減重25%、成本直降5%！鎂合金殼體助力電驅(qū)功率密度大提升
編輯：2025-08-22 10:17:08
鎂合金作為工程應(yīng)用中*輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，加之我國(guó)鎂資源豐富，可實(shí)現(xiàn)完全的材料自主。近年來(lái)隨著鎂合金價(jià)格持續(xù)下降，使用鎂合金已具有一定成本優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)鎂合金在汽車(chē)應(yīng)用成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。
當(dāng)前階段鎂合金電驅(qū)已經(jīng)逐步在新能源汽車(chē)中開(kāi)始量產(chǎn)，聯(lián)合電子的鎂合金ASM電驅(qū)橋/鎂合金同軸多合一電橋、匯川的鎂合金分布式電驅(qū)、星驅(qū)科技的鎂合金分布式電驅(qū)，上汽的二代鎂合金電驅(qū)以及小米、比亞迪等主流車(chē)企也均有布局。
根據(jù)主添加元素的不同，鎂合金可分為AZ系列（Mg-Al-Zn）、AM系列（Mg-Al-Mn）、AS系列（Mg-Al-Si）與AE系列（Mg-Al-RE）。常見(jiàn)的鎂合金壓鑄材料AZ91D就是AZ系列中的一個(gè)代表性牌號(hào)，其材料流動(dòng)成型性能好，成型工藝窗口大，性?xún)r(jià)比高。
01.
除了輕量化，對(duì)比鋁合金還有什么優(yōu)劣勢(shì)
眾所周知鎂合金的密度比鋁合金低，是所有結(jié)構(gòu)金屬材料中*輕的，有助于減輕產(chǎn)品重量，但其實(shí)在重量輕的同時(shí)鎂合金還具有很高的剛性和抗沖擊性，且鎂合金具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性，有助于散熱。
對(duì)比常規(guī)的鋁合金，鎂合金的比剛度（強(qiáng)度與密度的比值）以及比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度的比值）與鋁合金基本持平，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，使用鎂合金可以減少材料用量，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，同時(shí)還能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求。而且，鎂合金還具有良好的減震性能，其阻尼吸震性能優(yōu)良，在受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收的能量比鋁合金大。對(duì)電磁波也具有良好的屏蔽作用，在高頻段的電磁屏蔽效能是鋁的2倍左右，模態(tài)（NVH）性能也基本相同。
然而，鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位極低（-2.37V），且其腐蝕產(chǎn)物Mg(OH)2膜層疏松多孔，無(wú)法有效阻擋腐蝕介質(zhì)的長(zhǎng)期侵蝕。尤其是在含高電位第二相（如Mg17Al12、Al-Mn相）的鎂合金中，微電偶腐蝕問(wèn)題更為突出。
目前，微弧氧化（MAO）技術(shù)被廣泛用于鎂合金表面防護(hù)，通過(guò)原位生成陶瓷涂層顯著提升耐蝕性。為進(jìn)一步解決微弧氧化涂層的孔洞缺陷，現(xiàn)有技術(shù)提出兩類(lèi)改進(jìn)方案：
一、自封孔技術(shù)：在電解液中摻雜耐蝕納米顆粒（如ZnO、TiO2），利用顆粒填充孔洞，降低腐蝕介質(zhì)滲透風(fēng)險(xiǎn)；
二、自愈合技術(shù)：通過(guò)摻雜含Ce鹽（如醋酸鈰），在腐蝕過(guò)程中釋放Ce3+/Ce4+離子，與腐蝕產(chǎn)物反應(yīng)生成致密保護(hù)膜（如Ce(OH)3），延緩基體腐蝕。
02.
半固態(tài)注射成型是量產(chǎn)關(guān)鍵
鎂合金因其*的密排六方結(jié)構(gòu)導(dǎo)致滑移系少，室溫下加工變形困難，鑄造成為其*簡(jiǎn)單可行的成型方式。但是傳統(tǒng)壓鑄工藝因熔體高速充型易卷入氣體，形成孔隙缺陷，且鎂熔體高溫加劇氧化燃燒風(fēng)險(xiǎn)，需依賴(lài)惰性氣體保護(hù)增加生產(chǎn)成本。
鎂的密度小，易燃燒，這是由于它的物理、化學(xué)性質(zhì)所決定的。20℃時(shí)鎂的密度是1.738g/cm3，液態(tài)金屬鎂的密度為1.58g/cm3；在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，鎂的熔點(diǎn)是（650±1）℃，沸點(diǎn)為1090℃。在空氣中加熱時(shí)，金屬鎂在632～635℃開(kāi)始燃燒。因此決定了鎂的制備及合金冶煉工藝比較復(fù)雜。
半固態(tài)加工技術(shù)（Semi-Solid Metal Processing, SSMP）其基本原理是在金屬凝固過(guò)程中，會(huì)形成樹(shù)枝狀的晶體結(jié)構(gòu)（枝晶）。這些枝晶相互連接，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌或電磁攪拌，可以打碎這些枝晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成近球狀的細(xì)小晶粒。通過(guò)攪拌，金屬材料在凝固過(guò)程中形成了均勻分散的固相顆粒，這些顆粒懸浮在液態(tài)金屬母液中，形成固液混合漿料。通常的固相組分占總漿料的50%左右，這樣的固相分?jǐn)?shù)可以提供良好的流變性和觸變性。
