Der Stand der Technik zur Herstellung von Metallschäumen umfaßt im wesentlichen fünf prinzipielle Vorgehensweisen : 1. das Kompaktieren von Metallpulvern mit geeigneten Treibmit- teln und Erhitzen der so gewonnenen Grünkörper auf Tempera- turen oberhalb der Liquidustemperatur der Metallmatrix und oberhalb der Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmit- tels ; 2. das Lösen bzw. Einblasen von Treibgasen in Metallschmelzen ; 3. das Einrühren von Treibmitteln in Metallschmelzen ; 4. das Sintern metallischer Hohlkugeln ; 5. die Infiltration von Metallschmelzen in Füllkörper, die nach Erstarren der Schmelze entfernt werden. ad 1) Die DE 197 44 300 A beschäftigt sich mit der Herstellung und Verwendung von porösen Leichtmetall-Teilen bzw. Leichtme- tall-Legierungsteilen, wobei die aus einer Pulvermischung (Leichtmetall-bzw. Al-Legierung und Treibmittel) gepreßten Körper in einem beheizbaren geschlossenen Gefäß mit Einlaß-und Austrittsöffnung auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungs- temperatur des Treibmittels und/oder Schmelztemperatur des Me- talls bzw. der Legierung erhitzt werden. ad 2) Die JP 03017236 A beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung metallischer Artikel mit Hohlräumen, indem man Gase in einer Metallschmelze löst und den Aufschäumvorgang dann durch plötz-

liche Druckverringerung einleitet. Abkühlen der Schmelze stabi- lisiert den so erhaltenen Schaum.

Die WO 92/21457 lehrt die Herstellung von Al-Schaum bzw. Al-Le- gierungsschaum durch das Einblasen von Gas unter die Oberfläche eines geschmolzenen Metalls, wobei Abrasivstoffe, wie z. B.

SiC, Zr02 usw., als Stabilisatoren dienen. ad 3) Der Lehre der JP 09241780 A folgend, werden metallische Schäume unter kontrollierter Freisetzung von Treibgasen gewon- nen, indem die Metalle zunächst bei Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmittels geschmolzen werden. Durch nachfolgendes Dispergieren des Treibmittels im geschmolzenen Metall und Erhitzen der Matrix über die dann zur Freisetzung von Treibgasen benötigte Temperatur etabliert sich ein Metallschaum. ad 4) Die Herstellung ultraleichter Ti-6A1-4V-Hohlkugelschäume beruht auf der bei Temperaturen 1000 °C erfolgenden Sinterung hydrierter Ti-6Al-4V-Hohlkugeln bei 600 °C (Synth./Process.

Lightweight Met. Mater. II, Proc. Symp. 2nd (1997), 289-300). ad 5) Schaumaluminium wird nach Infiltration geschmolzenen Alu- miniums in einen porösen Füllstoff durch Entfernen desselben aus dem erstarrten Metall erhalten (Zhuzao Bianjibu (1997) (2) 1-4 ; ZHUZET, ISSN : 1001-4977).

Von besonderem Interesse sind darüber hinaus Bauteile mit einem Hohlraumprofil zur Gewichtsreduzierung und Erhöhung ihrer Steifigkeit. Die DE 195 01 508 A beschäftigt sich mit einem Bauteil für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, welches aus Aluminiumdruckguß besteht und ein Hohlraumprofil aufweist, in dessen Inneren sich ein Kern aus Aluminiumschaum befindet. Der integrierte Aluminiumschaumkern wird zuvor auf

pulvermetallurgischem Wege hergestellt, dann an der Innenwand eines Gußwerkzeugs fixiert und danach im Druckgußverfahren mit Metall umgossen.

Bei Würdigung des Standes der Technik ist festzustellen, daß die Verfahren, die ein Vorkompaktieren Treibmittel enthaltender Grünkörper vorsehen, aufwendig und kostspielig sind und sich nicht zur Herstellung von Massengütern eignen. Außerdem ist diesen Verfahren gemeinsam, daß die angestrebte Temperatur- differenz zwischen dem Schmelzpunkt des zu schäumenden Metalls und der Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmittels mög- lichst gering sein soll, da sonst bereits während des Kompak- tierens oder später in der Aufschmelzphase störende Treibmit- telzersetzung stattfindet. Diese Betrachtung gilt auch für das Eintragen von Treibmitteln in Metallschmelzen.

Dem Versintern präformierter Hohlkugeln zu einem metallischen Schaum kommt allenfalls akademisches Interesse zu, da die Her- stellung der Hohlkugeln bereits eine aufwendige Verfahrenstech- nik erfordert.

Unter diesem Aspekt ist auch die Infiltrationstechnik zu bewer- ten, bei der man mühevoll den porösen Füllstoff aus der Schaum- matrix entfernen muß.

