NO136066B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av et metallskumlegeme.

Nærværende oppfinnelse vedrører en

fremgangsmåte til fremstilling av et metallskumlegeme, og da spesielt en fremgangsmåte for å fremstille faste metall-skumlegemer ved oppskumning av en partikkelformet blanding av et metall og et gassavgivende stoff.

Det er ønskelig å tilveiebringe et me-tallskinn som har lav vekt pr. volum-enhet, og som har eksepsjonell stivhet og seighet og er i stand til å kunne formes i en form eller gis spesiell utformning. Tidligere har forskjellige fremgangsmåter vært anvendt for fremstilling av metallskum. Ingen metode har imidlertid vært foreslått som tillater oppskumning av metall i ett trinn, og som også tillater fremstilling av metallskum som har spesielle utformninger.

En fremgangsmåte som har vært foreslått for å fremstille oppskummet aluminium er fordampningen av kvikksølv i aluminium'. Denne fremgangsmåte er meget utilfredsstillende, da de anvendte materialer har skadelig virkning på hverandre, og da mengden av utviklet gass under reak-sjonen er vanskelig å kontrollere. Reaksjo-nen må utføres i et trykkammer, idet høye trykk utøves på en blanding av metaller for å bygge opp et høyt damptrykk for det flyktige metall og derpå senke trykket for å bevirke oppskumning.

En annen fremgangsmåte som er foreslått til fremstilling av metallskum er direkte tilsetning av en legering som inneholder malt metallhydrid til overflaten av metallformen. Legeringen blir behand-let for tilsetning ved å male sammen metallhydrid og et eller flere smeltede metaller, og deretter avkjøle og knuse ned det resulterende produkt til et pulver. Ved denne fremgangsmåte er det nødvendig å danne hydridbiandingen ved den foran-nevnte metode, idet metallet som skal skummes opp da må smeltes og hydrid-blandingen tilføres overflaten av metallformen. Tilsetningen av hydridet forår-saker vanskeligheter som skyldes pulverets tilbøyelighet til å flyte på toppen av metallformen og oxydere.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for fremstilling av et metallskumlegeme hvor metallpartikler og et stoff som ved metallets smeltepunkt utvikler gass oppvarmes til gassutvikling finner sted, er karakterisert ved at metallpartiklene inneholder det gassutviklende stoff, idet disse partikler er fremstilt ved at man i en smelte av metallet innblander det gassutviklende stoff under slike betingelser at noen nevneverdig gassutvikling ikke finner sted, nedkjøler og findeler smeiten til partikler av størknet metall som inneholder det gassavgivende stoff.

Oppfinnelsen skal i det følgende for-klares med henvisning til tegningene og den etterfølgende detaljerte beskrivelse. Fig. 1 viser i perspektiv og delvis i snitt en utførelsesform for oppfinnelsen, idet der er illustrert en kontinuerlig prosess. Fig. 2 viser på samme måte en modifi-sert utførelse. Fig. 3 viser likeledes perspektivisk og i snitt en utførelse av oppfinnelsen ved-rørende en sjiktprosess. Fig. 4 viser på samme måte trekk ved slik sjiktprosess, og

fig. 5 viser likeledes perspektivisk et trekk ved en slik sjiktprosess.

Idet det nå skal vises til figurene så kan partiklene ifølge oppfinnelsen bestå enten av en blanding av metall som skal oppskummes og materialer beregnet for å bevirke denne oppskumming eller partikler fremstilt ved den prosess å blande hydrid-inneholdende metallegeringspulver inn i smeltet metaJl, avkjøling av blandingen umiddelbart for å hindre oppskumming og maling av blandingen slik at der dannes partikler.

I fig. 1 er et apparat for kontinuerlig fremstilling av metallskum som helhet be-tegnet med 1. Apparatet består av en mat-ningstrakt 2 for partiklene 3, et rystebord 10 for å føre partiklene fra trakten til transportøren 5 og midler 4 for å vibrere bordet, et transportbånd for å føre partiklene gj ennom varmesonen 6 omfattende gassbrennere (ikke vist) og gjennom en kjølesone som i dette tilfelle består av vannstråler 11, 12.

