制造具有通道的金屬泡沫材料的方法及如此獲得的金屬泡沫材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生產(chǎn)金屬泡沫材料的方法，該金屬泡沫材料具有至少一個(gè)通道并且尤其旨在由珠粒預(yù)制體（1）生產(chǎn)熱交換器。在鑄造模具中布置由芯（3）和低溫可熔材料制成的覆層（4）所構(gòu)成的核（2），然后通過與該核密切接觸而圍繞該核布置預(yù)制體（1），然后通過加熱促使該低溫可熔材料的去除，然后將熔融金屬物料澆注到該模具中以充填所述珠粒之間以及所述珠粒與該芯（3）之間的自由空間，并且最后去除所述珠粒。
【專利說明】制造具有通道的金屬泡沬材料的方法及如此獲得的金屬泡沬材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】是引入了在兩側(cè)開通的通道(conduits)的金屬泡沫材料的制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]這些金屬泡沫材料可尤其用在熱交換器中以使熱耗散或擴(kuò)散。但據(jù)證實(shí)重要的是具有一個(gè)或多個(gè)從金屬泡沫材料的一側(cè)貫穿到另一側(cè)的通道，以獲得更為復(fù)雜的交換器，使得第二流體能夠在該交換器內(nèi)循環(huán)，或者獲得優(yōu)先通道(以名稱“旁路(bypass)”而為人知)。
[0003]已經(jīng)提出了在金屬泡沫材料內(nèi)提供一個(gè)或多個(gè)通道。因而，文件US2009/0085520提出通過如下方式使該泡沫材料穿孔以在其中引入管道:通過用力或者通過在引入管道之后釬焊以使其與泡沫材料成為一體?？梢岳斫?，這樣的實(shí)施方式首先要求生產(chǎn)金屬泡沫材料，然后對其進(jìn)行穿孔并且最后以與泡沫材料一體的方式布置管道。該管道在泡沫材料中的保持根據(jù)此文件以各種方式實(shí)現(xiàn)，例如通過釬焊，通過在該管道上壓制該泡沫材料，通過緊固配合該管道，如此等等。最后應(yīng)當(dāng)理解，這種系統(tǒng)僅能夠插入直管道。
[0004]專利EP-1808241描述了在金屬泡沫材料中獲得通道的方法，根據(jù)該方法，在澆注熔融鋁或鋁合金之前或者在澆注其之后，金屬管道被預(yù)先插入到預(yù)制體中。這種系統(tǒng)因而需要預(yù)制管的插入。
[0005]金屬泡沫材料技術(shù)是眾所周知的并且可參考專利EP-1808241、US-3236706和EP-2118328，這些專利提出了由鹽如氯化鈉生產(chǎn)粒料形式的預(yù)制體。在使用熔融金屬充填粒料之間的自由空間之后，所述鹽溶解而回收金屬泡沫材料。
[0006]無論使用什么樣的方法在金屬泡沫材料內(nèi)獲得通道，都會在泡沫材料的多孔介質(zhì)和管道之間的連接處遇到傳導(dǎo)性劣化的問題。而且，在形成兩個(gè)部分的泡沫材料和管道之間的機(jī)械強(qiáng)度會隨時(shí)間而發(fā)生變化。最后，迄今為止不可能使用相同材料在單一步驟中形成通道和金屬泡沫材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬泡沫材料(mousse m6tallique),所述金屬泡沫材料引入了在該泡沫材料本身的生產(chǎn)過程中獲得的貫穿的管道。
[0008]該泡沫材料的生產(chǎn)典型地以例如在以下所引文件中描述的粒料預(yù)制體(preforme)為起始來進(jìn)行。
[0009]實(shí)際上，專利EP-2118328描述了一種提出由基于谷物粉的粒料來生產(chǎn)預(yù)制體的特別有益的方法。然后在澆注金屬之前烘烤該預(yù)制體，以破壞粒料的碳鏈。根據(jù)該專利，首先生產(chǎn)由面粉、氯化鈉和水構(gòu)成的糊料。然后將該糊料制成粒料，所述粒料然后被用于制造預(yù)制體。[0010]本發(fā)明的目的因而在于生產(chǎn)金屬泡沫材料的方法，該金屬泡沫材料具有至少一個(gè)通道并且尤其旨在由珠粒預(yù)制體生產(chǎn)熱交換器，其特征在于在鑄造模具中布置由芯(ame )和低溫可熔材料制成的覆層(enrobage)所構(gòu)成的核(noyau),然后通過與該核密
切接觸而圍繞該核布置預(yù)制體，然后通過加熱促使該低溫可熔材料的去除，然后將熔融金屬物料澆注到該模具中以充填所述珠粒之間以及所述珠粒與該芯之間的自由空間，并且最后去除所述珠粒。
[0011]根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，在澆注金屬物料之后，所述通道由替換蠟覆層的金屬物料構(gòu)成。
