背景

2025（第十八届）汽车轻量化大会上，长城汽车采用镁合金半固态注射成型工艺的C环结构件获评“创新成果奖”，第一次将镁合金应用在车体结构件上，仪表板骨架轻盈转身，较原有铝合金方案可减重28%，并将车身扭转刚度提升了197Nm/°，更轻反而更强。

前不久，星驱科技新一代双电机总成，全壳体采用镁铝合金材质，相比传统铝合金减重25%，整机质量降低超行业平均水平10%以上，大幅提升整车的空间灵活度。 

当前镁合金已经在座舱内比如方向盘框架、横梁（CCB）、座椅框架、中控台框架以及动力底盘系统壳体逐步应用，同时，正在向更多汽车零部件渗透，舱外如轮毂、车身部件的应用进一步预研。

2025年9月12日，铝价出现显著上涨，突破2.1万元关口，国内均价攀升至21030元/吨，单日涨幅达到160元。相较之下，国标Mg99.90镁锭价格则维持在16800元/吨的较低水平，导致镁铝价格比跌破0.8，镁铝比值已经低于公认的合理区间，成为推动镁合金在部分领域替代铝合金的原始动力。

镁合金材料优势

镁在化学元素周期表是比较靠前的一种金属元素，其原子数为12，仅次于金属钠元素。

  • 镁是所有结构金属中最轻的金属，密度仅 1.74 g/cm³，

    • 约为铝的 2/3

    • 仅为钢的 1/4

  • 这意味着在相同体积下，以镁元素为主的合金零部件的重量显著低于铝和钢，镁合金零件的重量比铝合金轻约30%，比钢轻75% 以上, 这种极致的轻量化特性, 让镁合金优势突出, 是最具潜力的汽车轻量化金属材料。

同时，其力学性能与功能优势显著

  • 高比强度：镁合金具有较高的比强度和比刚度，能够满足各种复杂结构的强度和刚度要求。比强度和比刚度是衡量材料承载能力的关键指标，常见镁合金的抗拉强度约230-300MPa，比强度可达160MPa/(g/cm³)，接近高强度铝合金（约170MPa/(g/cm³)），远超普通钢材（约60MPa/(g/cm³)）。比刚度方面——镁合金表现优异，约为25GPa・cm³/g，与铝合金（约26GPa・cm³/g）和普通钢材（约27GPa・cm³/g）相当，在轻量化场景中能保持与传统材料接近的刚性，避免因减重导致的结构变形。

  • 优良的散热能力：镁合金的散热能力在轻量化材料中表现均衡：其导热系数为70-130W/(m・K)，虽不及铝合金（167W/(m・K)），但远超工程塑料（仅0.2-0.5W/(m・K)），这种特性让它在需兼顾减重与散热的场景中发挥优势。

  • 优良的减振性：镁合金的阻尼性能是所有结构金属中最高的，镁合金的阻尼系数为 0.01-0.05，是铝合金的10倍，钢的50倍。阻尼系数越大代表着当镁合金零件受到振动时，能快速吸收能量，减少共振。在新能源汽车应用领域有利于降低振动与噪声（NVH），提升驾乘舒适性。

  • 可靠的电磁屏蔽性能：在电子设备领域，镁合金的电磁屏蔽效能达40-60dB，能有效阻隔100kHz-1GHz 的电磁干扰，在解决设备内部元件间电磁干扰的同时防止设备对外辐射电磁波 ，适用于各种需要电磁屏蔽的壳体结构设计，防止电磁干扰。

性能指标
镁 (Mg)
铝 (Al)
钢 (Fe)
密度 (g/cm³)
 1.74
2.72
7.85
相对重量优势
最轻
较轻
最重
比强度
高
高
中
阻尼性能
 优
中等
较差
耐腐蚀性
需涂层保护
较好
优（涂层后）
成本与工艺
中等，工艺复杂
中等，成熟
低，成熟

常用汽车镁合金介绍

根据成形工艺不同，汽车用镁合金主要分为两类：

1️⃣ 铸造镁合金（Cast Mg Alloys）
2️⃣ 锻造镁合金（Wrought Mg Alloys）

由于铸造工艺成熟、产业链完善，压铸镁合金目前仍占主导地位。而锻造镁合金则在高强度、薄壁及复杂成形方向上展现潜力。

铸造镁合金：轻量化的主力军


Mg-Al 系合金：应用最广的家族

在众多镁合金体系中，Mg-Al 基合金 是汽车行业最早应用、最成熟的类型。

常见系列包括：

  • AZ 系（Mg-Al-Zn）：以 AZ91D 为代表，具有优良的铸造性能和强度，是目前应用最广泛的镁合金。

  • AM 系（Mg-Al-Mn）：如 AM50、AM60，具备更高的延展性和冲击韧性，是方向盘骨架、座椅支架等安全部件的首选。

  • AS 系（Mg-Al-Si）：典型合金为 AS21、AS41，强化相 Mg₂Si 提供高温抗蠕变能力，适合高温工况。

  • AE 系（Mg-Al-RE）：通过稀土元素（如Ce、Y、Nd）提高高温强度和抗蠕变性能，适用于发动机壳体、变速箱壳体等部件。

合金体系
典型合金
特点与应用
AZ 系
AZ91D
高强度、高流动性，用于压铸结构件
AM 系
AM50、AM60
延展性好，用于方向盘、座椅框架等安全件
AS 系
AS21、AS41
高温抗蠕变性能优异
AE 系
AE42
含稀土，耐蚀、高温强度高，用于发动机壳体

