鎂合金行業發展歷程及應用分析（附報告目錄）
1、鎂合金應用的發展歷程
鎂合金的發展雖然未達到鋁合金那么成熟，但人們很早就已經認識到它是一種有潛在發展潛力、性能優異的候選實用金屬材料。
20 世紀 30 年代，德國大眾公司首次使用壓鑄鎂合金生產“甲殼蟲”汽車發動機傳動系統零部件。之后，美國、前蘇聯、日本以及歐洲發達國家相繼在汽車制造中采用鎂合金壓鑄件。由此可見，使用壓鑄鎂合金減少汽車重量已超過 80年歷史。
20 世紀 80 年代，世界汽車制造鎂合金壓鑄行業開始衰弱，世界汽車鎂合金壓鑄骨干企業相繼將鎂合金壓鑄生產資源轉移至巴西、墨西哥、中國等發展中國家，而中斷了自己的鎂合金壓鑄。該時期制約鎂合金應用發展的主要因素體現在以下兩個方面：
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A、鎂合金壓鑄件暴露在空氣環境中，會發生氧化造成銹蝕。此外，由于鎂合金生成的氧化膜呈不連續的鱗片狀，這類氧化膜生成后，將不能隔絕空氣與鎂合金機體的進一步接觸，所以鎂合金的氧化會繼續朝金屬機體內部深處不斷擴大。而鋁合金則能形成致密的氧化膜，阻斷金屬機體的進一步氧化。
B、在熔煉鎂合金時，需要用專門的熔劑覆蓋在金屬液面上以防止發生氧化反應。該熔劑在使用過程中會生成氯化氫酸霧溢入大氣。盡管排出的酸霧量被控制在環保法容許的范圍內，但經擴散、沉降的氯化氫酸霧與混凝土建筑結構接觸后，會發生化學反應造成破壞，降低建筑結構的強度。
20 世紀 90 年代，解決上述問題的工藝性研究成果取得突破性進展并實現產業化，極大促進鎂合金在壓鑄行業的應用。以加拿大鎂瑞丁公司為代表的一批新興的專業生產鎂合金壓鑄汽車零部件企業重新出現在汽車制造業。此后，第一代鎂合金壓鑄骨干企業也開始重新建設鎂合金壓鑄生產線。上述工藝性研究成果具體體現在以下兩個方面：
A、降低鎂合金的雜質含量（特別是銅、鎳、鐵的含量）。由于鎂合金所含的雜質元素對其耐腐蝕性有較大影響，鎂合金中的銅、鎳、鐵的含量越高，鎂合金的耐腐蝕性能越差。目前，國內外鎂合金生產廠商都有能力提供高純度鎂合金，使用高純度鎂合金可以提高壓鑄件的耐腐蝕性，再經過表面鈍化處理，鎂合金壓鑄件在使用過程中的氧化腐蝕問題可以得到有效解決。
B、在熔煉工藝中采用混合氣體保護。在混合氣體保護壓鑄工藝下，以往使用專用熔劑所造成的建筑物腐蝕問題也已不復存在。20 世紀 90 年代，新興的專業生產鎂合金壓鑄汽車零部件企業采用這種混合氣體保護工藝生產各類汽車鎂合金壓鑄件。第一代鎂合金壓鑄骨干企業同樣采用這種工藝，重新啟動已經取消的鎂合金壓鑄生產。
雖然鎂合金規模化應用在工藝技術方面的制約因素已得到解決，但由于 20世紀 90 年代鎂合金高昂的價格，鎂合金應用的經濟性較低。
鎂合金壓鑄件的生產成本高于鋁合金壓鑄件，主要原因包括：①鎂合金從熔化至產品成型的過程中需要使用氣體保護而鋁合金不需要，熔化設備投入也略高于鋁合金；②鎂合金壓鑄件易變形，從而影響產品裝配或性能，通常需要精加工或產品整形等工序提高產品精度以及保證裝配和性能；③鎂合金表面易腐蝕，產品后期表面防腐處理費用高于鋁合金。
2、汽車行業單車用鎂量有望持續增長
鎂合金被認為是汽車輕量化最重要的新材料之一。北美汽車研究聯盟發布的《2020 年北美汽車用鎂合金及輕量化戰略展望》肯定了鎂合金在汽車輕量化中承擔的重要使命，將輕量化技術重點列為一大專題，提出近期發展超高強度鋼和先進高強度鋼，中期發展第三代汽車鋼和鋁合金技術，遠期發展鎂合金和碳纖維復合材料技術的總體思路，為輕量化材料的發展提供了重要的指導思想。中國汽車工程學會于 2016 年 10 月發布《節能與新能源汽車技術路線圖》，提出緊抓戰略機遇，以新能源汽車和智能網聯汽車為主要突破口，以先進制造和輕量化等共性技術為支撐，全面推進汽車產業由大國向強國的轉型。根據該規劃，到 2030年，鎂合金在乘用車中材料重量的比例將增加至4%。