Das Lösen bzw. Einblasen von Treibgasen in Metallschmelzen ist nicht zur Fertigung endkonturnaher Werkstücke geeignet, da ein System, bestehend aus der Schmelze mit okkludierten Gasblasen, nicht ausreichend zeitstabil ist, um in formgebenden Werkzeugen verarbeitet zu werden.

Die mechanischen Eigenschaften von Metallschäumen sind im wesentlichen-neben der Auswahl des verwendeten Metalls bzw. der Legierung-strukturdeterminiert.

Die bei der Fertigung von porösen Metallkörpern stattfindenden, gekoppelten Vorgänge ergeben jedoch-insbesondere bei der auf Nutzung chemischer Treibmittel beruhenden Methode-oft nicht das angestrebte Resultat eines gleichförmigen, mit globulären Zellen vergleichbarer Dimension durchsetzten Metallschaums.

Damit verbunden wird beispielsweise keine Isotropie der Raumdichte, die für die spätere Funktion des Metallschaums in zahlreichen konstruktiven Bauteilen gewünscht sein könnte, erreicht. Statt dessen beobachtet man Irregularitäten in Form verdickter Zonen im Metallkörper (beispielsweise ausgeprägte Fuß-und/oder Randzonenbildung und/oder auch verbundene Hohlräume, die sich aus dem durch Zellmembranzerstörung ergebenden Verbund einzelner Gasblasen herleiten). Das Auftreten solcher Unregelmäßigkeiten kann zugleich Indikator einer relativ ineffizienten Treibmittelnutzung sein.

Somit definiert sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine technisch nutzbare Methode zur gezielten Struktursteuerung bei den mit chemischen Treibmitteln erzeugten Metallschäumen zu finden. Hieran geknüpft gilt es, die Nutzung eingesetzten Treibmittels (beispielsweise eines Metallhydrids) zu verbessern.

Eine erste Ausführungsform zur Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht daher in einem Verfahren zur Herstellung von Metallschäumen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Metalle der Gruppe IB bis VIIIB des Periodensystems der Elemente vor und/oder während der Schaumbildung zusetzt.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß Metalle der Gruppen IB-VIIIB des Periodischen Systems der Elemente insbesondere als Zusatz zu hydridbeaufschlagten Systemen im Sinne der obengenannten Aufgabe morphologiesteuernd wirken und die

Treibmitteleffizienz signifikant erhöhen. Die zugesetzten Metalle der Gruppen IB bis VIIIB des Periodischen Systems der Elemente können sowohl einzeln als auch in Form einer Abmischung mehrerer Metalle appliziert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit in einer bevorzugten Ausführungsform vor, die Matrix bestehend aus Leichtmetall oder Leichtmetall-Legierung und hydridischem Treibmittel mit ge- ringen Mengen an Titan, Kupfer, Eisen, Vanadium sowie deren Ge- mischen zu erweitern. Besonderes bevorzugt werden die metal- lischen Additive in Mengen von 0,001 Gew.-% bis 1 Gew.-%, be- sonders bevorzugt von 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% bezogen auf das zu schäumende Metall, insbesondere auf das zu schäumende Leichtmetall eingesetzt.

Besonders bevorzugtes Treibmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung ist Magnesiumhydrid, insbesondere autokatalytisch hergestelltes Magnesiumhydrid, dessen Herstellung aus der Literatur bekannt ist. Darüber hinaus ist dieses Magnesiumhydrid im Handel unter der Bezeichnung Tego Magnan@ von der Anmelderin erhältlich. Allgemein kann die Treibmittelmenge in den üblichen Grenzen von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugterweise von 0,25 Gew.-% bis 2 Gew.-% variiert werden.

Die Nutzung des beobachteten Phänomens gewährleistet die Herstellung sehr regulärer Schaumstrukturen und sichert die unter anwendungstechnischen Aspekten geforderte Reprodu- zierbarkeit morphologisch einheitlicher Metallschäume. Wesent- lich kann die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Aufschäumprozess helfen, den Vorgang der Zellmembranzerstörung zu unterdrücken.

Bewertungskriterien für die qualitative Beurteilung von Kunststoffschäumen sowie von Metallschäumen sind neben der visuell erkennbaren Homogenität die erzielte Expansion und damit einhergehend die Enddichte des porösen Metallkörpers.

Unter Nutzung der pulvermetallurgischen Route (Mischen von Leichtmetallpulver mit hydridischem Treibmittel und gegebenenfalls Zusätzen, Vorkompaktieren und/oder Verpressen der Matrix zu Grünkörpern, Erhitzen der Grünkörper auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des zu schäumenden Metalls) soll hier das verallgemeinerbare Prinzip der vorliegenden Erfindung belegt werden. Die erfindungsgemäße Beaufschlagung eines Metall-Hydrid-Systems mit den hier beanspruchten Zusätzen ist selbstverständlich nicht auf die pulvermetallurgische Methode beschränkt, sondern erfaßt auch Systeme, die man der Schmelzmetallurgie zurechnen muß.

