在壓鑄鑄件內部孔洞的種類、成因與改善對策一文中，我們提到了壓鑄孔洞的種類，混入物是其中的一大類。由於這些非金屬的混入物顆粒，相對於鋁溶湯是異物顆粒，當他們被困在金屬溶湯中，凝固後就會形成空隙，會嚴重損害鑄件的機械性能、完整性，以及後續加工（如熱處理、焊接、電鍍）的品質。以下我們將各種混入物進行分類，並詳細說明其形成機制與預防方法。

以下依據混入物發生的發生頻率，從最常見到最少見的種類，依序介紹各種混入物的原因與預防方法。

1. 氧化物 (Oxides)

   • 原因： 這是壓鑄中最常見的混入物，幾乎是「無法避免」的，只能盡力控制。原因在於金屬溶湯對氧氣的高度化學活性，以及壓鑄製程中金屬溶湯高速、紊流的充填方式。從熔煉、轉運（湯勺取湯時）、料管充填到模腔充填，每個環節都存在與空氣接觸並形成氧化膜的機會。高速流動又會將這些氧化膜捲入內部。尤其在鋁合金壓鑄中，氧化物幾乎是無可避免的缺陷。

   • 例子： γ-Al₂O₃、α-Al₂O₃(又稱剛玉 、Corundum)、MgO 等。

   • 預防方法：

     • 嚴格控制熔煉品質與氣氛： 強化除渣/除氧化皮，定期且有效地使用合適的工具和技術清除熔湯表面的浮渣和氧化膜；在保溫爐中，使用惰性氣體（如氬氣、氮氣）或覆蓋熔劑在熔湯表面，以最大限度地減少氧化；在轉運（取湯）過程中，盡量縮短金屬溶湯暴露在空氣中的時間。

     • 優化澆注系統和模具方案設計 (以減少紊流)： 設計平穩、非紊流的金屬流動路徑，以防止表面氧化物破碎和捲入；引入溢流槽和足夠大的流道，用於捕捉初期的氧化物；設計澆口/流道系統以避免金屬溶湯霧化和重組。

     • 工具和設備的清潔度： 定期清潔湯勺、料管、柱塞頭和模具，清除任何附著的氧化物或異物；在湯勺和料管上使用適當的塗層，以防止金屬黏著和隨後的氧化/剝落。

     • 高品質的原材料和回收實踐： 使用純度受控的原生錠；對回收料進行徹底清洗、分類和預處理，以去除現有的氧化物和污染物。

2. 渣 (Sludge)

   • 原因： 在鋁矽合金壓鑄中，如果合金成分（特別是鐵 Fe、錳 Mn、鉻 Cr）超標，或保溫溫度過低，渣的形成就非常普遍。渣會沉積在爐底或湯勺中，很容易被帶入料管和模腔。雖然其形成有特定條件（合金成分和溫度），但在不當控制下，其發生頻率會非常高，且對加工刀具損害極大。

   • 例子： (Cr-Fe-Mn)Si(鉻鐵錳矽化合物，沒有固定的確切化學計量比和晶體結構)。

   • 預防方法：

     • 維持最佳熔湯溫度： 將金屬溶湯保持在適當溫度，以防止渣顆粒的析出。

     • 控制合金成分： 限制導致渣形成的元素（鐵、錳、鉻）的含量。

     • 定期清潔爐子： 清除保溫爐底部沉積的渣。

     • 原材料和廢料的品質控制： 確保進料不引入過量的渣形成元素。

3. 鹽類 (Salts)

   • 原因： 主要與熔煉過程使用的助熔劑相關。如果助熔劑的種類、用量不當，或除渣不徹底，鹽類殘留就很容易被捲入。它的發生頻率取決於熔煉操作的規範程度。在一些舊的或管理不善的熔煉工廠中，鹽類混入可能比較常見。

