工艺篇之三：国产镁合金压铸用熔铸装备及研发现状
编者的话：
在中国压铸行业中，镁及镁合金，以其独有的特性和作用，已经并继续影响和改变着人们的生活。为使人们对镁和镁合金及压铸有一个较为全面、系统的了解，本刊收集、整理相关资料，从绪论、材料篇、工艺篇、应用篇四个方面简编成《中国镁合金压铸行业分析报告》，以期能为业界各位同仁工作学习带来些许便利。由于自身认识水平、工作能力有限，加之资料收集的局限性、不完整性等客观条件的限制，难免有这样那样的不足，敬请海涵并指证，以利于改进完善。
一、镁合金气体保护技术和设备
由于镁合金在大气中易于氧化燃烧的特性，镁合金熔铸的第一个考虑因素就是熔体的防氧化阻燃保护，因此气体保护技术和装备是镁合金熔铸技术装备的重要组成部分。
（一）镁合金气体保护技术
除已不常用的熔剂保护和尚未成熟的合金化阻燃技术外，在批量生产中最常用的是气体保护技术。一般而言，气体保护就是将具有一定化学活性的气体通至镁合金熔池表面，与熔体反应生成高致密度表面膜来为熔池提供防氧化保护。目前使用较多的保护气体主要是以SF 、S0 为反应性成膜组分，以CO 、N 为载流组分，按一定比例混合获得。气体保护技术和装备根据其原理的不同可分为三种类别：
1 外购单元气体、现场混合制备保护气体。这是一种有长期历史的传统保护气体制备技术，其主要特征是：采用外购瓶装组元气体(SF 、S0 及N 、CO )，在熔铸现场根据需求通过混合制备保护气体。气体混合设备是一台能够按要求比例控制各种组元气体流量，再将组元气体充分混合并均匀输送到镁合金熔池上方的装置。该类设备主要有手动和自动控制的分别。工业用的压铸镁合金熔炉一般都配备自动混气系统，以保证保护气体的压力、流量稳定以及可靠的防氧化保护效果。目前，我国已经具备了该装备的开发生产能力。由于普遍使用的SF 气体市场售价高(150～200元／公斤)，作载流气体用N 的用量大(每2～6小时／瓶)，加上外购气体的运输、储存等问题，该技术在长期使用条件下，使用成本较高，还会增加生产调度和管理的难度。另外，由于SF 的温室效应约为C0 的23000倍，具有严重的环境污染问题，学术界和工业界都在积极开展研究，寻求其替代品，目前正在进行研究的有HFC一134，HFC一152a ，HFE一7100，HFE一7200。Novec 612(FKs) 等。
2 保护气体在线发生。所谓“保护气体在线发生”就是将S和C的固体连续定量地加入到保持在设定工作温度的反应器中与洁净压缩空气反应，生成含有S0 、CO 、N 等组元气体的混合保护气体。该技术使用廉价的S和C固体料和压缩空气作原料，具有保护气体成本低廉的优势，并且避免了上述外购气体的运输、储存等问题，但如果使用不当、S0 用量太高时，从镁合金熔炉中溢出的残余S0 会对压铸生产现场空气产生污染，恶化工作环境、导致设备腐蚀。
3 载流气体在线发生再混入外购SF或S0。该方法是在“保护气体在线发生”技术上发展起来的，其原理“保护气体在线发生”相似，不同之处在于固体反应物只有C，没有S，即C与空气直接发生反应，将空气中的氧消耗得到的产物是CO +N 。由于载流气体用量大，其成本在气体保护技术中占较大比例，采用“载流气体在线发生”能有效地降低其成本和气体运输和管理带来麻烦。
（二）镁合金熔化浇注设备
