原标题：大连亚明：新能源汽车用可钎焊的Al-Ni合金热管理流道板压铸过程质量控制

压铸件满足钎焊的条件是既不能有气孔，也不能有氢气孔。压铸件主要生产工艺流程为铝合金熔炼-检测-转运-保温-压铸，要求每一个环节都应遵循严格的工艺要求，才能生产出适合钎焊的压铸件。大连亚明为某新能源车企开发的热管理系统流道板压铸件，通过对传统压铸工艺的改良，生产的压铸件能够达到钎焊要求，并通过3 MPa压力的密封测试，以验证压铸件钎焊的可行性。

图文结果

流道板使用Al-Ni合金［成分（质量分数，下同）为0.07%的Si，0.97%的Fe，0.98%的Mn，0.04%的Mg，2.94%的Ni，0.01%的Ti，余量为Al］，其固相线温度为640 ℃左右，具有良好的铸造工艺性及焊接性能。铝合金熔炼环节中控制铝液中的氢气含量是钎焊成败的关键因素之一。氢气在铝合金液的溶解度很大，而在固体合金中的溶解度却非常低，因此，在合金冷却凝固过程中，大量的氢气析出形成氢气孔。焊料的牌号是4104，钎焊温度为600 ℃，氢气会在钎焊加热过程中放大并从焊接表面释放。释放的氢气过多将影响压铸件与焊料的熔合，导致焊接不牢固，影响强度与密封性。在熔炼过程中，铝液中的氢气主要来源于水分，包括未经干燥的铝锭、精炼剂、覆盖剂、变质剂、炉衬、坩埚、未充分脱水的气体、工具上的涂料以及流槽覆盖的耐火棉等，这些来源的水分将与铝液按2Al(1)+3H2O=Al2O3(s)+ 6[H]Al形式反应生成原子态氢溶于铝液。为了控制水分的产生，熔化炉炉体要充分预热并确保干燥，预热温度为730~750 ℃，辅助工具也必须充分预热、干燥。同时，也要避免合金材料、坩埚、工具等不被油脂等有机物污染。

当熔化炉用天然气或重油加热时，也可能因碳氢化物分解生成氢而被铝液吸收。为了减少吸收氢气及合金液氧化，采用非火焰直接加热铝合金的熔化方式。熔化设备采用LSN-1000H可倾燃气坩埚式熔解保温炉，容积为1 t，熔化能力为350 kg/h。铝合金使用干净并经充分预热的合金锭，以及经过净化处理的回收材料，如渣包、料柄、报废的零件等。

铝中氢含量随着熔化温度升高而升高，在铸造过程中应严格控制铝液铸造温度。图1为氢在纯铝中的溶解度。可以看出，670 ℃以上时，氢气在铝液中的溶解度随着合金温度的升高缓慢上升，低于670 ℃时急剧下降，而固态溶解度接近0。因此，熔化过程中需要严格控制温度，不宜过高，熔化出液温度为730~750 ℃。坩埚式熔化炉设有可通入惰性气体的保温盖，熔化过程中可充入高纯氮气（99.999%）进行保护。熔化完成后，确认温度达到出液标准，即可用转运浇包出液。熔化炉示意图见图2。

图1 氢在纯铝中的溶解度

图2 熔化炉示意图
1.铝锭 2.保温盖 3.坩埚 4.燃烧室 5.燃烧喷嘴

将转运包运转至精炼工位，点检完工艺条件即可开始启动设备进行精炼。采用惰性气体精炼法，设备为XC 220-1自动旋转除气机，精炼气体为高纯氮气（体积分数为99.999%）。通过多次试验确定精炼参数：气体压力为0.2~0.3 MPa，转子转速为 300~500 r/min，气体流量为1.0~1.5 m3/h，时间为6~8 min。精炼结束后，用撇渣勺捞净浮渣，然后用取样勺浇注成分检测样块，冷却后送检。取完样块后，用HYCAL Mini在线测氢仪检测氢含量及温度。精炼示意图见图3。

