薄壁鎂合金壓鑄件表面缺陷分析及工藝優化

梁 麗

（1.天津東義鎂制品股份有限公司；.天津市鎂合金型材擠壓成型技術企業重點實驗室，天津 301721）

薄壁鎂合金作為手機和筆記本配件最主要的材料，在壓鑄的過程中很容易出現氣泡、白點和黑色絮狀物，會對產品的美觀造成影響，也會影響產品的整體使用壽命［2］。為了能夠深入的研究薄壁鎂合金壓鑄件表面缺陷產生的主要原因，總結經驗，通過對薄壁鎂合金壓鑄件表面出現缺陷的情況進行綜合試驗，提出相應的解決策略，有效提高薄壁鎂合金壓鑄件的生產過程的質量控制。

1 案例介紹

某廠采用AZ910 鎂合金，利用壓鑄件工藝生產筆記本電腦和手機結構件，整體壁厚在0.5～1.5 mm 之間，在壓鑄件的過程中，通過磷化處理，然后進行烤漆。磷化厚度，在0.7～1.3 μm 之間，烤漆的厚度在20 μm。采用壓鑄生產時，不論是模具設計還是工藝參數的選擇都有一定的難度，特別是對于薄壁鑄件，既要滿足鑄件充填的完整性，又要保證鑄件具有良好的性能。面漆顏色包括銀灰色以及黑色兩種，但是在部分壓鑄件生產的過程中會出現1 mm 左右的氣泡。經過磷化處理后會在側面出現白色斑點狀，嚴重影響了鎂合金壓鑄件的表面外觀整體性，還會對企業造成嚴重的經濟損失。但是目前鎂合金壓鑄成形的相關研究主要集中在各工藝參數對鎂合金熔體充型能力的影響、成形工藝參數對鑄件組織和力學性能的影響、壓鑄件充型與凝固過程的模擬分析。

為此從結構件選取恰當的式樣，利用掃描電鏡對氣泡白點以及黑色絮狀物等表面缺陷進行深入的分析，采用kevex 型能譜儀對缺陷處學元素構成進行分析，判斷少量氣泡區內物質，同時采用BIO-RAD-FIS165 傅里葉紅外光譜儀對物質的種類進行確定。利用SIC 砂紙將白點試樣磷化膜打磨拋光后利用SEM 觀察顯微鏡，對缺陷組織進行全面觀察。

2 試驗的結果

2.1 氣泡形成的原因

根據對面漆表面進行分析，能夠發現碳、氧、硅、鋁、鉀等元素在壓鑄的過程中會與機殼面漆形成化學反應，生成石墨、鋁粉、氧化物等，這樣就導致面漆的使用性能出現明顯差異。

大多數氣泡呈現橢圓形狀態，內部疏松粗糙，邊緣明顯突出，圓面漆會出現剝離狀態。在該表面處的橫截位置有突出物存在，顏色呈現黑色，這說明在壓鑄的過程中有雜物進入到了面漆內。由此可見氣泡產生的主要原因就是面漆自身的組成以及強度不同而引起的，通過對氣泡物質進行測定能夠發現，氣泡物質主要是MgO 夾雜物而引起的。

因為鎂鋁合金在冶煉的過程中非常容易形成MgO夾雜物，盡管MgO 與水不溶，但是也能夠在空氣中大量吸收水分，形成Mg（OH）2在吸收水分之后，MgO 的體積會膨大，導致材料表面的粗糙度受到嚴重影響，甚至產生爆裂的可能。

2.2 白點形成的主要原因

經過SEM 觀察發現，白點處主要呈現為凹坑狀態，這是因為磷化膜在成膜時沒有提高質量，白點區的鋁質量分數比其他區域的更低，如果將磷化膜去掉之后，對組織結構進行觀察能夠發現，在合金平衡的狀態下，會首先析出α 相和共晶組織，但是在薄壁鎂合金，壓鑄石，冷卻速度非?？?，導致先析出的α 相與周圍的連續組織環繞，會產生大塊的α 相，這是因為局部冷卻速度慢，造成共晶發達離異，或者是合金含量偏低而影響的，經過磷化改造之后膜的形成和長大過程屬于置換反應，因為置換反應首先發生在共青組織位置，即磨的成盒會與共晶組織共同長大，但是α 相會導致共青組織連續性破壞，造成膜重合出現明顯間斷的情況。

2.3 黑色絮狀物產生的原因

經過SEM 觀察能夠發現黑色虛狀物主要為白色疏松絮狀物凸起，因為該處的氧含量非常高，在薄壁鎂合金磷化之后，其抗腐蝕性能與磷化膜的致密度和環境變化具有非常密切的關聯，由于溫度的變化距離，所以會在注壓件的表面產生異常，氧離子，鋁離子的水膜，而這層腐蝕介質并不會對磷化膜造成影響，但是如果磷化膜出現明顯缺陷時，膜表面的腐蝕介質就會使得機體出現腐蝕性，而腐蝕產物會生成MgO 和氯化鎂。導致MgO 吸收水分，形成Mg（OH）2嚴重影響薄壁鎂合金壓鑄件表面的平整性。

3 結 論

為了能夠更好的提高薄壁鎂合金壓鑄件工藝，必須要對相關的工藝參數進行明顯優化［3］。例如，當澆筑溫度升高時，會導致氣體中的金屬液濃度增加，造成卷氣程度明顯上升，而另一方面如果金屬液在凝固的過程中出現收縮增大，逐漸收縮等缺陷，也會導致缺陷問題，所以必須要降低澆筑的溫度，要增加快壓射速度，經過綜合分析顯示所設定的焦度溫度，如果在620 ℃左右，慢壓射速度在0.2 m/s 左右時，其模具壓鑄效果能夠有效改善金屬液卷氣和回流的作用，對壓鑄件不會產生明顯影響。

其次壓鑄件由于縮孔和縮松的過程中溢流槽會起到補縮作用，對于筆記本電腦外殼壓鑄時溢流槽并沒有起到很好的效果，而如果在壓鑄件凝固的過程中，通過施加壓力可以促進金屬液快速凝固，能夠避免后部，位置出現縮孔縮松等情況。通過對逐漸施加恰當的壓力，在通行時間為0.0164 s 時進行施壓，增加時間在凝固后持續3～5 s，能夠有效解決逐漸縮孔和縮松的問題。

4 結 語

總而言之，薄壁鎂合金出現氣泡的原因是因為鎂鋁合金中，由于MgO 夾雜物吸收大量的水分之后，會生成Mg（OH）2，造成體積膨脹，先析出的α 相異常膨大也會造成組織連續性破壞，導致磷化膜形成不均勻，引起鑄件表面白點等問題。如果硬化膜不連續或者封孔處理，效果不理想，也會導致壓鑄件表面產生大量的黑色絮狀物，為有效解決這些問題可以提高快壓射速度或者降低澆注溫度，減少金屬液回流，避免夾雜缺陷等問題，還可以采用施加壓力的方式，確保經高壓凝固，有效改善縮孔縮松的缺陷。