Aufgrund der weit verbreiteten Anwendung von Magnesiumlegierungen im Automobilbau und anderen Bereichen steht die Druckgusstechnologie vor zahlreichen Herausforderungen. Während herkömmliche Druckgussverfahren bestimmte Produktionsanforderungen erfüllen können, schränken Probleme wie Porosität und Verformung die Leistung und den Anwendungsbereich von Druckgussteilen aus Magnesiumlegierungen ein. Um diese Mängel zu überwinden, haben Forscher in den letzten 20 Jahren kontinuierlich neue Druckgusstechnologien erforscht, wie z. B. sauerstoffgefüllter Druckguss, rheologischer oder thixotroper Druckguss mit halbfestem Metall, Quetschguss und Vakuumdruckguss. Diese neuen Technologien haben die eigentliche Qualität und die mechanischen Eigenschaften von Druckgussteilen aus Magnesiumlegierungen in gewissem Maße verbessert und ihre Anwendungsbereiche erweitert. Unter anderem hat die Vakuumdruckgusstechnologie bedeutende Ergebnisse bei der Beseitigung von Porosität und der Auflösung von Gasen erzielt und wurde erfolgreich auf Kaltkammer-Druckgussmaschinen und Warmkammer-Druckgussmaschinen angewendet, um hochleistungsfähige Radnaben und Lenkradteile aus Magnesiumlegierung für Kraftfahrzeuge herzustellen.
Sauerstoffgefüllter Druckguss, auch nicht-poröser Druckguss genannt, ist eine innovative Druckgusstechnologie. Bevor die Metallschmelze den Formhohlraum füllt, ersetzt sie die vorhandene Luft durch Einblasen von Sauerstoff oder anderen reaktiven Gasen in den Hohlraum. Während des Füllprozesses mit geschmolzenem Metall reagieren diese aktiven Gase mit dem geschmolzenen Metall und erzeugen winzige Metalloxidpartikel. Diese Partikel werden gleichmäßig im Druckgussteil verteilt und eliminieren effektiv Gase im Druckgussteil. Diese Technologie ermöglicht es, den Druckguss durch Wärmebehandlung zu verstärken und dadurch seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Japan Light Metals Co., Ltd. hat diese Technologie erfolgreich angewendet, um eine integrierte Magnetkopfhalterung aus einer AZ91-Magnesiumlegierung herzustellen, wodurch das Gewicht der Halterung erheblich reduziert und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielt wurden. Darüber hinaus hat das Unternehmen auch AM60-Magnesiumlegierungsräder für Autos und Motorräder in Massenproduktion hergestellt, die 15 % leichter sind als Aluminiumräder. Es ist erwähnenswert, dass nach der Wärmebehandlungsverfestigung die mechanischen Eigenschaften von sauerstoffgefüllten Teilen aus Magnesiumlegierung nicht nur besser sind als die von gewöhnlichen Druckguss- und Schwerkraftgussteilen, sondern dass gewöhnliche Druckgussteile aus Magnesiumlegierung auch anfällig für Verformungen während der Wärmebehandlung sind, was eine Prüfung der mechanischen Eigenschaften unmöglich macht. Dies ist ein großer Vorteil des sauerstoffgefüllten Druckgusses.
Die halbfeste rheologische Druckgusstechnologie bietet viele Vorteile, darunter einen reibungslosen Füllprozess ohne Metallspritzer, minimalen Oxidationsverlust des geschmolzenen Metalls, Energieeinsparung und Umweltschutz, sicheren Betrieb und die Fähigkeit, Porositätsfehler innerhalb des Gussstücks effektiv zu reduzieren. Wenn eine AZ91D-Magnesiumlegierung mit einem Festkörperanteil von 40 %-50 % halb{6}}rheologisch auf einer Kaltkammer-Druckgussmaschine-druckgegossen wird, können Porositätsfehler erfolgreich beseitigt werden, was zu einer hohen Zugfestigkeit von 140-200 MPa führt. Erwähnenswert ist, dass Dow Chemical in den Vereinigten Staaten das halbfeste Druckgussverfahren für Magnesiumlegierungen erfolgreich kommerzialisiert und dafür drei Grundpatente erhalten hat. Ihre 1991 auf den Markt gebrachte halbfeste Druckgussanlage der zweiten-Generation nutzte auf innovative Weise einen Spiraleinspritzmechanismus mit einer elektrischen Heizvorrichtung und behielt gleichzeitig einen Verriegelungsmechanismus bei, der dem herkömmlicher Druckgussmaschinen ähnelt. Durch diesen Mechanismus wird die körnige Magnesiumlegierung effizient spiralförmig zu einer Argon-{21}}geschützten, temperaturgesteuerten Heizzone befördert, wo sie präzise erhitzt und bei Temperaturen von bis zu 580 Grad in einen halbfesten Zustand gebracht wird, bevor sie in die Hochgeschwindigkeits-Einspritzzone gelangt. Die Einspritzgeschwindigkeit beträgt ca. 318 m/s, der Werkzeuginnendruck wird bei 34–41 MPa gehalten und kann sogar maximal 136 MPa erreichen, wobei der gesamte Zyklus nur 20 Sekunden dauert. Im Vergleich zur hohen durchschnittlichen Porosität von 215 % bis 310 % bei herkömmlichen Druckgussteilen weisen halbfeste Druckgussteile eine deutlich geringere Porosität auf, die nur zwischen 14 % und 118 % liegt.
Darüber hinaus reduziert diese Technologie wirksam die Schrumpfung innerhalb der Form, sodass einige Gussteile sogar einen Entformungswinkel von Null nutzen können, wodurch der Entformungswiderstand erheblich verringert und die Maßhaltigkeit verbessert wird. Zu den derzeit erfolgreich hergestellten halbfesten Magnesiumlegierungs-Druckgussteilen gehören Getriebegehäusedeckel für Kraftfahrzeuge und Zündgehäuse, alle aus der Legierung AZ91D.
Darüber hinaus wurden Verbundwerkstoffe auf der Basis von Magnesiumlegierungen-wie mit Siliziumkarbidpartikeln-verstärkte Verbundwerkstoffe jahrelang erforscht und entwickelt. Gussteile wie Laufräder, Fahrradkurbeln und Automobil-Zylinderlaufbuchsen sind im Druckgussbereich zwar noch nicht vollständig kommerziell anwendbar, wurden jedoch erfolgreich mithilfe von Sandguss- und Präzisionsgussverfahren hergestellt. Ein weiterer Trend besteht darin, diese Verbundwerkstoffe mit der halbfesten Gusstechnologie zu kombinieren, um ihre Anwendungen im Druckguss und Squeeze-Casting weiter zu erweitern.
Derzeit wurden weltweit zahlreiche experimentelle Studien zum Zusammenhang zwischen Prozessparametern und mechanischen Eigenschaften von Magnesiumdruckgusslegierungen durchgeführt. Allerdings gibt es nach wie vor relativ wenig Forschung zu den Auswirkungen von Druckgussverfahren auf die Mikrostruktur. Daher ist die eingehende Untersuchung des quantitativen Einflusses von Druckgussprozessen auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Magnesiumlegierungen und die darauf basierende Vorhersage der Leistung von Magnesiumlegierungsformteilen zweifellos ein grundlegendes Forschungsvorhaben mit großem Potenzial und praktischem Anwendungswert.
