Metallschäume werden nach verschiedenen Verfahren hergestellt und werden in verschiedenster Weise verwendet. Eine gemeinsame Eigen- schaft aller Schäume ist, daß geringe Gewicht/Volumen und im allgemei- nen eine bezogen auf das Gewicht hohe mechanische Stabilität. Weitere Eigenschaften von Metallschäumen sind die geringere elektrische Leit- fähigkeit, die geringere Wärmeleiffähigkeit und die Schalidämmung. Je nach Herstellungsverfahren erhält man geschlossenporige Schäume oder offenporige Schäume, die gelegentlich auch nur als poröse Strukturen bezeichnet werden. Je nach Herstellungsverfahren und weiterer Verar- beitung können die Poren mehr oder weniger kugelförmig sein oder lin- senförmig oder längliche Formen aufweisen. Je nach Herstellungsverfah- ren können auch innerhalb eines Schaumkörpers Bereiche mit verschie- dener PorengröBe und verschiedener Wandstärke entstehen. Darüber hinaus werden Metallschäume auch gezielt zu Sandwichstrukturen verar- beitet oder in Hohikörper oder für Hohlprofile eingebracht.

Bei schmelzmetallurgischen Schäumverfahren hat es sich vielfach be- währt, in die Metallschmeize viskositätserhöhende Legierungselemente oder aber in der Metattschmetze untösbare Festkörper einzumischen. Be- währt haben sich auch Schäumverfahren, bei denen dem Metall und ge- gebenenfalls viskositätserhöhenden Zusätzen Treibmittel zugesetzt wer- den, die sich oberhalb gewisser Temperaturen zersetzen und dadurch den Schaum bilden. Als Treibmittel können somit Stoffe eingesetzt werden wie Metallhydride, Carbonate, Hydrate, pulverisierte organische Substan- zen, Stickstoffverbindungen wie Nitride, Hydroxide, Hydrogencarbonate oder Mischungen aus Oxiden mit Kohlenstoff, die dadurch indirekt Gase bilden ; vgl. hierzu auch die DE-A-198 13 176, in welcher auch das soge- nannte Druckgußverfahren ausführlicher beschrieben ist. Spezielle Ver- fahren unter Verwendung spezieller Legierungen und spezieller Treibmit- tel sind beschrieben in der US-A-3,087,807 und US-A-3,758,291.

Metallschäume mit anisotropen thermischen und elektrischen Leitfähig- keiten sind beispielsweise beschrieben in der DE-C-44 24 157. Weitere Verfahren sind beschrieben in der DE-C-41 01 630, der DE-C-41 24 591, der DE-C-40 18 360. Spezielle Metallschäume und ihre Verwendung zur Schalldämmung und elektromagnetischen Abschirmung sind beschrieben in der EP 0 210 803 B1. Weiterhin wird verwiesen auf die Publikation im Symposium Metallschäume 6-7.3,1997, Bremen, erschienen im MIT Verlag mit den Beiträgen von J. Baumeister, auf den Seiten 3 bis 13, M.

Hartmann und R. F. Singer auf den Seiten 39 bis 57 und P. Weigand und J. Banhart auf den Seiten 91 bis 102. In diesem letzten Beitrag findet sich auch ein Abschnitt auf den Seiten 94 bis 96 über das Expansionsverhalten von Zinkschäumen, bei denen als Treibmittel Zirkoniumhydroxid gewählt wurde. In diesen Untersuchungen ging es vor allen Dingen um das Schäumverhalten dieser Metalle und die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen Schäume. Die Anwendung von Aluminium- schaum/Leichtbaustrukturen für den Fahrzeugbau findet sich in einem Artikel von Banhart, Baumeister, Meizer, Seeliger und Weber in Werk- stoffe 98.

