镁合金行业发展历程及应用分析（附报告目录）

1、镁合金应用的发展历程

镁合金的发展虽然未达到铝合金那么成熟，但人们很早就已经认识到它是一种有潜在发展潜力、性能优异的候选实用金属材料。

20 世纪 30 年代，德国大众公司首次使用压铸镁合金生产“甲壳虫”汽车发动机传动系统零部件。之后，美国、前苏联、日本以及欧洲发达国家相继在汽车制造中采用镁合金压铸件。由此可见，使用压铸镁合金减少汽车重量已超过 80年历史。

20 世纪 80 年代，世界汽车制造镁合金压铸行业开始衰弱，世界汽车镁合金压铸骨干企业相继将镁合金压铸生产资源转移至巴西、墨西哥、中国等发展中国家，而中断了自己的镁合金压铸。该时期制约镁合金应用发展的主要因素体现在以下两个方面：

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A、镁合金压铸件暴露在空气环境中，会发生氧化造成锈蚀。此外，由于镁合金生成的氧化膜呈不连续的鳞片状，这类氧化膜生成后，将不能隔绝空气与镁合金机体的进一步接触，所以镁合金的氧化会继续朝金属机体内部深处不断扩大。而铝合金则能形成致密的氧化膜，阻断金属机体的进一步氧化。

B、在熔炼镁合金时，需要用专门的熔剂覆盖在金属液面上以防止发生氧化反应。该熔剂在使用过程中会生成氯化氢酸雾溢入大气。尽管排出的酸雾量被控制在环保法容许的范围内，但经扩散、沉降的氯化氢酸雾与混凝土建筑结构接触后，会发生化学反应造成破坏，降低建筑结构的强度。

20 世纪 90 年代，解决上述问题的工艺性研究成果取得突破性进展并实现产业化，极大促进镁合金在压铸行业的应用。以加拿大镁瑞丁公司为代表的一批新兴的专业生产镁合金压铸汽车零部件企业重新出现在汽车制造业。此后，第一代镁合金压铸骨干企业也开始重新建设镁合金压铸生产线。上述工艺性研究成果具体体现在以下两个方面：

A、降低镁合金的杂质含量（特别是铜、镍、铁的含量）。由于镁合金所含的杂质元素对其耐腐蚀性有较大影响，镁合金中的铜、镍、铁的含量越高，镁合金的耐腐蚀性能越差。目前，国内外镁合金生产厂商都有能力提供高纯度镁合金，使用高纯度镁合金可以提高压铸件的耐腐蚀性，再经过表面钝化处理，镁合金压铸件在使用过程中的氧化腐蚀问题可以得到有效解决。

B、在熔炼工艺中采用混合气体保护。在混合气体保护压铸工艺下，以往使用专用熔剂所造成的建筑物腐蚀问题也已不复存在。20 世纪 90 年代，新兴的专业生产镁合金压铸汽车零部件企业采用这种混合气体保护工艺生产各类汽车镁合金压铸件。第一代镁合金压铸骨干企业同样采用这种工艺，重新启动已经取消的镁合金压铸生产。

虽然镁合金规模化应用在工艺技术方面的制约因素已得到解决，但由于 20世纪 90 年代镁合金高昂的价格，镁合金应用的经济性较低。

镁合金压铸件的生产成本高于铝合金压铸件，主要原因包括：①镁合金从熔化至产品成型的过程中需要使用气体保护而铝合金不需要，熔化设备投入也略高于铝合金；②镁合金压铸件易变形，从而影响产品装配或性能，通常需要精加工或产品整形等工序提高产品精度以及保证装配和性能；③镁合金表面易腐蚀，产品后期表面防腐处理费用高于铝合金。

2、汽车行业单车用镁量有望持续增长

镁合金被认为是汽车轻量化最重要的新材料之一。北美汽车研究联盟发布的《2020 年北美汽车用镁合金及轻量化战略展望》肯定了镁合金在汽车轻量化中承担的重要使命，将轻量化技术重点列为一大专题，提出近期发展超高强度钢和先进高强度钢，中期发展第三代汽车钢和铝合金技术，远期发展镁合金和碳纤维复合材料技术的总体思路，为轻量化材料的发展提供了重要的指导思想。中国汽车工程学会于 2016 年 10 月发布《节能与新能源汽车技术路线图》，提出紧抓战略机遇，以新能源汽车和智能网联汽车为主要突破口，以先进制造和轻量化等共性技术为支撑，全面推进汽车产业由大国向强国的转型。根据该规划，到 2030年，镁合金在乘用车中材料重量的比例将增加至4%。

