專利名稱：制造開孔金屬泡沫體的方法及這種方法所制的金屬泡沫體和其應用的制作方法
制造開孔金屬泡沫體的方法及 這種方法所制的金屬泡沫體和其應用
本發(fā)明涉及一種制造具有鎳基合金的開孔金屬泡沫體的方法，以及 用該法制成的金屬泡沫體。其特別有益地可被用來分離特定的成分，并 且甚至使流體流如氣流、氣溶膠、懸浮液或霧狀物等與污染物分離。然 而，還有一種可能的有益應用是內(nèi)燃機尾氣的二次處理，其中例如在這 里也對，這種尾氣中所含顆粒的分離，以及視情況而定，催化二次處理， 提供了有益的支持。
因而，從未公開的德國專利申請DE 103 46 281知曉了一種用鎳基 合金生產(chǎn)部件的方法，以及以其生成的部件。其中所描述的部件還使得 可以任選地形成一種泡沫體，該泡沫體至少在一定區(qū)域中由鎳基合金組成。
此時(onthe occasion), —種所謂具有開孔泡沫體形狀的基材芯可用 金屬粉末涂布，所述金屬粉末，除了鎳以外，還包括其他合金元素，熔 合起始基材芯和/或由鎳基合金組成的表面涂層，可以在熱處理的時候完 成。用這種解決方案，可以改善其在接近更高溫度的寬溫度范圍內(nèi)的機 械性能。但是，這種已知的開孔金屬泡沫體，就其開孔排布中的表面結(jié) 構(gòu)而論還存在不足，這將對特別是分離/過濾及其他功能產(chǎn)生不利影響。
因此，特別地，能恰當達到的表面粗糙度、和孔道(pore)內(nèi)壁及網(wǎng) 狀物(web)上的比表面積，仍然過低，以至于例如不能達到期望的高分離 度。
為了克服這些缺點，沉積一種適當?shù)谋砻嫱繉?，將是一種可以想象 的方法，其中這然后可以通過所謂的CVD法實現(xiàn)。但是，由于工業(yè)工 程管理和能量方面的要求，因此其技術(shù)工作的投入和成本是相當大的。 此外，即使用這種方法還不能保證，在整個開孔體積內(nèi)能夠獲得均勻沉 積的涂層。
此外，在DE 101 50 948 C1中描述了一種解決方案，其中燒結(jié)的多 孔體被設(shè)計成具有大比表面積。為此，金屬間相或固溶體在表面上形成。 但是，這種包括固溶體或金屬間相的表面，對特定的機械性能有不利的 影響，使得只有借助特別當通過改變機械和/或熱負荷而產(chǎn)生影響時的限
制措施，以及借助特定的其它措施(于是增加了應用的成本)，所述應 用才是可行的。
脆性對內(nèi)燃機尾氣二次處理系統(tǒng)的應用具有不利的影響，特別是可 能發(fā)生導致系統(tǒng)損壞的脫落。
因此，本發(fā)明的目標是提供一種開孔的金屬泡沫體，其除機械性能 改善之外，還具有增大的比表面積和/或增加的表面粗糙度。
根據(jù)本發(fā)明，解決這些問題是采用了包含權(quán)利要求1特征的方法以 及根據(jù)權(quán)利要求11的金屬泡沫體。采用在相應從屬權(quán)利要求所指出的 特征，可以獲得有益的發(fā)展和改進。本發(fā)明金屬泡沫體的應用在權(quán)利要
求13和14中提到。
本發(fā)明制造含鎳基合金的開孔金屬泡沫體的方法，基本上以與描述
因此，采用一種由鎳或鎳基合金構(gòu)成的開孔基礎(chǔ)i^體。然后，在 其表面涂布一種優(yōu)選為有機粘合劑的液體粘合劑。隨后，將一種粉末狀 鎳基合金和有機組分制備的混合物沉積在所述涂布了液體粘合劑的基 礎(chǔ)泡沫體的表面上。
然后選擇各個有機組分，使得其相變溫度至少為30°C,因而，在低 于相變溫度下，其固相轉(zhuǎn)變?yōu)槠湟合鄾]有發(fā)生，所以在到達30。C以前， 這至少沒有發(fā)生。
為了保證待沉積的混合物在用液體粘合劑預先涂布表面時完全出 現(xiàn)在固相中，所以混合物的沉積應該在低于相應的相變溫度的溫度下進 行。
