在全球制造業(yè)向輕量化、低碳化轉(zhuǎn)型的浪潮中，鎂合金以其密度低（僅為鋁合金的 2/3、鋼的 1/4）、比強(qiáng)度高、電磁屏蔽性能優(yōu)異等特性，成為替代傳統(tǒng)金屬材料的核心方向。然而，傳統(tǒng)鎂合金鑄造工藝存在氣孔率高（通常＞5%）、成形尺寸受限（單件重量＜5kg）、力學(xué)性能不穩(wěn)定等瓶頸，制約了其在大型結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用。半固態(tài)注射成型技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)控制鎂合金在固液兩相區(qū)（固相率 30%-70%）的流變成形，使材料在低粘度、高固相率狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)均勻充型，顯著降低氣孔率（＜1.5%）并提升致密度（＞98%），同時(shí)突破單件重量限制（當(dāng)前最大注射量達(dá)17kg），為鎂合金的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了工藝基礎(chǔ)。本文通過(guò)解析汽車、裝備、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的典型案例，揭示該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵突破路徑及其對(duì)全球制造業(yè)的變革意義。
一
汽車領(lǐng)域大型結(jié)構(gòu)件與核心部件的
規(guī)?；瘧?yīng)用
1. 東風(fēng)汽車：20寸級(jí)鎂合金輪轂的創(chuàng)新突破
技術(shù)背景：新能源汽車對(duì)輪轂的輕量化需求迫切（每減重1kg可降低能耗0.3-0.5Wh/km），但傳統(tǒng)鎂合金輪轂受限于成形工藝，最大尺寸僅18寸。東風(fēng)汽車聯(lián)合上海交大開(kāi)發(fā)的20寸級(jí)鎂合金半固態(tài)注射成型輪轂，采用Mg-Al-Zn-Ca 系高強(qiáng)耐蝕鎂合金（抗拉強(qiáng)度＞300MPa，耐腐蝕速率＜0.05mm/a），通過(guò) MTX3000D 二板式注射成型機(jī)的雙階壓射控制技術(shù)（低速充型1m/s→高速壓射5m/s），實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜輪輻結(jié)構(gòu)的近凈成型。
產(chǎn)業(yè)化價(jià)值：單件減重達(dá)4.2kg（較鋁合金輪轂減重35%），預(yù)計(jì)批量裝車后可使新能源汽車?yán)m(xù)航提升2-3%，同時(shí)材料利用率從傳統(tǒng)鑄造的65% 提升至85%，降低生產(chǎn)成本20%以上。
2.上汽集團(tuán)第二代鎂合金電驅(qū)殼體量產(chǎn)突破
工藝突破：第二代鎂合金電驅(qū)殼體采用觸變注射成型工藝，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)半固態(tài)漿料的固相率（控制在 45±5%），利用 3200T 設(shè)備的伺服液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)充型壓力動(dòng)態(tài)調(diào)整（峰值 120MPa），徹底解決了傳統(tǒng)壓鑄工藝中因漿料過(guò)冷導(dǎo)致的縮孔問(wèn)題，致密度提升 35%，功率密度達(dá) 4.4kW/kg。
性能對(duì)比：與鋁合金殼體相比，導(dǎo)熱系數(shù)提升 15%（達(dá) 150W/m?K），更利于電機(jī)散熱；成本降低 40% 的核心原因在于一體化成型減少后續(xù)加工工序（傳統(tǒng)鋁合金需銑削、鉆孔等 8 道工序，現(xiàn)僅需 3 道）。
應(yīng)用場(chǎng)景：智己 L7 車型搭載后，預(yù)計(jì)續(xù)航提升 5%-8%。契合新能源汽車 “續(xù)航焦慮” 的核心痛點(diǎn)。
3. 萬(wàn)豐奧威：特斯拉供應(yīng)鏈的一體化結(jié)構(gòu)件創(chuàng)新
