metal powder preferably has an open porosity.
Dies hat den Vorteil, dass das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial schnell den gesamten Querschnitt des vorverdichteten Materials durchsetzt und dort überall reagiert. Weiterhin können bei offener Porosität etwaige Presshilfsmittel durch Zersetzung oder Verdampfen leichter entfernt werden. Die Bildung des Treibmittels aus dem metallhaltigen und dem nicht metallhaltigenThis has the advantage that the non-metal-containing blowing agent primary material quickly penetrates the entire cross-section of the precompressed material and reacts there everywhere. If the porosity is open, any pressing aids can be removed more easily by decomposition or evaporation. The formation of the blowing agent from the metal-containing and the non-metal-containing
Treibmitteivormaterial kann aber auch bei geschlossener Porosität oder nicht porösem vorverdichtetem Material erfolgen. Es sind dann längere Reaktionszeiten und höhere Reaktionstemperaturen erforderlich. Auf den Einsatz von Presshilfsmitteln wird dabei verzichtet.Propellant preform can also be made with closed porosity or non-porous pre-compressed material. Longer reaction times and higher reaction temperatures are then required. Press aids are not used.
In einer weiteren Variante werden dem Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial Sinterhilfsmittel (z.B. Magnesiumpulver) zugesetzt. Der Zusatz von Sinterhilfsmitteln hat den Vorteil, dass Gemische mit Metallpulvern (wie z.B. Aluminiumpulver), deren Pulverteilchen durch eine Oxidschicht passiviert sind, bei niedrigeren Temperaturen gesintert werden können. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird damit durch Sinterprozesse eine Kompaktierung des Gemisches aus Metall, Treibmittel und Treibmittelvormaterialien bereits während der Reaktion der Treibmittelvormaterialien zum Treibmittel erreicht.In a further variant, sintering aids (for example magnesium powder) are added to the mixture of the metal and the metal-containing blowing agent starting material. The addition of Sintering aids have the advantage that mixtures with metal powders (such as aluminum powder), the powder particles of which are passivated by an oxide layer, can be sintered at lower temperatures. In the method according to the invention, the mixture of metal, blowing agent and blowing agent starting materials is thus compacted by sintering processes already during the reaction of the blowing agent starting materials to the blowing agent.
Weiterhin können dem Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial Presshilfsmittel (wie Wachse und dergleichen) zugesetzt werden. Außerdem können dem Gemisch aus dem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial auch Walzhilfsmittel zugesetzt werden, die die Kompaktierung und das Walzen des Gemisches aus Metall, Treibmittel und Treibmittelvormaterialien begünstigen.Furthermore, pressing aids (such as waxes and the like) can be added to the mixture of the metal and the metal-containing blowing agent starting material. In addition, rolling aids can be added to the mixture of the metal and the metal-containing blowing agent starting material, which promote the compaction and the rolling of the mixture of metal, blowing agent and blowing agent starting materials.
Die Kompaktierung zum aufschäumbaren Halbzeug erfolgt vorzugsweise mittels eines Sinterverfahrens, eines Gussverfahrens oder eines Umformverfahrens.The compacting to the foamable semi-finished product is preferably carried out by means of a sintering process, a casting process or a forming process.
Das Sinterverfahren kann gleichzeitig mit der oder anschließend an die Reaktion des nicht metallhaltigen und des metallhaltigen Treibmittelvormaterials zum Treibmittel erfolgen. Durch das Sintern kann die Porosität des Gemischs aus Metall, Treibmittelvormaterialien und Treibmittel so weit reduziert werden, dass die Aufschäumbarkeit allein durch das Sintern erreicht wird. Eine weitere Kompaktierung ist dann nicht erforderlich; die Kompaktierung ist bereits durch das Sintern erfolgt und das Material ist bereits aufschäumbar.The sintering process can take place simultaneously with or subsequent to the reaction of the non-metal-containing and the metal-containing blowing agent starting material to the blowing agent. Sintering can reduce the porosity of the mixture of metal, blowing agent precursors and blowing agent to such an extent that foamability is achieved solely by sintering. Further compacting is then not necessary; compacting has already taken place by sintering and the material is already foamable.
