半固态成型的现状

基于半固态金属铸造工艺的研究现状及对策探索发布时间：2021-12-29T01:48:59.143Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：郑东琴[导读] 然后对半固态金属铸造工艺的发展前景进行了分析，具体内容包括成形方法、技术优势和应用展望，以望借鉴。

纽威工业材料(大丰)有限公司江苏盐城224100摘要：本文以半固态金属铸造工艺的研究现状和对策为题，介绍了机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法和近些年的新方法，然后对半固态金属铸造工艺的发展前景进行了分析，具体内容包括成形方法、技术优势和应用展望，以望借鉴。

关键词：半固态金属铸造工艺；机械搅拌法；电磁搅拌法；流变铸造引言：在查阅资料后得知，半固态金属铸造工艺的发展历史已经长达二十余年，在多年的发展历史中，该工艺不断发展，基于该工艺所制造的合金为非枝晶组织合金。

由于该产品具有高质量和高性能的特点，故被广泛应用于高精尖领域。

这项工艺也因此被认为是 21 世纪最具发展前景的材料制备技术。

因此，对此项课题进行研究，其意义十分重大。

一、半固态金属铸造工艺的研究现状（一）机械搅拌法就半固态合金的制备来说，机械搅拌方法使用的时间最早，Flemings 使用的搅拌装置就组成部分来说，是同心带齿内外筒，即外筒旋转而内筒静止，可以对锡-铅合金的半固态浆液进行制备。

Lehuy 利用搅拌桨分别对铜合金的半固态浆液、锌=铝合金的半固态浆液、铝-硅合金的半固态浆液进行了制备。

之后搅拌器得到了改进，利用螺旋式搅拌器对 ZA-22 合金的半固态浆液进行制备。

在改进后，浆液在搅拌方面的效果得到了改善，使型内金属液在流动方面的强度得到加强，能让金属液具有向下的压力，对浇注有促进作用，使铸锭在力学方面的性能得到提升。

（二）电磁搅拌法电磁搅拌需要对金属液的旋转电磁场进行利用，形成感应电流，金属液会在洛伦磁力影响下进行运动，进而实现搅拌金属液目标。

现阶段使旋转磁场出现的方法共有两种，首先是传统方法，将交变电流接通感应线圈。

江苏理工学院JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY材料先进制备与成形加工技术课程论文学院名称：材料工程学院专业：机械工程2013年04 月浅谈金属半固态成形技术摘要本文综述了半固态成形技术，介绍了半固态成形技术的定义及其成形工艺，研究现状及发展应用，半固态浆料的制备方式及浆料的特点，最后对半固态技术进行了展望。

关键词半固态成形触变成形流变成形1.半固态成形技术定义金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50％左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形；如果将流变浆料凝固成锭，接需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。

利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形。

半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形技术。

如下图一所示。

图一半固态成形技术2、半固态加工的成形工艺目前，金属半固态成形的工艺路线主要有两种：一种是触变成形，把制浆与成形结合在一起；另一种是流变成形，将制坯和成形结合在一起。

2．1 触变成形触变成形的工艺路线是将半固态合金浆料铸造成锭坯，根据产品尺寸需要进行下料，经二次加热后，在半固态温度下进行压力加工成形。

由于半固态坯料的加热、输送工艺较为方便，并易于实现自动化操作，因而触变成形工艺在得到了广泛应用。

如半固态金属触变压铸、触变锻造、触变挤压工艺目前都已成熟，并进入实际应用。

随着触变成形工艺的推广和应用，生产实践中发现触变成形工艺也存在一些不足，如成本高，坯料损耗过多，坯料重熔时固相率难以精确控制。

工艺图如图二所示。

2．2 流变成形流变成形是将制备的半固态合金熔体直接转移到成形设备进行成形的工艺方法。

固态电池行业发展现状及趋势一、固态电池行业的发展现状1、半固态兼具安全、能量密度与经济性，率先进入量产阶段。

半固态电池通过减少液态电解质含量、增加固态电解质涂覆，兼具安全性、能量密度和经济性，率先进入量产阶段。

全固态电池工艺并不成熟仍处于实验室研发阶段，而半固态电池已经进入量产阶段。

半固态电池保留少量电解液可以缓解离子电导率问题，同时使用固化工艺将液态电解质转化为聚合物固态电解质，叠加氧化物固态电解质涂覆正极/负极/隔膜，提升了电池的安全性/能量密度，同时兼容传统锂电池的工艺设备达到更易量产较低成本的效果，预计半固态电池规模化量产后成本比液态锂电池高10-20%。

2、国内半固态电池率先落地，2023年开始小批量装车。

国内以市场驱动为主，短期聚焦半固态电池技术，同时布局硫化物路线。

国内短期聚焦于更具兼容性、经济性的聚合物+氧化物的半固态路线，2020年实现首次装车突破但能量密度在260Wh/kg水平，性能提升有限。

2023 年实现360Wh/kg+装车发布，成为产业化元年，2024 年预计实现规模放量。

代表厂商为卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等，同时传统锂离子电池企业如赣锋锂业、比亚迪、宁德时代等也已进军固态电池相关业务。

3、海外主打全固态路线，各国力争实现商业化。

各国厂商研发生产模式差异化，主要通过自行研发、联合研发及投资初创公司，以全固态路线为主，材料体系选择多样，技术迭代迅速，部分企业已交付A样将并于2025年集中量产。

