用于通过铸模成形制造铝合金泡沫的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过铸模成形制造高度多孔的金属材料的领域，该材料被称为金属泡沫或海绵或微孔金属材料或开孔金属泡沫，或以至少10%、一般地为60%至80%的孔隙度为特征。
[0002]目前，已开发了用于获得此类材料的许多方法，具体地，“Metal Foams ；A DesignGuide”，M F Ashby, A G Evans, N A Fleck, L J Gibson, J W Hutchinson, H N G Wadley, 2000, Butterworth-Heinemann, [J Banhart,Progress in Materials Science46 (2001) 559-632], http: / / www.metal foam, net/ 中对此进行了描述。
[0003]更详细地讲，本发明涉及通过铸模成形制造此类铝合金泡沫的方法，也就是说，通过可破坏的预制体或砂芯(在此情况下由硅胶弹性体制元件构成)中的间隙的渗透。
[0004]所述产品可替代具有蜂窝或翅片结构的材料而用于制造一般为工业用的或用于汽车或核领域的热交换器、电气或电力电子电路的冷却被动交换器、LED 二极管照明设备、隔音或能量吸收(具体地为汽车领域中的撞击吸收)等。
【背景技术】
[0005]存在许多关于通过铸模成形制造“铝泡沫”的参考文献。
[0006][M F Ashby, A G Evans, N A Fleck, L J Gibson, J W Hutchinson, H N GWadley “Metal Foams:A Design Guide^Butterworth-Heinemann,Boston, (2000)], [JBanhart, Progress in Materials Science 46 (2001)559-632]，[Y Conde, J-F Depois, RGoodalI, A Marmottant, L Salvo, C San Marchi&A Mortensen, Advanced EngineeringMaterials 8(9)795-803(2006)]中具体概述了用于此目的的各种方法。
[0007]它们包括各种方法:
[0008]其中一种基于“损失模具精密铸模成形”的方法被记载于[Y Yamada, KShimojima, Y Sakaguchi, M Mabuchi, N Nakamura,T Asahina,T Mukai, H Kanahashi&KHigashi, Journal of Materials Science Letters, 18(1999) 1477-1480]中，也被称作“复制法”。其包括用耐火产品泥浆覆盖交联的泡沫，所述泡沫一般由聚氨酯制成，随后将其干燥和加热以固化模具并除去聚氨酯前体。随后在上述形成的模具中浇铸金属，随后按照惯例地破坏所述模具。
[0009]J Banhart 在[Progress in Materials Science 46 (2001) 559-632]中提及了一种方法，在此方法中，通过粘合剂使砂团聚以生产预制体，所述粘合剂在液体金属的渗透和凝固过程中的热的作用下分解，这使其随后“除芯”。
[0010]不来梅港市的“佛罗恩霍夫研宄所(Fraunhofer Institute) ”描述了一种方法，根据此方法，由聚合物颗粒制成的预制体将在“负压(Sous-Press1n) ”型模具中被铝合金渗透，一般通过挤压铸造；在此之后，所述聚合物预制体将通过热力作用被除去。
[0011]http://www.1farn.fraunhofer.de/index.php ? seite = /2801/leichtbauwerkstoffe/offenporoese-strukturen/&lang = en
[0012]“Ecole Polytechnique Federal de Lausanne”于其WO 2008/099014 申请中引用了此参考文献。
[0013]然而，由于聚合物材料的融化，采用醋酸丁酸纤维素(CAB)、环氧化物(EP)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、酚醛(PF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的颗粒并尝试通过传统的“低压(basse-Press1n) ”类铸造的渗透的申请人所实施的全部测试都证明是徒劳。
[0014]“佛罗恩霍夫研宄所”的 Berg, W Maysenholder 和 M Haesche 在“Noise Reduct1nby Open-Pore Aluminium Foam”(2003)中报告了通过使烧结的聚苯乙稀球制成的预制体在“负压”型250bar的模具中渗透得到的由AlSi9Cu3制成的泡沫试样的试验产品。在机加工之后，通过400°C下2小时的热处理，所述聚合物从试样中被除去。然而，提出了一种聚苯乙烯颗粒的替代物，在此为盐的球。
[0015]“Centre technique des Industries de la Fonderie，，(CTIF)的专利 FR 2 921281描述了一种方法，在所述方法中，预制体由盐或高岭土的球制成，由粘合剂(一般地为聚氨酯)团聚，粘合剂在液体金属的渗透过程中和凝固过程中分解。所述球随后通过溶剂的作用被除去。
[0016]然而，由于球的尺寸和形状，它们的必要的各向同性分布，相对较慢的预制体被溶剂溶解的速度，以及其应用的苛刻方面，尤其是在工业生产情况中，此方法是局限的。
[0017]“Ecole Polytechnique Federal de Lausanne” 于其申请 WO 2008/099014 和相应的专利EP 2 118 328中描述了一种衍生的方法，其中，通过混合研磨的盐的颗粒、可热分解的有机粘合剂(一般为研磨的碳水化合物颗粒的粉)和润湿剂制造预制体，将被称为“盐浆糊”的此产物制成通气的具有开孔空间的预制体，随后是润湿剂的蒸发和为分解粘合剂所进行的烘烤，并随后在400°C至500°C的温度下硬化预制体，然后渗透。然后通过溶剂除去预制体。
[0018]此方法具有以下缺点:制造预制体的步骤相对冗长；成形/加工过程中需要挤压，这限制了可接受的颗粒形状；由于不能被全部去除的润湿剂以及环境湿度，加工过程中有形成不可见的团聚体的风险；以及需要蒸发和棘手的高温分解型的烘烤。
[0019]另外，得到的预制体相对较脆，这使其难以操作，尤其是对于在模具中的放置，以及限制了可接受的尺寸。
[0020]另外，证实通过溶剂的预制体的消除也是一个问题，尤其是在工业生产的背景下，并且，考虑到环境约束和成本，盐的回收是必要的，但是也产生了额外的投入和生产成本。
[0021]另外，由于盐的此应用，“铝泡沫”通常有相当大的残余的氯含量，这对产品的抗腐蚀性具有不利作用。此含量可被降至一个可接受的水平，但是，以泡沫的适当清洗为代价，显然影响其成本。
[0022]最后，所得的泡沫中的孔隙的形状和分布是相对地各向同性的，并且不易控制。
[0023]所提出的问题
[0024]本发明旨在提供一种解决上述各种问题的方法，并能够达到:
[0025]I)仅由颗粒和一种可热分解的粘合剂，或甚至无粘合剂，而简易制造预制体，
[0026]2)获得足够强度的预制体以使其易于操作和获得比现有技术的方法更大的尺寸的泡沫，并能够任选地组合几个预制体，
[0027]3)获得优选地可控制的各向同性的或各向异性的开孔，
[0028]4)在预制体的制造过程中能够在其中插入金属管或“砂芯”，以在泡沫中制造孔口或其他空的形状，所述金属管一般用作热交换器管，但是，所述管也可以由例如派热克斯(pyrex)型玻璃制成。
[0029]5)预制体渗透/凝固过程中的所述预制体的完全或几乎完全的破坏一一也就是说仅仅需要快速的后续的烘干一一成为易于消除的粉末。
[0030]6)能够使用相对标准的广泛使用的铸模成形方法，如“低压”砂型铸造或永久型铸造。
【发明内容】