这些合金在性能和成本间取得平衡，已形成成熟的供应体系。尤其是 AM50 和 AM60，它们兼具良好的强度、延展性和减振性能，是汽车座舱用镁合金的经典代表。

传统 Mg-Al 合金的主要缺陷在于存在粗大的 Mg₁₇Al₁₂ 脆性相，导致延展性和高温性能不足。
为此，科研人员通过合金化设计和微观组织优化来改进性能，例如：

  • 添加 稀土元素（RE）（如 Y、Ce、Sm）可细化晶粒、抑制脆性相生成；

    比铝更轻、比钢更强！这款“新贵金属”正在颠覆汽车工业(上)

  • 添加 Ca、Sr 可形成高熔点化合物，改善耐热性与强度；

  • 采用 超声处理、半固态压铸、搅拌摩擦加工 等先进工艺，提高组织均匀性与致密性。

这些改进让镁合金不仅更轻、更强，也更“聪明”——能在复杂工况下保持稳定表现。

Mg-RE 合金：高性能的“潜力股”


除了 Mg-Al 系外，Mg-RE（镁-稀土）合金 以优异的高温性能和耐蚀性而著称。
典型的 WE43、WE54 合金可在 250°C 以上长期工作，因此被广泛用于航空航天与赛车领域。

在汽车行业中，虽然座舱温度较低，暂未完全发挥其高温优势，但随着智能座舱与热管理系统的发展，这类材料在散热器、控制器壳体等部件中展现出新的应用潜力。
若未来稀土成本进一步下降，Mg-RE 合金有望成为高端汽车的关键轻量化材料。

锻造镁合金：塑性加工的新突破


镁的 六方密排 (HCP) 晶体结构导致室温下滑移系少、延展性差，因此传统冷加工困难。
但研究发现，当温度超过约 225°C 时，额外的滑移系统被激活，使镁合金具备良好的热成形性能。

常见锻造镁合金包括：

  • AZ31、AZ61（Mg-Al-Zn 系）

  • ZK60（Mg-Zn-Zr 系）


这些合金可通过挤压、轧制、锻造、冲压等工艺制成薄板或管材，兼具强度与韧性。

近年来，通过添加 Ca、Li、Y、Ce、Nd 等微量元素，研究者实现了晶粒细化、织构弱化和成形性提升。
例如：

  • AZ31 加入 Y 元素后，拉伸强度和延展性均明显提升；

  • ZK60 合金中添加 Ce 或 Nd 可形成强化相 Mg-Zn-RE，提高屈服强度。

此外，等通道转角挤压 (ECAP)、差速轧制 (HRDSR) 等新工艺，可将镁合金晶粒细化至微米级，显著提升力学性能。

从更广泛的角度来看，与铸造镁合金相比，具有细化微观结构的锻造镁合金有可能通过变形技术应用于汽车部件的制造。然而，它们主要用于IT、军事和航空航天工业。限制锻造镁合金在汽车中应用的主要原因有三个，包括：

热成形工艺：锻造镁合金部件的生产通常需要更高的温度。由于传统冷成形和热成形工艺之间的差异，这对投资和生产能力提出了巨大挑战；

材料成本相对较高：根据板材的厚度，轧制成形板材的成本将是原材料的3-5倍。此外，为了提高材料强度和延展性，需要在锻造镁合金中添加RE等元素，进一步增加了材料成本；

材料性能限制：使用锻造镁合金生产的部件必须与其他部件连接以满足汽车部件的操作要求。因此，腐蚀和蠕变等问题将成为其应用的关键点。

在“碳达峰、碳中和”目标的驱动下，汽车产业正从“油耗与排放管控”迈向“系统轻量化设计”。车身质量每降低 10%，油耗可下降 6–8%，新能源汽车续航则提升约 10%。
传统的钢铁与铝材在轻量化中已取得长足进步，但镁合金凭借“最轻结构金属”的地位，正成为下一代轻量化材料的核心方向。国内相关产业链公司如：


宝武镁业：具备构建从白云石开采到镁合金回收的完整产业链，覆盖原镁冶炼、镁合金熔炼和深加工全环节。


星源卓镁：深耕镁合金精密压铸领域多年，具备模具开发、压铸成型和后道处理全流程技术能力，形成研发到量产的完整体系。


伊之密：在半固态注射成型等核心技术取得突破，为新能源汽车和3C电子等领域提供镁合金压铸设备及解决方案。


——（完）——

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