镁合金压铸技术在电子产业中的应用

[摘 要]主要介绍镁合金压铸技术研究、开发、应用的发展状况，希望借此促进中国镁压铸技术的发展及其在各个领域、尤其是汽车工业中的推广应用。

[关键词]镁合金 压铸技术

镁合金是最轻的工程金属材料之一，具有很好的比强度、比刚度等性能，特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件和要求一定强度的壳类零件。镁合金低熔点、低比热及充型速度快等优点极其适合于用现代压铸技术进行成形加工。现代科技和相关产业技术的发展，使镁合金的应用范围迅速扩展，特别是在汽车工业和电子信息产业中获得大量应用。长期以来，镁的80%用于铝合金的添加元素或冶金行业脱氧等、13%用于铸造合金、3%用作变形制品。随着科技进步及对镁可贵性的认识，其产品广泛用于航空、航天、汽车配件、电子及通讯等领域。汽车行业采用镁合金量的急剧增加是拉动镁合金全球用量增加的重要因素，生产商在汽车上应用镁合金零部件不仅是为了减轻重量，更是借此来不断提高汽车的性价比，从而加强其在竞争日益激烈的汽车市场上的竞争优势。预计1996"2008年全球用于汽车零部件的镁量平均每年递增15%以上，其中，北美增长速度为30%，欧洲则超过60%。

电子信息产业由于数字化的发展，市场对电子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要求愈来愈高。以前作为主要材料的工程塑料已经无法满足要求，因此人们把目光投向了镁合金。例如，镁合金具有优异的薄壁铸造性能，其压铸件壁厚可达0.8mm-1.5mm，并保持一定的强度、刚度和抗冲击性能。因此，在薄壁、轻薄、抗冲击、电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下，镁合金成了制造商的最佳选择。近年来，电子信息产业的镁合金消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量的另一重要因素。 随着从镁的冶炼到镁合金的生产工艺不断完善，以及容易回收的特性使镁合金的价格进一步走低，新型镁合金压铸技术的出现扩大了镁合金的应用范围，增加了镁合金与其它工程材料的竞争力。

一、国外镁合金压铸技术及其应用

利用传统的压铸技术压铸镁合金，与压铸其它合金一样，存在型腔内气体以及由压铸涂料产生的气体无法顺利排出的问题。这些气体在高压下或者溶解在镁合金内，或者形成许多弥散分布在压铸件内的高压微气孔。因此，铸件既不能进行热处理强化，也不能在较高的温度下使用。为了消除这种缺陷，提高压铸件的内在质量，扩大压铸件的应用范围，近20年来，经过材料工作者的不懈努力，开发出一些新的压铸技术，包括半固态压铸、触变注射成形技术、充氧压铸、真空压铸等。

首先，触变注射成形技术。触变注射成形技术是一种把低熔点合金进行熔化，以高速、高压把原料注入金属模具内进行成形的技术，目前已经进入实用阶段。镁合金触变注射成形机原理触变注射成形的铸造压力高，能促进金属模具和镁合金料浆间的热传递，导致表面附近的晶粒微细化，对成形产品赋予了高耐蚀性和机械强度。这个铸造压力还能提高产品对金属模的复制性，加强筋和凸起部的成形容易。料浆的温度与普通压铸方法相比，低50?100℃，因而能控制产品由于热收缩而引起的尺寸变化，并提高模具的使用寿命。此外，触变注射成形的零件可以热处理，而且不需要配备熔化炉、不使用SF6防燃气体、不产生浮渣和于渣等，兼顾了安全性和环保要求。因此，触变注射成形技术是今后实用的成形方法。目前，利用触变注射成形技术可以制备手机、笔记本电脑、数码照相机、摄像相机、液晶投影仪等可移动通讯器材的壳体。座椅、方向盘等汽车零部件的成形应用也在研究开发中。