Partikler 3 blir kontinuerlig tilført trakten 2. Partiklene mates gjennom åpningen 9 ned på det vibrerende bord 10, som aktiveres av ikke viste midler 4. Partiklene vibreres ned langs bordet til trans-portøren 5, hvor de blir ensartet spredt utover. Transportbåndene fører partiklene gjennom varmesonen 8 omfattende gassbrennere (ikke vist), hvor metaller først smelter og materialet som skal bevirke oppskumming dekomponerer for å frigjøre en gass og bevirke at det smeltede metall skummier>. Transportbåndet fører derpå det smeltede metallskum gjennom en kjø-lesone tilveiebragt ved vannstråler fra rørene 11 og 12 for å tilveiebringe et kon-tilhuerlig langstrakt legeme av metallskum.

I fig. 2 er et apparat for kontinuerlig fremstilling av metallskum som helhet be-tegnet med 14. Apparatet består av en trykkbeholder 15, forsynt med en avtagbar luke 16 på toppen for innføring av partikler 17 til en vibrerende trakt 18 inne i trykkbeholderen, samt midler 19 (ikke vist) for å bringe trakten til å vibrere, et bord 20 for å føre partiklene fra trakten til transportøren 21, som fører partiklene gjennom en varmesone 22 omfattende gassbrennere (ikke vist), hvorved metallet smelter og det materiale som bevirker skumdannelse dekomponerer. Den smeltede blanding blir derpå drevet ut fra trykkammeret gjennom en åpning 24 og strømmer ned på en annen transportør 27, hvor metallskummet 26 blir avkjølt ved hjelp av vifter 28 og 7. Det trykk som er nødvendig inne i trykkammeret kan opp-nåes ved å innføre en gass i dette fra en gasskilde ved hjelp av et rør 23. Trykket kan reguleres ved en ventil festet til gass-kilden (ikke vist).

Partikler 17 blir kontinuerlig tilsatt en vibrerende trakt 18 ved hjelp av luken 16 for trykkammeret 15 inntil trakten er full. Luken blir derpå lukket og den vibrerende trakt settes i svingninger ved midler 19. Partiklene blir derpå matet frem gjennom åpningen til bordet 20 som er festet til trakten. Partiklene blir blandet under den vibrerende bevegelse nedover bordet til transportøren 21, idet denne vibrasjon og-så bevirker en ensartet fordeling av partiklene på denne. Transportøren 21 fører partiklene 21 gjennom varmesonen 22 som tilveiebringes av gassbrennere. Varmen bevirker at metallet smelter og det materiale som er beregnet for å bevirke oppskummingen dekomponerer, hvorved et damptrykk bygges opp inne i trykkammeret tilstrekkelig til at det smeltede metall drives ut av kammeret gjennom åpningen 24, idet forandringen fra høytrykk inne i kammeret til atmosfærisk trykk på utsiden av dette er tilstrekkelig til å få den gass som inneholdes i det smeltede metall til å ekspandere og derved tilveiebringe metallskummet.

Blandingen av metall og dekomponert skummiddel drives ut fra trykkammeret gjennom åpningen for å danne metallskum og derpå strømme ned på en annen trans-portør hvor det smeltede metallskum av-kjøles ved hjelp av vifter 28 og 7.

I fig. 3, 4 og 5 er vist et apparat for fremstilling av metallskum ifølge en sjiktprosess.

I fig. 3 er vist partikler 31, som er jevnt fordelt utover et underlag i form av en på forhånd oppvarmet form 32 inntil man har tilstrekkelig tykt sjikt til heit å fylle formen ved utsettelse for oppvarmning.

I fig. 4 blir den åpne form 32 og partiklene 31 ifølge fig. 3 utsatt for tilstrekkelig varme som tilveiebringes ved gassbrennere 33, 34, 35 og 36 anbragt over den åpne form og gassbrennere 37, 38, 39 og 40 anbragt under formen og rettet mot den-nes bunn for å bevirke at metallet smelter og det materiale som er beregnet for skumdannelse derved dekomponerer, slik at skummetallegemet 41 dannes. Oppvarm-niingen fortsetter inntil skummidlet er fullstendig utbrukt.