[0012]根據(jù)另一特定的實(shí)施方式，該核的芯由陶瓷、鋼、砂(sab I e )、可溶材料或與構(gòu)成該預(yù)制體的材料相同的材料構(gòu)成。
[0013]根據(jù)另一實(shí)施方式,該核由三個(gè)元件(6l6ments)構(gòu)成,第一元件由陶瓷、鋼或砂制的芯構(gòu)成，第二元件由耐火材料的外圍層構(gòu)成并且第三元件由低溫可熔材料覆層構(gòu)成。
[0014]根據(jù)又一實(shí)施方式，該核由四個(gè)元件構(gòu)成，第一元件由陶瓷、鋼或砂制的芯構(gòu)成，第二元件由耐火材料的外圍層構(gòu)成，第三元件由陶瓷材料層構(gòu)成并且第四層由低溫可熔材料覆層構(gòu)成。
[0015]根據(jù)另一實(shí)施方式，該核是直的。
[0016]根據(jù)另一實(shí)施方式，該核具有曲度。
[0017]根據(jù)另一實(shí)施方式，該芯是管狀的。
[0018]根據(jù)另一實(shí)施方式，該低溫可熔材料是蠟。
[0019]根據(jù)另一實(shí)施方式，該覆層在其內(nèi)表面處包含連續(xù)或不連續(xù)的突起。
[0020]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明方法獲得的具有至少一個(gè)通道的金屬泡沫材料。
[0021]有利地，該通道是直的或彎曲的管形。
[0022]還有利地，該通道和該泡沫材料基于鋁或鋁合金。
[0023]本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)引入了與金屬泡沫材料本身相同性能的通道的泡沫材料。
[0024]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于首次并且同時(shí)獲得金屬泡沫材料和一個(gè)或多個(gè)通道。
[0025]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于獲得任意形狀如直的、彎曲的或者其它形狀的通道。
[0026]本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在通道與金屬泡沫材料之間沒有任何負(fù)面的相互作用。
[0027]本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于消除了該一個(gè)或多個(gè)通道與該金屬泡沫材料之間的任何機(jī)械強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)性的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]通過以下參考附圖以示例方式給出的實(shí)施方式的另外描述可以更加清楚本發(fā)明的其它特性、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，其中:
[0029]-圖1是顯示在其中插入核的預(yù)制體的圖，
[0030]-圖2-6顯示核的不同實(shí)施方式的剖面圖，
[0031]-圖7是顯示核的另一實(shí)施方式的剖面圖，并且
[0032]-圖8和9是具有原位獲得的通道的金屬泡沫材料的剖面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0033]在說明書的以下部分中，可認(rèn)為預(yù)制體已經(jīng)以已知方式制成(也就是使用聚結(jié)的珠粒)，并且以已知的方式用于生產(chǎn)金屬泡沫材料。構(gòu)成金屬泡沫材料的材料本身也是已知的，并且例如可提及鋁、鋁合金和在鑄造中使用的任何已知材料。進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參考上述的專利。
[0034]如上所指出的，根據(jù)本發(fā)明，核被插入到預(yù)制體中，這種核能夠以不同的方式制備。通常，本發(fā)明基于可熔覆蓋層被與金屬泡沫材料相同的材料替換而原位獲得通道。
[0035]圖1示出了由壓制或未壓制的珠粒I構(gòu)成的預(yù)制體的圖，在其中已經(jīng)布置了核2。這種核由芯3和覆層4構(gòu)成。為清楚起見，預(yù)制體6已經(jīng)顯示出從其模具中移出。這種預(yù)制體是平行六面體的，根據(jù)圖1在其中已經(jīng)插入了核2?？梢钥吹剿械闹榱彼此緊密接觸。覆層4的端部與預(yù)制體的側(cè)壁齊平，而芯3是突出的。這種示意絕不是限制性的，并且本發(fā)明還可通過使蠟突出來實(shí)施，以產(chǎn)生外皮或者獲得相對于泡沫材料來說突出的管道。