Durch das Sintern wird weiterhin eine bessere Duktilität erzielt und damit die Kompaktierbarkeit durch ein weiteres nachfolgendes Kompaktierungsverfahren erleichtert. Die bessere Duktiliät wird einerseits durch die Volumenschwindung und die Reduktion der Porosität erreicht, andererseits durch Ansintem der Pulverteilchen, wobei eine metallische Bindung entsteht, bewirkt. Das Gemisch aus Metall und Treibmitteln kann außerdem bei den erfindungsgemäßen Bedingungen teilweise oder vollständig aufgeschmolzen werden, wobei es sich wiederum verdichtet und gießtechnisch z.B. auf Gießanlagen weiterverarbeitet werden kann.A better ductility is achieved by the sintering and thus the compactability is facilitated by a further subsequent compacting process. The better ductility is achieved on the one hand by the volume shrinkage and the reduction of the porosity, on the other hand by sintering the powder particles, which creates a metallic bond. The mixture of metal and blowing agents can also in the invention Conditions are partially or completely melted, whereby it in turn densifies and can be further processed by casting, for example on casting machines.
Die weitere Kompaktierung mittels eines Gussverfahrens kann insbesondere durch Druckgießen, Thixogießen oder Rheogießen erzielt werden. Die Verwendung eines Gussverfahrens ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Sinterung bzw. die Reaktion von nicht metallhaltigem und metallhaltigem Treibmittelvormaterial bei sehr hohen Temperaturen erfolgt. Das Gemisch aus Metall und gebildetem Treibmittel kann aber zur Weiterverarbeitung mittels eines Gussverfahrens auch zusätzlich aufgeheizt werden. Der Umformwiderstand des Materials ist bei hohen Temperaturen stark erniedrigt und die weitere Kompaktierung begünstigt. Ist die Temperatur so hoch, dass bei der Reaktion bzw. der Sinterung flüssige Phasen auftreten, so kann das Material vergossen werden. Die Verwendung eines Gussverfahrens hat den Vorteil, dass neben einer weiteren Kompaktierung auch eine weitere Formgebung erreicht wird, so dass komplex geformte aufschäumbare Bauteile erhältlich sind. Die erfindungsgemäße Kompaktierung mittels eines Gussverfahren erfolgt vorteilhafter Weise gleich aus der Reaktionshitze der Reaktion zum Treibmittel bzw. des Sinterverfahrens. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Energieersparnis eintritt.Further compacting by means of a casting process can be achieved in particular by die casting, thixo casting or rheogasting. The use of a casting process is particularly advantageous when the sintering or the reaction of non-metal-containing and metal-containing primary blowing materials takes place at very high temperatures. The mixture of metal and blowing agent formed can also be additionally heated for further processing by means of a casting process. The resistance to deformation of the material is greatly reduced at high temperatures and further compacting is promoted. If the temperature is so high that liquid phases occur during the reaction or sintering, the material can be cast. The use of a casting process has the advantage that, in addition to further compacting, a further shaping is achieved, so that complexly shaped foamable components are available. The compacting according to the invention by means of a casting process advantageously takes place immediately from the heat of reaction of the reaction to the blowing agent or the sintering process. This has the advantage that additional energy savings occur.
Weiterhin kann die Kompaktierung durch ein Umformverfahren erfolgen. Insbesondere ist hierbei Walzen, Pressen, oder Schmieden geeignet. Auch hier erfolgt die Kompaktierung vorteilhafterweise bei der Reaktionstemperatur des Reaktions-/Sinterprozesses.Furthermore, the compacting can be carried out by a forming process. Rolling, pressing or forging is particularly suitable. Here too, the compacting advantageously takes place at the reaction temperature of the reaction / sintering process.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare aufschäumbare Metallkörper kann zur Herstellung von Sandwich-Materialien verwendet werden. Hierbei wird der Metallkörper mittels eine Plattierverfahrens beschichtet. Als Deckenschichtmaterialien können beliebige Werkstoffe eingesetzt werden. Auch das Plattierverfahren ist beliebig, beispielsweise kann es durch Walzplattieren, Ziehverfahren, thermisches Spritzen, Sprengplattieren,The foamable metal body that can be produced with the method according to the invention can be used for the production of sandwich materials. Here, the metal body is coated using a plating process. Any materials can be used as ceiling layer materials. The plating process is also arbitrary, for example it can be done by roll plating, drawing process, thermal spraying, explosive plating,
Koextrusion, Strangpressplattieren, HIP-Plattieren und Tauchen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt eine Plattierung mit Stahl- und/oder Aluminiumwerkstoffen, als Plattierverfahren wird dann das Walzplattieren bevorzugt. Die Deckschichtmaterialien können bereits im Vorverdichtungsprozess (insbesondere bei kaltisostatischen Verfahren) in die entsprechenden Formen eingelegt werden, sofern bei der Reaktionsführung keine unerwünschten Reaktionen der Deckschichtmaterialien (z.B. mit den nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterialien) zu erwarten sind.Coextrusion, extrusion plating, HIP plating and dipping are done. Plating with steel and / or aluminum materials is preferably carried out as the plating method then roll cladding is preferred. The cover layer materials can already be inserted into the corresponding molds in the pre-compression process (especially in cold isostatic processes), provided that no undesired reactions of the cover layer materials (for example with the non-metal-containing blowing agent starting materials) are to be expected during the reaction.