In diesem Stand der Technik zur Herstellung und Verwendung von Metall schaum wurde bei der Auswahl der Legierungen immer nur Wert gelegt auf das Verhalten beim Schäumen und die Eigenschaften des fertigen Schaumes, wobei die Porenstruktur, erreichbare Schaumdichte und die isotropen oder anisotropen Eigenschaften im Vordergrund standen. Prak- tisch keine Beachtung gefunden haben hingegen die Korrosionseigen- schaften der Metallschäume, wobei insbesondere bei offenporigen Schäume, d. h. Teilen mit porösen Strukturen durch Eindringen von Flüs- sigkeiten mehr oder weniger starke Korrosionen auftreten können. Auch bei der Herstellung von Sandwichstrukturen hat sich herausgestellt, daß die Werkstoffauswahl sowohl der aufschäumbaren Legierungen als auch die der Deckbleche großen Einfluß haben auf das Korrosionsverhalten.

Die vorliegende Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, Metall- schäume auf Basis von Zink zur Verfügung zu stellen, die einerseits gut zu Schäumen verarbeitbar sind, andererseits gute mechanische Eigen- schaften aufweisen und darüber hinaus gute Korrosionseigenschaften aufweisen. Angestrebt wird dabei eine möglichst geringe spezifische Dichte bei guten mechanischen Eigenschaften.

Diese Aufgabe wurde jetzt gelöst dadurch, da (i die Metallschaumkörper auber Zink und den üblichen Verunreinigungen 2 bis 20 Gew.-% Alumini- um enthalten. Vorzugsweise enthalten sie 2 bis 16 Gew.-% Aluminium.

Optimale Eigenschaften findet man bei einem Gehalt von 4 bis 16 Gew.- % Aluminium.

Darüber hinaus lassen sich die Eigenschaften sowohl beim Schäumen als auch bei den fertigen Schäumen und insbesondere bezüglich der Korrosi- onseigenschaften optimieren, in dem man bis zu 4 Gew.-% Kupfer, bis zu 4 Gew.-% Magnesium, bis zu 2 Gew.-% Mangan, bis zu 2 Gew.-% Titan und bis zu 0,1% Indium zumischt oder zulegiert.

Um Sandwichstruktur aufzubauen, sind Deckbleche aus Aluminium, Zink, Stahl und/oder verzinktem Stahl besonders gut geeignet. Weiterhin las- sen sich die erfindungsgemäBen Metallschäume sehr gut einbringen ins Innere von Hohlkörpern oder Hohiprofilen, die aus Aluminium, Zink, Stahl und/oder verzinktem Stahl bestehen.

Überraschenderweise findet man besonders vorteilhafte Eigenschaften sowohl beim Schäumen als auch bei den endgültigen Eigenschaften des Schaumes, wenn man zu den oben genannten Zinklegierungen Zinkpul- ver und/oder Aluminiumpulver und/oder Zink-Aluminium-Legierungs- pulver zumischt, welche beim thermischen Spritzen und/oder beim Sprühkompaktieren und/oder bei Wiederaufbereitungsprozessen der Me- talle und/oder Legierungen anfallen. Die Pulver aus Zink, Aluminium und/oder Zink-Aluminium-Legierungen, die beim thermischen Spritzen anfallen, werden meist als Overspraypulver bezeichnet und wurden bisher an die Lieferanten der Drähte für das thermische Spritzen zurückge- schickt. Sie konnten bisher nicht unmittelbar zur Verarbeitung in metalli- schen Werkstoffen verwendet werden, da diese Pulver mit einer relativ starken Oxidhaut umgeben sind. Das gleiche gilt für Pulver, die beim Sprühkompaktieren oder bei anderen Aufbereitungsprozessen als Zink- staub, Aluminiumstaub oder Zink-Aluminium-Legierungsstaub anfallen, z. B. auch als Filterstaub an Filteranlagen. Diese Pulver haben im allge- meinen Korngrößen zwischen 5 und 1.000 um. Nach dem Stand der Technik wurde bereits eine dünne Oxidhaut von Aluminiumpulver als störend und schädlich angesehen ; vgl. Baumeister, loc. cit. Seite 8.

