原標題：大連亞明：新能源汽車用可釬焊的Al-Ni合金熱管理流道板壓鑄過程質量控制

壓鑄件滿足釬焊的條件是既不能有氣孔，也不能有氫氣孔。壓鑄件主要生產工藝流程為鋁合金熔煉-檢測-轉運-保溫-壓鑄，要求每一個環節都應遵循嚴格的工藝要求，才能生產出適合釬焊的壓鑄件。大連亞明為某新能源車企開發的熱管理系統流道板壓鑄件，通過對傳統壓鑄工藝的改良，生產的壓鑄件能夠達到釬焊要求，并通過3 MPa壓力的密封測試，以驗證壓鑄件釬焊的可行性。

圖文結果

流道板使用Al-Ni合金［成分（質量分數，下同）為0.07%的Si，0.97%的Fe，0.98%的Mn，0.04%的Mg，2.94%的Ni，0.01%的Ti，余量為Al］，其固相線溫度為640 ℃左右，具有良好的鑄造工藝性及焊接性能。鋁合金熔煉環節中控制鋁液中的氫氣含量是釬焊成敗的關鍵因素之一。氫氣在鋁合金液的溶解度很大，而在固體合金中的溶解度卻非常低，因此，在合金冷卻凝固過程中，大量的氫氣析出形成氫氣孔。焊料的牌號是4104，釬焊溫度為600 ℃，氫氣會在釬焊加熱過程中放大并從焊接表面釋放。釋放的氫氣過多將影響壓鑄件與焊料的熔合，導致焊接不牢固，影響強度與密封性。在熔煉過程中，鋁液中的氫氣主要來源于水分，包括未經干燥的鋁錠、精煉劑、覆蓋劑、變質劑、爐襯、坩堝、未充分脫水的氣體、工具上的涂料以及流槽覆蓋的耐火棉等，這些來源的水分將與鋁液按2Al(1)+3H2O=Al2O3(s)+ 6[H]Al形式反應生成原子態氫溶于鋁液。為了控制水分的產生，熔化爐爐體要充分預熱并確保干燥，預熱溫度為730~750 ℃，輔助工具也必須充分預熱、干燥。同時，也要避免合金材料、坩堝、工具等不被油脂等有機物污染。

當熔化爐用天然氣或重油加熱時，也可能因碳氫化物分解生成氫而被鋁液吸收。為了減少吸收氫氣及合金液氧化，采用非火焰直接加熱鋁合金的熔化方式。熔化設備采用LSN-1000H可傾燃氣坩堝式熔解保溫爐，容積為1 t，熔化能力為350 kg/h。鋁合金使用干凈并經充分預熱的合金錠，以及經過凈化處理的回收材料，如渣包、料柄、報廢的零件等。

鋁中氫含量隨著熔化溫度升高而升高，在鑄造過程中應嚴格控制鋁液鑄造溫度。圖1為氫在純鋁中的溶解度。可以看出，670 ℃以上時，氫氣在鋁液中的溶解度隨著合金溫度的升高緩慢上升，低于670 ℃時急劇下降，而固態溶解度接近0。因此，熔化過程中需要嚴格控制溫度，不宜過高，熔化出液溫度為730~750 ℃。坩堝式熔化爐設有可通入惰性氣體的保溫蓋，熔化過程中可充入高純氮氣（99.999%）進行保護。熔化完成后，確認溫度達到出液標準，即可用轉運澆包出液。熔化爐示意圖見圖2。

圖1 氫在純鋁中的溶解度

圖2 熔化爐示意圖
1.鋁錠 2.保溫蓋 3.坩堝 4.燃燒室 5.燃燒噴嘴

將轉運包運轉至精煉工位，點檢完工藝條件即可開始啟動設備進行精煉。采用惰性氣體精煉法，設備為XC 220-1自動旋轉除氣機，精煉氣體為高純氮氣（體積分數為99.999%）。通過多次試驗確定精煉參數：氣體壓力為0.2~0.3 MPa，轉子轉速為 300~500 r/min，氣體流量為1.0~1.5 m3/h，時間為6~8 min。精煉結束后，用撇渣勺撈凈浮渣，然后用取樣勺澆注成分檢測樣塊，冷卻后送檢。取完樣塊后，用HYCAL Mini在線測氫儀檢測氫含量及溫度。精煉示意圖見圖3。