流變性：半固態(tài)金屬漿料具有良好的流動(dòng)性，類(lèi)似于液體，可以填充復(fù)雜的模具，實(shí)現(xiàn)高精度成形。
觸變性：半固態(tài)金屬漿料在靜止時(shí)呈固態(tài)，但在外力作用下可以流動(dòng)，這使得其在成形過(guò)程中具有很好的可控性。
所以根據(jù)工藝流程的不同，半固態(tài)成形工藝還可分為流變成形和觸變成形。流變成形是指在得到半固態(tài)流變漿料后，直接進(jìn)行成形加工，工藝流程短，能夠顯著提高產(chǎn)能；觸變成形是指將流變漿料凝固成坯料，按需要將坯料分割成一定大小，并二次加熱至金屬的半固態(tài)區(qū)進(jìn)行加工，觸變成形流程長(zhǎng)，產(chǎn)能低，但產(chǎn)品質(zhì)量容易控制。
半固態(tài)注射成型（又稱(chēng)“觸變注射成型技術(shù)”）其優(yōu)勢(shì)首先就是節(jié)能，鎂合金融化溫度低，一般鎂合金鑄造需要將鎂合金加熱到650-680℃，注射成型鎂合金只需加熱到 580-600℃；
其次是環(huán)保，不需要保護(hù)氣體，一般鎂合金鑄造將鎂合金融化后需使用SF6等對(duì)環(huán)境有害的保護(hù)氣體防止鎂合金氧化和燃燒，注射成型融化的鎂合金不與空氣接觸；關(guān)于安全，一般鎂合金鑄造將鎂合金融化后盡管使用了保護(hù)氣體，仍有自燃和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)存在，注射成型融化的鎂合金在不與空氣接觸的封閉容器內(nèi)，從而避免了自燃和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)等。
03.
哪些設(shè)備制造商具備半固態(tài)注射技術(shù)
半固態(tài)觸變注射成型技術(shù)（Thixomolding）自1992年開(kāi)始商業(yè)應(yīng)用，其專(zhuān)利權(quán)由美國(guó)Thixomat公司持有，迄今僅授權(quán)日本JSW公司和加拿大HUSKY公司生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備。由于設(shè)備整體價(jià)格高昂且需支付高額專(zhuān)利許可費(fèi)用，因此相比壓鑄產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本高出數(shù)倍乃至十余倍。
隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)推動(dòng)，產(chǎn)業(yè)界開(kāi)始尋求制造注射量更大的鎂合金半固態(tài)設(shè)備，傳統(tǒng)1300t級(jí)鎂合金半固態(tài)注射成型設(shè)備的理論注射量不足5kg，僅能滿(mǎn)足小型中控屏背板、轉(zhuǎn)向盤(pán)、扶手支架等部件的生產(chǎn)，遠(yuǎn)不能達(dá)到汽車(chē)輕量化的需求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)設(shè)備制造商陸續(xù)推出了3000～4000t的超大型鎂合金半固態(tài)裝備，來(lái)滿(mǎn)足新能源汽車(chē)鎂合金電驅(qū)結(jié)構(gòu)件的制造需求。
力勁推出的TPI新型鎂合金半固態(tài)觸變成型技術(shù)可支持16000t，目前量產(chǎn)的TPI SuperPlast系列可支持2500t。
伯樂(lè)智能與上海交通大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)4000T 鎂合金半固態(tài)注射成型機(jī)，注射量達(dá)17kg。
伊之密與星源卓鎂聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 5000T 半固態(tài)鎂合金注射成型機(jī)，重點(diǎn)解決了大型件凝固過(guò)程中的熱應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題，推動(dòng)鎂合金在電驅(qū)殼體等關(guān)鍵部件的應(yīng)用。
海天智勝金屬推出的7000T 半固態(tài)鎂合金雙注射成型機(jī)，可直接制造單件重量超17kg的產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)
隨著材料與工藝裝備的升級(jí)換代，中小型鎂合金零部件已經(jīng)逐步向大型、超大型轉(zhuǎn)變，很多關(guān)鍵的汽車(chē)鎂合金構(gòu)件正在向超大尺寸化、結(jié)構(gòu)一體化和功能集成化方向發(fā)展。
其實(shí)在2023年6月，重慶大學(xué)、美利信科技和重慶博奧就成功試制了兩類(lèi)鎂合金一體化超大型壓鑄件。此次試制的產(chǎn)品包含一體化車(chē)身鑄件和電池箱蓋兩類(lèi)超大型新能源汽車(chē)結(jié)構(gòu)件，投影面積均大于2.2m² ，相比鋁合金鑄件減重32%，在輕量化方向展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。但是隨著科技發(fā)展，對(duì)于鎂合金一體化壓鑄構(gòu)件的力學(xué)性能要求越來(lái)越高，目前得到的鎂合金一體化壓鑄構(gòu)件的力學(xué)性能一般，難以滿(mǎn)足技術(shù)要求。因此，未來(lái)還需進(jìn)一步提高鎂合金一體化壓鑄構(gòu)件的力學(xué)性能。
來(lái)源：NE時(shí)代