Es hat sich herausgestellt, daB überraschenderweise diese mit einer Oxidhaut umgebenen Abfälle in hervorragender Weise in gröBeren Men- gen mitverwendet werden können zur Herstellung der erfindungs- gemäßen Metallschaumkörper. Anscheinend führt die an sich uner- wünschte Oxidhaut zu einer mechanischen Stabilisierung während des Schäumungsprozesses. Je nach Zusammensetzung dieser Pulver können darüber hinaus die Korrosionseigenschaften der Schaumkörper verbes- sert werden. Zumindest werden durch diese Teilchen die Korrosionsei- genschaften nicht verschlechtert.

Die Verbesserung der Eigenschaften macht sich in einigen Fällen schon ab 0,5 Gew.-% Zusatz von Overspraypulver bemerkbar. Erst bei Verwen- dung von mehr als 80 Gew.-% Overspraypulver aus dem thermischen Spritzprozess leidet der mechanische Zusammenhang der Schaumkörper beim Komprimieren. Vorzugsweise werden daher 2 bis 40 Gew.-% und insbesondere 5 bis 30 Gew.-% Overspraypulver zugesetzt.

Die Korrosionseigenschaften sowohl der Metallschaumkörper als auch der Sandwichstruktur mit den erfindungsgemäBen Metallschaumkörper wer- den beispielsweise getestet im Salzsprühtest DIN 500 21/ss sowie im Kondenswassertest/SO2-Test nach DIN 500 18. Es hat sich gezeigt, daB die Korrosion um ein mehrfaches verringert werden kann. Störend wirken hingegen Verunreinigungen von mehr als 0,1 Gew.-% Eisen, welches vor allen Dingen die interkristalline Korrosion fördert und die mechanischen Eigenschaften verschlechtert.

Demgegenüber sind die genannten Zusätze von Kupfer, Magnesium, Mangan, Titan aber auch Indium in der Lage, Korrosionseigenschaften und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

Als Treibmittel haben sich insbesondere bewährt Zirkonhydrid, Titan- hydrid und Magnesiumhydrid, wobei sich das dabei bildende Titan und/oder Magnesium auch positiv bezüglich Schäumungsverhalten und Korrosionseigenschaften auswirken können.

Bei der Herstellung von Sandwichstrukturen oder gefüllten Hohlkörpern oder Hohiprofilen haben sich vor allem Aluminium, Zink, Stahl und/oder verzinkter Stahl bewährt, da diese in der Lage sind, an den Kontaktstellen zu dem Metallschaum Lötverbindungen zu bilden. Zink-Aluminium- Legierungen verfügen über hervorragende Löteigenschaften für diese oben genannten Werkstoffe. Bei Verwendung von Stahldeckblechen wirkt der erfindungsgemäBe Metallschaumkörper gleichzeitig als kathodischer Korrosionsschutz für den Stahl. Dadurch werden Sandwichstrukturen, Hohlkörper oder Hohiprofile von Innen heraus gegen Korrosion geschützt.

Besonders vorteilhaft werden Deckbleche oder Hohikörper aus Alumini- um, Zink oder verzinktem Stahl verwendet, weil sie beim Aufschäumen mit den erfindungsgemäß verwendeten Zinklegierungen auflegieren kön- nen, dabei den Schmelzpunkt erhöhen und zu einer zusätzlichen Stabili- sierung des Schaumes und der Übergangszonen zwischen dem Schaum und den ihn begrenzenden Deckblechen oder Hohlprofil fuhren.

Zur Formgebung kann aber auch Glas verwendet werden, welches sich beim Aufschäumen der Legierungen praktisch nicht verformt und auch nicht mit den Zinklegierungen verklebt, so dass es mehrfach oder für än- gere Fertigungszeiten geeignet ist und dabei gute MaBhaltigkeit gestattet.

Der AufschäumprozeB kann dabei sogar optisch überwacht werden.

Sofern bei der Herstellung das Zink, das Aluminium oder die Zink- Aluminium-Legierung in Form von Pulver eingesetzt werden, sollten die Korngrößen vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 4.000 um liegen.