图3 铝合金精炼示意图
1.旋转除气机 2.石墨转子 3.石棉塞头
4.茶壶浇包 5.气泡

精炼结束，检测合格之后，用有惰性气体氛围保护的密封茶壶型周转包将铝液转运至保温炉中，转运过程中壶嘴用石棉塞头封闭。

采用ZCD 1200定量式保温炉，使用前要充分预热至730~750 ℃，浇注时采用惰性气体保护。保温炉配备自动旋转除气装置，可继续去除铝液中的氢气，保证连续生产过程中氢气含量保持稳定。停产时，必须用惰性气体氛围保护，避免吸氢。保温炉示意图见图4。

图4 保温炉示意图
1.升液管 2.石墨转子 3.吹气孔 4.气泡

从模具设计方面去优化密封方式，保证压铸生产时能达到预期的真空度。首先，模具分型面加工为燕尾槽，形成完全封闭的区域，并安装耐热胶条。其次，推杆采用环形槽加O型圈密封。再次，料缸采用密封胶条加耐高温密封胶方式密封，配合使用真空冲头，以最大限度避免抽真空过程中可能产生的漏气。最后，模具真空阀采用搓衣板式，性能可靠，故障率低。

真空泵可选用60 m3/h与100 m3/h的组合。最终确定800 L真空罐配备60 m3/h真空泵，1 000 L真空罐配备100 m3/h真空泵。1 000 L的系统双回路对应型腔两个回路，800 L的系统单回路对应料缸。真空系统启停控制方式为：料缸回路A，冲头前进封闭浇料口时真空启动-冲头到达料缸真空接口时真空关闭；型腔真空回路B、C，冲头前进封闭浇料口时真空启动-冲头到达压射结束位置时真空关闭。按照计算结果，进行真空系统配置。真空系统配置示意图见图5。

图5 真空系统配置图
1、9、10、11、12. 密封胶条 2. 推杆 3. 动模 4. 真空阀 5. 定模 6、13. 真空系统 7. 密封冲头 8. 料缸

表1 主要工艺参数

表2 真空度记录

气孔是传统压铸件的主要缺陷之一，而对于钎焊来说，压铸件的气孔几乎是不可接受的。气孔主要来源于两方面，一是压铸过程中机械卷气，产生于充填过程中卷入的空气；二是来源于辅助用品的发气，如脱模剂、冲头油；三是液压油、导热油、冷却水等的不正常侵入。

为解决气孔问题，常用的手段首先是优化工艺条件，使用真空系统形成一个高真空的环境。其次需要精准控制发气品的用量，避免过多的残留。再次是确保液压油、导热油、冷却水等没有泄漏，不会进入料缸、型腔。压铸生产的合格零件经过去除浇口、清理飞边毛刺之后，需要进行扩氢处理，工艺条件是：升温至600 ℃，保温2 h，然后冷却至室温。扩氢处理后表面有鼓包的零件要报废处理，没有鼓包的零件转入后序加工，见图6和图7。

图6 加热后鼓包的零件

图7 加热后合格的零件

经过多轮的改进、测试，小批量焊接良品率超过了90%，达到了客户的使用要求。钎焊后有氢气孔的焊缝见图8，合格的焊缝见图9。

图8 有气孔的焊缝

图9 合格的焊缝

结论

压铸件中的气孔对于钎焊质量的影响，首先是钎焊加热过程中会起泡，不能满足外观要求，其次是影响焊缝的融合，导致密封不合格，而气孔来源于铝液中的氢气及压铸过程中产生的各种气孔。压铸过程中产生的气孔可通过较高的真空度，合理的工艺条件避免。氢气孔则需要从熔化、精炼、保温等环节去管控。通过多轮的工艺验证，从以上所述的两个方面不断改进，生产出了符合要求的压铸件。

《可钎焊的Al-Ni合金热管理流道板压铸过程质量控制》

作者：

王金堂 吴俊 李刚
大连亚明汽车部件股份有限公司

本文转载自：《特种铸造及有色合金》