由金属泡沫制备部件的方法、由所述方法制备的部件和用于实现所述方法的模具技术

将由金属合金和发泡剂制备的颗粒形式的可发泡半成品(1)插入可关闭的模具(2)的空腔中，并且将密度高于产生的泡沫的表观(或体积)密度的液体(3)引导到其中。液体的温度高于金属合金的熔融温度；热量传递到可发泡半成品(1)的颗粒；其随后膨胀，借以由液体(3)支撑。在膨胀过程中，液体(3)的至少一部分被膨胀本身通过开口推出模具(2)。液体(3)也允许调节发泡剂的环境压力，这有助于准确设定膨胀时机。金属熔体可以有利地用作液体(3)。熔体可以部分保留在模具(2)中，从而形成混合结构的部件。该新方法使发泡显著更快，确保金属泡沫的均匀性，简化模具并减少整个过程的能量需求。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由金属泡沫制备部件的方法、由所述方法制备的部件和用于实现所述方法的模具
本专利技术涉及由金属泡沫制备部件，主要是复杂和相当大的部件的方法，由此本专利技术允许在模具中快速的、规则的和受控的发泡。本专利技术还描述了一种有利地用于发泡的模具和通过发泡过程中的新的热分布方法制备的部件。
技术介绍
目前使用四种方法由金属泡沫制备部件：·借助注入熔体中的气体或借助混合到熔体中的发泡剂使熔融金属或熔体直接发泡，所述发泡剂在被添加到熔体后分解，产生气体，·将金属合金浇铸到合适的模具中，模具的空腔形成得到的金属泡沫的精确结构，由此-借助合适的沉积方法-该模具由聚合物泡沫形成模型，随后通过合适的方法从模具中移出所述模型，·通过3D冲压的方法直接沉积金属或到合适的泡沫的聚合物模型上，随后将其移出，·固体半成品的发泡，所述固体半成品除了含有形成最终泡沫结构的金属合金以外，还包含添加的发泡剂(通常是粉末金属混合物或碳酸盐(carbonite))，由此将放置在合适的模具中的可发泡半成品加热到熔融温度，其中通过发泡剂的分解在熔融的金属合金中产生气孔，这使可发泡的半成品膨胀直至其填充模具中的整个空腔。上述所有方法都有其显著的局限性，尽管具有不同寻常的特征，但不允许工业大规模由金属泡沫制备部件。由于气体或发泡剂必须逐渐添加到熔体中并且必须适当地混合，所以熔体的直接发泡分别涉及熔体中的气体或发泡剂颗粒的均匀分布的问题。这导致熔体不同部分的不均匀发泡，这额外需要通过添加或产生稳定化陶瓷颗粒来适当地稳定，因此不会发生第一孔的塌陷，除非熔体的整个体积被填充。熔体的混合本身也是一个问题，由于混合器不能方便地放置在模具中，所以不允许制备复杂的、相当大的现成部件。这种方法通常将制备限制在较不复杂和较小的金属泡沫部件如块、面板等。复杂成型的部件通过机械加工制备。由于目前沉积装置提供的可能性，沉积方法太慢且成本太高，并且不允许制备相当大的复杂部件；所制备的泡沫的后续热处理也是复杂的。如果允许半成品在模具的合适空腔中膨胀直到空腔被充满，则固体半成品的发泡允许直接制备现成的成型部件。因为发泡剂均匀地分布在半成品中，因此不需要混合器，所述半成品可通过以下制备：压制金属合金的粉末混合物和发泡剂的粉末，或者在气体未被释放时在增加的压力期间将发泡剂的粉末混合到熔体中，随后将以这种方式制备的混合物铸造和固化成半成品的期望形状。问题在于随后部件填充的均匀性，因为半成品处于从外侧逐渐加热的封闭空腔中，这导致在模具壁附近的过早发泡以及在模具中间的一些半成品经常保持不发泡。为了防止接触模具壁的孔塌陷，模具壁必须具有接近金属合金的熔融温度的温度，这显著减慢了发泡过程。模具需要是薄壁的，因为熔融所需的热量到半成品中的整个传递通过模具壁以小的温差进行。因此，缺乏良好热传导的模具，例如沙子或陶瓷外壳模具，是没用的。通常使用薄壁金属模具，但由于不断变化的温度和热应力，这些模具会变形，因此需要经常更换它们，从而实现在期望的误差范围内的最终产品的尺寸。或者，使用由石墨制备的模具；这些模具具有良好的尺寸稳定性，但是它们在高温下易于损坏，并且需要保护它们免受氧化。因此不能以这种方式有效地制备大而形状复杂的部件。此外，发泡过程的长度降低了生产率并增加了整体成本，因为需要多个并且相对昂贵的模具和装置的并行工作。这种简单的解决方案是期望的并且是未知的，其将确保热量朝向主要为颗粒形式的可发泡半成品的均匀分布，由此该解决方案不仅允许加速该过程，而且还控制该过程以实现泡沫结构的期望特征。