技術(shù)難點(diǎn)：特斯拉備用輪胎載體要求抗拉強(qiáng)度＞250MPa、延伸率＞8%，同時(shí)需滿足 300℃高溫環(huán)境下的尺寸穩(wěn)定性。萬(wàn)豐鎂瑞丁通過(guò)半固態(tài)坯料二次加熱技術(shù)（加熱速率 5℃/s，溫度均勻性 ±3℃），使鎂合金在觸變狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化（平均晶粒尺寸＜50μm），結(jié)合多向模具冷卻系統(tǒng)（冷卻速率差異≤10%），解決了大型件凝固過(guò)程中的熱應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題。
產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：聯(lián)合上海交大開(kāi)發(fā)的 “鎂合金 - 鋼 / 鋁異種材料連接技術(shù)”，采用攪拌摩擦焊工藝（轉(zhuǎn)速 1200r/min，進(jìn)給速度 50mm/min），實(shí)現(xiàn)鎂合金結(jié)構(gòu)件與鋼制底盤的可靠連接，連接強(qiáng)度達(dá) 200MPa 以上，突破了傳統(tǒng)鉚接工藝的局限性。
AM60B吉普牧馬人鎂注射成型備用輪胎載體
二
設(shè)備與技術(shù)突破大型化、智能化與國(guó)際協(xié)同
1.海天智勝：超大型設(shè)備矩陣與工藝革新
海天智勝的HMG3000機(jī)型鎖模力 30000kN（3000t），螺桿直徑 150mm，理論注射量超 10kg，采用雙伺服實(shí)時(shí)閉環(huán)控制技術(shù)（速度控制精度±0.05m/s），適配多聯(lián)屏背板（尺寸 1200mm×800mm）、座椅骨架等大型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)。此外，HMG3600 機(jī)型，鎖模力 36000kN（3600t），全球首臺(tái)實(shí)現(xiàn)16寸鎂合金車輪半固態(tài)成型，單次注射量10kg，車輪凈重7kg，較鋁合金輪轂減重30%，材料利用率提升至85%。擁有平行雙注射專利技術(shù)：通過(guò)水平驅(qū)動(dòng)件調(diào)節(jié)兩注射機(jī)構(gòu)間距（±100mm），適配不同模具布局，解決傳統(tǒng)設(shè)備多模切換效率低的問(wèn)題，已應(yīng)用于電池包殼體多腔成型。
2. 伯樂(lè)智能：4000T超大型設(shè)備的全球引領(lǐng)
伯樂(lè)智能與上海交大聯(lián)合開(kāi)發(fā)的4000T 鎂合金半固態(tài)注射成型機(jī)鎖模力 4000T，壓射缸直徑 500mm，最大注射量 17kg，采用直壓式伺服節(jié)能系統(tǒng)（能耗較傳統(tǒng)液壓機(jī)降低 40%）。創(chuàng)新技術(shù)：觸變注射成型技術(shù)通過(guò)雙螺桿剪切混合裝置（轉(zhuǎn)速差 20r/min），使鎂合金顆粒在料筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)固相率均勻分布（偏差＜3%），適配材料范圍擴(kuò)展至 Mg-Gd-Y 系稀土鎂合金（熔點(diǎn)高達(dá) 680℃）。應(yīng)用場(chǎng)景：八達(dá)新材料利用該設(shè)備生產(chǎn)的多聯(lián)屏背板，尺寸達(dá) 1200mm×800mm，平面度誤差＜0.1mm，滿足車載顯示屏對(duì)裝配精度的嚴(yán)苛要求（間隙公差 ±0.05mm），推動(dòng) “以鎂代鋁” 的輕量化革命。
3. 伊之密：助力全球產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)
