Mikrozellulare Metallschäume durch endogene Stabilisierungsmechanismen
Final Report Abstract
Eine Gegenüberstellung eines herkömmlichen (Stand vor diesem Projekt) und eines mikrozellularen Integralschaums gleicher Dichte zeigt eindrucksvoll, dass es durch eine deutliche Erhöhung der Porenkeimzahl gelungen ist, den mittleren Porendurchmesser im geschäumten Kern um nahezu eine Größenordnung zu reduzieren. Dies ist durch die pulvertechnologische Modifikation des kommerziellen Treibmittels ermöglicht worden. Es konnte explizit gezeigt werden, dass die Porenstruktur ein direktes Abbild der Treibmittelanzahl, -größe und -verteilungsbreite darstellt. Die Verringerung der Partikelgröße durch einen Mahlprozess und das gleichzeitige Verhindern von Agglomeraten durch Pulverbeschichtung mit Nanopartikeln führte in der Kombination bei für die Anwendung relevanten Porositätsgraden zu einer mikrozellularen Porenstruktur. Darüber hinaus wurde durch Variation der verwendeten Aluminiumlegierung und die Beeinflussung der Zersetzungskinetik des Treibmittels die Schaumstruktur gezielt modifiziert. Dadurch ist es nun möglich, in Abhängigkeit von Bauteilgeometrie und Fülldauer die Randschichtdicke als auch Verteilung der Porosität über dem Querschnitt im Hinblick auf das Anwendungsziel der herzustellenden Komponente einzustellen. Die Anpassung der Fließsimulation an die speziellen Bedürfnisse beim Integralschaumgießen erlaubt es zudem nicht nur eine homogene Partikelverteilung, die eine Voraussetzung für eine homogene Schaumstruktur darstellt, sicherzustellen, sondern auch die Temperaturverteilung zu quantifizieren. Letzteres wiederum eröffnet in Kombination mit dem Wissen über die Zersetzungseigenschaften des Treibmittels die Möglichkeit, eine wissenschaftliche Aussage über den Schäumprozess zu treffen.
Publications
- Aluminium Integral Foams with Near-Microcellular Structure. Journal of Advanced Engineering Materials (2011) 13: 1050-1055
J. Hartmann, A. Trepper, C. Körner
- Aluminum integral foam castings with microcellular cores by nano-functionalization. J Mater Sci (2014) 49:79-87
J. Hartmann, C. Blümel, S. Ernst, T. Fiegl, K.-E. Wirth, C. Körner
(See online at https://doi.org/10.1007/s10853-013-7668-z)