技术实现思路
上述缺陷通过根据权利要求1至16的由金属泡沫制备部件的方法得到了很大的改善。本专利技术的实质主要在于在模具的空腔中可发泡半成品的加热的新方法，这确保了其快速且均匀的熔融，而不需要通过模具壁长时间逐渐传递热量，因此没有泡沫过热的风险，泡沫过热会导致在模具壁边缘的孔塌陷。将可发泡半成品插入到具有熔体的引入口的模具的空腔中。在插入可发泡半成品例如称量量的颗粒(或粒化)之后，模具被合适的液体通过引入口充满，由此该液体的温度高于可发泡半成品的熔融温度。液体能够均匀且快速地流动；其能够渗入模具的内部，这意味着发泡所需的足够的热量基本上被“注入”模具中。在液体流动到模具的过程中以及在用液体填充模具之后，液体立即与可发泡半成品的各部分直接接触，由此其将热量传递到产品，直到液体和产品的温度相互均衡。这样的热传递比从模具表面逐渐转移和在可发泡半成品的发泡颗粒之间相互传递热量的后续过程显著更快且在空间上更均匀。在系统的各个元件之间逐渐传递热量——如迄今为止在由固体半成品制备金属泡沫的过程中使用的——在本专利技术中被替代为加热的液体同时在可发泡半成品的所有部分中的直接影响。足以加热和熔融可发泡半成品的所需的热量预先积聚在液体中。具体的热量取决于使用的液体的比热、可发泡半成品和液体的重量比、可发泡半成品的比热、可发泡半成品的潜在熔融温度和模具中可发泡半成品的温度与液体温度之间的差异。以这种方式，在考虑到模具壁的热损失之后，通过设定用于给定量可发泡半成品和液体的液体温度，可以精确地设定可发泡半成品的完美发泡所需的热量。放置好的可发泡半成品通过借助发泡剂产生气孔立即开始膨胀，因此它的相对密度开始显著减小。表观密度(或体积密度)表示由半成品产生的多孔结构的重量与其当前体积之比。无孔熔体的密度明显高于泡沫的表观密度。所产生的泡沫因此被重力推到模具空腔的上部，由此较重的熔体聚集在其下部。因此，液体的功能不仅是传递热量，而且它还有助于可发泡半成品颗粒在这些颗粒膨胀时期的移动。液体的使用具有显著的协同作用；液体迅速传递热量，同时简化了发泡过程中半成品的分布。液体被膨胀的半成品通过出口推出模具，到达合适的收集容器中。当可发泡半成品膨胀到期望值时，主要过程结束，由此其填充模具空腔的特定部分或全部，并且通过这样做，多余的液体在传递足够的热之后从模具中被推出。该过程随着模具冷却结束，直至成品泡沫完全不固化。通常根据本专利技术的方法包括以下步骤，其中将(例如由金属合金粉末和发泡剂的混合物制备的)颗粒形式的可发泡半成品插入可关闭的或一次性、可丢弃的模具的空腔中。术语“颗粒”或“粒化”必须在没有尺寸限制的情况下广泛地理解；其可以包括任何固体晶粒、主体、颗粒。通常但不是唯一的，颗粒将形成棒、型材(profiles)或片材。术语“可发泡的”表示适当发泡金属材料的能力。从上述可以看出，可发泡半成品在显著的程度上将具有由金属材料气密地关闭的发泡剂，因此在从该试剂释放气体期间发生金属发泡并且气体不以任何显著的程度被释放到金属结构的外部。密度比所得金属泡沫的表观密度更高的液体被释放到模具的空腔中，其中液体的温度高于金属合金粉末的熔融温度。通过将液体放置到模具中，使液体与模具空腔中的可发泡半成品接触。该接触导致热量从液体立即传递到可发泡半成品；可发泡半成品因此被加热到金属合金的熔融温度，这导致可发泡半成品膨胀，由此至少膨胀半成品的一部分漂浮在液体中。期望的膨胀伴随着至少部分液体通过模具中的相应开口从模具流出；优选地，通过可发泡半成品本身的膨胀将液体推出。达到期望的膨胀程度后，将模具冷却到产生的金属泡沫的固化温度。适当选择的液体的一部分可以有意地保留在模具中，其在所述模具中与泡沫一起固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由金属泡沫制备部件的方法，其中将由金属合金和发泡剂制备的颗粒形式的固体可发泡半成品(1)放置在可关闭的和/或一次性模具(2)的空腔内，将所述可发泡半成品(1)加热到金属合金的熔融温度，其产生所述可发泡半成品(1)的期望的膨胀，并且之后——在达到期望的膨胀程度之后——将所述模具(2)冷却到产生的金属泡沫的固化温度以下，所述方法的特征在于：将密度高于产生的泡沫的表观密度的液体(3)放置在所