多孔金属产品及制造多孔金属产品的方法技术

一种用于制造含有至少１０％互连多孔结构（１２）的金属或合金产品（１０），其使用预成型件（１１），所述方法包括：混合有机粘合剂（２６）、湿润剂和粒状材料（２５）以获得可铸造的糊状物（２０），该糊状物（２０）组合１０％（体积）或更多的所述粒状材料（２５），所述粒状材料（２５）在液体溶剂（２４）中易于溶解；使所述糊状物成型为充气的预成型件并提供待由金属或合金熔渗的打开的孔状空间（２８）；蒸发所述湿润剂并烘焙所述预成型件到足以降解有机粘合剂（２６）并在所述预成型件（１１）中形成互连开口多孔结构的网络；用液体金属或金属合金（２３）填充所述打开的孔状空间（２８）。烘焙的预成型件的部分或全部易于由液体溶剂通过细孔网来滤去。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高度多孔金属体的制造，其包括设计为金属泡沫、微胞 金属、金属海绵或金属格构衍架结构的材料，所有这些材料是具有(指 导性地)至少10% (特别是更多)的多孔结构的金属结构。范围十分广泛的制造方法已经开发出来用于制造多孔性金属材料(在Metal Foams: A Design Guide, M F Ashby, A G Evans， N A Fleck, L J Gibson, J W Hutchinson, H N G 15 Wadley, 2000, Butterworth-Heinemann, 中所描述的， http: 〃w w w. metal foam net/)。
技术介绍
更特别地，本专利技术涉及通过包括围绕着定义泡沫形状的可移动耐火 模具或空间支持物浸润熔融金属的铸造方法来制造上述材料或结构。已 经有若干种金属泡沫的制造途径属于此类，例如在, , 中描述的。由于复杂的相互连接 的多孔结构——通常超过产品总体积的40%,这样的模具或空间支持物以 及制造它们的方法的需求通常会与那些用于使中空铸件成型的方法要求 不同。在中描述了使用聚合物前体的熔模铸造的方 法；还被人们猜测的在于正是这种方法用于制造"多塞乐(Duocel)金属泡沫，，，这种产品目前由ERG Materials和Aerospace ^>司出售 (http:〃www.ergaerospace.com/), 。在此方法中，例如聚氨基曱 酸乙酯的打开的气孔(open-celled)有机泡沫填充有耐火泥浆的，特别是 在熔模铸造的被固化的模制化合物中，在固化之后，热处理用于使模具密实并去除初始聚合物前体。金属被铸造到模具中并成型，模具材料使 用常规方法去除，例如通过机械振动或通过水力喷射。美国专利号US3052967 描述了使用了预先成型的由粘合剂固定在一起的沙粒来 制造泡沫的方法，所述粘合剂在高温下分解，这使得所述沙粒能够散开。如果铸造足够快，之后烧结的聚合物粒可以被用作与铝的预成型件。铸造之后，热高温分解处理被用于去除聚合物。例如，这种方法由Fraunhofer Institute in Bremen,http:〃www.ifam.fraunhofer.de/index.php seite=/2801/leichtbauwerkstoffe/offenporoese-strukturen/&lang=en.4^述。或者，可以使用围绕可移动空间支持物的烧结金属粉末。所需金属 的粉末与足够量的材料的颗粒混合，所述材料的颗粒或者通过水或者通过适当的热处理去除。在这个阶段，空间支持物颗粒在泡沫中保持多孔 结构。所使用的空间支持物的例子包括盐和尿素 (二者都通过溶于水中去除)。相对简单的方法使用正常稳定的盐颗粒定义泡沫多孔结构，如在美 国专利US3236706中所描述的。如果颗粒渗滤，随后以熔融金属进行的 晶间间距的熔渗和后者的固化之后，盐可以通过溶解于水中被去除。人 们进行研究致力于开发这种方法以使泡沫多孔结构(在0.6-0.9的范围 内)、孔的形状(通过使用在成组的可能盐晶形内的不同形状)、及孔的 尺寸(在5/mi-2mm的范围内)有所不同，见。但是，此方法 受限于能够得到的盐晶形的尺寸和形状，实际情况是直径大于约0.5mm 的盐粒不能如更小的颗粒的相同方式被压缩，及通过溶解的预成形产品 去除的低速率。专利技术概述本专利技术的专利技术目的是使用形状支持物制造具有至少10%，优选40% 或更多的互连多孔结构的产品，所述支持物(i)易于成型；(ii)在金属 熔融温度下具有足够强度，与金属接触具有化学惰性，及(iii)快速且简 易的可去除性，经济且不在任何阶段产生生态有害废物或排放物。