2024年11月29日，上汽集团创新研究开发总院发布全球首款量产的基于镁合金半固态注射成型工艺的电驱镁合金壳体以及应用该方案的新能源汽车三合一电驱动总成。该产品采用牌号为AZ91D的镁合金材料，壳体总重量为13.7kg，相比与铝合金壳体减重30%，标志着镁合金半固态成型技术正式挺进汽车核心部件领域。

此后，主流车企快速跟进验证，镁合金电驱壳体呈“雨后春笋”式发展，为新能源汽车市场开辟了一条兼具成本竞争力与轻量化优势的全新路径！

适创科技作为铸造行业数字化技术的引领者，对镁合金半固态成型及仿真开展深入研究，通过对国内高校、设备生产商、整车厂及压铸厂等产业链上下游的调研与技术合作，编写制作行业首部《镁合金半固态成型技术白皮书》，旨在为行业新兴技术与趋势的快速发展与应用提供有力的理论支撑与实践参考。

01 轻量化浪潮的突破口

当制造业绿色低碳转型已成为不可逆转的命题，轻量化路径转为产业刚需。镁合金，这种密度仅为钢铁1/4、铝合金2/3的金属，恰逢其时登上舞台。更关键的是，中国掌握全球70%的镁矿储量与91.6%的原镁产能，具备完整的产业链。然而过去十年，镁合金始终徘徊在方向盘骨架、笔记本外壳等“边缘部件”，直到半固态成型技术撕开一道突破口。

镁合金半固态成型（Semi-Solid Metal Forming of Magnesium Alloys, SSM）是一种基于材料独特流变行为的先进近净成形技术。它巧妙地利用了镁合金在固液两相共存区时，在剪切力作用下表现出的显著“剪切变稀”特性，突破了传统液态铸造易产生气孔、缩松、氧化夹杂等局限，可实现高质量、高效率、低成本的复杂零件制造。

图：镁合金半固态成型过程示意图

该工艺的核心优势主要体现在以下方面：

良好的流动性与低缺陷成型

高流动性精密成形：利用半固态浆料的剪切稀化特性，实现复杂薄壁结构（≤1mm）的填充，成形精度更高。

低温封闭成型：较传统冷室压铸降低100℃左右，大幅抑制缩孔、热裂、变形等倾向。

充型平稳：相较于传统的镁合金压铸，由于浆料流动性的增强，相较于镁合金高压压铸的高速充速度从6m/s，下降到3-4m/s，半固态充填过程更加平稳。

氧化夹渣倾向小：由于金属颗粒在相对封闭的空间内融化搅拌，和空气接触较少，铸件氧化夹杂物含量较低。

优异的表面质量与力学性能

表面质量跃升：由于半固态浆料充填能力较强，铸件表面粗糙度较传统压铸有所提升。表面质量的改善部分提升了其铸态的抗腐蚀能力，也减少了后续抛光、喷漆等处理成本。

力学性能突破：剪切力诱导形成均匀细小球晶（50-100μm），加之流动性优异、充填质量高、组织致密度高、氧化物含量少、气孔含量少。和传统高压压铸相比，铸件铸态下抗拉强度提升10%左右，延伸率提高30%-50%。

表：不同成型工艺下的AZ91D镁合金力学性能

注：后两种半固态注射成型温度（即不同固相率条件）不同，延伸率差异较大

高效的材料利用率与生产节拍

资源高效利用：在无料饼设计+细流道系统中，材料利用率达70%-85%；由于没有熔炉融化、直接固态进料，且成型温度低100℃，能耗低。

生产效率高：由于没有厚大的料饼、且浇道细，留模时间大幅缩短，生产周期压缩20%-30%。

图：同一变速箱壳体不同工艺的凝固总时长对比

02 颠覆创新，撬动市场机遇

中国是全球最大的新能源汽车生产国。2023年，中国新能源汽车产量达958.7万辆，占全球60%以上份额，2024年进一步攀升至1316.8万辆，同比增幅高达38.7%，这一爆发式增长直接拉动了对轻量化材料的结构性需求。镁合金凭借高比强度、电磁屏蔽和阻尼减震等复合优势，成为新能源汽车轻量化材料的不二选择。

