在日本國内，利用高真空壓鑄技術批量生産高品質壓鑄件的曆史已超過15年，不過，自2007年該技術被應用於車體鑄件之後，至今其應用範圍還沒有明顯的擴展，工藝本身也未能獲得新的進步。在歐洲，從1994年Ａｕｄｉ　Ａ８轎車的全鋁合金立體構架開始，高真空壓鑄技術的應用領域得到瞭切實的擴展，技術本身也獲得持續發展，對汽車輕量化及改善燃油經濟性作出瞭積極的貢獻。而且，近年來，北美地區也在車體鑄件上應用該技術，可以認爲，在全球範圍内，已展開瞭利用高真空壓鑄技術生産車體鑄件的競争。
此外，作爲汽車壓鑄零部件中的主要結構件，各種機體鑄造技術也得到不斷的進步和發展。本文介紹高真空壓鑄技術的開發過程，以及其在機體鑄造中的應用實例。

１、高真空壓鑄件的應用與技術開發過程
圖１示出瞭日産汽車公司開發高真空壓鑄技術的大緻過程。日産汽車公司自20世紀90年代後半期開始實施高真空壓鑄技術的開發工作。2001年，高真空壓鑄技術在懸架零件下連杆首次實現批量生産，該産品具有高強度和高延展性的特點（圖2、圖3）


2006年，通過對擴大鑄件尺寸的鑄造技術開發，大型前懸架構件開始進入量産階段（圖4、圖5），這是對以往的19種零件進行一體化設計後的結果，最終提高瞭精度和剛性，並實現瞭輕量化的目标。


2007年，在日産ＧＴ－Ｒ車上首次採用大型薄壁車體零件（支撐蓋）（圖６、圖７），由此，高真空壓鑄技術的一系列技術開發順利告一段落。

從基礎的合金開發、設備技術，以及確保鑄件品質的金屬模具技術開始
，高真空壓鑄技術的開發還包括與懸挂構件等大型零部件相關的鑄造仿真技術運用，用於確保鑄件的品質穩定性，以及爲防止大型薄壁鑄件産品變形的後續工序及變形抑制技術和熱處理技術等，目前已發展至能體現車體零件特征的大型薄壁鑄件的生産。應用高真空壓鑄技術的零部件共同特點是追求零件的一體化與輕量化
，以及有助於實現汽車輕量化、提高其附加價值等。
２、高真空壓鑄技術與普通真空壓鑄技術的比較

圖８示出瞭日産汽車公司開發的高真空壓鑄技術（工藝名稱“ＮＩＣＳ”）與普通真空壓鑄技術的比較。ＮＩＣＳ是以日産汽車公司自主開發的高強度、高延展性鋁合金，以及Ｆｒｅｃｈ公司的Ｖａｃｕｒａｌ壓鑄機爲系統核心構成的技術，其特征是可以制造出能實施固熔熱處理與焊接工藝的高強度、高延展性薄壁壓鑄件。
與普通真空壓鑄技術相比，ＮＩＣＳ的最大差異在於金屬熔液的供給方式。普通的壓鑄技術是利用鑄勺等從壓鑄套筒上方的開口供給金屬熔液，金屬熔液會與空氣發生接觸，並且爲壓鑄套筒供給金屬熔液及壓射時，壓鑄套筒内會卷入空氣
，由此造成金屬熔液溫度降低等問題。
日産汽車公司的ＮＩＣＳ是在關閉金屬模具的狀态下，由設置在金屬模具内部的真空閥進行減壓，從金屬模具内部到壓鑄套筒内部均實施減壓，並利用産生的壓差，經由供給金屬熔液的管道和壓鑄套筒下部的孔，向壓鑄套筒内吸引金屬熔液。因此，金屬熔液與空氣的接觸較少，同時，供給金屬熔液及射出充填時的卷入空氣也較少。
由於最大限度地利用瞭上述優點，因此可以採用ＮＩＣＳ工藝，制造出品質波動極少的 大型薄壁壓鑄件。
３、高真空壓鑄技術的主要基礎技術
３．１真空密封技術
普通壓鑄是在金屬模具合模結束之後，向壓鑄套筒開口供給金屬熔液，此時
，壓鑄套筒上部是開放式的，所以，金屬熔液的供給量依賴於型腔内的真空度，隻要真空度不改變，就可以實現穩定量的鋁合金熔液供給。但是，ＮＩＣＳ技術是在金屬模具合模操作完成後，從真空閥排氣，使金屬模具内部與壓鑄套筒内部均處於高真空狀态下，並通過産生的負壓，經由設置在壓鑄套筒下方的金屬熔液供給管道
，吸引保溫爐内的金屬熔液進入壓鑄模。因此
，即使是同樣的金屬熔液供給時間，金屬熔液的供給量也會因受到型腔及壓鑄套筒内真空度的影響而發生變化。維持穩定的真空度是實現高真空壓鑄的必要條件，在滿足這一嚴格條件的前提下進行鑄造加工是直接關系到鑄件品質穩定的重要因素。
維持穩定的真空度所不可缺少的技術是真空密封技術。密封部位不僅包括金屬模具的接合面，還有壓鑄套筒與金屬熔液供給管道之間、壓鑄套筒與壓鑄活塞之間等空氣有可能侵入型腔的所有空隙部位，對此必須採取相應的密封處理措施。尤其是壓鑄套筒與壓鑄活塞之間的間隙與射出阻力有密切的關系
，一般情況下，必須在設定一定間隙的條件下進行操作，而随著作業時間的增加，壓鑄活塞的磨損會導緻間隙擴大，引起型腔内真空度的惡化，這就有可能造成金屬熔液供給量出現波動。爲将這一影響抑制在最低限度，必須密封壓鑄活塞背面及壓鑄套筒的末端，而且應採用能穩定供給金屬熔液時真空度的金屬密封結構（圖９）。