Som vist i fig. 5 blir metallskumlege-met 41 i fig. 4 umiddelbart avkjølt etter oppskummingen er fullført, idet avkjølin-gen skjer ved hjelp av vifter 42, 43 og 44 hvorved tilveiebringes et metallskumlegeme. Formen 32 kan da fjernes fra metall-skumlegemet 41 eller formen kan være en del av produktet.

Ved metallskum menes et legeme be-stående av gassinneholdende atskilte celler fordelt i en metallform på en stort sett ensartet måte. Hver celle er helt lukket og er stort sett ikke forbundet med noen av nabocellene. Metallskum' må ikke forveks-les med metall svamp som består av inn-byrdes forbundne celler eller en flerhet av kanaler og rom som kommuniserer med hverandre i en metallblokk. Ved hule gjenstander menes et formlegeme eller et hult rør eller andre passende hule gjenstander som1 på passende måte kan fylles med metallskum.

Oppfinnelsen beskjeftiger seg med fremstilling av metallskum ved å bevirke dekomponering av partikler som består enten av en blanding av metall som skal skummes opp og et metall beregnet for å bevirke oppskummingen, slik som f. eks. hydridinneholdende metallegering eller partikler som fåes ved først å blande hydrid-inneholdende metallegering med smeltet metall, og derpå raskt å avkjøle blandingen for å hindre oppskumming etter-fulgt av maling for å tilveiebringe blandingen. Dekomponeringen bevirkes ved å oppvarme partiklene til en temperatur som er i stand til å smelte metallet som skal oppskummes og derpå bevirke dekomponering av nevnte materiale som er beregnet for å bevirke oppskummingen.

Metallskummet kan støpes i en form og derpå fjernes fra denne etter kjøling for å tilveiebringe et metallskumlegeme, eller kan utformes inne i en hul gjenstand eller en form, f. eks. et hult rør, for å tilveiebringe en hul gjenstand som er gjort i ett med et metallskumlegeme.

Oppfinnelsen kan tilpasses for oppskumming av ethvert metall som er i stand til å danne skum. Metaller som kan anvendes omfatter fortrinnsvis aluminium, sink, jern, bly, kobber og nikkel såvel som lege-ringer av disse og andre metaller og slike metaller som magnesium og titan kan være egnet.

Metaller som er å foretrekke for oppfinnelsen omfatter dem som har en ve-sentlig temperaturdifferanse, fortrinnsvis

200 til 400°C, mellom den faste fasetemperatur og den flytende fasetemperatur. Det er også gunstig å anvende metall, hvori den faste fase kan bringes til være frem-herskende for å bevirke redusert flytbar-het, idet metallet bringes til å skumme ved den temperatur ved hvilken dette fore-kommer, idet slik temperatur ligger mellom temperaturene for fast og flytende til-stand.

For oppskumming av metallet kan tilsetning av et skummiddel, slik som metall-hydridpartikler av sirkonhydrid eller titan-hydrid anvendes. Andre blandinger kan også anvendes under visse temperatur- og trykkforhold. Eksempler er ammonium-klorid, ammoniumjodid, ammoniumsulfat, arsensyre, barmmhydrid, bismuthsulfat, kalsiumkarbonat, kalsiumhydrid, kalsium-magnesiumcarbonat, kalsiumsulfit, ferri-sulfat, blycarbonat, blyoxyd og natrium-nitrat.

Den mengde av hydrid i skummidlet som er nødvendig for oppskummingen er avhengig av det metall som anvendes, tett-heten av det ønskede skum, det skummiddel som anvendes og også av om skummidlet er fullstendig utbrukt, d.v.s. om all gassen, som ka,n frigjøres fra skummidlet

er blitt frigjort fra dette.

Skummidlet kan ha form av pulver, korn eller partikler eller en hvilken som helst annen form som lett kan fordeles i det metall som skal oppskummes.