国外研制生产压铸镁合金熔化浇注设备的厂家较多，主要分布在北美和欧洲。目前在国内压铸界使用较多有：奥地利劳和(Rauch)和德国西炉(Westoffen)生产的气体保护压铸镁合金连续熔化浇注炉。进口熔炉高昂的价格和使用成本，在一定程度上已经成为我国压铸镁合金生产应用推广的制约因素。
在“十五”镁合金科技攻关项目的支持下，国内相关单位进行了压铸用气体保护镁合金熔炉的研究和产业化工作。目前，相关单位开发的国产镁合金熔炉已经基本成熟，在熔体温度控制精度、熔体的防氧化保护和安全结构设计、定量浇注精度等主要性能上基本达到了进口熔炉的水平，且制造成本和使用成本仅为进口产品1／3～1／2，性价比更高。因此，国产熔炉开始在国内镁合金压铸生产企业投入工业使用，其质量和可靠性已获得市场认可，并逐步替代进口。#p#分页标题#e#
深圳市鼎正鑫科技有限公司就是专业从事镁合金熔炉、镁合金压铸设备及耗材、镁合金冶炼精炼设备及各类非标镁合金熔炉等设备研发、制造和销售的高新技术企业。
鼎正鑫在众多原镁企业、镁应用企业及高等院校的支持与协助之下，开发出了用于原镁的精炼炉、转液泵、浇注泵、连续式铸锭机、镁合金实验熔炉、专用搅拌机等装备。在广大研发人员的共同努力之下，在镁合金精炼炼、半连续铸造、镁合金回收、镁合金的熔化与自动定量浇注、镁装备的维护保养等装备方面，共申请了三十多项国家专利，为镁合金装备与国际水平接轨打下了良好的技术基础。
尽管实现了熔炉的国产化并替代进口，但国产熔炉在外观设计、操作及使用的信息化管理、制造细节质量等方面与进口产品相比还存在一定的改进和优化的余地。
（三）镁合金压铸机
世界上先进的压铸机生产厂商有：瑞士的BUEHLER公司、德国的FRECH公司、意大利的IDRA公司（母公司力劲集团）、ITALPRESSE公司、美国的HPM公司（母公司伊之密）等，分热室和冷室两种。冷室压铸机压力大，适合用于较大型、壁较厚的镁合金铸件生产；而热室压铸机结构紧凑，工作压力小，适合于小型、薄壁镁合金铸件的生产。和镁合金熔炉一样，我国生产镁合金压铸机研制和生产起步晚，始于本世纪初，目前力劲集团、伊之密、锐风机械、震高机械、仁兴机械等在镁合金压铸机研发、生产、制造方面取得了丰硕成果。
(1) 压铸机产品趋于系列化。国内企业过去只能生产少数几个型号的镁合金压铸机，现在已经可以生产锁模力从130t到4000t的各种规格压铸机产品。
(2) 国产压铸机品质己获得国内市场认可。国产的镁合金压铸机现已经在全国的许多企业应用，形成了较强的竞争力和较高的市场占有率。
(3) 压铸机的部分性能接近国外进口产品。目前，国产镁合金压铸机在压射速度、压射比压、建压时间等几个关键的技术参数方面已经与进口产品基本接近，如力劲的镁合金热室压铸机DC一160M，压射速度最高达6m／s，可生产投影面积小于800cm以下的各种镁合金压铸件； 镁合金冷室压铸机DCC-630M空压射速度可达8m／s，压射增压压力可达150Mpa以上，建压时间为20m／s。
(4)应该清醒的看到，虽然实现了压机的国产化并部分替代近口，但国产压铸机在整体性能和技术含量上还有待于进一步提高，比如：国产压机的质量稳定性还有待进一步提高； 由于没有采用压射实时控制技术，国产压机的压射参数重复性、产品内在质量的稳定、一致性还逊色于具有实时压射控制系统的进口产品。这种性能差别在生产一般的结构件时对企业的生产没有显著影响，但在生产高品质的性能结构件，特别是汽车的关键性能结构件时压机性能的上述差别会对产品质量控制带来显著的影响。
二、镁合金后处理及其它铸造工艺装备的研发现状