３．２壓鑄套筒的潤滑
在大型零部件上應用高真空壓鑄技術以實現高品質鑄件時，産品内的氣體缺陷将成爲零部件機械特性産生波動及延展性降低的原因
。要生産出具有穩定品質的鑄件，除利用真空密封技術維持高真空度外，還必須在充填金屬熔液時盡可能抑制型腔内産生的氣體。充填金屬熔液時産生氣體的主要原因是脫模劑中含有的有機物和水分，以及壓鑄套筒潤滑劑中含有的油分發生汽化的緣故
。

圖10套筒潤滑劑種類與産品氣體含量的關系鑄件産品内的氣體含量随套筒潤滑劑種類的不同而各有差異，尤其是在作爲非澆口一側的溢流道附近，其差異更爲顯著。基於塗敷比及附著性方面的考慮，通常的套筒潤滑劑是使用油性石墨潤滑劑或礦物油系的潤滑劑，但在高真空壓鑄工藝中，爲抑制氣體的産生，一般會使用固态蠟或粉末作爲潤滑劑。尤其是在鑄造大型鑄件的情況下，鋁合金的流動長度加大，必須採用更易受影響且更少氣體産生的套筒潤滑劑。除上述技術外，高真空壓鑄技術還應用瞭其他多項基礎技術，最終實現瞭鑄件的高品質。
４、高真空壓鑄技術的課題
以往曾多次報道過在汽車結構零件上應用高真空壓鑄技術，對車體輕量化及提高車輛運動性能作出貢獻的實例，但多數情況下，高真空壓鑄技術的應用對象是高級乘用車或賽車等具備成本提升空間的車型
。在日本國内，尚未出現将該技術應用於小型車或低價車的實例，從這方面來看，降低成本是擴大高真空壓鑄技術應用範圍的最大課題。與普通壓鑄工藝相比，高真空壓鑄技術成本增加的原因涉及材料、設備、金屬模具、輔助材料等多方面。另外，在鑄造之後的工序中，還必須考慮到鑄件與其他汽車零件的接合問題，尤其是在異種材料間接合的情況下，必須防止可能會出現的電蝕現象，而解決問題的對策都會導緻相應的成本增加。爲解決上述課題，下文介紹近年來歐洲的制造商所採取的一些技術對策，也希望這類技術能在日本國内得到推廣和普及。
４．１材料費用
爲獲得具有更高強度、更高屈服強度，以及更高延展性的鑄件，目前最爲廣泛採用的材料是被稱爲“Ｓｉｌａｆｏｎｔ－３６”的合金材料。爲確保高延展性，要求盡可能減少材料組分中的Ｆｅ元素，這是爲瞭避免鐵系結晶物降低材料的延展性。材料中Ｆｅ元素的容許含量爲０．１５％以下，爲瞭滿足這一低含鐵量的要求，很難採用二次合金，因此直接導緻瞭鋁合金價格的上升。最近，有報道提出歐洲汽車制造商放寬材料中Ｆｅ元素含量的實例，今後應繼續關注這方面的發展動向。
４．２設備費用
與普通的壓鑄機相比，高真空壓鑄機由於其附加功能而導緻價格偏高。另外，由於壓鑄零部件的尺寸都較大，所以，壓鑄機本身的尺寸也大，這進一步導緻瞭設備費用的增加，随著可應用零部件範圍的擴大，又必須引進新設備，而高成本設備的引進又使固定資産投資大幅上升，其影響直接反映到鑄件生産成本上，也導緻鑄件的成本上升。爲解決這一問題，如果能将提高真空度的追加設備附加在普通的真空壓鑄機上，通過提高原有設備的功能來抑制新的投資，就有可能生産出高品質的鑄件。在考慮模腔内真空度及剩餘空氣量時，假設壓鑄套筒的充填率爲50％，供給金屬熔液後模腔及套筒内金屬熔液與空氣的比例爲1∶2左右，這樣在套筒上半部分就會形成剩餘大量空氣的狀态。如果壓鑄套筒的充填率更低，大量空氣卷入鋁合金熔液中的可能性就越大。爲此，也有報道介紹過從套筒上部排出大量空氣的方法。像這樣採用在普通壓鑄機上追加設備的方法，可以確保鑄件品質與高真空壓鑄産品的品質相當。
５、高真空壓鑄基礎技術在機體鑄造中的應用
日産汽車公司陸續推出瞭量産型電動車Ｌｅａｆ、混合動力車、清潔型柴油機及小型增壓發動機等各種環保新技術，爲社會可持續發展作出瞭積極貢獻。該公司的ＭＲ１６ＤＤＴ發動機的開發目标是力求高功率、低燃油耗和輕量化，該發動機採用新開發的鏡面缸孔塗覆工藝機體（圖11），這是在配裝於高性能ＧＴ－Ｒ賽車的ＶＲ３８ＤＤＴ發動機所採用的等離子噴鍍塗覆缸孔技術基礎上，經進一步改良而成的。這種鏡面缸孔塗覆工藝機體所採用的多項鑄造技術都是以高真空壓鑄技術爲基礎的。

