泡沫制备技术（失泡沫铸造法制备金属泡沫的工艺）

US10,035,174，UNITED TECHNOLOGIES CORPORATiON，2018

公司简介：

联合技术公司（英文：United Technologies Corporation；简称 UTC）是全球多元化制造企业之一，主要为全球航空航天和建筑业提供高科技产品和服务。

其制造领域涵盖航空发动机、直升机、商用航空设备和系统、电梯、扶梯和自动人行道、暖通空调和制冷系统、消防和安防设备、楼宇自动控制设备和其他航空和建筑工业产品。

在2017年6月7日发布的2017年《财富》美国500强排行榜中，排名第50 。 [1] 2019年7月，发布2019《财富》世界500强：位列148位。

技术背景

为了提高运行效率，从而降低燃料消耗，燃气轮机发动机的设计者不断寻求降低部件重量的方法，同时保持此类发动机运行所需的弹性。风扇叶片也不例外。

燃气轮机发动机设计人员用来减轻风扇叶片重量的一种方法是，采用由形成翼型的弹性第二材料外壳包裹的开孔网状金属泡沫芯。在一种设计中，外壳由金属或金属合金制成。在另一种设计中，外壳由一层或多层复合材料组成。

这种风扇叶片设计并非没有复杂性。用于制造此类金属泡沫的开孔网状泡沫的空隙率通常约为97%。虽然不一定是结论性的，但数据表明，使用这种高孔隙率开孔网状泡沫制造的金属泡沫的韧带和节点缺乏用于风扇叶片所需的强度和机械性能。因此，需要修型开孔网状泡沫塑料，该泡沫塑料可用作制造燃气涡轮发动机风扇叶片用开孔网状金属泡沫塑料的前体。

制造工艺

该方法可包括，提供具有开孔结构和大于95%的空隙率的聚合物泡沫，然后用粘合剂涂覆聚合物泡沫以形成粘合剂涂层泡沫。在下一步中，可将颗粒材料应用于粘合剂涂层泡沫，以制备空隙率小于或等于95%的改性泡沫。然后，可用耐火材料覆盖空隙率小于或等于95%的改性泡沫，然后固化该耐火材料，直到其硬化形成投资。接下来，可将熔模铸件加热至高于改性泡沫沸点的温度，避免分数小于或等于95%，以形成改性泡沫的负值。然后，可将熔融金属或金属合金添加到负片中，并将负片冷却至低于金属或金属金属合金熔化温度的温度，以形成改性泡沫的正片。在下一步中，可去除耐火材料以形成空泡率小于或等于95%的开孔金属泡沫。最后，空隙率小于或等于95%的开孔金属泡沫可以用第一材料外壳包裹，外壳具有翼型形状，以形成燃气涡轮发动机的风扇叶片。

工艺流程图

金属合金示例包括：

铝合金、钢、镍合金和钛合金，例如系列2000、6000或7000铝、300和400系列不锈钢、沉淀硬化不锈钢、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、WASPALOY，铬镍铁合金718，铬镍铁合金718，铬镍铁合金939或HAYNES 282。

修型泡沫的结构

修型泡沫结构-1

修型泡沫结构-2

第一层94可以包括聚氨酯聚合物泡沫、聚氯乙烯聚合物泡沫、聚苯乙烯聚合物泡沫、聚酰亚胺聚合物泡沫、硅聚合物泡沫、聚乙烯聚合物泡沫、聚酯聚合物泡沫、聚丙烯泡沫及其组合。虽然第一层94的空隙率可能大于等于百分之九十五（95%），但在另一种情况下，第94层的空隙率也可能大于百分之九十（96%）。在其他情况下，第一层的空隙率可能大于百分之九十七（97%），甚至九十八（98%）。

第二层96可以是粘合剂，例如粘合剂聚合物。可制成第二层的一些粘合聚合物包括但不限于丙烯酸聚合物、醇酸聚合物、苯丙聚合物、苯乙烯-丁二烯聚合物、醋酸乙烯聚合物、醋酸醋酸乙烯均聚物、丙烯酸乙烯聚合物、马来酸乙烯聚合物、过硫酸乙烯酯聚合物、乙烯醇聚合物、聚氯乙烯聚合物、聚乙烯吡咯烷酮聚合物、，酪蛋白及其组合。

第三层98可以由颗粒材料组成。可用于制造第三层98的颗粒材料包括蜡粉、木粉、聚合物粉及其组合。可制造第三层98的一些蜡粉包括动物蜡粉、植物蜡粉、矿物蜡粉、石油蜡粉及其组合。可制成第三层98的聚合物粉末包括聚氨酯聚合物粉末、聚氯乙烯聚合物粉末、聚苯乙烯聚合物粉末、聚酰亚胺聚合物粉末、聚乙烯聚合物粉末、聚酯聚合物粉末、聚丙烯聚合物粉末及其组合。

第三层98可以被特征化为实质上更连续、无颗粒、成形的涂层。当将第三层98的颗粒物暴露于等于或高于颗粒物熔化温度的热能时，该第三层98.可能具有这种连续的、非颗粒的形状特征。也就是说，颗粒物质熔化，随后冷却后，在泡沫88的韧带90和节点92上形成一层实质上连续的熔化颗粒物质涂层