本专利技术的实施方式提供了一种使用预成型件来制造含有至少10%的 互连多孔结构的金属或合金产品的方法，此方法包括-混合有机粘合剂，湿润剂和粒状材料以获得可铸造的糊状物，所述 糊状物组合10% (体积)或更多所述粒状材料，所述粒状材料易于溶解 在液体溶剂中，且所述有机粘合剂是可热降解的。或合金填充的打开状态的孔状空间；温度并在所述预成型件中形成互连的、打开的多孔结构的网络； -用液体金属或金属合金填充所述打开状态的孔状空间。 本方法有利地使用可铸造糊状物或面团，其含有细小的，优选由水 湿润的、可溶于水的耐火材料，且有机粘合剂优选形成可碳化材料以有 助于粘合。此糊状物或面团可以使用许多可能的方法成型，包括例如食 品工业的面团成型技术或计算机控制的三维自由成型方法，在所述多孔 金属产品中成型为多孔结构所需的形状和尺寸。随后烘焙至硬化同时保 持其形状。这使得其适于用作待被置于铸造金属用的模具中的可溶的空 间支持物。例如，面团能够成型为可控尺寸的许多小球，其之后这些小球通过简单包装成为具有正确体积部分的多孔结构和孔尺寸的预成型件。随后在空气中加热空间支持物或预成型件以引起铸造材料硬化，进 一步进行加热处理以去除挥发性物质，否则所述挥发性物质将被引入到 铸造过程中并减少粘合剂相存在的总量。所述预成型件或空间支持物随 后被置于模具，如适宜在压力下铸造金属，该压力保持足够小以使得制 造预成型件的烘焙糊状物或面团内的孔不被金属填充。在固化和机械成 型后(如果需要)，预成型件通过与液体溶剂接触而被去除，所述液体溶剂优选水，得到含有40%(体积百分比)或更多的互连多孔结构的金属 产品。由本专利技术制造的空间支持物的性质引起此最后操作步骤的速度的 显著增强，所述速度的增强是通过精细组份颗粒尺寸、水可湿润性和本 文公开空间支持物的互连多孔结构的组合。另外的不是水的液体(例如， 酒精或其他溶剂)能够被使用。所述溶剂和粒状材料能够以如下方式进 行选择所述粒状材料能够很好的被溶剂浸湿。根据一个特定特征，与所述打开的孔状空间相比，预成型件材料内 的打开的孔的尺寸是更加细小的，等于前者的三分之一或更小。根据一个特定特征，充气的预成型件被置于模具中并随后以例如铝 或其一种合金等的液体金属或金属合金填充所述打开的孔状空间，优选以低压方法填充，且在金属或合金固化后，所有预成型件材料通过用诸 如水等液体溶剂洗涤的方法从固化金属或固化合金中洗脱。使用这样的 方法，孔径尺寸大于lmm的金属泡沫能够在高度控制下获得。以上这个 尺寸以常规方法，盐颗粒趋向于在预成型件压缩阶段期间压碎而不是再 成型，这使得难于控制孔的形状或孔的体积片段。所述有机粘合剂和湿 润剂克服了常规方法中的此项缺陷。根据另一个特征，可铸造糊状物本质上由NaCl的可溶颗粒和含碳粘 合剂组成。优选全磨面粉等的碳水化合物是粘合剂的示例性化合物。包 括这些NaCl颗粒或类似粒状材料的糊状物可以被成型，所述糊状物能够 抵挡得住与熔融金属在铸造期间接触，这是本专利技术的另 一个重要优势。 盐颗粒可以被磨制为直径小于150/rni，但是使用此方法，更大的糊状物 颗粒可以被用于制造更大的预成型件(具有几厘米或更大尺寸)。在本文公开的方法中，高度多孔结构的金属产品能够在预成型材料 溶解后获得。与常规方法相比，本专利技术的溶解时间非常短，此处的滤去 方法通过在几个孔直径等级间距离上的扩散来限制速度的。能够快速(不 是对于几厘米范围内的常规方法的几天)得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造含有至少１０％互连多孔结构（１２）的金属或合金产品（１０）的方法，该方法使用预成型件（１１），其特征在于，其包括：　－混合有机粘合剂（２６）、湿润剂和粒状材料（２５）以获得可铸造的糊状物（２０），该糊状物（２０）含有体积百分比 为１０％或更多的所述粒状材料（２５），所述粒状材料（２５）在液体溶剂（２４）中易于溶解，且所述有机粘合剂（２６）是可热降解的；　－使所述可铸造糊状物（２０）成型为充气的预成型件并提供待由所述金属或合金熔渗的打开的孔状空间（２８）；　－蒸 发所述湿润剂并烘焙所述预成型件到足以降解所述有机粘合剂（２６）的温度并在所述预成型件（１１）中形成互连、打开的多孔结构的网络；　－用液体金属或金属合金（２３）填充所述打开的孔状空间（２８）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚莫坦森，拉塞尔古道，
申请(专利权)人：洛桑联邦综合工科学校，
类型：发明
国别省市：CH[]