要成功铸造铝合金泡沫结构，仅依靠重力在物理上是不够的，因为材料的内部几何形状非常复杂。您必须使用低压压力罐或真空压力铸造设备，将熔融铝机械地压入模具极其狭窄和复杂的通道中，以确保完全浸润。
铸造金属泡沫的核心挑战在于克服其细密蜂窝状孔隙的阻力。加压铸造提供了将熔融金属驱动到这些微观结构中所需的力，从而防止了标准重力浇注时出现的结构空隙。
金属泡沫的物理限制
复杂几何形状的障碍
金属泡沫的定义在于其内部结构，该结构由狭窄且复杂的通道组成。
与实心零件不同，这些结构类似于密集的蜂窝。这种几何形状对流体流动产生显著的阻力，成为熔融金属的物理屏障。
为什么重力不足以应对
在传统铸造中，重力将液态金属拉入模具。然而，对于金属泡沫，仅铝的重量产生的压力不足以将液体推过细小的孔隙。
没有额外的力，熔融金属的表面张力会阻止其进入结构的最小缝隙。
压力铸造的机制
强制浸润
低压压力罐或真空压力设备通过对熔融铝施加受控压力来解决此问题。
这种外部力像活塞一样，主动将液态金属驱动到模具中。它克服了重力无法渗透的狭窄通道的阻力。
确保完全填充
该设备的主要目标是确保液体浸润整个蜂窝结构。
通过保持稳定的压力，设备迫使合金在凝固前填充所有空隙，完美地复制模具的复杂细节。
常见陷阱：压力不足的风险
“气孔”缺陷
不使用压力设备最关键的风险是形成气孔缺陷。
气孔是指熔融金属在完全填充模具之前凝固的现象。在泡沫结构中，这会导致形成脆弱、不完整的晶格，缺乏预期的物理性能。
结构不一致
尝试在没有压力的情况下铸造泡沫会导致结构完整性不可预测。
零件从外部看可能完整，但内部存在金属未能浸润的空隙，使组件无法用于承重应用。
为您的项目做出正确选择
为确保您的铝泡沫组件的可行性，请根据您的结构要求调整铸造方法：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：您必须使用加压铸造（真空或压力罐）来消除气孔缺陷并保证完全连接的内部晶格。
- 如果您的主要关注点是降低成本：请注意，绕过压力设备仅适用于实心、简单几何形状，而不适用于复杂的泡沫结构。
铸造的精度决定了最终泡沫结构的性能。
总结表：
| 铸造限制 | 重力铸造 | 加压铸造（压力罐/真空） |
|---|---|---|
| 浸润力 | 低（不足以渗透孔隙） | 高（强制浸润） |
| 流动阻力 | 被表面张力阻碍 | 克服狭窄通道的阻力 |
| 结构完整性 | 气孔/空隙风险高 | 均匀、完全连接的晶格 |
| 复杂性处理 | 仅适用于简单几何形状 | 复杂的蜂窝和泡沫结构 |
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参考文献
- Anna Dmitruk, K. Naplocha. Mechanical and Thermal Properties of Aluminum Foams Manufactured by Investment Casting Method. DOI: 10.24425/afe.2022.140214
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
