李 亞，周金男，王家錦

（寧波眾創(chuàng)智能科技有限公司，浙江 寧波 315000）

由于鋁合金的成型加工性能較其他金屬材料更為優(yōu)異，兼具耐腐蝕和高強(qiáng)度低密度的優(yōu)點(diǎn)讓鋁合金在各項(xiàng)制造業(yè)中大放異彩[1]。其主要作為結(jié)構(gòu)材料出現(xiàn)在航天、汽車、航空、建筑等行業(yè)中，作為結(jié)構(gòu)材料的使用量與鋼鐵材料相差無幾[2]。甚至其使用頻率在有色金屬材料中占據(jù)榜首，如汽車制造行業(yè)中，當(dāng)汽車產(chǎn)銷量不斷增加，其尾氣排放及燃油消耗的汽車輕量化也不斷增加，這就使得那么汽車零部件上的鋁合金利用率就會(huì)大幅度地上漲[3]。

而鋁合金的主要制造方法就是鋁合金壓鑄成型，通過這種結(jié)構(gòu)零件制造出高效、精密的結(jié)構(gòu)零件，雖然壓鑄企業(yè)在制造行業(yè)中占有較大的份額。但鋁合金壓鑄零件的氣孔和縮松縮孔缺陷較為常見，這就使得大量的鋁合金制造零件難以投入使用，只能予以銷毀重鑄，這極大地降低了鋁合金壓鑄成型的效率。

因此，通過定量爐解決鋁合金壓鑄成型過程中的問題，對(duì)鋁合金壓鑄成型產(chǎn)生的氣孔缺陷防控，并針對(duì)產(chǎn)生氣孔缺陷的原因及機(jī)理分析。

1 鋁合金壓鑄成型理論背景

對(duì)鋁合金壓鑄成型的理論背景分析可知，鋁合金在壓鑄成型時(shí)需要借助砂型或者模具型腔塑形，通過重力鑄造合金液，對(duì)整個(gè)充型凝固的重力澆筑處理。在保證鑄件表面光潔同時(shí)提高成型率，針對(duì)鑄件內(nèi)部存在的大量縮松縮孔熱處理。對(duì)鑄件組織致密性原因分析，在重力作用下對(duì)合金液鑄件表面平整性處理。通過高速充型熱處理合金液或者半固態(tài)金屬。這就使得生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件壁比要求更厚，同時(shí)充型能力也限制了鋁合金壓鑄成型的高氣密性，使得生產(chǎn)鑄件表面的氣孔較少，大量的氣孔在鑄件內(nèi)部生成，熱處理只能處理掉鑄件表面的氣孔，從而使得鑄件內(nèi)有氣孔產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)脆弱。

生產(chǎn)高氣密性的鑄件時(shí)，當(dāng)前冷卻凝固的特點(diǎn)會(huì)讓鑄件契合精度提高，通過高速充型壓縮生產(chǎn)鑄件的充型能力，雖然能夠在一定程度上保證鋁合金鑄件的出件率，但就重力作用下的充型能力而言，其效率生產(chǎn)鑄件的表面平整度并不高。但勝在其鋁合金成型方式不需要過多地切削，而且壓鑄成型的精度較高。

2 鋁合金壓鑄成型過程中存在問題

鋁合金壓鑄成型中鑄件內(nèi)部充滿氣體，這些氣體導(dǎo)致鋁合金鑄件表面產(chǎn)生孔洞。雖然壓鑄過程中氣孔內(nèi)表面光滑，但受熱膨脹的內(nèi)部氣體影響了鑄件的高溫工作性能，并且為后續(xù)的強(qiáng)化工藝帶來了麻煩，根據(jù)形成機(jī)理判斷鋁合金壓鑄成型受熱膨脹的鑄件合金，判斷鋁合金壓鑄成型產(chǎn)生的氣孔的原因主要為氣體熔煉過程中卷入，這使得鋁合金鑄件中產(chǎn)生氫氣。

因此需要通入惰性氣體精煉鋁合金鑄件，這樣雖然能解決鋁合金鑄件中的氣孔問題，并降低鑄件內(nèi)氫氣孔的產(chǎn)生頻率，但惰性氣體也會(huì)降低鋁合金壓鑄成型的效率。