圖3 鋁合金精煉示意圖
1.旋轉除氣機 2.石墨轉子 3.石棉塞頭
4.茶壺澆包 5.氣泡

精煉結束，檢測合格之后，用有惰性氣體氛圍保護的密封茶壺型周轉包將鋁液轉運至保溫爐中，轉運過程中壺嘴用石棉塞頭封閉。

采用ZCD 1200定量式保溫爐，使用前要充分預熱至730~750 ℃，澆注時采用惰性氣體保護。保溫爐配備自動旋轉除氣裝置，可繼續去除鋁液中的氫氣，保證連續生產過程中氫氣含量保持穩定。停產時，必須用惰性氣體氛圍保護，避免吸氫。保溫爐示意圖見圖4。

圖4 保溫爐示意圖
1.升液管 2.石墨轉子 3.吹氣孔 4.氣泡

從模具設計方面去優化密封方式，保證壓鑄生產時能達到預期的真空度。首先，模具分型面加工為燕尾槽，形成完全封閉的區域，并安裝耐熱膠條。其次，推桿采用環形槽加O型圈密封。再次，料缸采用密封膠條加耐高溫密封膠方式密封，配合使用真空沖頭，以最大限度避免抽真空過程中可能產生的漏氣。最后，模具真空閥采用搓衣板式，性能可靠，故障率低。

真空泵可選用60 m3/h與100 m3/h的組合。最終確定800 L真空罐配備60 m3/h真空泵，1 000 L真空罐配備100 m3/h真空泵。1 000 L的系統雙回路對應型腔兩個回路，800 L的系統單回路對應料缸。真空系統啟停控制方式為：料缸回路A，沖頭前進封閉澆料口時真空啟動-沖頭到達料缸真空接口時真空關閉；型腔真空回路B、C，沖頭前進封閉澆料口時真空啟動-沖頭到達壓射結束位置時真空關閉。按照計算結果，進行真空系統配置。真空系統配置示意圖見圖5。

圖5 真空系統配置圖
1、9、10、11、12. 密封膠條 2. 推桿 3. 動模 4. 真空閥 5. 定模 6、13. 真空系統 7. 密封沖頭 8. 料缸

表1 主要工藝參數

表2 真空度記錄

氣孔是傳統壓鑄件的主要缺陷之一，而對于釬焊來說，壓鑄件的氣孔幾乎是不可接受的。氣孔主要來源于兩方面，一是壓鑄過程中機械卷氣，產生于充填過程中卷入的空氣；二是來源于輔助用品的發氣，如脫模劑、沖頭油；三是液壓油、導熱油、冷卻水等的不正常侵入。

為解決氣孔問題，常用的手段首先是優化工藝條件，使用真空系統形成一個高真空的環境。其次需要精準控制發氣品的用量，避免過多的殘留。再次是確保液壓油、導熱油、冷卻水等沒有泄漏，不會進入料缸、型腔。壓鑄生產的合格零件經過去除澆口、清理飛邊毛刺之后，需要進行擴氫處理，工藝條件是：升溫至600 ℃，保溫2 h，然后冷卻至室溫。擴氫處理后表面有鼓包的零件要報廢處理，沒有鼓包的零件轉入后序加工，見圖6和圖7。

圖6 加熱后鼓包的零件

圖7 加熱后合格的零件

經過多輪的改進、測試，小批量焊接良品率超過了90%，達到了客戶的使用要求。釬焊后有氫氣孔的焊縫見圖8，合格的焊縫見圖9。

圖8 有氣孔的焊縫

圖9 合格的焊縫

結論

壓鑄件中的氣孔對于釬焊質量的影響，首先是釬焊加熱過程中會起泡，不能滿足外觀要求，其次是影響焊縫的融合，導致密封不合格，而氣孔來源于鋁液中的氫氣及壓鑄過程中產生的各種氣孔。壓鑄過程中產生的氣孔可通過較高的真空度，合理的工藝條件避免。氫氣孔則需要從熔化、精煉、保溫等環節去管控。通過多輪的工藝驗證，從以上所述的兩個方面不斷改進，生產出了符合要求的壓鑄件。

《可釬焊的Al-Ni合金熱管理流道板壓鑄過程質量控制》

作者：

王金堂 吳俊 李剛
大連亞明汽車部件股份有限公司

本文轉載自：《特種鑄造及有色合金》