述模具(2)的空腔内，所述液体(3)的温度高于所述金属合金的熔融温度，引导所述液体(3)与所述模具(2)的空腔中的所述可发泡半成品(1)接触，其中所述液体(3)将热量传递到所述可发泡半成品(1)，其导致所述可发泡半成品(1)膨胀，由此膨胀的可发泡半成品(1)由所述液体(3)支撑，并且在膨胀期间，所述液体(3)的至少一部分通过所述模具(2)中的相应开口流出所述模具(2)；优选地，所述液体(3)通过所述可发泡半成品(1)本身的膨胀被推出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.28 SK PP50046-2015;2015.12.14 SK PP50082-21.一种由金属泡沫制备部件的方法，其中将由金属合金和发泡剂制备的颗粒形式的固体可发泡半成品(1)放置在可关闭的和/或一次性模具(2)的空腔内，将所述可发泡半成品(1)加热到金属合金的熔融温度，其产生所述可发泡半成品(1)的期望的膨胀，并且之后——在达到期望的膨胀程度之后——将所述模具(2)冷却到产生的金属泡沫的固化温度以下，所述方法的特征在于：将密度高于产生的泡沫的表观密度的液体(3)放置在所述模具(2)的空腔内，所述液体(3)的温度高于所述金属合金的熔融温度，引导所述液体(3)与所述模具(2)的空腔中的所述可发泡半成品(1)接触，其中所述液体(3)将热量传递到所述可发泡半成品(1)，其导致所述可发泡半成品(1)膨胀，由此膨胀的可发泡半成品(1)由所述液体(3)支撑，并且在膨胀期间，所述液体(3)的至少一部分通过所述模具(2)中的相应开口流出所述模具(2)；优选地，所述液体(3)通过所述可发泡半成品(1)本身的膨胀被推出。2.根据权利要求1所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，通过推动通过所述模具(2)的底部或最底下的部分中的开口将所述液体(3)放置到所述模具(2)中，并且随后也通过该开口将所述液体(3)推出。3.根据权利要求1或2所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，在膨胀期间，多于75％的所述液体(1)被推出所述模具(2)；优选地多于90％的所述液体(3)被推出。4.根据权利要求1至3中任一项所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，在插入测量的量的所述可发泡半成品(1)之后，将所述液体(3)放置到所述模具(2)中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，所述液体(3)的一部分保留在所述模具(2)中，其中它在所述模具(2)中与泡沫一起固化并产生混合铸件，所述混合铸件将固化的泡沫和固化的液体(3)组合成单一整体部件。6.根据权利要求1至4中任一项所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，在插入所述可发泡半成品后，所述模具(2)的空腔中剩余的自由空间仅被部分填充所述液体(3)，由此所述液体(3)和在膨胀之前的所述半成品(1)一起具有的体积小于所述模具(2)的空腔的内部体积。7.根据权利要求6所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，在插入所述可发泡半成品(1)之后，所述模具的空腔中剩余的自由空间仅被所述液体(3)以所述液体(3)与所述可发泡半成品(1)的表面直接接触所需的量填充。8.根据权利要求1至7中任一项所述的由金属泡沫制备部件的方法，其特征在于，在所述可发泡半成品(1)与所述液体(3)相互接触期间，所述液体(3)被暴露于这样的压力，所述压力在给定温度下高于防止所述发泡剂释放发泡和膨胀所需的气体的压力，并且之后，即在所述液体(3)的温度降低到泡沫的固化温度之前，所述液体(3)的压力减小到防止所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·西曼西克，L·帕维利克，J·施帕尼尔卡，P·托博尔卡，
申请(专利权)人：斯洛伐克科学院机械工程材料研究所，
类型：发明
国别省市：斯洛伐克,SK