镁合金替代应用速度的衡量标准主要参照《节能与新能源汽车技术路线图》中的“汽车轻量化技术路线图”。其轻量化总体思路如下：

资料来源：《节能与新能源汽车技术路线图》、普华有策整理

3、铝合金在汽车轻量化领域的应用

铝合金规模化应用于汽车工业始于 20 世纪 70 年代，彼时世界各工业发达国家由于“节能、低碳”的呼声逐渐高涨，对汽车减轻质量提出种种严格的要求，提出“以铝代铁”的口号，促使以铝合金制造汽车零部件成为汽车轻量化战略目用新蓝海铝合金的替代应用已经进入对车辆安全性起重要作用的承载类结构件上，在底盘系统的渗透率预计将大幅提升。

汽车底盘作用在于支撑、安装汽车发动机及其各部件或组成。作为汽车三大部件之一，汽车底盘在汽车整车占比达 27%，位列汽车部件质量排名第三。根据相关研究，铝制控制臂、副车架、转向节、制动钳轻量化产品渗透率预计将大幅提升，带动铝合金轻量化市场份额继续增加。底盘轻量化整体市场有望从 2019年的 137 亿元增长至 2025 年的 398 亿元。

4、镁合金对铝合金的替代

由于镁合金替代铝合金以及钢铁部件亦存在部分瓶颈和制约因素，可能导致镁合金替代不及预期。镁合金替代铝合金以及钢铁部件存在的主要瓶颈和制约因素如下：

（1）镁合金材料的耐腐蚀性、高温蠕变性和强度有待提高

目前的商用镁合金耐蚀性较差，耐蚀镁合金材料有待开发。有效的办法是通过控制杂质及合金元素、改善相的组成及微观结构等冶金处理方法来提高镁合金的耐腐蚀性；镁合金在室温下具有良好的综合力学性能，但随着温度的升高，性能将下降，在高温使用条件下易产生蠕变，无法满足壳体类零部件的密封要求。

未来的研究如果能够使镁合金零部件在高温下长期工作，将可扩大汽车高强度耐高温抗蠕变结构件的应用；镁合金比强度高，但其抗拉强度和屈服强度比铝合金和钢低，目前商用镁合金的抗拉强度一般低于 400MPa，不能用于重要结构件。可以通过合金化、热处理以及优化加工工艺等方式来提高镁合金的强度，开发高强镁合金汽车结构件。

（2）镁合金零部件加工成本有待降低

受镁合金特性和加工工艺影响，镁合金的加工成本也较高。如镁合金压铸模价格较高，压铸件废品率高，导致单个镁合金零部件成本与铝合金零部件相比增加 15%以上。突破镁合金产业化核心技术，开发新的镁合金熔铸工艺，缩短工艺流程，可有效提高生产效率，降低生产成本。

（3）镁合金材料工业应用数据库需要进一步健全

目前镁合金基础数据较少，缺少系统的力学、电学腐蚀等方面的性能数据，导致在实际生产过程中缺乏基础实验数据，如在模具的设计过程中缺少相关数据支撑。因此需要加强对镁合金的基础性研究。高校、研究机构、镁合金制造商以及整车企业等多方力量在国家产业政策的引导下，可以联合健全镁合金相关的工业数据库，从而促进镁合金在汽车轻量化方面的应用。

（4）塑料及复合材料等非金属材料技术的发展或突破

塑料及复合材料等非金属材料具有质量轻、加工性能良好、综合理化性能优良等特点，亦为汽车轻量化可选用的优质材料。目前以高强塑料、碳纤维复合材料等为代表的非金属材料已在汽车行业实现一定的应用。但塑料和金属材料、合金材料相比，具有强度低、导热性差、热膨胀系数大和易老化等弱点，主要应用于汽车内饰和外饰零件；在我国汽车行业的应用尚属起步阶段，工艺及技术尚未得到成熟发展，需要通过一定的时间进行技术创新和积累；部分高强塑料和碳纤维复合材料的成本均处于较高水平，一定程度上制约了其在汽车轻量化方面的应用，基于以上原因非金属材料技术在汽车轻量化领域的应用发展仍需一段时间，镁合金压铸产品相关技术目前尚不存在快速迭代的风险。但如果未来出现成本低、性能优的新型非金属材料，或现有材料经济化大规模应用技术突破，可能阻碍镁合金在汽车轻量化方面的应用。