圖12爲氣缸缸孔内表面的照片。在上文所述日産汽車公司的等離子噴鍍塗覆技術中，爲保持具有固體潤滑材料效果的ＦｅＯ及潤滑油，通過珩磨網槽加工，確保瞭氣缸缸孔内表面的耐熱膠黏性。另一方面，鏡面缸孔塗覆工藝則是通過氣缸缸孔内表面分散的氣孔，保持必要的潤滑油，以維持潤滑性能。但是，後者的噴鍍保護膜厚度約爲200μｍ，在鑄造時如發生氣孔等，再經珩磨加工之後就會留下如圖12所示凹坑形狀，從而加大潤滑油的消耗。爲此，在鑄造時，應具備控制氣缸缸孔表面發生氣孔的相應技術。
作爲提高鑄造品質的技術對策，有快速充填、模腔高真空化、使用油性潤滑劑，以及控制金屬模具溫度等措施，而對於高真空壓鑄技術來說，效果較爲顯著的是模腔高真空化、在金屬模具分型面增加密封（圖13），以及延長抽取真空的時間等。真空度越高，則氣缸缸孔内表面發生氣孔缺陷的面積就越小（圖14）。這是因爲随著真空度的提高，向型腔内充填金屬熔液時卷入的空氣減少瞭的緣故。此外，提高真空度後，在抽氣時從中心銷及襯墊分割部等處容易發生脫模劑水分滲出的現象。型腔内滲入水分會導緻充填金屬熔液與水分接觸後被汽化，從而成爲發生氣孔缺陷的原因，所以必須採用油性脫模劑，並将脫模劑塗敷量最小化，以防止脫模劑中水分的滲出。

６、結語
高真空壓鑄技術並不是隻能應用於高真空壓鑄件，在多數情況下，它也能應用於普通壓鑄工藝。今後，仍須發展這一關鍵技術，並根據用戶需求的變化不斷推廣其應用範圍。屆時，要特别注意的是不能原封不動地照搬現有的技術，而是應該基於鑄件所要求的品質水平，實施相應的改進。即便是本文所介紹的真空密封技術，也並不是一定要採取與高真空壓鑄技術完全相同的實施方式，而應在必要的部位，按照實際需要採取适當的工藝。在普通壓鑄工藝基礎上予以改良後所得到的技術，也能反過來對高真空壓鑄技術起到發揮促進作用，爲整個壓鑄行業的發展作出積極的貢獻。