Det er å foretrekke at det skummiddel som anvendes dekomponerer ved en temperatur som ligger like over smeltetempe-raturen for det metall som skal oppskummes. I enkelte tilfeller kan dette være ugunstig og et skummiddel kan anvendes som har en dekomponeringstemperatur lik eller mindre enn smeltepunktet for det metall som skai oppskummes. I det foran nevnte tilfelle kan en trykkenhet, slik som beskrevet i forbindelse med fig. 2, anvendes.

Hvis en trykkenhet anvendes må det trykk som utøves på blandingen av metall og materiale som skal bevirke oppskummingen være større enn for det område inn i hvilket materialet skal utdrives. Trykkenheten må være i stand til å hindre at den gass som tilføres kammeret kan unnslippe såvel som at de gasser som fåes ved dekomponeringen av skummidlet kan unnvike, slik at damptrykket kan bygges opp inne i trykkenheten, således at trykket inne i denne overskrider trykket på utsiden av enheten. Materialet vil ved ut-drivningen fra enheten gi et metallskum ved ekspansjon av den gass som' tidligere har vært sammenpresset og hindret fra oppskumming ved hjelp av det trykk som har vært utøvet på denne. Ethvert passende apparat kan anvendes så lenge det er i stand til å motstå anvendt varme og trykk.

Begynnelsestrykk i trykkameret kan oppnlåes ved innføring av en gass, slik som f. eks. oxygen. luft eller annen oxygen-inneholdende eller inert gass eller enhver gass som ikke vil reagere hverken med det metall som skal oppskummes eller ha en skadelig virkning på dette. Gassen kan inn-føres i trykkammeret ved midler tilpasset herfor og mengden av innført gass kan reguleres ved en ventil anbragt på gass-beholderen.

En grunn for anvendelse av trykk er å undertrykke skummingen av metallet inntil alt materialet har fått de ønskede egen-skaper. En annen grunn er å tillate anvendelse av skummiddel som har en dekompo-nerlnigstemperatur lavere enn den ønskede dekomponeringstemperatur.

Den varmemengde som- skal anvendes må være stor nok til å smelte metallet som skal oppskummes. Varmen kan tilveiebringes ved hvilke som helst midler som er i stand til å tilveiebringe den nødvendige temperatur for de forskjellige metaller som skal oppskummes. Oppvarmningen kan f. eks .skje ved gass- eller oljebrennere, rettet mot det smeltede metallskum eller ved andre passende midler. Varmesonen kan bestå av brennere over, under og på hver side av blandingen av metall og skummiddel eller kan bestå av en hvilken som helst anordning som vil tilveiebringe tilstrekkelig varme for oppfinnelsen.

Trykket inne i kammeret må være stort nok til å hindre den gass som fore-kommer ved dekomponeringen av skummidlet fra å ekspandere slik at der vil dannes metallskum umiddelbart eller mens metallet er i kammeret. Når blandingen av metall og skummiddel drives ut fra trykk-kammeret vil den gass som er dannet ved dekomponering av skummidlet ekspandere og danne det ønskede metallskum.

Hvis en blanding av metallpartikler og partikler av et materiale som er beregnet for å bevirke oppskumming skal anvendes under prepareringen av blandingen må man være meget forsiktig med å sikre en gjennomgripende blanding, slik at partiklene av skummidlet blir ensartet fordelt gjennom alt det metall som skal oppskummes.

Ienkelte tilfeller kan det være å foretrekke å anvende en hydrid-inneholdende metallegering, blande dette materiale med smeltet metall som skal oppskummes, som fortrinnsvis holdes forholdsvis nær størk-netemperaturen og derpå raskt avkjøle for å undertrykke oppskummingen av blandingen. Dette materiale blir så malt til partikler og denne blanding anvendes så på samme måte som hydrid-inneholdende metallegering og metallpartlkkelblanding.

Det metall som skal oppskummes kan være av hvilken som helst form og størrelse selvom det er å foretrekke at det har form av pulver, partikler eller korn og i samme form som skummidlet.

