压铸型与铝铸件焊合缺陷形成的理论分析

尽管压铸生产中焊合现象的危害非常严重，但对这种现象的研究还很少，直到较近，一些研究者才对焊合现象进行了一些试验研究。通过研究，人们发现在模具与焊合的铝合金间存在着金属间化合物层，并且大多数研究者都认为，该金属间化合物层是导致焊合发生的直接原因；较高的压铸操作温度易于使焊合发生，模具表面温度较高的局部热节点及充型速度较高处易于发生焊合；不同的铝合金呈现出不同的焊合倾向性。

压铸过程中，模具与铸件发生相互作用，形成了相互作用的接合界面，当接合界面的接合能大于铝铸件本身的接合能时，开型时，在外力的作用下，分离发生在铝铸件一侧，使铸件与压型形成焊合。若压型与铸件间的界面接合能较低，则开型时，分离发生在界面，而形不成明显的焊合现象。

压铸型与铸件的焊合可视为两金属固体在压力作用下的粘接。

在压铸过程中，高温金属液与压型型腔表面相接触，将型腔表面原子，与之发生相互作用，形成金属键。高温下形成的金属键在冷却凝固过程中保留下来，形成铸件与压型间的接合面积，即真实接触面积。铝液表面原子与压型型腔表面原子形成金属键，就克服过程的能，因而，只有处于活化状态的原子才能发生相互作用。

压铸开始后，金属液在高压作用下高速充型，与压铸型壁表面相撞击，造成金属内能的。假定金属液的充型速度与压型的夹角，金属液垂直于压型型壁表面的速度分量所对应的动能全部转化为合金液的内能，则金属液因内能的增加而导致的温度升高。

随着压型腔表面含铝量的增加，发生相互作用的原子数增加，焊合越来越易于发生。同理，当压型内壁表面采用与铝相互作用的能较高的原子进行表面改质处理时，如进行激光表面改质处理，单位面积内，压铸型与铸件相互作用的原子数降低，则压铸型抗焊合的能力增加。

合金的化学成分对铸件与压铸型的焊合有着重要的影响，合金中含有与压铸型腔表面原子相互作用的能越高的元素的原子数越多，合金的焊合倾向性越小。在铝合金所有的合金元素中，含铁量是影响焊合形成的较重要的元素。一方面，合金中的铁原子与压型内表面原子的相互作用的能较铝高，在同样条件下，铸件与压铸型相互作用的原子数减少，因而，两者形成焊合的倾向性降低；另一方面，铝合金含铁量，使得合金中铁的化学位增加，从而降低了压铸型钢中的铁原子向铝合金熔体中溶解的化学位梯度。同时，合金中含铁量增加，使得铝的活度降低，铝原子向压铸型中扩散的驱动力增加，从而了压铸型与铸件间的化学相互作用，了焊合的发生。

界面温度主要受压铸型内壁表面和铝合金温度的影响，铝合金的浇注温度是影响界面温度的重要工艺因素，浇注温度越高，界面温度越高，焊合越易于发生。压铸型内表面的温度除受浇注温度的影响外，还要受到压铸型结构和冷却条件的影响，如果压铸型的冷却系统布置不合理，使得压铸型工作温度过高，或压铸型冷却不均匀，或其结构设计不合理、表面存在局部热节点，使压铸型在此处的温度接近临界温度时，焊合极易发生。

压射压力是影响焊合能否发生的另一重要工艺因素。一方面，在高压作用下，压铸型内壁表面的涂料、氧化模及其它化学物质，被高速充型的金属液冲刷掉，造成压铸型内壁与铝合金的直接接触，使在压铸过程中，随着压铸型服役时间的延长，压铸型工作表面的粗糙度将越来越大，同时，其表面上大尺寸的凹坑、孔洞的数量也会越来越多。而粗糙的压铸型工作表面与金属液的接触面积总要比相应平面的接触面积大的多，因而，铝液与压铸型的接触面积增大，而且，这些孔洞、凹坑不易被涂料所涂覆，大增加了铝液与压铸型的直接接触面积，从而使压铸型与铸件间的焊合倾向性增强。

在铝液与粗糙的压铸型工作面接触体系中，还存在着润湿角的迟滞效应，表面粗糙、污染和溶质在固体表面的淀积，是导致这一效应的三个主要原因。压铸型工作表面上总是喷有涂料，即使涂料被冲刷掉的地方。仍会有污点存在，这可被看作表面污染。黄祖洽等人证明了到一阶修正为止，表面粗糙问题和化学污染问题是等价的。