空蝕（Cavitation）也稱為氣蝕。其較常見(jiàn)于運(yùn)動(dòng)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(dòng)或流動(dòng)的過(guò)程中遇到固體的表面時(shí)，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(jiàn)于在海水中使用的葉片，其表面由于水與旋動(dòng)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(guò)程中，空蝕也會(huì)發(fā)生。對(duì)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(shí)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(huì)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(huì)導(dǎo)致，如：模具表面放電加工后打磨不徹底、或模具表面過(guò)于光亮,使得脫模劑無(wú)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(yàn)進(jìn)行正確的判斷。

1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(gè)型腔內(nèi)，獲得所需產(chǎn)品。鋁液在流動(dòng)過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)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(dòng)的必經(jīng)路徑。設(shè)計(jì)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(dòng)過(guò)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(jì)時(shí)違背了以上的設(shè)計(jì)原則。在鋁合金液體流動(dòng)所經(jīng)過(guò)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(shí)會(huì)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(shí),空穴在澆道以及模具型腔內(nèi)部破滅,。破滅時(shí)，形成內(nèi)爆破，能夠產(chǎn)生巨大的能量。生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，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(jiàn)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)” 

2空蝕在膜具表面上的形態(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(shí)，由于反復(fù)的向內(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(shí)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(shí)，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(zhǎng)時(shí)間使用后由于空蝕所至模具的表面嚴(yán)重?fù)p壞的實(shí)物照片

3高壓壓鑄中避免空蝕的方法——正確的模具澆道設(shè)計(jì)

在模具澆道設(shè)計(jì)時(shí)需要遵守這樣的原則：從料餅開(kāi)始澆道的橫截面積需要減小，并且當(dāng)澆道有分支時(shí)主澆道的橫截面積需要大于兩個(gè)或者多個(gè)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(jì)中，A的主澆道分成B-E兩個(gè)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(shí)兩個(gè)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AB+E，這樣才能避免空蝕的發(fā)生。

圖5 不良澆道設(shè)計(jì)示意圖 

4表面處理不能解決空蝕問(wèn)題

對(duì)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(guò)了PVD涂層處理后, 模具表面的側(cè)視金相照片。可以看出，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(shí)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(duì)于解決空蝕問(wèn)題依然無(wú)濟(jì)于事。

結(jié)論    

空蝕在鋁合金壓鑄過(guò)程中也是較為常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題?？朔祟悊?wèn)題需要在模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)整個(gè)澆道系統(tǒng)有良好的考量與計(jì)算，確保澆道從料餅到內(nèi)澆口的整個(gè)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(wèn)題。