UN3200MGII 機(jī)型亮點(diǎn)：配備電磁感應(yīng)加熱料筒（加熱功率 80kW，溫度控制精度 ±2℃），可在 10 分鐘內(nèi)將鎂合金顆粒從室溫加熱至半固態(tài)溫度區(qū)間（580-620℃）；注射壓力100MPa 結(jié)合錐度壓射頭設(shè)計(jì)（錐角15°），解決了大尺寸件（如電驅(qū)殼體投影面積＞0.8m2）的補(bǔ)縮難題，末端澆口處致密度從 85% 提升至 96%。LEAP7000 壓鑄機(jī)創(chuàng)新：針對(duì)鎂合金熱裂傾向，開(kāi)發(fā)梯度冷卻模具技術(shù)（型腔表面溫度450℃→模芯溫度350℃），使大型結(jié)構(gòu)件（如車門框架）的裂紋發(fā)生率從15% 降至3%以下。伊之密的 UN3200MGII 半固態(tài)鎂合金注射成型機(jī)（鎖模力3200T）已應(yīng)用于上汽集團(tuán)量產(chǎn)的電驅(qū)殼體。此外，伊之密與寶武鎂業(yè)合作開(kāi)發(fā)的LEAP7000超大型壓鑄機(jī)，解決了大型鎂合金結(jié)構(gòu)件的工藝瓶頸，推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定。
4.特斯拉與意德拉的技術(shù)融合
特斯拉與意大利意德拉合作開(kāi)發(fā)的6000 噸一體化壓鑄機(jī)，雖以高壓壓鑄為主，但結(jié)合半固態(tài)成型技術(shù)（如TPI 觸變活塞注射技術(shù)），可生產(chǎn)汽車內(nèi)門板、電池外殼等部件，實(shí)現(xiàn)減重與成本優(yōu)化。TPI 技術(shù)原理：分離螺桿塑化與活塞注射功能，螺桿轉(zhuǎn)速 30r/min 實(shí)現(xiàn)顆粒均勻剪切（剪切速率 1000s-1），活塞以 200mm/s 高速壓射，使半固態(tài)漿料在模具內(nèi)的充型時(shí)間縮短至 3s 以內(nèi)，較傳統(tǒng)注射成型效率提升 50%。典型應(yīng)用：生產(chǎn)的電池外殼尺寸達(dá) 1800mm×1200mm，是傳統(tǒng)工藝的4倍，壁厚僅2.5mm，抗拉強(qiáng)度達(dá)280MPa，滿足 UL94 V-0阻燃標(biāo)準(zhǔn)，為特斯拉4680電池包的輕量化設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵支撐。
三
消費(fèi)電子與新興領(lǐng)域輕量化
與高性能需求的落地
1.華為榮耀的鎂合金結(jié)構(gòu)件研發(fā)
上海交大與伯樂(lè)智能合作開(kāi)發(fā)的不銹鎂合金、高強(qiáng)韌鎂合金，已應(yīng)用于華為榮耀等品牌的消費(fèi)電子產(chǎn)品（如筆記本電腦殼、折疊屏手機(jī)鉸鏈）。材料性能：上海交大開(kāi)發(fā)的Mg-Zn-Ca 系不銹鎂合金，通過(guò)微合金化（Zn 3-5%、Ca 0.5-1%）使點(diǎn)蝕電位提升至 - 0.6V（vs.SCE），耐鹽霧腐蝕性能達(dá) 1000h 無(wú)白銹，滿足 IP68 防水等級(jí)要求。工藝適配：在折疊屏手機(jī)鉸鏈生產(chǎn)中，采用精密模具溫控技術(shù)（模溫控制 ±1℃），實(shí)現(xiàn)0.3mm 薄壁結(jié)構(gòu)的充型完整，成型件硬度達(dá)80HV，耐磨壽命＞10 萬(wàn)次折疊，較鋁合金鉸鏈提升30%。
2.南京精密的多場(chǎng)景應(yīng)用
設(shè)備矩陣優(yōu)勢(shì)：300T 設(shè)備專注微型件（如 5G 基站射頻連接器，重量＜10g），采用高速注射技術(shù)（壓射速度 8m/s）實(shí)現(xiàn) 0.1mm 特征尺寸的成型；3200T 設(shè)備針對(duì)航空航天部件（如無(wú)人機(jī)起落架），通過(guò)真空除氣工藝（真空度＜50Pa），使鑄件內(nèi)部氣孔率＜0.5%，疲勞強(qiáng)度提升 25%。新興領(lǐng)域規(guī)劃：針對(duì) eVTOL 的輕量化需求，正在開(kāi)發(fā)鎂合金機(jī)身框架，目標(biāo)減重 40% 以上，同時(shí)通過(guò)表面微弧氧化處理（膜厚 20μm，硬度 500HV）提升耐疲勞性能。
3.宜安科技AR/VR 設(shè)備的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
