一、镁合金概述

镁合金密度仅为铝的2/3、钢的1/4，比强度、比刚度高，减震性及尺寸稳定性优异，切削耗能低，已成为轻量化首选材料。其成型路线涵盖压铸、挤压、锻造、增材制造等，其中液态成型（铸造）占比最高，可通过高压、低压、半固态、重力、真空等手段，快速获得薄壁、复杂、高精度零件，满足汽车、电动车、3C电子、航空航天、军工等多领域需求。

二、镁合金体系与典型牌号

1. AZ系（Mg-Al-Zn）

代表牌号：AZ91D、AM60B、AZ20

特性：强韧兼备、耐蚀较好，铸造流动性优异，使用温度≤150 ℃，占汽车镁铸件用量70%以上。

2. AM系（Mg-Al-Mn）

代表牌号：AM50A、AM60B

特性：高冲击韧性，适合安全结构件（仪表板横梁、座椅骨架）。

3. AS/AE系（Mg-Al-Si / Mg-Al-RE）

代表牌号：AS41B、AE44

特性：175–250 ℃抗蠕变性能突出，用于曲轴箱、风机壳、电机支架等高温部件。

4. 其他系

Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-RE、Mg-Li 等针对高比强、高耐蚀、超轻或功能需求开发。

元素作用速览

Al：↑强度、↑流动性、↓耐蚀

Zn：↑流动性、↓Fe/Ni腐蚀，>2%易热裂

Mn：中和Fe、改善耐蚀

Si/RE：↑高温蠕变、↑弹性模量

三、熔炼保护与流程

镁液化学活性极高，遇水爆炸、遇氧燃烧，熔炼需“预热+保护”双保险。

1. 原料预热：

150–400 ℃，去水汽、减温差。

2. 保护方式：

a) 溶剂法：卤盐覆盖，成本低但易产HCl、Cl₂，残留夹渣降低力学性能。

b) 气体法：SF₆+CO₂+N₂混合，生成MgF₂致密膜；SF₆温室效应高，正逐步被HFC-134a、Novec-612、SO₂+CO₂等替代。

 c) 真空/阻燃剂/惰性熔盐：实验室阶段，绿色化方向。

3. 常规流程：

熔炼→铸锭→去皮抛光→压铸车间预热→机边炉重熔→供给压铸机。

四、主流铸造工艺

1. 高压压铸——85%以上镁件的首选

 • 热室：镁液封闭于鹅颈，周期短、氧化少，620–640 ℃，适合<2 kg小件（方向盘、笔电壳）。

 • 冷室：650–680 ℃，射速5–10 m/s，凝固速率达100–500 ℃/s，晶粒细化，可成型1 mm薄壁大件（仪表盘横梁、变速箱壳）。

 • 痛点：高速卷气→含气量2–5 mL/100 g，无法T6热处理，高温疲劳性能受限。

2. 重力铸造——航空、军工“高精尖”

 • 砂型：最大单件1.4 t，发动机机匣、直升机减速箱体；型砂需加硫磺/硼酸抑制剂。

 • 金属型（永久模）：尺寸精度CT6–CT8，表面Ra 3.2–6.3 µm，批量>5000件时成本优于砂型。

 • 熔模精铸：3D打印蜡模+硅溶胶壳，壁厚0.6 mm，精度CT5，用于无人机骨架、航天电子舱。

3. 真空压铸——“零”气孔版本HPDC

型腔真空度<50 mbar，含气量降至0.3 mL/100 g以下；AE44减振塔抗拉215–232 MPa、伸长8.4%，可直接T6热处理与激光焊。

4. 半固态铸造（SSM）——绿色近净形

浆料固相率30–50%，黏度大、充型稳：

 • 能耗↓50%，无需SF₆；

 • 模具寿命↑2–4倍（20–40万模）；

 • 孔隙率<0.5%，延伸率↑50%；

 • 0.3 mm薄壁、0.2 mm局部凸台可一次成型，已用于笔电A/C/D面、无人机电池壳。

5. 充氧压铸（Pore-free HPDC）

充O₂或O₂+CO₂，生成1–3 µm MgO弥散质点，含气量<0.1 mL/100 g，AM60轮毂抗拉280 MPa，屈服180 MPa，可T6处理，减重15%替代铝轮毂。

6. 低压铸造（LPC）

0.2–0.6 bar气压平稳充型，补缩好，可成型空心结构；周期为HPDC的2–4倍，适合50 kg以内复杂腔体件（副车架、电机壳）。

7. 挤压铸造（液态模锻）

高压凝固+微量塑性变形，组织致密，可直接固溶时效；间接挤压铸造已批量生产5G滤波器壳体（AZ91D，抗拉310 MPa，屈服220 MPa，伸长5%）。

8. 双辊连续铸轧

镁液→两旋转水冷轧辊→2–6 mm板带，凝固速率10³–10⁴ ℃/s，晶粒≤15 µm，后续冷轧减薄至0.3 mm，用于电池包壳体、屏蔽罩。

五、优势与缺陷对照

优势（vs.铝合金）

• 铸造斜度1.5°（铝2–3°）

• 尺寸精度高50%

• 压铸周期短25%，切削速度↑50%，加工能耗↓50%

• 脱模力低20–30%，清理能耗仅铝的60%

• 薄壁极限0.6 mm，筋板+凸缘结构可替代加厚壁

常见缺陷

变形、欠铸、冷隔、缩孔、裂纹、气孔。根源：工艺参数失配（压射速度/压力/温度）、模具排气不良、熔体含氢/氧化皮、原料纯度低。

六、应用与未来方向

2025年全球镁合金市场规模预计约30亿美元，其中汽车占50%、电子20%、航空/军工10%。

汽车：一体式后底板、副车架、轮毂、电池托盘——向大型化、集成化、可热处理方向发展。

电子：折叠屏铰链、5G中框、超薄散热片——追求0.2 mm以下壁厚+高导热（>120 W m⁻¹ K⁻¹）镁合金。

航空航天：发动机机匣、卫星支架、无人机臂——目标200 ℃以上抗拉>300 MPa、疲劳寿命>10⁷次。

技术趋势

1. 绿色熔炼：无SF₆保护气体、真空循环熔炼、废镁闭环再制造。

2. 智能产线：真空压铸+在线X射线/激光超声检测+AI工艺闭环，缺陷率<100 ppm。

3. 高性能合金：Mg-Al-Ca-Sn、Mg-Zn-Cu-Li、Mg-RE-Zr 等耐热/高导热/高耐蚀体系。

4. 多工艺融合：半固态+真空、挤压铸造+局部补焊、铸轧+温轧，实现“一火成材”。

镁合金铸造正站在“双碳”战略与轻量化需求的风口，材料、工艺、装备、检测的协同创新，将推动其向更广阔的高端场景加速渗透。