混合物沉積后進行熱處理。此時，粘合劑(至少其有才幾部分)以及有 機組分被驅(qū)除。在相應的升溫過程中， 一部分以前使用的粉末狀鎳基合 金的粉末顆粒被燒結(jié)，另一部分粉末顆粒，以材料配合(material-fit)方式， 盡可能無變化地與基礎(chǔ)泡沫體的表面連接，其中，各自通過至少一個顆 粒燒結(jié)橋發(fā)生與表面的材料配合連接。以材料配合方式連接的這種顆 粒，在熱處理之后盡可能地保持它們的形狀不變，其中允許略微開始燒 結(jié)這種顆粒。
在制備完成的開孔金屬泡沫體上，這些以材料配合方式連接的鎳基 合金的單個顆粒也可以用肉眼檢測，其中這些以材料配合方式連接的顆 粒，允許位于在孔道內(nèi)表面上，以及位于形成金屬泡沫體支承結(jié)構(gòu)的網(wǎng)
狀物上。
因此，根據(jù)本發(fā)明制造的開孔金屬泡沫體，與所用的基礎(chǔ)泡沫體相 比，在其表面上具有明顯增加的粗糙度以及增加的比表面積，而通過生 產(chǎn)確定，由鎳或鎳合金構(gòu)成的開孔的基礎(chǔ)泡沫體則不易達到這一 點。
制造所用的混合物，和熱處理時的參數(shù)，還應該保證至少20%的已 經(jīng)以材料配合方式連接在基礎(chǔ)泡沫體表面上的顆粒保持它們的顆粒形 狀。
石蠟和蠟已證明是一種適合的有機組分。將被提到的^l?；０废?是特別優(yōu)選的。
然而，在本發(fā)明所用的混合物中，還可能采用作為有機組分的物質(zhì)
該總是大于30。C。因此，混合物可由粉;狀鎳i合金、第一種和至少另 一種有才幾性質(zhì)的物質(zhì)制備。
本發(fā)明采用的鎳基合金應該具有除了鎳以外的其它合金元素，其選 自碳、鉻、鉬、鐵、鈷、鈮、鈦、鋁、硼、鋯、錳、硅和鑭。
如果已經(jīng)采用上述由鎳基合金構(gòu)成的基礎(chǔ)泡沫體，則被用于混合物 的粉末狀基礎(chǔ)合金中鎳的比例應該小于各自基礎(chǔ)泡沫體的鎳的比例。因 此，特別是對于該粉末狀基礎(chǔ)合金的燒結(jié)部分，至少在基礎(chǔ)泡沫體的表 面區(qū)域中可以實現(xiàn)開始燒結(jié)。
在一種用于生產(chǎn)本發(fā)明的金屬泡沫體的粉末狀鎳基合金中，其鉻的 含量應該至少為15重量％，優(yōu)選至少為18重量％。
除粉末狀鎳基合金之外，包含在混合物中的有機組分含量應該大約 至少為0.05重量％。
在熱處理期間，并且特別是對于已述的燒結(jié)一部分粉末顆粒和形成 另一部分粉末顆粒的材料配合連接，其高溫范圍，1200~ 1250°C、優(yōu)選 1220 ~ 1250°C間的最高溫度應該被保持，并因而其應該在惰性或還原氣 氛中進行。
此時，工藝參數(shù)可以受到影響，使得被完全燒結(jié)或以材料配合方式 連接的顆粒的比例變化。至此，這可能導致在金屬泡沫體內(nèi)僅僅使表面 粗糙度或比表面積增大。
此外，如果應用粉末狀鎳基合金，最好單個顆粒的粒徑大約在20 35pm的范圍內(nèi)。此時，最大粒徑不應該超過60pm。因此，也使得能夠
受到有利的影響僅僅一部分粉末狀鎳基合金顆粒可以被完全燒結(jié)，而 可能有助于增加表面粗糙度和增加比表面積的另一部分僅僅以顆粒形 式以材料配合方式與所用的基礎(chǔ)泡沫體的表面連接，其中后者(所用的基 礎(chǔ)泡沫體)除了可避免形成的燒結(jié)橋外，基本上保持了它們起始的顆粒形 狀。在熱處理期間，允許加熱和冷卻操作的速率為10K/min。
本發(fā)明的金屬泡沫體仍然具有相當高的孔隙率，盡管材料已經(jīng)進行 了附加的涂覆(application)，并且其依舊是開孔性的。因而，例如，由鎳 或鎳基合金構(gòu)成的基礎(chǔ)泡沫體的孔隙率(其通常為90 ~ 96% )僅僅減少 到75~90%的孔隙率，從而最大減少了 15%，其中，孔隙率的減少對所 要求的結(jié)果僅具有非常輕微的影響，但是，增加的表面粗糙度和增大的 比表面積對其具有非常有利的影響。
