2024年11月29日，上汽集團創新研究開發總院發布全球首款量產的基于鎂合金半固態注射成型工藝的電驅鎂合金殼體以及應用該方案的新能源汽車三合一電驅動總成。該產品采用牌號為AZ91D的鎂合金材料，殼體總重量為13.7kg，相比與鋁合金殼體減重30%，標志著鎂合金半固態成型技術正式挺進汽車核心部件領域。

此后，主流車企快速跟進驗證，鎂合金電驅殼體呈“雨后春筍”式發展，為新能源汽車市場開辟了一條兼具成本競爭力與輕量化優勢的全新路徑！

適創科技作為鑄造行業數字化技術的引領者，對鎂合金半固態成型及仿真開展深入研究，通過對國內高校、設備生產商、整車廠及壓鑄廠等產業鏈上下游的調研與技術合作，編寫制作行業首部《鎂合金半固態成型技術白皮書》，旨在為行業新興技術與趨勢的快速發展與應用提供有力的理論支撐與實踐參考。

01 輕量化浪潮的突破口

當制造業綠色低碳轉型已成為不可逆轉的命題，輕量化路徑轉為產業剛需。鎂合金，這種密度僅為鋼鐵1/4、鋁合金2/3的金屬，恰逢其時登上舞臺。更關鍵的是，中國掌握全球70%的鎂礦儲量與91.6%的原鎂產能，具備完整的產業鏈。然而過去十年，鎂合金始終徘徊在方向盤骨架、筆記本外殼等“邊緣部件”，直到半固態成型技術撕開一道突破口。

鎂合金半固態成型（Semi-Solid Metal Forming of Magnesium Alloys, SSM）是一種基于材料獨特流變行為的先進近凈成形技術。它巧妙地利用了鎂合金在固液兩相共存區時，在剪切力作用下表現出的顯著“剪切變稀”特性，突破了傳統液態鑄造易產生氣孔、縮松、氧化夾雜等局限，可實現高質量、高效率、低成本的復雜零件制造。

圖：鎂合金半固態成型過程示意圖

該工藝的核心優勢主要體現在以下方面：

良好的流動性與低缺陷成型

高流動性精密成形：利用半固態漿料的剪切稀化特性，實現復雜薄壁結構（≤1mm）的填充，成形精度更高。

低溫封閉成型：較傳統冷室壓鑄降低100℃左右，大幅抑制縮孔、熱裂、變形等傾向。

充型平穩：相較于傳統的鎂合金壓鑄，由于漿料流動性的增強，相較于鎂合金高壓壓鑄的高速充速度從6m/s，下降到3-4m/s，半固態充填過程更加平穩。

氧化夾渣傾向小：由于金屬顆粒在相對封閉的空間內融化攪拌，和空氣接觸較少，鑄件氧化夾雜物含量較低。

優異的表面質量與力學性能

表面質量躍升：由于半固態漿料充填能力較強，鑄件表面粗糙度較傳統壓鑄有所提升。表面質量的改善部分提升了其鑄態的抗腐蝕能力，也減少了后續拋光、噴漆等處理成本。

力學性能突破：剪切力誘導形成均勻細小球晶（50-100μm），加之流動性優異、充填質量高、組織致密度高、氧化物含量少、氣孔含量少。和傳統高壓壓鑄相比，鑄件鑄態下抗拉強度提升10%左右，延伸率提高30%-50%。

表：不同成型工藝下的AZ91D鎂合金力學性能

注：后兩種半固態注射成型溫度（即不同固相率條件）不同，延伸率差異較大

高效的材料利用率與生產節拍

資源高效利用：在無料餅設計+細流道系統中，材料利用率達70%-85%；由于沒有熔爐融化、直接固態進料，且成型溫度低100℃，能耗低。

生產效率高：由于沒有厚大的料餅、且澆道細，留模時間大幅縮短，生產周期壓縮20%-30%。

圖：同一變速箱殼體不同工藝的凝固總時長對比

02 顛覆創新，撬動市場機遇

中國是全球最大的新能源汽車生產國。2023年，中國新能源汽車產量達958.7萬輛，占全球60%以上份額，2024年進一步攀升至1316.8萬輛，同比增幅高達38.7%，這一爆發式增長直接拉動了對輕量化材料的結構性需求。鎂合金憑借高比強度、電磁屏蔽和阻尼減震等復合優勢，成為新能源汽車輕量化材料的不二選擇。

