通过振动制造泡沫金属的方法技术

本发明专利技术涉及通过振动制造泡沫金属的方法。一种制造发泡的泡沫金属的方法，其中通过由纵波在气泡形成区域内引发的振动，气泡尺寸的调节与气泡的形成同时发生。由此，可以避免在气泡形成之后以不受控或混乱的方式造成气泡尺寸的减小。沿金属熔融物的自由表面产生振动以提供表面发泡。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】通过振动制造泡沬金属的方法本申请是申请日为2009年12月4日、名称为"及由此 获得的泡沫金属产品"的专利技术专利申请No. 200980156011.6的分案申请。
本专利技术涉及一种制造泡沫金属的方法，其中为使金属发泡，控制在液相可发泡金 属的体积中或者表面上所形成的气泡的尺寸，优选地减小或增大气泡的尺寸，尤其是通过 在所述气泡形成的同时施加振动来将气泡的尺寸设到给定的值。本专利技术还涉及通过根据本 专利技术的方法制造的泡沫金属产品。
技术介绍
泡沫金属是轻重量的闭孔或开孔结构材料，并具有突出的物理、机械以及隔热和 隔音性能。由于它们的性能，泡沫金属用途广泛，从结构材料到各种装饰件。主要由于它们 的低密度和特别的机械性能，泡沫金属应用领域的一些示例包括例如飞行器工业(机翼、座 位）、航天技术(隔热、减振）、汽车工业(各种缓冲元件、车体部件、隔音）、国防工业(无线电 领域内的屏蔽设施、坚固防具）、医疗设备(比如骨假体）以及建筑工业(框架结构、轻重量建 筑墙）以及其他领域。 对于泡沫金属的制造已知数种技术。在最常见的方式中，泡沫金属通过将气体形 成添加剂(比如氢化物、碳酸盐等)添加到还包括稳定微粒/颗粒的熔融金属中来制备。根据 我们现有的知识，由于所进行的化学和物理反应的不可控性，不能通过引入气体形成添加 剂制备具有单一方式孔尺寸分布的泡沫金属。另一种用于制造泡沫金属的技术是将气泡引 入熔融金属中。一般来讲，气泡的供应是通过搅动装置(例如见日本公开专利公报No.2006-176874)或者合适的注射装置(例如见美国专利申请No. 20030047036)实现的。 德国专利申请No.DE 43 05 660 Al披露了一种用于调节液相中的气泡介质的气 泡尺寸的方法和装置，其中所述调节随后进行，即，在形成所述气泡之后进行。所述方法的 核心是:通过例如经由喷嘴注入气体来使形成于介质中的气泡在它们脱离所述喷嘴并离开 喷嘴端部之后暴露于超声波;这些气泡在喷嘴端部形成，其直径由所述喷嘴端部的几何参 数与影响注入方式的其他参数(比如气体流速和气体注入压力)结合地限定。所施加的超声 波的频率和功率以这样的方式选择，即由于所述接触所述气泡发生共振，因此爆裂成具有 较小尺寸的气泡。 欧洲专利申请No. 0680779 Al教导了一种便于气体溶解到保持流动的液体中的方 法。在所述方法中，使起先通过经由喷嘴注入的气体在液体中形成的气泡与超声波相互作 用。由此，液体内的气泡被激励到超过共振频率的频率，然后由于从超声波吸收的能量分裂 成较小尺寸的气泡。 日本待审专利公报No. 57-165160披露了具有多孔和无定形结构的金属带的制造 工艺以及用于实现所述制造工具的装置。根据教导的技术方案，将熔融的金属置入封闭的 坩锅中，然后通过经由入口管引入坩锅中的气体将压力施加到坩锅内的熔融金属上、由此 经由喷嘴注射到高速转动的冷却辊上。同时，气态氮、空气或其他惰性气体也经由吹气管吹 入到熔融金属中并到达所述喷嘴，从而在喷嘴端部附近的熔融金属中形成气泡。此后，通过 由高频发生器产生的机械振动分散从所述喷嘴脱离的气泡，和/或通过由溶解到所述熔融 金属中的气体导致的在所述熔融金属中的空化效应形成进一步的气泡。因此，在熔融金属 中获得了相对细的气泡分布。发泡的熔融金属在转动辊的表面上非常迅速地固化，并且在 其上形成一无定形的薄泡沫金属带。 所述制造工艺仅适用于基本以平面展开的薄泡沫金属带的制备，不能用于制造液 体或大块形式的固体泡沫金属(即具有三个可清楚辨认的空间尺寸）。 上面讨论的技术方案的一个常见的缺点就是它们的目标都在于通过利用超声波 碎裂气泡来减小先前形成于液体介质中的气泡的尺寸。因为这种的技术基于通过超声波使 得已经存在的气泡振动、从而导致其空间变形、然后将所述气泡撕裂成等于的变形极值更 小尺寸，所以此技术不适于以受控的方式执行气泡的碎裂:一般地，通过碎裂获得的气泡的 尺寸在宽范围内变化，因此通过此技术获得的泡沫金属的孔尺寸分布也在宽的范围内变 化。