鋁合金鑄型反應(yīng)產(chǎn)生氣體中含有合金液雜質(zhì)，這類雜質(zhì)會(huì)在鑄件當(dāng)中殘留，主要與模具涂料的使用量相關(guān)，模具涂料使用越多，其合金液雜質(zhì)越多。此時(shí)鋁合金鑄型腔內(nèi)的氣體主要構(gòu)成為鈉和氦，這些氣體體積分?jǐn)?shù)較氫氣更高，且不與合金液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋁合金表面產(chǎn)生雜質(zhì)缺陷。

3 定量爐在鋁合金壓鑄成型過程中的作用

3.1 減少了壓鑄過程中重金屬的利用

利用定量爐對(duì)鋁合金壓鑄可知，定量爐對(duì)鋁及其合金表面的化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，這就使得化學(xué)反應(yīng)生成了鋁合金氧化膜，通過氧化法對(duì)金屬與特定腐蝕液處理，得到化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的外層原子腐蝕液分離，從而促進(jìn)特定腐蝕液接觸化學(xué)金屬特定外層原子，造成化學(xué)氧化條件下的腐蝕液粒子附著力降低，通過腐蝕生成物膜層的難溶性降低重金屬在壓鑄過程中的利用率，從而起到鋁合金壓鑄環(huán)保性。

通過腐蝕生成物膜層降低金屬表面的外層原子附著力，針對(duì)膜厚度為0.5^-4Elm以下的使用化學(xué)氧化技術(shù)，這樣生成的氧化膜并不厚，且壓鑄過程中的重金屬膜層質(zhì)地較為柔軟。能夠較好地吸附鋁合金壓鑄成型中的重金屬，使得鋁合金涂漆底層再次涂裝防護(hù)層。

3.2 降低了壓鑄過程中的能源損耗

利用直流電源對(duì)鋁合金陽極氧化，還需要添加外加設(shè)備與添加劑，難以達(dá)到當(dāng)前對(duì)于鋁合金制品的環(huán)保要求，且在壓鑄過程中損耗的能源較高，整體成膜的生成率較低。

通過定量爐對(duì)鋁合金壓鑄同時(shí)需要混合其他硫酸，對(duì)鋁及鋁合金進(jìn)行陽極氧化，通過混合酸氧化促進(jìn)鋁合金壓鑄鑄件成膜。應(yīng)用定量爐不僅使得壓鑄進(jìn)程縮短，同時(shí)也改進(jìn)了陽極氧化工藝條件，使得壓鑄過程中的能源損耗減少。通過添加有機(jī)酸，使得電解液中鑄造鋁合金制備氧化膜的效率提高，并利用定量爐疊加有機(jī)添加劑，減少鋁合金壓鑄中陰極放出的熱量，并利用普通陽極氧化交流電源縮短鋁合金壓鑄的周期，使得單個(gè)鋁合金鑄件壓鑄功率提升。定量爐同時(shí)也能降低短時(shí)間內(nèi)沖擊電壓，保證鋁合金壓鑄過程的制備安全。定量爐同時(shí)也能增厚壓鑄過程中的能源阻擋層，并增加膜層的厚度，減少鋁合金鑄件的孔隙率。

3.3 提高了鋁合金壓鑄表面的耐磨性

定量爐提高了鋁合金壓鑄表面的耐磨性，通過定量爐的微弧氧化，促進(jìn)鋁合金壓鑄表面的普通陽極氧化，利用鋁合金壓鑄定量爐電化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)壓鑄鑄件物理放電過程，使得鋁合金壓鑄共同作用，提高等離子體氧化效果，使得鋁合金壓鑄電壓局限于陽極氧化電壓過程中，在擊穿材料表面氧化層的同時(shí)，針對(duì)臨界值氧化電壓測(cè)量。以此判斷定量爐鋁合金鑄表面的穩(wěn)定性。

通過確定鋁合金壓鑄材料表面氧化層厚度，判斷定量爐對(duì)鋁合金壓鑄耐蝕性、耐磨性的提高。針對(duì)不同性質(zhì)的鋁和鋁合金制品電解結(jié)果分析可知，工藝條件不同的鋁合金存在天然形成的陽極氧化膜。