   • 例子： NaCl(氯化鈉)、KCl(氯化鉀)、MgCl₂(氯化鎂)、Na₃SiF₆(氟矽酸鈉)。

   • 預防方法：

     • 有效的助熔程序： 使用適當的助熔劑並確保足夠的反應時間。

     • 徹底的除渣/排渣： 實施有效的除渣和清潔程序，以清除所有與助熔劑相關的爐渣。

     • 適當的材料處理： 避免助熔劑殘留物隨金屬溶湯一同帶入。

4. 金屬間化合物 (Intermetallics)

   • 原因： 一部分金屬間化合物是合金設計時的預期產物（例如晶粒細化劑）。但如果因合金配比不當、熔煉溫度控制不良導致不期望的金屬間化合物析出或偏析，它們就會成為混入物。這類問題通常與合金的精準控制和熱力學行為有關。相較於氧化物，其形成通常需要更特定的化學條件和熱歷程。

   • 例子： TiAl(鋁鈦化合物)、TiAl₃(三鋁化鈦)、NiAl(鎳鋁化合物)。

   • 預防方法：

     • 嚴格控制合金成分： 精確控制合金元素，以防止形成不良的金屬間化合物相。

     • 適當的熔煉和保溫溫度： 確保熔湯溫度均勻，以防止局部偏析或析出。

     • 原材料的品質控制： 確保所有進料的純度和正確成分。

5. 氮化物 (Nitrides)

   • 原因： 主要是活性金屬（如鋁）與氮氣在高溫下的反應。在沒有惰性氣氛保護或氮氣純度不足的情況下，有可能會形成。但與氧化反應相比，其發生頻率通常較低，除非製程中特別引入氮氣源或處理高氮合金。

   • 例子： AlN(氮化鋁)。

   • 預防方法：

     • 使用惰性氣氛： 如果擔心氮氣問題，在金屬溶湯暴露的區域使用氬氣或其他惰性氣體，而不是空氣或氮氣。

     • 原材料純度控制： 對高反應性合金確保低氮含量。

6. 碳化物 (Carbides)

   • 原因： 主要來源是金屬溶湯與含碳材料（如石墨坩堝、某些耐火材料）的接觸。在現代壓鑄中，爐襯和工具的材料選擇會盡量避免這種反應，因此其發生頻率相對較低，除非有設備或原材料污染。

   • 例子：Al₄C₃(碳化鋁)、SiC(碳化矽)。

   • 預防方法：

     • 控制碳源： 盡量減少在高溫下與碳質材料的接觸。

     • 定期清潔爐具和坩堝： 防止碳殘留物的積累。

     • 適當的耐火材料選擇和維護： 使用合適的耐火材料並確保其良好維護，以防止剝落。

7. 硼化物 (Borides)

   • 原因： 硼化物主要與晶粒細化劑（如TiB₂）的使用有關，或極少數情況下的原料雜質。由於晶粒細化劑的添加量通常是精確控制的，且其顆粒尺寸通常較小，所以作為影響鑄件品質的巨觀混入物而言，其常見性相對較低。當然，微觀層面它們是普遍存在的。

   • 例子： TiB₂ (二硼化鈦)、AlB₂ (二硼化鋁)。

   • 預防方法：

     • 晶粒細化劑的受控使用： 確保正確的添加量和分散性。

     • 原材料的品質控制： 確認原材料（包括晶粒細化劑）符合純度規範。

總結

氧化物是壓鑄中最普遍的混入物，幾乎無可避免。渣在特定合金（如高Fe、Mn、Cr的鋁合金）和不當溫度控制下，其普遍性會非常高。鹽類則取決於熔煉助熔劑的使用和去除效果。其他如金屬間化合物、氮化物、碳化物、硼化物，雖然也會發生，但通常與更特定的合金成分、製程參數或污染源有關，相對而言發生的頻率較低，或者影響形式不同（例如作為微觀硬點而非導致巨觀孔洞的主要原因）。(2025/7/26)