空蝕（Cavitation）也稱為氣蝕。其較常見于運(yùn)動的流體與氣體之間相互作用在流體中形成負(fù)壓力（拔空的孔洞）的氣泡。當(dāng)負(fù)壓力的氣泡在運(yùn)動或流動的過程中遇到固體的表面時，氣泡湮滅釋放巨大的爆破能量使得固體的表面形成凹孔。這種現(xiàn)象常見于在海水中使用的葉片，其表面由于水與旋動空氣交互作用形成負(fù)壓的氣泡，其在葉片表面湮滅形成空蝕的凹坑，即通常講的“麻點(diǎn)”。

在鋁合金高壓壓鑄的生產(chǎn)過程中，空蝕也會發(fā)生。對于壓鑄制作的鋁合金外觀部件產(chǎn)品，如通訊類產(chǎn)品，有時模具的表面在生產(chǎn)幾百件或幾千件產(chǎn)品后形成凹陷的坑（也稱“麻點(diǎn)”）這也是由于空蝕所導(dǎo)致。相應(yīng)的在鋁合金零件表面會產(chǎn)生凸出的麻點(diǎn)，其宏觀形態(tài)如圖1所示。

圖1 “空蝕”導(dǎo)致在鋁合金壓鑄件表面形成的外凸麻點(diǎn)

需要指出的是:在鋁合金壓鑄件表面形成的“麻點(diǎn)”,除了”空蝕”原因外,還有其他原因會導(dǎo)致，如：模具表面放電加工后打磨不徹底、或模具表面過于光亮,使得脫模劑無法在模具表面形成良好的保護(hù)膜,導(dǎo)致在模具表面出現(xiàn)點(diǎn)狀的溶蝕與粘?，F(xiàn)象。但是“空蝕”在模具表面產(chǎn)生的麻點(diǎn)與此類缺陷有形態(tài)上的不同，需要有足夠的經(jīng)驗進(jìn)行正確的判斷。

一.鋁合金壓鑄中空蝕產(chǎn)生的原因

鋁合金壓鑄是把液態(tài)的鋁合金,由沖頭高速推射到模具的整個型腔內(nèi)，獲得所需產(chǎn)品。鋁液在流動過程中，需要經(jīng)過澆道到達(dá)內(nèi)澆口再噴射到模具型腔內(nèi)。模具的澆道是鋁液流動的必經(jīng)路徑。設(shè)計的原則是澆道的橫截面積應(yīng)當(dāng)處于收縮狀態(tài), 這樣鋁液在流動過程中，可以將澆道內(nèi)的空氣排向鋁液的前端。

空蝕產(chǎn)生的主要原因是模具設(shè)計時違背了以上的設(shè)計原則。在鋁合金液體流動所經(jīng)過的澆道路徑上，澆道的橫截面積有膨脹現(xiàn)象。當(dāng)鋁液經(jīng)流膨脹的內(nèi)澆道時會有體積的膨脹以及壓力的突然下降，導(dǎo)致鋁液中形成負(fù)壓力（或拔空）的空穴。壓射增壓時,空穴在澆道以及模具型腔內(nèi)部破滅,。破滅時，形成內(nèi)爆破，能夠產(chǎn)生巨大的能量。生產(chǎn)產(chǎn)品時，持續(xù)的多次內(nèi)爆破導(dǎo)致金屬模具或澆道的表面產(chǎn)生疲勞變形，形成肉眼可見的凹坑。相應(yīng)的在鑄件產(chǎn)品表面形成凸出的麻點(diǎn)。如圖1與圖2 所示。

圖2 空蝕導(dǎo)致在鑄件以及澆道形成凸出的“麻點(diǎn)”

二. 空蝕在模具表面上的形態(tài)

圖3.是模具表面在生產(chǎn)了300件產(chǎn)品后,產(chǎn)生的局部空蝕的掃描電子顯微鏡照片?？梢钥吹剑耗＞叩谋砻姹讳X合金液體中的負(fù)壓氣泡在破滅時，由于反復(fù)地向內(nèi)爆破使得金屬模具表面形成疲勞變形。負(fù)壓的氣泡湮滅時所釋放的能量破壞了模具的表面，在模具的表面形成爆破后的凹孔。圖4 是模具在持續(xù)生產(chǎn)后空蝕嚴(yán)重時，所導(dǎo)致的模具表面的嚴(yán)重?fù)p壞。

圖3 電子顯微鏡下空蝕后的模具表面

圖4 在長時間使用后由于空蝕所致模具的表面嚴(yán)重?fù)p壞的實(shí)物照片

三. 高壓壓鑄中避免空蝕的方法——正確的模具澆道設(shè)計

在模具澆道設(shè)計時需要遵守這樣的原則：從料餅開始澆道的橫截面積需要減小，并且當(dāng)澆道有分支時主澆道的橫截面積需要大于兩個或者多個分支澆道橫截面積的總合。具體舉例：如圖5.所示的澆道設(shè)計中，A的主澆道分成B-E 兩個分澆道。A的橫截面積是825平方毫米，B的橫截面積是567平方毫米而E的橫截面積是750平方毫米。此時兩個分支澆道的橫截面積的總合是1317平方毫米，而A作為主澆道的橫截面積是850平方毫米。其結(jié)果是A<B+E，這樣設(shè)計的模具在壓鑄時會產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象。正確的澆道設(shè)計應(yīng)當(dāng)是A>B+E，這樣才能避免空蝕的發(fā)生。

圖5 不良澆道設(shè)計示意圖

四.表面處理不能解決空蝕問題

對模具材料采取表面處理是否能夠解決空蝕在模具表面形成的“麻點(diǎn)”？

圖6 所示是H13模具材料經(jīng)過了PVD涂層處理后, 模具表面的側(cè)視金相照片?？梢钥闯?，空蝕還是可以在模具表面形成“麻點(diǎn)”孔洞。鋁合金中負(fù)壓的氣泡在壓鑄時多次破滅所釋放的能量足以擊穿高硬度的涂層，并且在模具表面形成孔洞。

圖6 PVD表面涂層處理后模具表面的空蝕孔洞（X500）

眾所周知，H13材料的壓鑄模具,通常使用的硬度是46－48HRC(≈470HV),而經(jīng)PVD(TiCN)涂層處理后，其顯微硬度是2200HV左右。 雖然提高了模具表面硬度, 但是對于解決空蝕問題依然無濟(jì)于事。

結(jié)論

空蝕在鋁合金壓鑄過程中也是較為常見的質(zhì)量問題?？朔祟悊栴}需要在模具的設(shè)計過程中,對整個澆道系統(tǒng)有良好的考量與計算，確保澆道從料餅到內(nèi)澆口的整個流道處于壓縮狀態(tài)。采用表面處理提高模具的表面硬度的方法不能解決壓鑄的空蝕問題。