Eine weitere Verwendung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten aufschäumbaren Metallkörpers ist die Aufschäumung zu porösen Metallkörpern durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels. Bevorzugt erfolgt diese Aufschäumung des aufschäumbaren Metallköpers unmittelbar nach der Kompaktierung, so dass keine zwischenzeitliche Abkühlung erfolgt und Energie eingespart wird. Zum Aufschäumen des Materials wird die Temperatur so weit erhöht, dass die Zersetzung des Treibmittels zu einem Aufschäumen des Materials führt. Die Temperaturerhöhung kann in der Reaktionskammer erfolgen, wo die Reaktion der beiden treibmittelhaltigen Vormaterialen bzw. der Sinterprozess stattfand, das Material kann aber auch in einen anderen Ofen, in dem dann das Aufschäumen erfolgt, umgelagert werden. Die Ofenatmosphäre beim Aufschäumen kann insbesondere aus Luft, Edelgasen, Wasserstoff, Spaltgas, Ammoniakgas, Stickstoff, oder beliebigen Mischungen dieser Gase bestehen.Another use of the foamable metal body produced by the process according to the invention is the foaming to porous metal bodies by heating to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent. This foaming of the foamable metal body preferably takes place immediately after the compacting, so that there is no interim cooling and energy is saved. To foam the material, the temperature is increased to such an extent that the decomposition of the blowing agent leads to foaming of the material. The temperature increase can take place in the reaction chamber, where the reaction of the two blowing materials containing the blowing agent or the sintering process took place, but the material can also be rearranged in another furnace, in which the foaming takes place. The furnace atmosphere during foaming can in particular consist of air, noble gases, hydrogen, cracked gas, ammonia gas, nitrogen, or any mixtures of these gases.
BeispieleExamples
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend anhand mehrer Beispiele näher erläutert:Without restricting generality, the method according to the invention is explained in more detail below using several examples:
Beispiel 1 :Example 1 :
Handelsübliches Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße <160 μm wird mit 7 Gew.% Siliziumpulver, 1 Gew.% Titanpulver (metallhaltiges Treibmittelvormaterial) und 0,6 Gew.% Magnesiumpulver (Sinterhilfsmittel) vermischt und durch kaltisostatisches Pressen (CIP) zu einem quaderförmigen Walzbarren mit einer scheinbaren (integralen) Dichte von 2,1 g/cm3 verdichtet. Der kaltisostatisch vorverdichtete Barren wird bei 500°C mit reinem Wasserstoffgas (nicht metallhaltiges Treibmittelvormaterial) zur Reaktion gebracht. Bei dieser Reaktion diffundiert der Wasserstoff zu den metallhaltigen Treibmittelvormaterialien (hier den Titanpulverteilchen) im Inneren des Barrens, und reagiert dort , wobei Hydride, insbesondere Titanhydrid, entstehen. Neben der Entstehung des Treibmittels finden bei diesen Bedingungen auch Sintervorgänge statt, so dass der vorverdichtete Barren nun walzbar ist. Nach Abschluss des Sinterprozesses wird der Barren abgekühlt und dem Reaktionsofen entnommen. Zum Walzen wird der Barren auf eine Temperatur von 480°C vorgewärmt. Das Walzen erfolgt mit einer Umformung von 80%, wodurch der Barren verdichtet wird. Nach dem Walzen liegt aufschäumbares Material vor.Commercially available aluminum powder with a particle size <160 μm is mixed with 7% by weight silicon powder, 1% by weight titanium powder (metal-containing blowing agent starting material) and 0.6% by weight magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to form a cuboid rolling bar with a apparent (integral) density of 2.1 g / cm 3 compacted. The cold isostatically pre-compressed ingot is reacted at 500 ° C with pure hydrogen gas (non-metal-containing blowing agent precursor). In this reaction, the hydrogen diffuses to the metal-containing blowing agent starting materials (here the titanium powder particles) in the interior of the ingot, and reacts there, with hydrides, in particular titanium hydride, being formed. In addition to the formation of the blowing agent, sintering processes also take place under these conditions, so that the pre-compressed ingot can now be rolled. After the sintering process is complete, the ingot is cooled and removed from the reaction furnace. The billet is preheated to a temperature of 480 ° C for rolling. Rolling is carried out with 80% deformation, which compresses the ingot. After rolling, there is foamable material.