Etter dannelsen av metallskummet blir dette avkjølet. Dette kan skje ved hjelp av vann, luft, olje eller andre midler.

Fremgangsmåten kan utføres i et trykkammer i former, støpte beholdere eller andre egnede beholdere avhengig av de materialer som anvendes og den form som ønskes på det ferdige produkt. Selvom anvendelsen av en vibrerende trakt er å foretrekke for den kontinuerlige prosess kan det også gjøres bruk av andre mat-ningsmidler. Eksempler på dette er således skruematning, f. eks. ved skrueformede eller konisk formede beholdere som har en basis som kan åpnes eller lukkes, eller en trakt med en sikt i bunnen.

I en kontinuerlig prosess kan kontinuerlig tilsettes en blanding av metall som skal oppskummes og et materiale beregnet for å bevirke oppskummingen, fortrinnsvis til en vibrerende trakt, idet denne vibre-rer på en slik måte at det fåes en stadig strøm av blanding som strømmer ned på et bord festet til bunnen av trakten og derpå ned på et transportbånd. Transportøren beveger seg gjennom en oppvarmet sone som tilføres varme ved hjelp av gassbrennere idet hastigheten for transportbåndet er slik, at metallet i blandingen smelter og etter smelningen bevirkes en dekomponering av skummidlet. Det smeltede metallskum blir derpå, mens det ennå er på transportbåndet, utsatt for kjøling for å sikre stivhet av veggene for de atskilte celleformede bobler inne i metallskummet.

Hvis et skammiddel som har en lavere dekomponeringstemperatur enn smelte-temperaturen for det metall som skal oppskummes skal anvendes, er det ønskelig å anvende et trykkammer. Hvis et trykkammer anvendes i den kontinuerlige prosess må det inneholde en vibrerende trakt eller matningsanordning, et bord for å føre partiklene fra trakten ned på transportøren, en transportør, en oppvarmningssone for å smelte metallet som, skal oppskummes og et kammer gjennom hvilket det smeltede metall må bevege seg før det drives ut gjennom en åpning ned på en annen transpor-tør.

Før prosessen settes i gang blir opp-varmningsmidlene for hetesonen aktivert og temperaturen inne i kammeret bringes opp til den temperatur ved hvilken metallet som skal oppskummes vil smelte. De partikler som skal oppskummes tilsettes gjennom en åpning i toppen av trykkammeret og dette blir derpå lukket. Trykket blir derpå bygget opp inne i beholderen ved tilsetning av en gass, som f. eks. oxygen.

Prosessen settes så i gang ved at trakten bringes til å vibrere, hvorved partikler gjøres fri og bringes ned langs bordet i en jevn strøm og ned på transportøren. Trans-portøren beveger seg slik at blandingen føres frem til oppvarmningsanordningen, hvor den utsettes for oppvarmning og smelter, slik at skummidlet spaltes. Opp-skummingstendensen for skummidlet rep-resenteres av det trykk som bygges opp inne i kammeret. Det smeltede materiale strømmer derpå inn i en kanalformet beholder eller i en annen beholder og drives ut fra trykkammeret gjennom en åpning. Frigjøringen av damptrykket bevirker så oppskumming eller ekspansjon av gassen som inneholdes i det smeltede metall. Etter utdrivning gjennom åpningen strømmer det smeltede metall ned på en annen trans-portør og de atskilte celleformede bobler, som er dannet i metallet, gjøres stive ved luftavkjøling.

Hvis et trykkammer anvendes er det flere variable som må reguleres. Vibratoren kan reguleres slik at blandingen av metall og skummiddel blir ensartet utmatet. Hvis trakten gir for liten utmatning vil det dannes utilstrekkelig skum hvis ikke transportbåndet bremses ned, og hvis det mates ut for meget vil mengden av metallskum som fremstilles være for stor til å kunne opptas av transportøren, hvis da ikke båndet settes i større hastighet eller metallet kan rulle av eller det kammer som fører til åpningen ved enden av transpor-tøren ikke kan gjøres stort nok til å ta imot den økede mengde metall.

