用于通過鑄模成形制造鋁合金泡沫的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過鑄模成形制造高度多孔的金屬材料的領域，該材料被稱為金屬泡沫或海綿或微孔金屬材料或開孔金屬泡沫，或以至少10%、一般地為60%至80%的孔隙度為特征。
[0002]目前，已開發了用于獲得此類材料的許多方法，具體地，“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/ 中對此進行了描述。
[0003]更詳細地講，本發明涉及通過鑄模成形制造此類鋁合金泡沫的方法，也就是說，通過可破壞的預制體或砂芯(在此情況下由硅膠彈性體制元件構成)中的間隙的滲透。
[0004]所述產品可替代具有蜂窩或翅片結構的材料而用于制造一般為工業用的或用于汽車或核領域的熱交換器、電氣或電力電子電路的冷卻被動交換器、LED 二極管照明設備、隔音或能量吸收(具體地為汽車領域中的撞擊吸收)等。
【背景技術】
[0005]存在許多關于通過鑄模成形制造“鋁泡沫”的參考文獻。
[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)]中具體概述了用于此目的的各種方法。
[0007]它們包括各種方法:
[0008]其中一種基于“損失模具精密鑄模成形”的方法被記載于[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，也被稱作“復制法”。其包括用耐火產品泥漿覆蓋交聯的泡沫，所述泡沫一般由聚氨酯制成，隨后將其干燥和加熱以固化模具并除去聚氨酯前體。隨后在上述形成的模具中澆鑄金屬，隨后按照慣例地破壞所述模具。
[0009]J Banhart 在[Progress in Materials Science 46 (2001) 559-632]中提及了一種方法，在此方法中，通過粘合劑使砂團聚以生產預制體，所述粘合劑在液體金屬的滲透和凝固過程中的熱的作用下分解，這使其隨后“除芯”。
[0010]不來梅港市的“佛羅恩霍夫研宄所(Fraunhofer Institute) ”描述了一種方法，根據此方法，由聚合物顆粒制成的預制體將在“負壓(Sous-Press1n) ”型模具中被鋁合金滲透，一般通過擠壓鑄造；在此之后，所述聚合物預制體將通過熱力作用被除去。
[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 申請中引用了此參考文獻。
[0013]然而，由于聚合物材料的融化，采用醋酸丁酸纖維素(CAB)、環氧化物(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)的顆粒并嘗試通過傳統的“低壓(basse-Press1n) ”類鑄造的滲透的申請人所實施的全部測試都證明是徒勞。
[0014]“佛羅恩霍夫研宄所”的 Berg, W Maysenholder 和 M Haesche 在“Noise Reduct1nby Open-Pore Aluminium Foam”(2003)中報告了通過使燒結的聚苯乙稀球制成的預制體在“負壓”型250bar的模具中滲透得到的由AlSi9Cu3制成的泡沫試樣的試驗產品。在機加工之后，通過400°C下2小時的熱處理，所述聚合物從試樣中被除去。然而，提出了一種聚苯乙烯顆粒的替代物，在此為鹽的球。
[0015]“Centre technique des Industries de la Fonderie，，(CTIF)的專利 FR 2 921281描述了一種方法，在所述方法中，預制體由鹽或高嶺土的球制成，由粘合劑(一般地為聚氨酯)團聚，粘合劑在液體金屬的滲透過程中和凝固過程中分解。所述球隨后通過溶劑的作用被除去。
[0016]然而，由于球的尺寸和形狀，它們的必要的各向同性分布，相對較慢的預制體被溶劑溶解的速度，以及其應用的苛刻方面，尤其是在工業生產情況中，此方法是局限的。
[0017]“Ecole Polytechnique Federal de Lausanne” 于其申請 WO 2008/099014 和相應的專利EP 2 118 328中描述了一種衍生的方法，其中，通過混合研磨的鹽的顆粒、可熱分解的有機粘合劑(一般為研磨的碳水化合物顆粒的粉)和潤濕劑制造預制體，將被稱為“鹽漿糊”的此產物制成通氣的具有開孔空間的預制體，隨后是潤濕劑的蒸發和為分解粘合劑所進行的烘烤，并隨后在400°C至500°C的溫度下硬化預制體，然后滲透。然后通過溶劑除去預制體。
[0018]此方法具有以下缺點:制造預制體的步驟相對冗長；成形/加工過程中需要擠壓，這限制了可接受的顆粒形狀；由于不能被全部去除的潤濕劑以及環境濕度，加工過程中有形成不可見的團聚體的風險；以及需要蒸發和棘手的高溫分解型的烘烤。
[0019]另外，得到的預制體相對較脆，這使其難以操作，尤其是對于在模具中的放置，以及限制了可接受的尺寸。
[0020]另外，證實通過溶劑的預制體的消除也是一個問題，尤其是在工業生產的背景下，并且，考慮到環境約束和成本，鹽的回收是必要的，但是也產生了額外的投入和生產成本。
[0021]另外，由于鹽的此應用，“鋁泡沫”通常有相當大的殘余的氯含量，這對產品的抗腐蝕性具有不利作用。此含量可被降至一個可接受的水平，但是，以泡沫的適當清洗為代價，顯然影響其成本。
[0022]最后，所得的泡沫中的孔隙的形狀和分布是相對地各向同性的，并且不易控制。
[0023]所提出的問題
[0024]本發明旨在提供一種解決上述各種問題的方法，并能夠達到:
[0025]I)僅由顆粒和一種可熱分解的粘合劑，或甚至無粘合劑，而簡易制造預制體，
[0026]2)獲得足夠強度的預制體以使其易于操作和獲得比現有技術的方法更大的尺寸的泡沫，并能夠任選地組合幾個預制體，
[0027]3)獲得優選地可控制的各向同性的或各向異性的開孔，
[0028]4)在預制體的制造過程中能夠在其中插入金屬管或“砂芯”，以在泡沫中制造孔口或其他空的形狀，所述金屬管一般用作熱交換器管，但是，所述管也可以由例如派熱克斯(pyrex)型玻璃制成。
[0029]5)預制體滲透/凝固過程中的所述預制體的完全或幾乎完全的破壞一一也就是說僅僅需要快速的后續的烘干一一成為易于消除的粉末。
[0030]6)能夠使用相對標準的廣泛使用的鑄模成形方法，如“低壓”砂型鑄造或永久型鑄造。
【發明內容】