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日本宇部的研究结果 - 半固态流变压铸的微观结构

2025-12-27来源:压铸网
核心摘要:日本宇部机械公司对康普泰克半固态流变压铸工艺生产的薄壁散热器翅片截面进行了微观分析。这种几何结构以压铸标准来衡量的话极具挑战性:翅片高度约105毫米,顶端宽度0.8-1.0毫米,拔模角仅0.5-1°,正是传统液态压

日本宇部机械公司对康泰克半固态流变压铸工艺生产的薄壁散热器片截面进行了微观分析。这种几何结构以压铸标准衡量的话极具挑战性:片高度约105毫米,顶端宽度0.8-1.0毫米,拔模角仅0.5-1°,正是传统液态压铸很难实现的特征。


所用合金材料EN42000(相当于A356),采用100%再生回收料(硅含量约6.95%,铁0.3%),特别值得注意的是未添加锶(Sr)或其他晶粒细化剂。


宇部机械观察到的微观结构在低倍镜(约×100)下,从约3毫米厚的底座到约1毫米厚的顶端,片截面均呈现均匀致密的微观组织结构:

  • 近球状初生α-Al晶粒(约50微米);
  • 状晶间析出的极细α-Al晶核;

  • 共晶硅填充剩余间隙。

虽存在微量卷气和零星缩孔,但金属基体分布均匀无偏析带,分析人员据此判定零件质量稳定且具有良好重复性。

在高倍镜(最高×5000)下,宇部指出,球晶间出现的"极细α相"实为次级结晶的花瓣状枝晶(宽度仅数微米),而共晶硅则呈现异常细小的粒状/纤维形态——这两种特征均表明半固态浆料在快速凝固过程中抑制了晶粒粗化与成分偏析。根据成分,预期可见Al-Fe-Si金属间化合物,但未形成影响截面机械或导热性能的连续网状结构。



微观组织的重要性(基于宇部论述)

在许多半固态工艺中,低熔点液相倾向于优先流动,导致共晶硅偏析至薄壁区域,而这些部位恰恰最忌讳脆性与气孔。在所研究的半固态流变压铸样本中,偏析现象得到有效抑制。宇部推测是由于汤勺/浆料中存在高密度晶核,这些晶核在压射料管和模具填充过程中持续形核,最终形成沿片高度分布的精细均匀组织。实践表明:即便在铸态条件下,对比典型的普通压铸材料,此类结构也能显著提升拉伸延伸率,这对薄壁片、防泄漏座乃至超大型一体化结构压铸件都具有重要意义。

报告摘要的要点转化为明确的生产准则:

  • 均匀的组织(基体)充填降低零件之间差异度,提升生产效率;

  • 浆料中大量晶核抑制晶粒生长,同时保持在长流道过程中的微细度;

  • 低硅含量的压铸可行,无需依赖可能导致薄壁变形的后处理,这对气密性与尺寸控制至关重要;

  • 该工艺采用100%再生回收料,验证了低碳排放与成本优势;

  • 可实现长流道充;宇部团队指出,将该技术应用于超大型车身/底盘部件时,将会受益于有足够压射能量/锁模力,或反过来说,即特定压铸机下可以相应减小投影面积。

微观结构与散热性能的关联性

每个异质原子、晶界及第二相都会散射电子与声子,降低导热系数(k);孔隙与泄漏在液冷应用中更是致命缺陷。普通压铸铝硅合金(硅含量7-12%)虽铸造性能良好,但实际零件导热系数通常停滞在100-140W/m·K,而半固态流变压铸的低硅合金实测已达170-195W/m·K——这一性能的跃升直接降低了冷却板基底的传导热阻。



技术应用前景

对于追求更高热通量的设计,可考虑直触芯片式的冷却板、浸没式翅片芯或高深宽比的气冷翅片。宇部研究发现支持三大实践方向:

  1. 依托半固态流变压铸实现薄壁可靠性:薄壁处共晶硅偏析抑制为铸态延伸率提供可靠路径,降低狭长流道裂纹/泄漏风险;

  2. 导热场景的应用使用低硅成分材料:半固态工艺控制气孔的前提下,无需在铸造性与导热性间权衡实现双重效益同步实现。这一变化将热导率提升至180–195 W/m·K的范围,是许多高功率模块所需的;

  3. 开发使用再生料:宇部分析的样本表明,即使使用100%再生料仍可获得精细均匀的微观组织,在保持性能的同时实现成本与可持续性双赢。

声明与引用:

本文所述微观结构观察的结论均援引日本宇部机械的报告《2025.06.04 Microstructural Analysis — UBE-Vitto-Comptech》,基于康普泰克通过维托公司提供的半固态流变压铸样本。

本文仅呈现第三方的研究结果,并提供设计/制造方面的启示。若存在解读谬误责任皆在笔者。












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