Diese Legierungen lassen sich aber auch vor dem Schäumprozess durch Walzen, Plattieren und Umformen verarbeiten oder zu Drähten ziehen, die dann zum Metallschaumkörper weiterverarbeitet werden. Als sehr vorteilhaft hat sich zudem herausgestellt, das schäumbare Haibzeug zu einem Granulat im Bereich zwischen 2 und 20 mm zu verarbeiten und dieses Granulat in Schaumformen zu geben und anschliebend aufzu- schäumen.

In den nachfolgenden Beispielen sind typische Ausführungsformen be- schrieben, die jedoch nicht den Gegenstand der Erfindung beschränken sollen.

Beispiele Beispiel 1 Eine Pulvermischung bestehend aus 14 Gew.-% Aluminium, 0,8 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kompaktiert. AnschlieBend wurde der Preßling aufgeschäumt. Es wurde eine Dichte von 0,7 g/cm3 erreicht. Im Salzsprühtest nach DIN 500 21-ss haben die erfindungs- gemäBen Schaumstrukturen eine deutlich verbesserte Korrosionsbe- ständigkeit gegenüber geschäumten Feinzinklegierungen gezeigt. Der Abtrag konnte etwa um das 5-fache verringert werden. Im Kondens- wassertest/S02-Test nach DIN 500 18 wurden erheblich verbesserte Korrosionsbeständigkeit erzielt. Der Abtrag konnte hier um mehr als das 10-fache verbessert werden.

Beispiel 2 : Eine Pulvermischung bestehend aus 4 Gew.-% Aluminium, 0,8 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kompaktiert. Anschließend wurde das schäumbare Halbzeug mit Deckblechen aus Aluminium plat- tiert. Diese Sandwichstrukturen wurden anschließend aufgeschäumt.

Hierbei wurde eine Schaumdichte von 0, 6 g/cm3 erreicht. Die Deckble- che überstanden den SchäumprozeB ohne merkliche Veränderungen. Es entstand in der Zone zwischen Schaum und Aluminiumdeckblech eine feste schmelzmetallurgische Verbindung.

Beis, oiel 3 : Eine Pulvermischung bestehend aus 4 Gew.-% Aluminium, 0,8 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kompaktiert. Anschlie (iend wurde das schäumbare Halbzeug mit Deckblechen aus verzinktem Stahl und unverzinktem Stahl plattiert. Diese Sandwichstrukturen wurden an- schließend aufgeschäumt. Hierbei wurde eine Schaumdichte von 0,6 g/cm3 erreicht. Die Deckbleche überstanden den Schäumprozeß ohne merkliche Veränderungen. Die Haftung der Deckbleche war in beiden Fällen sehr hoch.

Beispiel 4 : Eine Pulvermischung bestehend aus 5 Gew.-% Zink"Overspray", 5 Gew.-% Aluminium"Overspray", 5 Gew.-% ZnAl15"Overspray", 0,8 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH), 10 Gew.-% Aluminium und Rest Zink wur- de kompaktiert. Es wurden eine Schaumdichte von 0,5 g/cm3 erreicht.

Die Porenstruktur des Schaumkörpers war sehr homogen und feinporig.

Die Stabilität des Schaumes im Schäumprozeß war deutlich erhöht. Das Korrosionsverhalten ist vergleichbar mit den erfindungs-gemäBen Le- gierungen aus Beispiel 1.

Beispiel 5 : Eine Pulvermischung bestehend aus 75 Gew.-% Zink und 25 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) wurde im Angußkanal einer Zinkdruckgußmaschine plaziert. Als Druckgußlegierung wurde eine Zinkdruckgußlegierung der Zusammensetzung 10 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Kupfer und Rest Zink verwendet. Das Verhältnis von Schmelze zu Pulvermischung wurde so eingestellt, daß der Treibmittelanteil im Druckgußbauteil etwa bei 1 Gew.-% lag. Das gesamte Druckgußbauteil war schäumbar und die Schaumdichte lag bei 0,8 g/cm. Die Porenstruktur des Schaumkörpers war sehr homogen und feinporig.