此后，也可以為本發(fā)明的金屬泡沫體提供其它涂層，所述其它涂層 例如對用于尾氣系統(tǒng)來說是有利的。此時，也允許涂覆適合于這些應用 的傳統(tǒng)的涂層材料。
在下文中，本發(fā)明將更詳細地舉例解釋，其中


圖1顯示了本發(fā)明金屬泡沫體上的開孔結(jié)構(gòu)部分的SEM照片。
可以制造本發(fā)明的具有增加的表面粗糙度和增大的比表面積的金 屬泡沫體，使得孔隙率為94%的由鎳構(gòu)成的基礎(chǔ)泡沫體浸入體積為50ml 的1%聚乙烯吡咯烷酮水溶液中。浸漬之后，在吸收墊上進行擠壓。由 此，可以從孔腔中除去粘合劑，這樣僅僅網(wǎng)狀物和孔道內(nèi)表面被濕潤。
將如此制備的并且尺寸為300mmxl50mmxl.9mm的基礎(chǔ)泡沫體固 定在振動裝置中并噴撒粉末混合物。通過振動，可以獲得該粉末在粘合 劑濕潤的基礎(chǔ)泡沫體表面上的均勻分布。同時，基礎(chǔ)泡沫體的開孔性被 保持。在混合物中包含了粉末狀鎳基合金，其具有下列組成0.1重量％ 碳、22.4重量％鉻、10重量％鉬、4.8重量％鐵、0.3重量％鈷、3.8重量 %鈮、58.6重量％鎳，這是以商品名"lncond 625"市售可得的。
此外，混合物中還包含2重量％的、作為有才幾組分的、中值粒徑30|nm 的粉末狀微?；０废?。
該微?；０废?二硬脂酰乙二胺，主要是C3sH76N202)以中值粒徑
為30|tim的粉末形式使用。該微粒化酰胺蠟的熔點為140 ~ 145°C。
酰胺蠟和鎳基合金粉末，以每分鐘50轉(zhuǎn)的速度在圓筒形混合器中 已經(jīng)一起混合10分鐘，然后將這樣得到的混合物沉積在用液體粘合劑
潤濕的基礎(chǔ)泡沫體的表面上。
仍允許如此制備和涂布的基礎(chǔ)泡沫體變形，有時，其中應該考慮特 定的最小彎曲半徑。
在隨后以10K/min的加熱速率的熱處理期間，粘合劑的有才幾成分和 有機組分的驅(qū)除在溫度大約300。C時開始。在大約600。C溫度下，完成 有才幾成分的驅(qū)除。
再升高溫度直至1220~ 1250。C后，同時保持大約30分鐘的靜置時 間， 一部分粉末狀鎳基合金的顆粒已經(jīng)燒結(jié)，另一部分這種鎳基合金的 顆粒通過至少一個各自基礎(chǔ)泡沫體表面上的燒結(jié)橋已經(jīng)以材料配合方 式固定，其中材料配合方式連接的顆?？梢怨潭ㄔ诰W(wǎng)狀物以及孔道內(nèi)表 面上。
對于粉末狀鎳基合金來說，采用的是中值粒徑3(Him的粉末，其中 具有更小和更大的粒徑的顆粒也包含在混合物中。
作為有機組分另外含于混合物中的酰胺蠟至少直到混合物以細散 的粉末狀形式被涂覆在基礎(chǔ)泡沫體表面時是處于固體形式的，因為酰胺 蠟的相變溫度明顯超過30°C。
完全制造的金屬泡沫體的孔隙率仍然達到92%，如圖1清楚可見， 其表面粗糙度顯著增加，并且對比于基礎(chǔ)泡沫體，該金屬泡沫體的開孔 結(jié)構(gòu)內(nèi)的比表面積也可被增大。
然而，由鎳基合金構(gòu)成的基礎(chǔ)泡沫體也可以用來代替由鎳構(gòu)成的基 礎(chǔ)泡沫體。
權(quán)利要求
1.一種制造具有鎳基合金的開孔金屬泡沫體的方法，其中，由鎳或鎳基合金構(gòu)成的開孔基礎(chǔ)泡沫體用液體粘合劑涂布；之后，將粉末狀鎳基合金和有機組分的混合物，其中所述有機組分從其固相至其液相的相變溫度為至少30℃，在低于相應的相變溫度的溫度沉積在用所述粘合劑涂布的所述基礎(chǔ)泡沫體的表面上；和通過熱處理驅(qū)除所述粘合劑和所述有機組分，并且一部分粉末狀顆粒被燒結(jié)，另一部分所述粉末顆粒以材料配合方式，經(jīng)由燒結(jié)橋連接到所述基礎(chǔ)泡沫體的表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述使用的粉末狀鎳基 合金的至少20%的所述顆粒以材料配合方式連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，石蠟粉末或蠟粉末 被用作所述有機組分。