随着航空航天工业的快速发展,复杂薄壁镁合金铸件的需求越来越大,镁合金铸件的结构向整体化、空心薄壁化、精密化和复杂化方向发展,用于成形铸件内腔的砂芯变得非常复杂、制备成型难度大,液态镁合金的热容量低又使得浇注后铸件清理更加困难。为了解决复杂镁合金铸件成形及其清理困难的问题,本文在国家自然科学基金项目“镁合金航空铸件用复杂砂芯成型性及溃散性调控机制”的资助下,系统地研究了复杂型芯的成型性、溃散性及其影响因素,研发了高性能的易溃散型芯材料和高效的型芯清理技术,具有重要的理论和实际意义。(1)以MgSO4水溶液为主要黏结剂,采取微波加热固化新方法制备了高性能的水溶砂芯。确定了适于复杂镁合金铸件的水溶性砂芯粘结剂材料组成及固化参数,研究了硫酸镁砂芯的性能特征及其抗湿强化技术,分析了硫酸镁砂芯的粘结、吸湿和抗湿强化机理。结果表明：微波加热硬化水溶性硫酸镁砂芯,具有良好的常温强度、表面安定性、高温溃散性及水溶性,发气性小,但抗吸湿性较差；硫酸铝或高岭上改性MgSO4水溶液,均能提高MgSO4砂芯的抗吸湿性：采取在硫酸镁砂芯表面涂刷凡士林或石蜡的方法,可大幅提高其抗吸湿性；MgSO4砂芯铸造成形镁合金铸件,砂芯铸后可在较短时间内水溶。(2)首次以铝矾土粉为耐火材料、硅溶胶为粘结剂、轻质MgO粉末为固化剂,采用灌浆成形和低温焙烧工艺制备可溶性氧化铝基型芯。系统地研究了不同工艺参数对型芯各项性能的影响,建立了型芯性能与影响因素之间的关系方程,探讨了浆料固化机制、型芯强化和脱芯机理。结果表明：可溶性氧化铝基型芯较佳配方为浆料粉液比2.4-2.6g/ml、固化剂加入量1-2wt.%、粗粉加入量0～20wt.%;较佳的烧结工艺为烧结温度800～900℃、保温时间2-3小时；烧结温度的升高可增加莫来石相(3Al2O3·2SiO2)的含量,氧化钛的加入可提高型芯的强度、降低型芯的溶失率和显气孔率,硼砂的加入可大幅提高型芯的强度、降低型芯的显气孔率和溶失率,石英粉的加入可提高型芯的溶失率和显气孔率、降低型芯的强度,氢氧化钠碱液可较快地溶失脱除氧化铝基型芯。(3)提出了化学溶解、振动破碎和超声空化的型芯复合清理新方法,采用研制的型芯清理装置系统研究了不同工艺参数对型芯清理效率的影响,确定了优化的型芯清理工艺参数,分析了化学溶解、振动破碎和超声波空化复合清理型芯机制。结果表明：该清理新方法及装置可较快地清理内腔中的残留型芯；复合清理的优化工艺参数为清理液NaOH浓度5wt.%、振动电机偏心块夹角2/18π、超声波功率1200W；碱性清理液的主要作用是溶解软化型芯,振动破碎的作用是使型芯与清理溶液的反应物较快地脱落、并利用惯性力破碎型芯,超声波的作用是利用超声空化效应引起的局部高压和高温现象加快型芯的清理。(4)采用自主研发的型芯材料和清理设备进行了实际镁合金零件铸造成形和铸后清理研究。模拟分析了复杂镁合金零件浇注时型芯的受热温度变化,研究了不同型芯铸造成形复杂内腔镁合金零件的实际效果。结果表明：镁合金浇注时热容量低,型芯的受热温度低,温度超过300℃的时间较短,从而导致镁合金零件内腔中的残留型芯难以受热溃散；采用本文研发的型芯新材料及清理技术可完成复杂内腔结构镁合金零件的铸造成形与高效清理,验证了本研究成果在复杂内腔镁合金零件实际铸造中的应用。