Beispiel 6 : Eine Pulvermischung bestehend aus 14 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kalt vorgepresst und anschlie- ßend auf einer Strangpresse kompaktiert. Anschließend wurde das Halbzeug aufgeschäumt. Es wurde eine Dichte von etwa 0,5 g/cm er- reicht. Im Salzsprühtest nach DIN 21-ss haben die erfindungsgemäßen Schaumstrukturen eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschäumten Feinzinklegierungen gezeigt. Der Abtrag konnte etwa um das 5-fache verringert werden. Im Kondenswasser- test/S02-Test nach DIN 500 18 wurde erheblich verbesserte Korrosi- onsbeständigkeit erzielt. Der Abtrag konnte hier um mehr als das 10- fache verbessert werden. Der gleiche Versuch wurde auch mit 1,0 Gew.-% Titanhydrid statt Zirkonhydrid durchgeführt und führte zu ver- gleichbaren Ergebnissen. Lediglich die Schaumdichte lag etwas höher als bei Zirkonhydrid.

Beispiel 7 : Eine Pulvermischung bestehend aus 15 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kalt vorgepresst und anschlie- Bend auf einer Strangpresse kompaktiert. Anschließend wurde das schäumbare Halbzeug mit Deckblechen aus Aluminium plattiert. Diese Sandwichstrukturen wurden anschließend bei einer Temperatur im Be- reich von 500 °C aufgeschäumt. Es wurde einer sehr hohe Schaumsta- bilität beobachtet, die darauf zurückzuführen ist, dass sich die Schaum- legierung im Schäumprozess in ihrem Schmelzpunkt durch Auflegie- rungsprozesse mit Aluminium erhöht hat. Es wurde eine Schaumdichte von etwa 0,5 g/cm3 erreicht. Es entstand in der Zone zwischen Schaum und Aluminiumdeckblech eine feste schmelzmetallurgische Verbindung.

Beispiel 8 : Eine Pulvermischung bestehend aus 4 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Kupfer, 1,0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kalt vor- gepresst und anschlieBend auf einer Strangpresse kompaktiert. An- sch ! ießend wurde das schäumbare Halbzeug mit Deckblechen aus Alu- minium plattiert. Diese Sandwichstrukturen wurden anschießend bei einer Temepratur im Bereich von 420 °C aufgeschäumt. Es wurde eine sehr hohe Schaumstabilität beobachtet, die darauf zurückzuführen ist, dass sich die Schaumlegierung im Schäumprozeß in ihrem Schmeiz- punkt durch auflegierungsprozesse mit Aluminium erhöht hat. Es wurde eine Schaumdichte von etwa 0,5 g/cm3 erreicht. Es entstand in der Zo- ne zwischen Schaum und Aluminiumdeckblech eine feste schmetzme- tallurgische Verbindung. Der gleiche Versuch wurde auch ohne Kupfer als Legierungselement durchgeführt und führte zu einem vergleichbaren Ergebnis.

Beispiel 9 : Eine Pulvermischung bestehend aus 4 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Kupfer, 1, 0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kalt vor- gepresst und anschließend auf einer Strangpresse kompaktiert. An- schließend wurde das schäumbare Halbzeug mit Deckblechen aus ver- zinkten Stahlblechen plattiert. Diese Sandwichstrukturen wurden an- schließend bei einer Temperatur im Bereich von 420 °C aufgeschäumt.

Es wurde eine sehr hohe Schaumstabilität beobachtet, die darauf zu- rückzuführen ist, dass sich die Schaumlegierung im SchäumprozeB in ihrem Schmeizpunkt durch Auflegierungsprozesse mit Zink erhöht hat.

Es wurde eine Schaumdichte von etwa 0,5 g/cm3 erreicht. Es entstand in der Zone zwischen Schaum und Deckblech eine feste schmelzmetall- urgische Verbindung. Der gleiche Versuch wurde auch ohne Kupfer als Legierungselement durchgeführt und führte zu einem vergleichbaren Ergebnis.