Beispiel 2:Example 2:
Handelsübliches Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße <160 μm wird mit 1 Gew.% Titanpulver (metallhaltiges Treibmittelvormaterial) und 0,6 Gew.% Magnesiumpulver (Sinterhilfsmittel) vermischt und durch kaltisostatisches Pressen (CIP) zu einem quaderförmigen Walzbarren mit einer scheinbaren (integralen) Dichte von 2,2 g/cm3 verdichtet. Der kaltisostatisch vorverdichtete Barren wird mit wasserstoffhaltiger Atmosphäre (Schweißargon oder Formiergas) bei 550°C zur Reaktion gebracht. Bei dieser Reaktion diffundiert der Wasserstoff zu den Treibmittelvormaterialien (Titanpulverteilchen) im Inneren des Barrens und reagiert dort , wobei Hydride, insbesondere Titanhydrid, entstehen.Commercial aluminum powder with a particle size <160 μm is mixed with 1% by weight of titanium powder (metal-containing blowing agent precursor) and 0.6% by weight of magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to form a parallelepipedic ingot with an apparent (integral) density of 2.2 g / cm 3 compressed. The cold isostatically pre-compacted ingot is reacted with a hydrogen-containing atmosphere (welding argon or forming gas) at 550 ° C. In this reaction, the hydrogen diffuses to the blowing agent precursors (titanium powder particles) in the interior of the ingot and reacts there, whereby hydrides, in particular titanium hydride, are formed.
Nach Abschluss der Reaktion wird der Barren aus dem Ofen entnommen und ohne Zwischenabkühlung gewalzt. Das Walzen erfolgt mit einer Umformung von 80%, wodurch der Barren verdichtet wird. Nach dem Walzen liegt aufschäumbares Material vor.After the reaction is complete, the ingot is removed from the furnace and rolled without intermediate cooling. Rolling takes place with 80% deformation, which compresses the ingot. After rolling, there is foamable material.
Beispiel 3: Handelsübliches Aluminiumpulver mit einer Partikelgröße <160 μm wird mit 7 Gew.% Siliziumpulver, 1 Gew.% Titanpulver (metallhaltiges Treibmittelvormaterial) und 0,6 Gew.% Magnesiumpulver (Sinterhilfsmittel) vermischt und durch kaltisostatisches Pressen (CIP) zu einem zylindrischen Bolzen mit einer scheinbaren (integralen) Dichte von 2,2 g/cm3 verdichtet. Der kaltisostatisch vorverdichtete Bolzen wird bei 670°C mit wasserstoffhaltiger Atmosphäre (Schweißargon oder Formiergas) zur Reaktion gebracht. Durch die Reaktion wird das Titanhydrid gebildet und die Pulverteilchen des Bolzens schmelzen auf. Der flüssige Bolzen wird in den Gießlauf einer Druckgussmaschine gelegt und vergossen. Durch den Druckgießvorgang wird das Bolzenmaterial verdichtet und gleichzeitig zu einem Bauteil geformt. Das Bauteil ist aufschäumbar. Example 3: Commercial aluminum powder with a particle size <160 μm is mixed with 7% by weight of silicon powder, 1% by weight of titanium powder (metal-containing propellant starting material) and 0.6% by weight of magnesium powder (sintering aid) and by cold isostatic pressing (CIP) to form a cylindrical bolt with a apparent (integral) density of 2.2 g / cm 3 compressed. The cold isostatically pre-compressed stud is reacted at 670 ° C with a hydrogen-containing atmosphere (welding argon or forming gas). The reaction forms the titanium hydride and the powder particles of the bolt melt. The liquid bolt is placed in the casting barrel of a die casting machine and cast. The die casting process compresses the bolt material and simultaneously forms it into a component. The component can be foamed.

