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    鎂合金精密鑄件成形新工藝的研究

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    為了滿足航空航天領域對復雜鎂合金精密鑄件結構件的要求,研究人員開發了多種新型鎂合金精密鑄件成形工藝,包括涂層轉移精密鑄造技術、大型鑄件低壓鑄造技術、大型鍛件成形技術和表面超聲波陽極氧化技術。

    一、涂層轉移精密鑄造技術

    對于復雜鑄件,在使用砂型鑄造時,通常需要制備復雜的砂芯。傳統的砂芯制備方法是在芯盒中填充沙子,從芯盒中取出芯,然后在芯的表面刷、噴、泡或流漆。涂料層的均勻性難以控制,型砂吸水性強,涂料容易堆積在型芯表面,難以獲得光滑的鑄造圖案,從而影響鑄件的尺寸精度和平整度。研究人員發明了鎂合金精密鑄件無占位轉移涂層技術。首先在圖案表面涂上涂料,然后用造型材料填充涂料,固化后的涂料自發轉移到核心表面。在這項技術中,涂層完全復制了模具表面的形狀和光潔度,并顯著提高了鑄件表面的光潔度和尺寸精度。涂層轉移法的關鍵是凹模的制備,結合快速成型和無收縮硅橡膠層壓技術可以實現,可以解決高光潔度復雜鎂合金精密鑄件零件非加工表面的鑄造問題。

    二、大型鑄件低壓鑄造技術

    鎂合金精密鑄件一般比熱容小,凝固范圍大,容易產生縮松、裂紋、氧化皮夾雜、組織粗大等鑄造缺陷,難以生產大型、薄壁或復雜鑄件。通過計算機充型凝固模擬,結合涂層轉移制芯技術、坩堝液態金屬密封技術和低壓鑄造技術,研究人員開發了鎂合金精密鑄件大型鑄件精密低壓鑄造成型工藝:利用計算機模擬鑄件在預設工藝下的充型凝固行為,從而優化鑄造工藝,減少合金液充型過程中液流的交匯,控制合金的凝固順序;采用雙熔爐和壓力轉換器,保證鎂液的高純度;采用新的坩堝密封技術(低熔點合金密封法)密封坩堝,提高保壓壓力;采用激冷、氣體冷卻等方法實現鑄件所需的凝固順序;采用保護氣體加壓技術,即在干燥壓縮空氣中加入新的R152保護氣體,防止坩堝內鎂熔體長期氧化燃燒引起的內壓波動,使加壓更加均衡;涂層轉移技術用于保證鑄件非加工表面的表面光潔度。

    三、大型鍛件成形技術

    為了解決航空航天應用中制備大型鎂合金精密鑄件鍛件的技術難題,研究人員在大型半連續鑄造毛坯的基礎上,將鎂合金精密鑄件塑性變形的計算機模擬與實際鍛造過程相結合,開發了大型鎂合金精密鑄件鍛件的成形技術。目前能制備的極限大錠坯直徑可達400mm;通過計算機模擬確定鍛造工藝,使鍛件各方向的總變形量和變形溫升均勻,降低鍛件的各向異性。通過將鍛件的實際鍛造過程與計算機模擬進行比較,可以提高后續計算機模擬的精度。通過鍛件的后續熱處理來調整鍛件的機械性能。

    四、鎂合金精密鑄件表面超聲波陽極氧化技術

    鎂合金精密鑄件易腐蝕,其產品一般需要表面處理。傳統的鉻酸鹽處理工藝對人體和環境有害,使用受到限制。研究人員開發了一種鎂合金精密鑄件超聲波陽極氧化表面處理技術,與傳統的陽極氧化技術相比有了很大的進步:

    1.施加超聲波場形成薄而致密的氧化膜結構,提高了涂層的致密性、生長效率和耐蝕性;

    2.電解液配方不含六價鉻離子,對環境和人體無毒害作用;

    3.鎂合金精密鑄件氧化時可以控制“火花”,進行“無火花”陽極氧化,避免強烈的火花放電,降低對基體鎂合金精密鑄件疲勞強度的危害;

    4.形成的氧化層孔徑小,附著力好,表面平整光滑,棱角處不會出現燒損現象。

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