[0036]當(dāng)然，在熔融金屬注入模具中，核2首先根據(jù)用戶的需要以垂直或傾斜位置布置，然后向其中倒入珠粒。然后使用已知技術(shù)產(chǎn)生泡沫材料，而無需對此進(jìn)行進(jìn)一步的描述。當(dāng)然，可布置多個(gè)核以獲得多個(gè)通道。
[0037]圖2示出了核2的第一實(shí)施方式的剖面圖，核2由芯3和覆層4構(gòu)成。芯3例如由在鑄造技術(shù)中常用的砂、鋼或陶瓷材料構(gòu)成。該覆層在此由蠟或其它任何低溫可熔材料的層構(gòu)成。低溫可熔材料被理解為是指其熔點(diǎn)為40°C-150°C的材料。當(dāng)然，芯的直徑以及覆層的層厚度根據(jù)金屬泡沫材料所預(yù)期的應(yīng)用來確定。因而，可設(shè)想大于2_的芯的直徑，并且可采用0.5mm-1Omm (優(yōu)選0.5_3mm)的覆層厚度。
[0038]該圖示出了直的核。但無疑可使用任何形狀的核。在這種情況下，優(yōu)選砂制的芯。
[0039]結(jié)合了核2的這種預(yù)制體I以傳統(tǒng)方式處理以制造金屬泡沫材料。因而，隨著模具溫度的升高，所述珠粒彼此聚結(jié)以產(chǎn)生剛性預(yù)制體，然后覆層4熔融并且通過流體的簡單流動而被去除。以已知方式注入熔融金屬以占據(jù)所述珠粒之間的間隙空間以及預(yù)制體和剩余芯之間的該覆層所留下的自由空間，以構(gòu)成通道。在冷卻之后，芯3如果由砂制成的話則被取出或去除以清空所形成的通道。
[0040]圖3示出了由三個(gè)部分制成的核2的實(shí)施方式的變化形式的剖面圖，也即芯3，在其上施以耐火材料層5，最后是蠟或低溫可熔材料覆層4。這種耐火材料的益處在于促進(jìn)金屬澆注后核的脫模，而芯3確保其剛性。這種耐火材料還能夠增加最終通道的直徑而不改變芯。
[0041]圖4示出了根據(jù)圖3的核2，其中芯3已經(jīng)在縱向上變空以形成管道6。這種實(shí)施方式的益處在于減少構(gòu)成芯3的材料。這種實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可使空氣流在其中流通以改善澆注后的冷卻。該芯在這種情況下呈現(xiàn)為或多或少有些大的厚度的管形式。
[0042]圖5示出了由四個(gè)部分制成的核2的另一種實(shí)施方式的剖面圖。芯3被耐火材料層5覆蓋，該耐火材料層5本身覆蓋有陶瓷材料層7并且最后是覆層4。陶瓷材料的使用能夠提高耐火材料的剛性并且消除熔融鋁對耐火材料的任何可能的滲透并且由此避免微裂紋。
[0043]圖6示出了根據(jù)圖5實(shí)施方式的變化形式，其中已經(jīng)提供管形式的中空芯3。這種實(shí)施方式使得能夠節(jié)約芯的構(gòu)成材料。[0044]之前參考附圖描述的所有核被插入到預(yù)制體中以在金屬泡沫材料內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)通道。為此，該核被布置在泡沫材料生產(chǎn)模具中，然后以確保所述珠粒緊致的方式引入所述珠粒，這有利于它們的相互接觸。如果需要的話，該預(yù)制體被壓制。
[0045]所有這些核可包括由陶瓷材料、鋼或砂以及更一般地任何適合于鑄造領(lǐng)域的材料制成的芯。當(dāng)然，當(dāng)該芯由陶瓷材料或鋼制成時(shí)，它為直棒的形狀，以確保其取出，所獲得的通道是直的。該核可占據(jù)預(yù)制體內(nèi)部的任何位置并且該管則可以在金屬泡沫材料面的任何點(diǎn)在入口或出口開通。
[0046]圖7示出了核2的另一種實(shí)施方式，該核2的芯9包括多個(gè)彎曲并且其被蠟或低溫可熔材料的覆層4覆蓋。在這種情況下，芯9由砂或脆性材料制成。在泡沫材料內(nèi)獲得的通道使得能夠在金屬泡沫材料內(nèi)流通的流體與在通道中流通的流體之間提供更大的接觸表面。
[0047]圖8示出了由金屬網(wǎng)格11構(gòu)成的金屬泡沫材料塊10的剖面圖，在金屬網(wǎng)格11內(nèi)管狀通道12在所述珠粒和覆層熔融后的芯之間的自由空間中形成。要理解，通道12的厚度基本上等于覆層的厚度。
[0048]本發(fā)明的益處是易于看到的，因?yàn)榕菽牧?0和通道12在澆注融熔金屬時(shí)同時(shí)獲得。它們二者因而具有相同的性質(zhì)，由此確保了這兩個(gè)部件的相同傳導(dǎo)率并且消除了任何機(jī)械強(qiáng)度問題。
[0049]圖9示出了在通道12處的縱向剖面圖，其中可看到通道12利用材料的熔融完全嵌入到金屬泡沫材料的網(wǎng)格11中。