据统计，全球汽车行业对镁的需求约为38.5万吨，占镁合金总消费市场的70%，覆盖10大系统、100余种零部件。

图：2024年全球镁合金需求结构（万吨）

2024年，新能源汽车单车用镁量已经达到10kg，而传统汽车则为5kg左右。未来，随着全球汽车轻量化要求进一步提高以及纯电动车技术的不断成熟，结合国家规划与行业内机构预测，汽车轻量化对应的全球镁合金需求或可从2024年的57万吨增长至2027年的135万吨。

表：不同成型工艺下的AZ91D镁合金力学性能

数据来源：工信部

从具体应用部件看，汽车行业对镁合金半固态成型技术的需求呈现出从小型件向大型结构件的跨越式发展。中小型部件：仪表板背板、中控支架等传统应用持续放量；大型结构件：减震塔、电池包壳体、电机外壳等一体化大件成为新增长点；超大型部件：随着4000T及以上设备的普及，车门内板、后掀背门内板等超大型结构件开始试制。

图：车用镁合金零件的沿革

技术经济性方面，半固态铸造工艺的突破性进展大幅提升了镁合金在汽车领域的竞争力。上汽集团第二代镁合金电驱动壳体采用半固态铸造工艺，成功攻克气孔率小于3%的技术瓶颈，使产品力学性能提升20%，合格率从78%跃升至95%，综合成本下降18%。比亚迪布局单体8kg/三件套超过15kg超大型壳体项目，已经完成试制和台架试验；小米、岚图、吉利加速技术落地，理想、蔚来、红旗等已完成工程验证，镁合金从边缘部件正式挺进新能源汽车核心赛道，或悄然颠覆新能源汽车轻量化竞争的未来。

03 走向规模化应用的核心挑战

尽管如此，镁合金半固态成型技术的规模化应用仍面临工艺、材料及成本维度等系统性挑战。

工艺限制方面。该技术面临的主要难点包括射嘴直径与动态热平衡、压射系统复杂性与维护不便、补缩能力不足与加热效率限制。为平衡热响应速度与可靠性，量产验证的射嘴直径需限制在≤26.5mm，这一直径大大制约了大流量充型。

同时，压射系统螺杆-料筒需同步承担浆料融化搅拌与高压注射双重功能，结构复杂，其组件持续承受600℃金属浆料和近百兆帕高压压力的复合冲击，磨损速率达注塑机3倍以上。此外，因设备无增压机构与上文提到的射嘴直径限制双重制约，仅依赖≤0.5秒短时保压，导致厚壁区缩松缺陷率很难解决。

材料要求方面。半固态注射成型对原材料的工艺适配性有特殊要求，核心在于材料需具备100度左右的半固态温区，以确保固相颗粒均匀悬浮并维持稳定的剪切稀化效应。目前，行业内正在研发的新型耐蚀/高强镁合金，大部分是以 AZ91D 为基底，通过添加稀土或 Ca 元素进行微合金化来实现性能的显著提升。

图：传统铸造成型和半固态成型充填过程示意图 来源：北京有色金属研究总院

成本约束方面。相同吨位半固态注射成型机采购成本达卧式冷室压铸机的2-3倍；核心组件溢价尤为突出，3000T级螺杆-料筒总成成本高达150万元以上。其次，为维持浆料流动性，模具需持续油加热至200℃左右，能耗与安全成本高。此外，为严格把控颗粒粒径均一性，半固态工艺需额外支1000元/吨颗粒加工费。

图：镁合金注射成型用镁颗粒示意图 来源：公众号元镁体

总体而言，镁合金半固态成型技术仍然是实现装备轻量化的有效路径，在新能源汽车、3C电子、人形机器人等高端制造领域，具有无限增长潜力。随着CAE多物理场仿真、人工智能等数字技术的深度赋能，和大型智能化装备与材料创新的加速，镁合金半固态成型技术将进一步释放巨大潜能，不仅能撬动千亿级市场蓝海，更将成为中国高端制造业在国际竞争中占据制高点的重要利器。

*本文根据适创科技2025《镁合金半固态成型技术白皮书》整理