其次，充氧压铸。充氧压铸是金属液充填压铸型腔前，将氧气充入型腔取代其中的空气，当能与氧气发生反应的金属液压入型腔时，一部分氧气通过排气槽排出，而残留在型腔中的氧气就与金属液发生反应，生成氧化物颗粒，呈弥散状分布在铸件中，从而消除了压铸件的气孔。充氧压铸件的晶粒非常细小，从而具有良好的拉伸强度与疲劳性能。而普通压铸件的显微组织中有相当数量的含铁针状组织，降低了塑性。由于充氧压铸消除了压铸件中的气孔，因此，压铸件可以热处理与焊接。充氧压铸需附加充氧控制装置，铸型充氧不但消耗氧气，还增加了铸造循环时间。由于这些原因，充氧压铸件比普通压铸件的价格要贵10%?15%。但采用充氧压铸后减少了铸件废品，提高了性能，节省了机械加工费用，综合起来考虑，对质量要求较高的铸件反而可以节约10%?30%。因此，充氧压铸特别适合于需要热处理提高力学性能、有气密性要求、在较高温度下使用或需要焊接组合的压铸件。

再次，真空压铸。真空压铸通过在压铸过程中抽除型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，提高压铸件的力学性能和表面质量。目前已经成功的在冷室压铸机生产出AM60B镁合金汽车轮毂，在锁模力为2940kN的热室压铸机上生产出AM60B镁合金汽车方向盘，铸件伸长率由8%提高至16%。国内镁合金压铸技术及其应用 压铸生产的迅速发展引起了国家科技部门和社会各界以及国外和港台地区厂商前所未有的关注，并已形成一股强大的推动力。

二、国内镁合金压铸发展状况

随着人民生活水平的提高，汽车及信息化产业迅速发展。上海汽车集团的战略目标是2007年实现汽车年产100万辆，汽车行业的高速发展已成为压铸生产持续发展的基础。由于约70%的镁合金压铸件用于汽车，因此要求中国的汽车工业应加速采用镁合金压铸件，以适应加入WTO后更加激烈的竞争局面。必须改变引入新车型后用铝铸件替代镁铸件的做法，提高中国自身镁合金的生产水平。 中国关于镁合金及其压铸技术还处于起步阶段。除了在航空航天工业界有小量的镁合金金属型铸件的使用外，镁合金在民品上使用还较少。作为民用金属材料的广泛应用，还有许多工艺技术障碍需要突破。中国镁合金的开发应用工作明显大大落后于欧美国家，重要产品的开发和工艺研究成果还未见报道。

前几年中国对半固态凝固的工艺进行了许多的研究，取得了一些研究成果，但此工艺作为产品实用工艺的开发一直未见报道。目前，发达国家的半固态凝固技术的实用研究已有较大的技术突破、有了较成功的应用，大大改善了压铸产品的质量和性能，新的流变铸造和触变铸造已成为生产需要强度高、气密性好的镁合金汽车零件、电子通讯产品外壳的重要实用工艺。他们同时推出许多保护性专利，以期在这项技术上取得垄断性的竞争优势。

三、镁合金技术应用展望

人类社会发展到了二十一世纪的今天，人们已经开始认识到节约能源及保护环境的重要性。由于镁合金具有重量轻等诸多优点，它的应用可以大大降低对能源的消耗，因此镁合金将在未来的结构材料中占据重要地位。中国是镁资源大国，同时又加入了WTO，对于镁合金铸件的大量采用将是不容置疑的事实。这既是一个机遇，也是一个挑战。我们必须行动起来，充分利用中国丰富的镁矿资源和巨大的镁生产能力，为发展镁合金的应用做好镁合金关键技术的开发工作，迎接镁合金应用高潮的到来。

参考文献

[1]王自焘，广东铝加工工业的发展和特点[J].轻合金加工技术,1991.02

[2]吴春苗，面向国际市场的广东压铸[J]. (压铸专刊),2000.11

[3]王自焘，2001年铝型材技术论坛论文集[C]：有色金属学会加工学术委员会,2001.1-8