[0050]圖10和11示出了一種實(shí)施變化形式，其在于在芯3 (或耐火材料)的外表面上獲得凹槽或切口。所述凹槽或切口填充有覆層4，因而獲得在覆層4的內(nèi)表面處的連續(xù)或不連續(xù)突起13，當(dāng)澆注金屬時(shí)，則可以產(chǎn)生在通道內(nèi)布置的交換表面，以改善熱交換。這些突起13在此以非限制性說明的方式示出，所示為三角形和矩形截面。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說當(dāng)然的是，它們可以是其它形式，以利于熱交換，同時(shí)保持流體在通道內(nèi)的流動。這種實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在通道內(nèi)的交換表面得到提高并且因而裝置的效力得以提高。
[0051]在說明本發(fā)明的附圖中，以示例性的非限制性方式示出了基本上圓形截面的核、覆層和通道，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠使用不同的截面(尤其是橢圓形或矩形)來實(shí)施本發(fā)明。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料特別適合于生產(chǎn)熱交換器，無論這些交換器是任何類型的:液/液，或者液/氣，或者氣/氣或者相變流體(液體一氣體)。
【權(quán)利要求】
1.生產(chǎn)金屬泡沫材料(10)的方法，該金屬泡沫材料(10)具有至少一個(gè)通道(12)并且尤其旨在由珠粒預(yù)制體(I)生產(chǎn)熱交換器，其特征在于在鑄造模具中布置由芯(3，9)和低溫可熔材料制成的覆層(4)所構(gòu)成的核(2)，然后通過與該核密切接觸而圍繞該核布置預(yù)制體(I )，然后通過加熱促使該低溫可熔材料的去除，然后將熔融金屬物料澆注到該模具中以充填所述珠粒之間以及所述珠粒與該芯(3，9)之間的自由空間，并且最后去除所述珠粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在澆注金屬物料之后，所述通道(12)由替換蠟覆層(4)的金屬物料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于該核(2)的芯(3，9)由陶瓷、鋼、砂、可溶材料或與構(gòu)成該預(yù)制體的材料相同的材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于該核(2)由三個(gè)元件構(gòu)成，第一元件由陶瓷、鋼或砂制的芯(3)構(gòu)成，第二元件由耐火材料的外圍層(5)構(gòu)成并且第三元件由低溫可熔材料覆層(4)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于該核(2)由四個(gè)元件構(gòu)成，第一元件由陶瓷、鋼或砂制的芯(3)構(gòu)成，第二元件由耐火材料的外圍層(5)構(gòu)成，第三元件由陶瓷材料層(7 )構(gòu)成并且第四層由低溫可熔材料覆層(4 )構(gòu)成。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該核(2)是直的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于該核(9)具有曲度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其特征在于該芯(3)是管狀的。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其特征在于該低溫可熔材料是蠟。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其特征在于該覆層(4)在其內(nèi)表面處包含連續(xù)或不連續(xù)的突起(13)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法獲得的具有至少一個(gè)通道(12)的金屬泡沫材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的金屬泡沫材料，其特征在于該通道(12)是直的或彎曲的管形。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的金屬泡沫材料，其特征在于該通道(12)和該泡沫材料(10)基于鋁或鋁合金。
【文檔編號】B22D25/00GK103930223SQ201280033638
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月25日
【發(fā)明者】F·波吉 申請人:費(fèi)爾特勞脫公司