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，所述的有 機組分以物質(zhì)混合物的形式使用。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，使用具有 選自下述的其它合金元素的所述鎳基合金碳、鉻、鉬、鐵、鈷、鈮、 鈥、鋁、硼、4告、錳、石圭和鑭。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，使用這樣 的粉末狀基礎(chǔ)合金，其鎳的比例小于鎳基合金的所述基礎(chǔ)泡沫體的鎳的 比例。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，使用粉末 狀鎳基合金，其中以至少為15重量％的比例包含所述的4各。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，使用混合 物，其中包括至少0.05重量％的有機組分。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，所述粉末 顆粒的燒結(jié)和形成材料配合連接是在1200~ 1500。C,及惰性或還原氣氛 下進行的。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其特征在于，使用粉末 狀鎳基合金，其粒徑為〈60jxm，其中中值粒徑的范圍是大約20~35|im。
11. 一種釆用權(quán)利要求1 ~ 10中任一項的方法制造的開孔金屬泡沫 體，其特征在于，與所述基礎(chǔ)泡沫體相比，表面粗糙度和/或比表面積增 大，孔隙率最大減少15%,同時保持開孔結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求12的金屬泡沫體，其特征在于，所述鎳基合金的 顆粒，在所述基礎(chǔ)泡沫體的所述孔道表面和所述網(wǎng)狀物上，以材料配合方式經(jīng)由燒結(jié)橋連接。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求11或12中任一項的金屬泡沫體用于從流體 流中分離組分或污染物的用途。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求11或12中任一項的金屬泡沫體用于內(nèi)燃機 尾氣的后處理的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造具有鎳基合金的開孔金屬泡沫體的方法，用該法制成的金屬泡沫體，以及用于從流體流中分離特定的組分和污染物的特別有益的應用。此時，根據(jù)本發(fā)明設(shè)定的目標，提供一種開孔的金屬泡沫體，其除機械性能改善之外，還具有增大的比表面積和/或增加的表面粗糙度。在進行其的制造時，使得由鎳或鎳基合金構(gòu)成的開孔基礎(chǔ)泡沫體用液體粘合劑涂布。之后沉積粉末狀鎳基合金和有機組分的混合物，所述有機組分從其固相至液相的相變溫度至少為30℃。然后溫度應當?shù)陀谙鄳南嘧儨囟?。通過熱處理，粘合劑和有機組分被驅(qū)除，一部分粉末顆粒被燒結(jié)，其他部分的粉末顆粒以材料配合方式經(jīng)由燒結(jié)橋與基礎(chǔ)泡沫體的表面連接。
文檔編號B22F3/11GK101184566SQ200680006240
公開日2008年5月21日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者A·貝姆, D·瑙曼, G·瓦爾特爾, L·廷伯格, S·薩貝里, T·比特納 申請人:Cvrd英科有限公司;弗勞恩霍弗實用研究促進協(xié)會