鎂合金替代應用速度的衡量標準主要參照《節能與新能源汽車技術路線圖》中的“汽車輕量化技術路線圖”。其輕量化總體思路如下：
資料來源：《節能與新能源汽車技術路線圖》、普華有策整理
3、鋁合金在汽車輕量化領域的應用
鋁合金規模化應用于汽車工業始于 20 世紀 70 年代，彼時世界各工業發達國家由于“節能、低碳”的呼聲逐漸高漲，對汽車減輕質量提出種種嚴格的要求，提出“以鋁代鐵”的口號，促使以鋁合金制造汽車零部件成為汽車輕量化戰略目用新藍海鋁合金的替代應用已經進入對車輛安全性起重要作用的承載類結構件上，在底盤系統的滲透率預計將大幅提升。
汽車底盤作用在于支撐、安裝汽車發動機及其各部件或組成。作為汽車三大部件之一，汽車底盤在汽車整車占比達 27%，位列汽車部件質量排名第三。根據相關研究，鋁制控制臂、副車架、轉向節、制動鉗輕量化產品滲透率預計將大幅提升，帶動鋁合金輕量化市場份額繼續增加。底盤輕量化整體市場有望從 2019年的 137 億元增長至 2025 年的 398 億元。
4、鎂合金對鋁合金的替代
由于鎂合金替代鋁合金以及鋼鐵部件亦存在部分瓶頸和制約因素，可能導致鎂合金替代不及預期。鎂合金替代鋁合金以及鋼鐵部件存在的主要瓶頸和制約因素如下：
（1）鎂合金材料的耐腐蝕性、高溫蠕變性和強度有待提高
目前的商用鎂合金耐蝕性較差，耐蝕鎂合金材料有待開發。有效的辦法是通過控制雜質及合金元素、改善相的組成及微觀結構等冶金處理方法來提高鎂合金的耐腐蝕性；鎂合金在室溫下具有良好的綜合力學性能，但隨著溫度的升高，性能將下降，在高溫使用條件下易產生蠕變，無法滿足殼體類零部件的密封要求。
未來的研究如果能夠使鎂合金零部件在高溫下長期工作，將可擴大汽車高強度耐高溫抗蠕變結構件的應用；鎂合金比強度高，但其抗拉強度和屈服強度比鋁合金和鋼低，目前商用鎂合金的抗拉強度一般低于 400MPa，不能用于重要結構件。可以通過合金化、熱處理以及優化加工工藝等方式來提高鎂合金的強度，開發高強鎂合金汽車結構件。
（2）鎂合金零部件加工成本有待降低
受鎂合金特性和加工工藝影響，鎂合金的加工成本也較高。如鎂合金壓鑄模價格較高，壓鑄件廢品率高，導致單個鎂合金零部件成本與鋁合金零部件相比增加 15%以上。突破鎂合金產業化核心技術，開發新的鎂合金熔鑄工藝，縮短工藝流程，可有效提高生產效率，降低生產成本。
（3）鎂合金材料工業應用數據庫需要進一步健全
目前鎂合金基礎數據較少，缺少系統的力學、電學腐蝕等方面的性能數據，導致在實際生產過程中缺乏基礎實驗數據，如在模具的設計過程中缺少相關數據支撐。因此需要加強對鎂合金的基礎性研究。高校、研究機構、鎂合金制造商以及整車企業等多方力量在國家產業政策的引導下，可以聯合健全鎂合金相關的工業數據庫，從而促進鎂合金在汽車輕量化方面的應用。
（4）塑料及復合材料等非金屬材料技術的發展或突破
塑料及復合材料等非金屬材料具有質量輕、加工性能良好、綜合理化性能優良等特點，亦為汽車輕量化可選用的優質材料。目前以高強塑料、碳纖維復合材料等為代表的非金屬材料已在汽車行業實現一定的應用。但塑料和金屬材料、合金材料相比，具有強度低、導熱性差、熱膨脹系數大和易老化等弱點，主要應用于汽車內飾和外飾零件；在我國汽車行業的應用尚屬起步階段，工藝及技術尚未得到成熟發展，需要通過一定的時間進行技術創新和積累；部分高強塑料和碳纖維復合材料的成本均處于較高水平，一定程度上制約了其在汽車輕量化方面的應用，基于以上原因非金屬材料技術在汽車輕量化領域的應用發展仍需一段時間，鎂合金壓鑄產品相關技術目前尚不存在快速迭代的風險。但如果未來出現成本低、性能優的新型非金屬材料，或現有材料經濟化大規模應用技術突破，可能阻礙鎂合金在汽車輕量化方面的應用。