宜安科技將鎂合金半固態(tài)技術(shù)應(yīng)用于 AR 眼鏡骨架，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，在保持 120N?m 抗扭強(qiáng)度的同時(shí)，重量較鋁合金降低 45%。其開(kāi)發(fā)的VR頭顯中框采用鎂合金半固態(tài)成型，配合表面微弧氧化處理，實(shí)現(xiàn) IP67 級(jí)防塵防水性能。
四
技術(shù)協(xié)同與產(chǎn)業(yè)鏈整合
1.重慶大學(xué)與寶武鎂業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈合作
重慶大學(xué)潘復(fù)生院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合寶武鎂業(yè)、海天智勝等企業(yè)，成功試制16寸鎂合金半固態(tài)注射成型車輪，單次注射量10kg，減重30%，成本降低顯著。該項(xiàng)目整合了 “材料研發(fā) - 設(shè)備制造 - 模具設(shè)計(jì) - 終端應(yīng)用” 全鏈條，推動(dòng)鎂合金在汽車輪轂領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證。16寸車輪通過(guò)600小時(shí)鹽霧測(cè)試、72小時(shí)耐水腐蝕測(cè)試，輪轂跳動(dòng)量＜0.2mm，動(dòng)平衡精度達(dá)G2.5級(jí)，滿足ISO 4262標(biāo)準(zhǔn)要求。
成本模型：全鏈條整合使車輪生產(chǎn)成本較進(jìn)口產(chǎn)品降低 35%，其中材料成本占比從 55% 降至 42%，模具成本降低 28%。
2.國(guó)際產(chǎn)學(xué)研合作案例
上海交大-伯樂(lè)聯(lián)合中心：建立“材料數(shù)據(jù)庫(kù)-工藝仿真-模具設(shè)計(jì)” 一體化平臺(tái)，已開(kāi)發(fā)AZ31、AM60等鎂合金的半固態(tài)成型工藝窗口（溫度 - 固相率 - 壓射速度三維圖譜），還承擔(dān)比亞迪、一汽等企業(yè)的新型零部件研發(fā)，形成 “技術(shù)研發(fā)-中試-量產(chǎn)” 的閉環(huán)。
Stellantis合作案例：開(kāi)發(fā)的 Mg-Al-Sn 系鎂合金，通過(guò)半固態(tài)成型使抗拉強(qiáng)度提升至350MPa，延伸率達(dá)12%，滿足歐洲 NCAP 五星碰撞標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃用于2026款車型的A柱加強(qiáng)件。
五
綠色制造與可持續(xù)發(fā)展
1.能耗與成本優(yōu)化
生命周期分析（LCA）：半固態(tài)成型工藝無(wú)需 SF?保護(hù)氣體（傳統(tǒng)壓鑄需消耗5-8kg/噸鎂），減少溫室氣體排放約 1500kgCO?e/噸鎂；能耗方面，單位產(chǎn)品電耗從傳統(tǒng)壓鑄的 800kWh / 噸降至 560kWh / 噸，按年產(chǎn)能1萬(wàn)噸計(jì)算，可節(jié)約2400萬(wàn)度電，相當(dāng)于減少1.8萬(wàn)噸CO?排放。
工藝革新：上汽電驅(qū)殼體采用余熱回收系統(tǒng)（回收模具冷卻余熱加熱料筒），能源利用率提升18%，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn) “零廢水、零廢渣” 排放。
2.回收體系構(gòu)建
寶武鎂業(yè)閉環(huán)模式：建立 “原鎂冶煉-合金制備-廢料回收” 全鏈條，回收廢料通過(guò)熔體過(guò)濾 + 成分微調(diào)技術(shù)（雜質(zhì)元素控制在 Fe＜0.03%、Cu＜0.01%），實(shí)現(xiàn)再生鎂合金性能與原生合金一致。南京精密清潔生產(chǎn)：半固態(tài)成型的飛邊廢料占比僅3-5%（傳統(tǒng)壓鑄達(dá) 15-20%），廢料通過(guò)破碎 - 磁選-重熔工藝 100% 循環(huán)利用，年減少固廢排放超2000噸，形成 “資源-產(chǎn)品-再生資源” 的可持續(xù)生態(tài)。
