半固态

概念定义

半固态在金属成形领域指固相与液相共存的材料状态。半固态金属浆料通过控制金属熔体在固—液态温度区间内的凝固过程制成，其固相组分均匀分布于液相中，形成兼具固体颗粒与液态金属的混合体系，可用于流变成形与触变成形。

这类浆料的微观组织具有非枝晶特征，固相颗粒呈球状或蔷薇状，与周围液相共同构成成形材料。常用合金包括铝硅系合金和镁铝系合金，应用方向涵盖汽车轻量化零件制造。

半固态金属浆料的制备以凝固过程控制为核心：金属熔体处于固相与液相共存的温度区间，通过搅拌、激冷形核等方法，形成固相颗粒均匀分布的组织。其固相体积分数可达50%—90%，并保持悬浮状态。

浆料具有低黏度、高流动性及触变性等流变特征。这些特征与固液共存的非枝晶组织相结合，使其能够用于半固态成形工艺。相较于全液态成形，半固态成形采用较低的成形温度。

半固态金属成形技术包括浆料制备与成形应用两个环节。制备方法包括电磁搅拌、机械搅拌、激冷形核，以及搅拌与激冷相结合的复合工艺；成形应用主要包括流变成形、触变成形及相关压铸工艺。

材料组织中的固相颗粒形态、固相含量和固液分布，是半固态浆料的重要特征。制备过程围绕凝固控制展开，使固相颗粒与液相形成适用于后续成形的混合组织。

半固态成形可用于镁合金、铝合金零件生产，汽车领域的应用包括轻量化零件制造。触变注射成形是用于镁合金工业生产的一种半固态成形技术。

半固态成形的工艺特点包括成形温度较低、流程较短，成形零件具有较高精度和较致密的内部组织，并有助于延长模具使用寿命。

半固态金属成形技术于20世纪70年代初由美国麻省理工学院M. C. Flemings教授等人提出。此后，浆料制备发展出电磁搅拌、机械搅拌和激冷形核等多种方法；用于镁合金工业生产的触变注射成形技术于1992年开始商业应用。