據統計，全球汽車行業對鎂的需求約為38.5萬噸，占鎂合金總消費市場的70%，覆蓋10大系統、100余種零部件。

圖：2024年全球鎂合金需求結構（萬噸）

2024年，新能源汽車單車用鎂量已經達到10kg，而傳統汽車則為5kg左右。未來，隨著全球汽車輕量化要求進一步提高以及純電動車技術的不斷成熟，結合國家規劃與行業內機構預測，汽車輕量化對應的全球鎂合金需求或可從2024年的57萬噸增長至2027年的135萬噸。

表：不同成型工藝下的AZ91D鎂合金力學性能

數據來源：工信部

從具體應用部件看，汽車行業對鎂合金半固態成型技術的需求呈現出從小型件向大型結構件的跨越式發展。中小型部件：儀表板背板、中控支架等傳統應用持續放量；大型結構件：減震塔、電池包殼體、電機外殼等一體化大件成為新增長點；超大型部件：隨著4000T及以上設備的普及，車門內板、后掀背門內板等超大型結構件開始試制。

圖：車用鎂合金零件的沿革

技術經濟性方面，半固態鑄造工藝的突破性進展大幅提升了鎂合金在汽車領域的競爭力。上汽集團第二代鎂合金電驅動殼體采用半固態鑄造工藝，成功攻克氣孔率小于3%的技術瓶頸，使產品力學性能提升20%，合格率從78%躍升至95%，綜合成本下降18%。比亞迪布局單體8kg/三件套超過15kg超大型殼體項目，已經完成試制和臺架試驗；小米、嵐圖、吉利加速技術落地，理想、蔚來、紅旗等已完成工程驗證，鎂合金從邊緣部件正式挺進新能源汽車核心賽道，或悄然顛覆新能源汽車輕量化競爭的未來。

03 走向規模化應用的核心挑戰

盡管如此，鎂合金半固態成型技術的規模化應用仍面臨工藝、材料及成本維度等系統性挑戰。

工藝限制方面。該技術面臨的主要難點包括射嘴直徑與動態熱平衡、壓射系統復雜性與維護不便、補縮能力不足與加熱效率限制。為平衡熱響應速度與可靠性，量產驗證的射嘴直徑需限制在≤26.5mm，這一直徑大大制約了大流量充型。

同時，壓射系統螺桿-料筒需同步承擔漿料融化攪拌與高壓注射雙重功能，結構復雜，其組件持續承受600℃金屬漿料和近百兆帕高壓壓力的復合沖擊，磨損速率達注塑機3倍以上。此外，因設備無增壓機構與上文提到的射嘴直徑限制雙重制約，僅依賴≤0.5秒短時保壓，導致厚壁區縮松缺陷率很難解決。

材料要求方面。半固態注射成型對原材料的工藝適配性有特殊要求，核心在于材料需具備100度左右的半固態溫區，以確保固相顆粒均勻懸浮并維持穩定的剪切稀化效應。目前，行業內正在研發的新型耐蝕/高強鎂合金，大部分是以 AZ91D 為基底，通過添加稀土或 Ca 元素進行微合金化來實現性能的顯著提升。

圖：傳統鑄造成型和半固態成型充填過程示意圖 來源：北京有色金屬研究總院

成本約束方面。相同噸位半固態注射成型機采購成本達臥式冷室壓鑄機的2-3倍；核心組件溢價尤為突出，3000T級螺桿-料筒總成成本高達150萬元以上。其次，為維持漿料流動性，模具需持續油加熱至200℃左右，能耗與安全成本高。此外，為嚴格把控顆粒粒徑均一性，半固態工藝需額外支1000元/噸顆粒加工費。

圖：鎂合金注射成型用鎂顆粒示意圖 來源：公眾號元鎂體

總體而言，鎂合金半固態成型技術仍然是實現裝備輕量化的有效路徑，在新能源汽車、3C電子、人形機器人等高端制造領域，具有無限增長潛力。隨著CAE多物理場仿真、人工智能等數字技術的深度賦能，和大型智能化裝備與材料創新的加速，鎂合金半固態成型技術將進一步釋放巨大潛能，不僅能撬動千億級市場藍海，更將成為中國高端制造業在國際競爭中占據制高點的重要利器。

*本文根據適創科技2025《鎂合金半固態成型技術白皮書》整理