Claims

Aufschäumbarer Metal Ikörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seineVerwendungPATENTANSPRÜCHE Foamable metal body, process for its production and its use
1 . Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper, bei dem ein Gemisch, das mindestens ein Metall und mindestens ein gasabspaltendes Treibmittel enthält, zu einem Halbzeug kompaktiert wird, derart, dass die Teilchen des mindestens einen Metalls sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluss für aus dem Treibmittel freigesetzte Gasteilchen darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus dem pulverförmigen oder flüssigen mindestens einen Metall und einem pulverförmigen oder flüssigen metallhaltigen Treibmittelvormaterial mit einem flüssigen oder gasförmigen nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial behandelt wird und dabei das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial an das metallhaltige Treibmittelvormaterial addiert, so dass das mindestens eine Treibmittel gebildet wird.1 . Process for the production of foamable metal bodies, in which a mixture containing at least one metal and at least one gas-releasing blowing agent is compacted into a semi-finished product such that the particles of the at least one metal are in a solid connection with one another and a gas-tight seal for gas particles released to the blowing agent, characterized in that a mixture of the powdery or liquid at least one metal and a powdery or liquid metal-containing blowing agent raw material is treated with a liquid or gaseous non-metal-containing blowing agent raw material and thereby adds the non-metal-containing blowing agent raw material to the metal-containing blowing agent raw material, so that the at least one blowing agent is formed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das nicht metallhaltige Treibmittelvormaterial ein Hydriermittel und das gebildete Treibmittel ein Metallhydrid ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the non-metal-containing blowing agent raw material is a hydrogenating agent and the blowing agent formed is a metal hydride.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydriermittel Wasserstoffgas oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch ist.3. The method according to claim 2, characterized in that the hydrogenating agent is hydrogen gas or a hydrogen-containing gas mixture.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion des nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterials mit dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial bei 300-700° C, bevorzugt bei 400-600° C, durchgeführt wird.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the reaction of the non-metal-containing blowing agent raw material with the metal-containing blowing agent raw material is carried out at 300-700 ° C, preferably at 400-600 ° C.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial und dem mindestens einen Metall vor der Reaktion mit dem nicht metallhaltigen Treibmittelvormaterial vorverdichtet wird.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the mixture of the metal-containing blowing agent raw material and the at least one metal is pre-compressed before the reaction with the non-metal-containing blowing agent raw material.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverdichtung mittels kaltisostatischem Pressen, heißisostatischem Pressen, axialem Pressen oder Pulverwalzen erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that the pre-compression is carried out by means of cold isostatic pressing, hot isostatic pressing, axial pressing or powder rolling.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Gemisch aus metallhaltigem Treibmittelvormaterial und dem mindestens einen Metall eine offene Porosität aufweist.7. The method according to claims 5 or 6, characterized in that the pre-compressed mixture of metal-containing propellant raw material and the at least one metal has an open porosity.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompaktierung zum Halbzeug mittels eines Sinterverfahrens, eines Gussverfahrens und/oder eines Umformverfahrens erfolgt.8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the compacting to the semi-finished product takes place by means of a sintering process, a casting process and / or a forming process.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussverfahren mittels Druckgießen, Thixogießen oder Rheogießen durchgeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the casting process is carried out by means of die casting, thixo casting or rheogasting.
10. Verfahren den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformverfahren mittels Walzen, Pressen oder Schmieden erfolgt. 10. The method of claims 8 or 9, characterized in that the forming process is carried out by means of rolling, pressing or forging.
1 1. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch aus dem mindestens einem Metall und dem metallhaltigen Treibmittelvormaterial ein Sinterhilfsmittel zugesetzt wird.1 1. The method according to one or more of claims 8 to 10, characterized in that a sintering aid is added to the mixture of the at least one metal and the metal-containing blowing agent precursor.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das metallhaltige Treibmittelvormaterial Titan, Zirkonium, Tantal und/oder Magnesium und/oder eine Legierung mit einem dieser Elemente und/oder ein Metallsalz von einem dieser Elemente enthält.12. The method according to one or more of claims 1 to 1 1, characterized in that the metal-containing blowing agent precursor contains titanium, zirconium, tantalum and / or magnesium and / or an alloy with one of these elements and / or a metal salt of one of these elements.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metall Aluminium und/oder Eisen ist.13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the at least one metal is aluminum and / or iron.
14. Aufschäumbarer Metallkörper, erhältlich durch das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13.14. Foamable metal body, obtainable by the method according to one or more of claims 1 to 13.
1 5. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Metallkörpers zur Herstellung von Sandwichmaterialen durch Beschichtung des Metallkörpers mittels eines Plattierverfahrens.1 5. Use of the metal body produced in the process according to one or more of claims 1 to 13 for the production of sandwich materials by coating the metal body by means of a plating process.
16. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis13 hergestellten Metallkörpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels.16. Use of the metal body produced in the process according to one or more of claims 1 to 13 for producing a porous metal body by heating to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung des porösen Metallkörpers unmittelbar nach der Kompaktierung durchgeführt wird und dass keine zwischenzeitliche Abkühlung des aufschäumbaren Metallkörpers erfolgt. 17. Use according to claim 16, characterized in that the method for producing the porous metal body is carried out immediately after the compacting and that there is no interim cooling of the foamable metal body.
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