Transportørens hastighet kan også reguleres. Dette kan skj e for å oppnå en hur-tigere prosess og også for å overvinne vanskeligheter som måtte oppstå ved for hurtig utmatning av blandingen. Hastigheten kan også reduseres hvis antallet av partikler som utmates på båndet frembringer for lite skum. Hastigheten for transportørene kan fortrinnsvis reguleres slik at den som er på utsiden av trykkammeret løper med samme hastighet som den inne i trykkammeret. Hvis transportøren inne i kammeret løper for hurtig kan åpningen gjøres større for å hindre oppstuing av skum i denne og den andre transportør kan gis øket hastighet. Hvis transportøren på utsiden av kammeret løper for hurtig kan metallskummet fremstilles i utilstrekkelig mengde.

Størrelsen av åpningen gjennom hvilken det smeltede metall drives ut kan også gjøres variabel og kan reguleres. Hvis transportøren inne i trykkammeret løper for fort kan størrelsen av åpningen økes for å tillate det smeltede metall å strømme ut på den annen transportør, og hvis for lite skum frembringes kan åpningen sam-menisnevres for å hindre at damper unn-slipper.

Hvis man gjør bruk av en sjiktprosess kan beholderen eller formen oppvarmes på forhånd til en temperatur ved hvilken det metall som skal oppskummes smeltes. Partiklene kan da fordeles ensartet i et sjikt på bunnen av beholderen eller formen, slik at mengden av metall ved oppskumming fullstendig vil fylle formen eller beholderen. Etter at blandingen er blitt tilsatt formen eller behoderen kan denne utsettes for tilstrekkelig varme til å smelte metallet som skal oppskummes og derpå dekom-ponere det materiale som er beregnet for å bevirke oppskummingen. Den tilførte varme kan skje ved hjelp av gass-, oljebrennere eller andre passende midler.

Mengden av varme er direkte avhengig av smeltepunktet for det metall som skal oppskummes. Hvis f. eks. aluminium skal oppskummes er det ønskelig med en temperatur som ligger over smeltepunktet for aluminiumet, som er 658°C.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et metallskumlegeme hvor metallpartikler og et stoff som ved metallets smeltepunkt utvikler gass oppvarmes til gassutvikling finner sted, karakterisert ved at metallpartiklene inneholder det gassutviklende stoff, idet disse partikler er fremstilt ved at man i en smelte av metallet innblander det gassutviklende stoff under slike betingelser at noen nevneverdig gassutvikling ikke finner sted, nedkjøler og findeler smeiten til partikler av størknet metall som inneholder det gassavgivende stoff.

2. Modifikasjon av fremgangsmåten ifølge påstand 1, karakterisert ved at en fast partikkelformet blanding av det metall, som skai formes til et metallskumlegeme, og det gassavgivende stoff, anbringes i en kontinuerlig strøm på en bevegelig flate, og denne flate føres gjennom en oppvarmningssone, i hvilken den partik-kelformede blanding oppvarmes med egnede oppvarmningsorganer til en temperatur, ved hvilken det gassavgivende stoff spaltes og metallet smeltes, og bobler dannes i det smellede metall, hvoretter det på denne måte erholdte metallskumlegeme fø-res på den bevegelige flate gjennom en kjølesone, i hvilken metallskummet kjøles til et fast metallskumlegeme med en som kjølemedium virkende gass eller væske.

3. Fremgangsmåte etter påstand 2, karakterisert ved at den skumdan-nende blanding anbringes i en kontinuerlig strøm på en bevegelig flate og på denne føres gjennom, en oppvarmningssone, i hvilken så høyt trykk opprettholdes at spaltning av det gassavgivende stoff for-hindres, hvoretter den på denne måte oppvarmede blandingen føres som en kontinuerlig strøm til en sone med lavt trykk, slik at det gassavgivende stoff spaltes og bobler dannes i det smeltede metall, hvoretter det på denne måte erholdte metallskum kjøles til et metallskumlegeme.