Ausführungsbeispiele : Beispiel 1 : 500 g Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 99,5% wurden mit 1 Gew.-% Tego Magnans (Magnesiumhydrid, 95% Hydridgehalt), bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, sowie 0,1 Gew.-% Titanpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver und 0,01 Gew.-% Kupferpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, beaufschlagt und unter Rühren gemischt. Aus dieser Mischung wurden zylinderförmige Preßlinge durch kaltisostatisches Pressen hergestellt. Der Kompaktierungsgrad der so erhaltenen Preßlinge lag bei 94 bis 97 % der theoretisch zu erreichenden Dichte.

In einem Induktionsofen mit einer HF Ausgangsleistung von 1,5 kW wurden die Preßlinge im Graphit-Tiegel mit einer

Aufheizrate von 300°C/min. frei geschäumt. 30 Sekunden nach Beginn des Schäumvorganges wurden die Schaumkörper schnell abgekühlt.

Nach Zersägen der Proben erkannte man in Fig. 1 homogen verteilte globuläre Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm bis in die Randbereiche. Die erzielte Dichte lag bei 0,5 g/cm3.

Beispiel 2: Analog Beispiel 1 wurden 500 g Aluminiumpulver mit 1 Gew.-% Tego Magnans (Magnesiumhydrid), bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, 0,1 Gew.-% Titanpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver und 0,01 Gew.-% Vanadiumpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, versetzt. Diese Mischung wurde wie oben beschrieben kompaktiert. Der Kompaktierungsgrad der so erhaltenen zylindrischen Preßlinge lag bei 94 bis 96%.

Nach dem Aufschäumen und Zersägen wurde eine feine homogene Zellstruktur sichtbar, die eine mittlere Größe von 1,5 bis 2 mm bei einer Dichte von 0,6 g/cm3 aufwies.

Die entstehende Schaumstruktur wird durch Fig. 2 dokumentiert.

Beispiel 3 : Analog Beispiel 1 wurden 500 g Aluminiumpulver, 1 Gew.-% Tego Magnan (Magnesiumhydrid), bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, 0,1 Gew.-% Titanpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver und 0,01 Gew.-% Eisenpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, gemischt, kompaktiert und die erhaltenen Grünkörper geschäumt. Nach dem Zersägen war eine

homogene Struktur mit einer mittleren Zellgröße von 5 mm sichtbar. Die gemessene Dichte lag bei 0,7 g/cm3.

Die entstehende Schaumstruktur wird durch Fig. 3 dokumentiert.

Beispiel 4 : Analog Beispiel 1 wurden 500 g Aluminiumpulver, 1 Gew.-% Tego Magnan (Magnesiumhydrid), bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver und 0,1 Gew.-% Titanpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, gemischt und kompaktiert. Der Kompaktierungsgrad lag zwischen 95 bis 97 % der theoretisch erreichbaren Dichte. Die so erhaltenen Grünkörper wurden geschäumt und nach dem Zersägen war eine homogene Struktur mit einer mittleren Zellgröße von 3,5 bis 4 mm erkennbar. Die gemessene Dichte lag bei 0,3 g/cm3.

Die entstehende Schaumstruktur wird durch Fig. 4 dokumentiert.

Bezugsbeispiel 1 : Analog Beispiel 1 wurden 500 g Aluminiumpulver, 0,1 Gew.-% Titanhydrid, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver und 0,1 Gew.-% Titanpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, gemischt, kompaktiert und frei aufgeschäumt. Nach dem Zersägen war eine grobe, sehr heterogene Schaumstruktur mit einer mittleren Zellgröße von 8 mm sichtbar. Etliche Porenmembranen waren zerrissen. Die ermittelte Dichte betrug 0,7 g/cm3.

Die entstehende Schaumstruktur wird durch Fig. 5 dokumentiert.

Bezugsbeispiel 2 : Analog Vergleichsbeispiel 1 wurden 500 g Aluminiumpulver, 0,1 Gew.-% Titanhydrid, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver und 0,1 Gew.-% Kupferpulver, bezogen auf die Menge an Aluminiumpulver, gemischt und kompaktiert. Nach dem Verschäumen und Zersägen zeigte sich eine zerrissene inhomogene Struktur mit einer mittleren Porengröße von 5,5 mm und einer deutlichen Sockelbildung. Die erreichte Dichte lag bei 0,5 g/cm3.

Die entstehende Schaumstruktur wird durch Fig. 6 dokumentiert.

Es zeigte sich deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Zugabe geringer Mengen an Übergangsmetallen und/oder deren Gemischen die Morphologie und Enddichte der geschäumten Metallkörper deutlich beeinflusst wurde.