Beispiel 10 : Eine Pulvermischung bestehend aus 4 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Kupfer, 1,0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kalt vor- gepresst und anschießend auf einer Strangpresse kompaktiert. An- schließend wurde das schäumbare Halbzeug mit Deckblechen aus Zink- blechen plattiert. Diese Sandwichstrukturen wurden anschießend bei einer Temepratur im Bereich von 400 °C aufgeschäumt. Es wurde eine sehr hohe Schaumstabilität beobachtet, die darauf zurückzuführen ist, dass sich die Schaumlegierung im Schäumprozeß in ihrem Schmelz punkt durch Auflegierungsprozesse mit Zink erhöht hat. Es wurde eine Schaumdichte von etwa 0,5 g/cm3 erreicht. Es entstand in der Zone zwischen Schaum und Zinkdeckblech eine feste schmelzmetallurgische Verbindung. Der gleiche Versuch wurde auch ohne Kupfer als Legie- rungselement durchgeführt und führte zu einem vergleichbaren Ergeb- nis.

Beispiel 11 : Vier Pulvermischungen bestehend aus 2,4,16 und 20 Gew.-% Alumini- um, 1,0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurden kalt vorge- presst und anschließend auf einer Strangpresse in Drahtform mit einem Durchmesser von 6 mm kompaktiert. Die auf diese Weise hergestellten Drähte wurden zu einem Granulat verarbeitet. Die Länge der Abschnitte lag in einem Bereich von 6-10 mm. Anschließend wurde das auf die gleiche Weise hergestellt Granulat in Schäumformen aus Aluminium, Stahl, verzinktem Stahl und Glas aufgeschäumt. Es wurden Dichten im Bereich 0,5 g/cm3 erreicht. Die Porenstruktur des Schaumkörpers war sehr homogen und feinporig. Die Stabilität des Schaums im Schäumpro- zeB war sehr hoch. Das Korrosionsverhalten ist vergleichbar mit den er- findungsgemäßen Legierungen aus Beispiel 1. Der gleiche Versuch wur- de auch mit 1,0 Gew.-% Titanhydrid statt Zirkonhydrid durchgeführt und führte zu vergleichbaren Ergebnissen. Lediglich die Schaumdichte lag etwas höher als bei Zirkonhydrid.

Beispiel 12 : Eine Pulvermischung bestehend aus 80 Gew.-% ZnAl15"Overspray- pulver"aus dem thermischen SpritzprozeB, 1,0 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) und Rest Zink wurde kalt vorgepresst und anschtießend auf einer Strangpresse kompaktiert. Es wurde eine Schaumdichte von etwa 0,5 g/cm3 erreicht. Die Porenstruktur des Schaumkörpers war sehr homo- gen und feinporig. Die Stabilität des Schaums im Schaumprozeß war sehr hoch. Das Korrosionsverhalten ist vergleichbar mit den erfindungs- gemäßen Legierungen aus Beispiel 1.

Beispiel 13 : Eine Pulvermischung bestehend aus 75 Gew.-% ZnAl15"Overspray- pulver"aus dem thermischen Spritzprozeß und 25 Gew.-% Zirkonhydrid (ZrH) wurde im AnguBkanal einer ZinkdruckguBmaschine plaziert. Als DruckguBlegierung wurde eine Zinkdrucklegierung der Zusammenset- zung 4 Gew.-% Aluminium, 1,0 Gew.-% Kupfer und Rest Zink verwen- det. Das Verhältnis von Schmeize zu Pulvermischung wurde so einge- stellt, dass der Treibmittelanteil im DruckguBbauteil etwa bei 1,0 Gew.- % lag. Das gesamte DruckguBbauteil war schäumbar und die Schaum- dichte lag bei etwa 0,6 g/cm3. Die Porenstruktur des Schaumkörpers war sehr homogen und feinporig. Der gleiche Versuch wurde auch mit 1,0 Gew.-% Titanhydrid statt Zirkonhydrid durchgeführt und führte zu vergleichbaren Ergebnissen.