因此，不能通过这种技术确保形成具有大约相同尺寸的气泡。也不能确保制造具有(几 乎)单一孔尺寸分布的泡沫金属。使用的高频发生器以不可控的方式影响从喷嘴端部脱离 的气泡的尺寸；由所述发生器发出的超声波将减小先前已经形成的液相中的泡沫金属的那 些气泡的尺寸。 在欧洲专利No. 1419835B1中披露了一种用于从熔融金属制造具有单一尺寸分布 (这里，孔尺寸大于3mm)的液体泡沫金属的方法和毛细管系统。所形成的液体泡沫金属的期 望孔尺寸主要通过确定毛细管系统的各个喷嘴的尺寸、以及适当地选择所述喷嘴的相对距 离和喷嘴端部的几何设计来实现的。结果，仅能通过具有给定几何形状的毛细管系统获得 具有一定孔尺寸的泡沫金属一一具有不同孔尺寸的泡沫金属的制备需要应用具有数种几 何形状的毛细管系统。 上述技术方案的又一常见缺点是经由一个或多个喷嘴(所述喷嘴用作形成气泡的 工具)注入气体形成其要素。
技术实现思路
本专利技术的目标是消除上述的缺点。特别地，我们的目标是提供一种从熔融的可发 泡金属制造泡沫金属的方法，其中气泡尺寸的设定与所述气泡的形成同时发生并以完全受 控的方式发生，因此，不需要在气泡形成之后执行后续的不可控的气泡碎裂。我们的又一个 目标是制造具有单一孔尺寸分布的泡沫金属。我们的再又一个目标是提供一种制造泡沫金 属的方法，其中具有几乎相同尺寸的气泡的形成不需要应用具有特殊几何形状的喷嘴/喷 嘴系统。此外，我们的再又一个目标是提供一种金属发泡的气体注入辅助方法，其中，在产 生形成泡沫金属气孔的气泡时，气泡尺寸可以独立于所使用的喷嘴/多个喷嘴的几何设计 (比如内径)地改变;换言之，也可通过利用具有给定内径的喷嘴来制造具有不同的平均孔 尺寸的泡沫金属。再又一个目标是提供一种金属发泡方法，通过该方法同样可以容易地制 造块体形状的塑性或固体泡沫金属。 本专利技术基于以下的发现:在根据任意已知的现有技术实现的气泡形成中，气泡尺 寸不能以期望和受控的方法调节。 本专利技术的技术方案的要点在于：当液相的可发泡金属进行发泡时，形成于熔融金 属表面上或熔融金属体积内的气泡的"生长"始终在外力一一该外力不同于气泡形成期间 不论以何种方式作用在气泡上的力（比如浮力和表面张力)一一的存在和影响之下进行。所 述外力是以由纵波引发的振动的形式提供的，所述纵波通过发生器产生并施加在气泡形成 区（即所谓的相互作用区域）中。因此，在实际气泡形成期间通过所述外力将气泡本身的尺 寸控制/调节到所期望的值。 当熔融金属由于代表所述外力的振动通过空化效应经历表面发泡时，通过气泡形 成装置在熔融金属表面上形成比没有振动形成气泡的情形下显著更小的气泡。当熔融金属 在其体积中经历发泡时，通过代表所述气泡形成装置的喷嘴将气体注入到熔融金属中，在 气泡形成的同时，所涉及的外力通过振动施加到在相互作用区域中刚从喷嘴表面脱离的气 泡上。这样，取决于所施加的纵波一一优选的是超声波一一携带的能量，并基于待发泡的熔 融金属的属性以及要通过所述熔融金属的发泡获得的泡沫金属的性能进行选择，气泡从喷 嘴脱离、具有比在没有振动形成气泡的情形下所能获得的更小的气泡直径。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有单一孔尺寸的泡沫金属块的方法，所述方法包括：－将可发泡材料的熔融物布置在容器内，以提供所述熔融物的自由表面；－使装置的气泡形成端在所述熔融物的相互作用区域内与所述熔融物发生机械的相互作用，所述相互作用区域位于所述熔融物的自由表面上，并且在所述气泡形成端形成气泡以在所述相互作用区域处被释放；－在形成气泡时，将纵波引入所述相互作用区域中以在所述相互作用区域内引发振动；以及－通过由所述纵波在所述相互作用区域内引发的振动，在所述气泡形成的同时将每个气泡的尺寸控制为受控的单一尺寸值，从而形成具有单一气泡的泡沫金属。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N·鲍布恰，S·贝克，P·梅克，
申请(专利权)人：贝佐尔坦非盈利研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：匈牙利;HU