近期，南昌大學劉勇教授團隊聯合上海交通大學、伯樂智能裝備股份有限公司等，在《特種鑄造及有色合金》（2026年第46卷）上發表了綜述論文《鎂基材料半固態壓鑄成形研究進展與展望》。該文系統梳理了鎂基材料半固態壓鑄的制漿方法、工藝調控、性能研究，并重點介紹了半固態注射成型技術零部件中常出現的典型缺陷及工業化現狀。

01 半固態壓鑄的核心優勢與制漿路線

相比傳統液態壓鑄，半固態漿料（固-液共存）具有充型平穩、凝固收縮小、模具熱沖擊低、組織均勻等顯著優勢，能有效減少飛濺、卷氣等卷入性缺陷，提升鑄件力學性能。

論文將制漿路線分為兩大類：

•流變成形：將熔融金屬液冷卻至半固態區間制漿，典型方法包括機械/電磁/氣體攪拌、超聲振動、冷卻通道法、近液相線鑄造及引晶法等，各有對漿料純度、固相形貌控制的差異化特點。

•觸變成形：將具非枝晶組織的金屬坯料（可通過變形法、等溫熱處理、粉末冶金等預制）加熱至半固態區間獲得漿料。其中半固態注射成型是對于鎂合金的比較獨特的一種專用方法，直接使用鎂合金顆粒，其初始組織比較粗大，當通過螺桿加熱+剪切制漿-射出一體化，其組織轉變為非枝晶半固態組織，而且無需熔煉與SF?保護氣，是當前工業化大規模應用的主流方向。

02 關鍵工藝參數對成形質量的影響

半固態成型質量受多參數協同調控：

•漿料溫度/固相率：溫度過低（固相率過高）易致冷隔、充型不滿及液相偏析；溫度過高（固相率過低）弱化半固態成型過程優勢，易卷氣。需匹配材料特性精準調控工藝窗口。

•壓鑄速度：對氣孔、氧化夾雜影響最顯著。適當降低壓射速度（如流變壓鑄AM60B合金建議＜4m/s）利于層流充型、減少缺陷，兼顧生產節奏即可。

•模具溫度：通常需要模具預熱，尤其薄壁件要提升充型能力；而厚壁件久產則需控溫冷卻，保障批次一致性。在3C產品常有最優模溫區間平衡強韌性與外觀表現。

•鑄造壓力：高壓促進形核、細化晶粒、提升致密度與固溶強化效果，但過高會易導致固液分離及組織偏析。

03 注射成型常見缺陷與抑制思路

綜述歸納了一些半固態注射成型典型缺陷機理：

•孔隙（氣孔/縮松）：源于氣體析出或卷氣。可通過優化注射速度、改進澆口避免漿料直接沖擊模壁，以及優化凝固順序助補縮來改善。致密度高的半固態成型零部件支持后續T6熱處理。

•冷隔：半固態漿料前沿焊合通常不及液態金屬。采用相對高的漿料溫度+較低壓射速度、設置溢流/排氣口排雜排氣，能規避“倒V”形前沿缺陷，提升焊合質量。

•偏析：宏觀偏析受固-液相對運動影響，可一定程度上借助模擬預測；微觀偏析因半固態鑄造有近球形初生α-Mg的存在，比高壓鑄造有所改善。高固相率漿料在薄壁/狹孔處易固液分離偏析，可適當調高溫度或速度。

•夾雜/充不滿/飛邊：分別對應清理澆注系統及冒口排氧化雜、適度提升漿料/模溫改善流動性、清潔分型面與增大鎖模力等對策。

04 材料體系與工業化輕量化展望

目前半固態注射成型量產以AZ91D、AM60B等Mg-Al系合金材料為主，亦在探索稀土鎂合金及外加增強體等鎂基復合材料，提升強/塑/耐熱/耐磨/導熱性能。

工業化層面，隨著裝備大型化（如3000T+級注射機）及工藝不斷成熟，集成式座椅骨架、CCB、電驅殼體、副車架、汽車輪轂等結構件接連試制落地，正加速從3C精密件向新能源車身大型一體化結構件跨越。

論文同時指出，該技術正處于大規模產業應用關鍵轉型期，未來應聚焦：

1.開發適配半固態成形的新成分體系。突破現有主流合金的性能局限，開發兼具高強度、高耐蝕、高耐熱等特性的新型鎂基材料；同時對已有高性能鎂合金進行成分優化，使其更好地適應半固態成形的工藝窗口與流動充型特性。

2.引入大數據與機器學習輔助精準調控。基于大數據模型與機器學習算法，對半固態成形過程中的組織演變、力學性能進行實時預測，替代傳統“試錯式”工藝摸索，指導溫度、速度、壓力的精準匹配，提升生產穩定性與一致性。

3.攻關先進半固態裝備與大型構件。面向新能源汽車等對超大尺寸、復雜結構件的迫切需求，開發更先進裝備，突破大注射量、組織轉變穩定、大投影面積的一體化成形技術瓶頸。

4.持續優化工藝并完善全生命周期評價。針對成型溫度區間、參數敏感性等問題持續迭代工藝；同時從安全性、經濟性、綠色性三個維度，對鎂基半固態鑄件的長期使用性能、生產成本與環境效益進行系統評價，推動技術的大規模可靠落地。

作者

吳貝?、熊京鵬?、谷立東?、鄧俊鈞?、劉勇?

1.南昌大學先進制造學院輕合金材料江西省重點實驗室

2.上海交通大學材料科學與工程學院

3.伯樂智能裝備股份有限公司

鎂基材料半固態壓鑄成形研究進展與展望[J].

特種鑄造及有色合金, 2026, 46(4): 496-507.