定量爐使得鋁合金壓鑄的陽極氧化膜結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出更多的特性，這些特性作為鋁合金材料的功能，可以應(yīng)用到眾多嶄新的領(lǐng)域，通過定量爐鋁合金壓鑄對(duì)磁學(xué)、光學(xué)、光電學(xué)產(chǎn)生影響，并在分離膜及印刷電路板中應(yīng)用鋁合金壓鑄。

因此，定量爐能夠使鋁合金壓鑄成型過程中產(chǎn)生微弧氧化層，并在基體表面生成新的陶瓷膜層，定量爐鋁合金壓鑄形成的膜層最大厚度可達(dá)到200μm～300μm，陶瓷膜層的硬度在3000HV以上，且陶瓷層膜的絕緣電阻>100M。上述特性使得鋁合金兼具耐磨損和耐腐蝕的特性，其耐熱沖擊及絕緣性較其他合金材料更高。

4 定量爐在鋁合金壓鑄成型過程中的應(yīng)用實(shí)例分析

4.1 實(shí)踐過程

利用定量爐壓鑄鋁合金，選擇ADC12合金錠和Al-SV作為基礎(chǔ)原料，Al-lOSr作為中間澆筑合金。將定量爐內(nèi)溫度調(diào)整至150℃，預(yù)熱后加入基礎(chǔ)原料，向定量爐內(nèi)填充1%SF6的CO2混合氣體保護(hù)合金材料壓鑄過程。

另外選擇一個(gè)電阻爐，將ADC 12合金錠熔化在電阻爐中，當(dāng)電阻爐升溫至740℃后，在電阻爐中加入Al-l OSr和Al-5 V中間合金材料，攪拌并熔化全部合金基礎(chǔ)原料。在精煉總質(zhì)量為1%的熔煉合金中加入精煉黏合劑。

對(duì)合金溶體精煉并漂清表面的浮渣，在靜置20min后，合金溶液的溫度降低至720℃，將表面出現(xiàn)的浮渣雜質(zhì)處理干凈。進(jìn)行合金熔體的精煉準(zhǔn)備前的最后一步，在自制模具上澆筑涂層，將壓鑄過程轉(zhuǎn)移至2000t的冷室中，壓鑄全過程需要在壓鑄機(jī)上進(jìn)行罩蓋，避免雜質(zhì)污染壓鑄鋁合金鑄件。

4.2 結(jié)果分析

分析結(jié)果可知，應(yīng)用定量爐壓射比壓為80 MPa以下，壓鑄過程中的模具預(yù)熱溫度為200℃以下，壓塑的速率在2 m/s以上，通過壓鑄鋁合金澆筑纖維組織內(nèi)的試樣晶粒變化判斷定量爐鋁合金壓塑成型的內(nèi)部組織分布，可見定量爐中溫度保持不變的晶粒粗細(xì)分布較為均勻，組織分布均勻性使得鋁合金壓鑄的罩蓋緊密性更優(yōu)良。定量爐提高了鋁合金壓鑄成型的澆筑分布性能。

使用定量爐的壓射比壓在80MPa以上時(shí)，其定量爐的模具預(yù)熱溫度在200℃以上，定量爐的壓射速度保持在2m/s不變，此時(shí)定量爐中鋁合金壓鑄的澆注溫度較高，使得壓鑄而成的罩蓋試樣在室溫下的磨損體積降低。根據(jù)澆注溫度的不同，對(duì)磨損試樣編號(hào)，可知澆筑溫度越高，鋁合金壓鑄成型的耐磨損性能越高。由此確定定量爐中鋁合金壓鑄成型中ADC12-VSr鋁合金的磨損試樣澆筑結(jié)果，由此得到磨損性能試樣的澆筑磨痕情況，據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)定量爐的使用能夠顯著提高鋁合金壓鑄過程中的耐磨損性能，得到的鋁合金鑄件表面磨痕也比較少。

5 結(jié)束語

通過本文研究，分析定量爐在鋁合金壓鑄過程中的作用，通過實(shí)例分析，證實(shí)了定量爐的使用能夠有效降低鋁合金鑄件表面的耐磨損性能。今后的研究過程中，應(yīng)更加注重定量爐在合金壓鑄方面的工藝設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化鑄造鑄模提高合金壓鑄工藝的效率，設(shè)計(jì)自檢步驟增加合金壓鑄過程的容錯(cuò)率。