美国固态电池行业初创企业风靡，商业化进程较快。

着重于推动电动车产业链本土化，拥有大量固态电池初创公司，创新为主打且风格以快速融资上市为主要目的，技术路径多为聚合物电解质和氧化物电解质，商业化进程较快。

日本组织产学研联合全力搭建硫化物技术体系，日本厂商普遍较早布局固态电池，通常以企业与机构联合研发的形式推进，主攻硫化物固态电解质。

韩国内部研发与外部合作并行，主攻硫化物技术体系。

4 金属半固态加工4.1概述4.1.1半固态加工的概念与特点4.1.1.1半固态加工的概念传统的金属成形主要分为两类：一类是金属的液态成形，如铸造、液态模锻、液态轧制、连铸等；另一类是金属的固态成形，如轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。

在20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemimgs教授等提出了一种金属成形的新方法，即半固态加工技术。

金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50％左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形(rheoforming)；如果将流变浆料凝固成锭，接需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。

利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形(thixoforming)。

半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工(semi-solid forming or processing of metals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solid metallurgy)。

就金属材料而言，半固态是其从液态向固态转变或从固态向液态转变的中间阶段，特别对于结晶温度区间宽的合金，半固态阶段较长。

金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形方法。

凝固加工利用液态金属的良好流动性，以完成成形过程中的充填、补缩直至凝固结束。

其发展趋势是采用机械压力替代重力充填，从而改善成形件内部质量和尺寸精度．但从凝固机理角度看，凝固加工要想完全消除成形件内部缺陷是极其困难的，甚至是不可能的。

塑性加工利用固态金属在高温下呈现的良好塑性流动性，以完成成形过程中的形变和组织转变。

《机电技术》2009年第1期机械设计制造半固态成型技术的发展与应用现状林文金（福建工程学院机电及自动化工程系，福建 福州 350014）摘 要：为了解决半固态成型技术中引起人们广泛关注的主要问题，加深人们对半固态成形技术的认识，以半固态成型技术区别于液态成型和塑性成型的本质为基础，采用对比讨论的方法分析了半固态成型技术的特点与优势，阐明了半固态成型技术的种类和区别，介绍了半固态成型技术的国内外应用现状。

指出了推动我国半固态成型技术长足发展和应用应该注意解决的若干瓶颈。

关键词：半固态成型 流变成型 触变成型 应用现状中图分类号：TG146.2文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2009）01-030-03引言20世纪70年代初发展起来的半固态成型技术，使传统成型方式发生了深刻变化[1-5]。

随着研究的不断深入，半固态成型已经发展成为一项极具应用潜力的材料成型新技术，并已初步实现了工业应用。

然而，笔者在教学中发现大多数学生以及部分科技工作者对半固态成型技术发展与应用的诸多本质问题的认识仍然不够清晰。

本文对相关问题进行了阐述，以期加深人们对半固态成型技术的认识。

1 半固态成型技术1.1 半固态成型技术的提出及其科学含义半固态这一概念，最初来自于美国麻省理工学院[6]。

Flemings教授领导的研究小组发现金属材料在凝固过程中经强力搅拌后，枝晶网络骨架被打碎，成为近球状组织，此时的半固态金属具有成型时所需要的优异性能，易于通过普通加工方法制成制品，并冠以半固态成型[7-8]，一直沿用至今。

所谓半固态成型（Semi-Solid Forming），是指将含有非枝晶固相的固液混合物在凝固温度范围内加工成型的一种材料成型新技术[1,3-4]。

1.2 半固态成型技术的特点与优势金属材料从固态向液态或从液态向固态转变过程中，均经历着半固态。

三个阶段中，材料呈现出不同特性，由此产生了液态成型、塑性成型和半固态成型。

半固态触变注射成形技术在Mg合金铸造中的应用前言：近年来，随着对环保等方面要求的提高，镁合金以其质量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽和易回收等特点而从众多金属材料中脱颖而出，广泛应用于航空、航天、电子和汽车等行业。

特别是目前正在用于笔记本电脑和手机壳体的制造，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势，成为目前研究及应用的热点。

常用的镁合金成形方法主要有压铸、半固态铸造、挤压铸造等，其中压铸法是国内外广泛采用的镁合金成形方法。

但同压铸镁合金产品相比，半固态成形产品的铸造缺陷少，产品的力学性能及表面和内在质量高，此外还有节约能源、安全性好和近净成形性好等优点，因此镁合金的半固态成形受到了广泛的关注。

而镁合金半固态触变注射成形技术是目前半固态铸造技术的最新发展方向半固态浆料的内部特征是固液两相共存,在晶粒边界存在液态金属"半固态浆料主要有以下特点(1) 表观粘度半固态浆料组织特性的客观反映就是表观粘度"研究表明,半固态浆料的表观粘度与固相率密切,随着固相率的增加而增加"当浆料的固相率超过临界值时,粘度值迅速增加"(2)流变性半固态浆料的固相率为50%时,仍具有很好的流动性"这是因为金属液中的固相具有球状或类球状结构,导致半固态浆料的粘度降低"半固态浆料的流变性可分为稳态流变性和非稳态流变性"稳态流变性是指恒温恒剪切速率条件下的流变性,非稳态流变性是指连续冷却或者剪切速率变化条件下的流变性" (3) 触变性半固态金属的触变性是指表观粘度对剪切时间的依赖关系,反映了半固态浆料的依时行为"半固态浆料的表观粘度在一定的剪切速率下,随着时间的延长而逐步下降,具有可逆性"(4) 球状未熔固相颗粒半固态浆料中存在着一定分数的未熔球状或类球状固相颗粒,因此在凝固过程导致收缩减小,偏析减少"可以说正是因为球状未熔固相颗粒的存在,才使半固态浆料具有一系列的独特优点"流变成形是将金属液在从液相向固相的冷却过程中进行强烈搅拌，在一定的固相体积分数下通过压铸或是挤压的方式来成形（一步法）；触变成形则是将由搅动设备所制备的半固态铸锭重新加热至半固态进行压铸挤压成形（二步法）。