（一）表面处理装备一微弧氧化处理装备
镁合金的抗腐蚀能力差，铸件必须进行表面防护处理，以提高其耐蚀能力。目前镁合金所采用的表面处理工艺：化学转化处理、阳极氧化处理、激光表面合金化、微弧氧化、物理气相沉积、离子注入、化学镀及电镀等。在众多工艺中，微弧氧化由于具有技术简单、效率高、无污染、处理工件能力强、形成的陶瓷质氧化膜能明显提高材料的耐蚀与耐磨性能的优点，在镁合金表面处理中越来越受到青睐。微弧氧化是近年来发展起来的一种新型表面处理技术，其原理是将被处理的镁合金制品做阳极，置于脉冲电场环境的电解液中，使被处理样品表面在脉冲电场作用下产生微弧放电而生成一层与基体以冶金形式结合的氧化镁或氧化铝陶瓷层。我国在微弧氧化技术和设备的研究开发方面所做工作较多，且颇有成效，现已经开发出较为成熟的镁合金微弧氧化技术和设备，并在国内镁合金生产企业广泛得到使用，性能测试对比结果表明，用国产镁合金微弧氧化设备处理的镁合金表面耐蚀性能明显提高。
（二）镁合金半固态成型装备
镁合金半固态成型是获得高性能镁合金构件的新技术，国外公司纷纷投入人力物力开发相关装备。瑞士布勒公司的SDC／84L压铸机，带有压射控制系统，既能用于压铸，又能用于半固态成型；JSW公司开发的半固态成型装备，融合了塑料注射成形与金属压铸工艺的特点，用于镁合金的半固态成型。国内也有单位研制了一种镁合金半固态浆料制备装置，将镁合金熔体用高温熔体输送泵输入双螺杆搅拌制浆装置内进行降温搅拌，获得镁合金半固态浆料。该装备与挤压铸造机、冷室压铸机组成镁合金半固态流变成形机组，可实现镁合金的流变半固态成型，但目前还未见工业化应用。#p#分页标题#e#
（三）镁合金新型挤压铸造技术和装备
挤压铸造(也称为液态模锻)是一种相对较新的铸造方法，可获得力学性能与模锻媲美的优质可热处理铸件，是一种规模化生产高性能、高品质镁合金件的理想工艺方法。国内新近开发了一种镁合金挤压铸造技术及专用镁合金连续熔化浇注系统，与挤压铸造机集成形成新型镁合金挤压铸造单元。与传统挤压铸造技术相比，这种镁合金挤压铸造技术和装备实现了镁合金熔体的封闭式浇注，并显著提高熔体的工艺收得率、工艺成品率和生产效率，实现了整个工艺过程的自动化。目前，该挤压铸造单元的原型已经用于摩托车镁合金轮毂试生产，生产的轮毂已经通过了国家相关部门的性能检测和认证。
近年来，我国的镁合金熔铸及周边装备的研究开发及产业化取得了可喜进展，初步具备了系统的研发生产和供货能力，部分产品的性能指标已经赶上国外先进产品，部分已经超越国外，形成了有特色的技术和装备。加上制造成本上有较强的竞争优势，我国镁合金铸造装备制造业应该有巨大的市场发展空间。
但目前我国镁合金熔铸装备产业还存在以下明显不足：
(1)从数量和品种上看，国产镁合金装备还远远落后，主要体现在装备的成套性和市场占有率方面，市场上的国产装备品种很少，仅在核心的压铸、挤压铸造、配套熔炉、微弧氧化等装备上有所突破，但周边配套设备及深加工装备上尚未形成较强的生产和市场竞争力。
(2)从技术层面讲，虽然目前国产镁合金装备在部分性能上和进口产品的水平接近，并有所创新，但是在整机性能、整机技术含量和自动化程度上还存在较大差距，可以说现在国产装备整体还处在借鉴和吸收国外技术的阶段， 要赶上和超过国外先进产品还需继续努力。下一步要做的是通过技术创新和技术集成，进一步增强产品的整体性、可靠性和安全性，在产品性价比方面多做文章，以提高自身的市场竞争能力。
