鎂合金壓鑄技術(shù)的最新發(fā)展及其應用
鎂合金壓鑄技術(shù)的最新發(fā)展及其應用
鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強度、比剛度等性能，特別適合制造要求重量輕、強度高、減震降噪的工程結(jié)構(gòu)部件和要求一定強度的殼類零件。鎂合金低熔點、低比熱及充型速度快等優(yōu)點極其適合於用現(xiàn)代壓鑄技術(shù)進行成形加工。現(xiàn)代科技和相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，使鎂合金的應用範圍迅速擴展，特別是在汽車工業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)中獲得大量應用。
本文主要介紹鎂合金壓鑄技術(shù)研究、開發(fā)、應用的發(fā)展狀況，希望藉此促進中國鎂壓鑄技術(shù)的發(fā)展及其在各個領(lǐng)域、尤其是汽車工業(yè)中的推廣應用。
概述
長期以來，鎂的80%用於鋁合金的添加元素或冶金行業(yè)脫氧等、13%用於鑄造合金、3%用作變形制品。隨著科技進步及對鎂可貴性的認識，其產(chǎn)品廣泛用於航空、航天、汽車配件、電子及通訊等領(lǐng)域。
汽車行業(yè)采用鎂合金量的急劇增加是拉動鎂合金全球用量增加的重要因素，生產(chǎn)商在汽車上應用鎂合金零部件不僅是為了減輕重量，更是藉此來不斷提高汽車的性價比，從而加強其在競爭日益激烈的汽車巿場上的競爭優(yōu)勢。預計1996~2008年全球用於汽車零部件的鎂量平均每年遞增15%以上，其中，北美增長速度為30%，歐洲則超過60%。
歐、美、日等發(fā)達國家的汽車制造公司在政府的協(xié)調(diào)下與科研院所密切合作，投入大量人力物力，實施多項大型研究發(fā)展計劃，研究用鎂合金制造汽車零部件。這些研究開發(fā)計劃促進了鎂合金在汽車上的應用發(fā)展。
電子信息產(chǎn)業(yè)由於數(shù)字化的發(fā)展，巿場對電子及通訊產(chǎn)品高度集成化、輕薄化及可回收的要求愈來愈高。以前作為主要材料的工程塑料已經(jīng)無法滿足要求，因此人們把目光投向了鎂合金。例如，鎂合金具有優(yōu)異的薄壁鑄造性能，其壓鑄件壁厚可達0.8mm-1.5mm，并保持一定的強度、剛度和抗沖擊性能。因此，在薄壁、輕薄、抗沖擊、電磁屏蔽、散熱及環(huán)保等方面的要求之下，鎂合金成了制造商的最佳選擇。近年來，電子信息產(chǎn)業(yè)的鎂合金消耗量急劇增加，成為拉動全球鎂消耗量的另一重要因素。
過去，限制鎂合金廣泛應用的主要因素是價格和鎂合金的生產(chǎn)工藝，近幾年這兩方面都有較大突破。隨著從鎂的冶煉到鎂合金的生產(chǎn)工藝不斷完善，以及容易回收的特性使鎂合金的價格進一步走低，新型鎂合金壓鑄技術(shù)的出現(xiàn)擴大了鎂合金的應用範圍，增加了鎂合金與其它工程材料的競爭力。
國外鎂合金壓鑄技術(shù)及其應用
利用傳統(tǒng)的壓鑄技術(shù)壓鑄鎂合金，與壓鑄其它合金一樣，存在型腔內(nèi)氣體以及由壓鑄涂料產(chǎn)生的氣體無法順利排出的問題。這些氣體在高壓下或者溶解在鎂合金內(nèi)，或者形成許多彌散分布在壓鑄件內(nèi)的高壓微氣孔。因此，鑄件既不能進行熱處理強化，也不能在較高的溫度下使用。為了消除這種缺陷，提高壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，擴大壓鑄件的應用範圍，近20年來，經(jīng)過材料工作者的不懈努力，開發(fā)出一些新的壓鑄技術(shù)，包括半固態(tài)壓鑄、觸變注射成形技術(shù)、充氧壓鑄、真空壓鑄等。
觸變注射成形技術(shù)
半固態(tài)壓鑄和觸變注射成形是較新的金屬制品生產(chǎn)技術(shù)。半固態(tài)金屬成形技術(shù)首先是由美國麻省理工學院Flemings教授於上世紀70年代開發(fā)的新一代金屬加工技術(shù)。目前在美國、日本、瑞士、意大利等國家，半固態(tài)成形已進入到工業(yè)化的增長期。這種工藝對鋁合金的半固態(tài)成形基本成熟。但由於鎂合金的錠料在二次加熱時易氧化燃燒，所以一般的半固態(tài)成形工藝不適宜鎂合金的半固態(tài)成形。因此，美國Dow Chemical公司研制了鎂合金的半固態(tài)觸變成形工藝與設(shè)備。觸變注射成形技術(shù)是一種把低熔點合金進行熔化，以高速、高壓把原料注入金屬模具內(nèi)進行成形的技術(shù)，目前已經(jīng)進入實用階段觸變注射成形的鑄造壓力高，能促進金屬模具和鎂合金料漿間的熱傳遞，導致表面附近的晶粒微細化，對成形產(chǎn)品賦予了高耐蝕性和機械強度。這個鑄造壓力還能提高產(chǎn)品對金屬模的復制性，加強筋和凸起部的成形容易。料漿的溫度與普通壓鑄方法相比，低50?100℃，因而能控制產(chǎn)品由於熱收縮而引起的尺寸變化，并提高模具的使用壽命。此外，觸變注射成形的零件可以熱處理，而且不需要配備熔化爐、不使用SF6防燃氣體、不產(chǎn)生浮渣和淤渣等，兼顧了安全性和環(huán)保要求（SF6破壞大氣臭氧層）。因此，觸變注射成形技術(shù)是今後實用的成形方法。
目前，利用觸變注射成形技術(shù)可以制備手機、筆記本電腦、數(shù)碼照相機、攝像相機、液晶投影儀等可移動通訊器材的殼體。座椅、方向盤等汽車零部件的成形應用也在研究開發(fā)中。
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