一、引言 

镁合金作为工业领域中密度最低的金属结构材料，凭借“轻量化、高比强、可降解、资源丰富”的综合优势，被列入《“十四五”材料产业发展规划》的重点发展方向，是推动航空航天、新能源汽车、具身机器人等领域技术革新的核心基础材料。当前，全球镁合金产业正处于“技术突破、场景拓展、规模应用”的关键阶段。中国凭借占全球 85%的原镁产量以及完整的产业链布局，成为全球镁合金发展的核心驱动力。本报告对镁合金的核心特性、研究瓶颈、技术进展、产业链格局以及未来趋势进行系统梳理，为产业实践和科研方向提供参考。  

二、镁合金的核心特性与价值定位 

镁合金的产业竞争力源自其在性能、资源、环保等维度的不可替代性，具体可归纳为五大核心优势，各优势均与明确的应用场景需求相对应。

1.极致轻量化：其密度仅为1.74g/cm³，为铝合金的三分之二、钢材的四分之一。在相同刚性条件下，1kg 镁合金等同于 1.8kg 铝合金，能够显著降低装备能耗，是新能源汽车（减重以降低能耗）、具身机器人（减重以提升灵活性）、航空航天（减重以提高载荷）等领域的核心需求要素。 

2.力学适配性：室温比强度达到140 - 200MPa/(g/cm³)，优于铝合金（120 - 180MPa/(g/cm³)），在轻量化设计中可兼顾承重需求，适用于汽车底盘、机器人关节等承力部件场景。 

3.功能多样性：一方面，具备优异的阻尼性能（振动衰减率为铝合金的3 - 18 倍），可降低设备运行噪音，适用于家庭服务机器人、精密仪器外壳等场景；另一方面，电磁屏蔽效能达 30 - 50dB，优于同厚度铝合金（25 - 40dB），可保护电子设备免受干扰，适用于半导体车间协作机器人、3C 产品壳体等场景。 

4.生物相容性：降解产物Mg²⁺可参与人体新陈代谢，且能促进成骨细胞生长，弹性模量（20 - 40GPa）接近人体骨（20 - 30GPa），可避免“应力遮挡效应”，是骨修复器械、心血管支架的理想材料。 

5.资源可持续性：地壳储量达2.35%（排名第八），中国白云石矿储量超过 500 亿吨，原镁产量占全球 85%以上；2024 年回收利用率已达 38%，契合“双碳”战略下绿色制造的要求。  

三、镁合金产业化的核心瓶颈与技术痛点 

尽管镁合金具备显著优势，但在规模化应用进程中，依然面临四大技术瓶颈。这些瓶颈直接限制了其在中高端应用场景的拓展，亦是当前研究需要着重突破的核心方向。

1.强度与耐热性欠佳：主流的Mg - Al 系合金，其室温抗拉强度普遍低于 300MPa。在 120℃以上的高温环境中，强度衰减率超过 40%，难以满足汽车动力系统（工作温度 150 - 200℃）、航空发动机部件（工作温度 250 - 300℃）的承力要求。 

2.塑性成形困难：镁具有密排六方晶体结构，在室温条件下仅有3 个独立滑移系，致使室温延伸率通常低于 15%。在加工复杂构件（如机器人仿生手指）时，容易出现开裂现象，成型良品率低于 60%。 

3.耐腐蚀性较差：其标准电极电位为- 2.37V（相对于标准氢电极），在含 Cl⁻介质（如海水、汗液）中，腐蚀速率达到 0.5 - 2mm/年，需要进行额外的表面处理（如微弧氧化），这使得制造成本增加 15% - 20%。 

4.氢脆风险突出：在熔炼过程中（当氢分压＞10⁻⁴Pa 时），镁合金容易吸收氢气并形成 MgH₂，进而引发氢致裂纹，导致构件突然断裂，这限制了其在航空航天、高压管道等对安全要求较高的场景中的应用。  

四、镁合金的核心研究方向与技术突破 

针对上述瓶颈问题，科研领域与产业界围绕“合金设计 - 制备工艺 - 性能调控 - 场景适配”构建了四大研究方向，并且均已取得阶段性的技术突破，部分成果已实现产业化。

（一）合金化设计：从“单一强化”迈向“协同性能优化” 

通过元素调控达成性能突破，形成多体系合金布局，以满足不同应用场景的需求。

•Mg - Al 系（低成本通用型）：例如AZ91D，其铸造流动性大于 500mm，2024 年全球用量占镁合金总消费量的 65%，主要应用于汽车仪表盘支架、3C 外壳等非高温场景，成本约为 2.5 万元/吨。 

•Mg - Zn 系（中强塑性型）：如ZK60，经 120℃×24h 时效处理后，抗拉强度达到 380MPa，延伸率为 18%，适用于自行车车架、无人机机身等，预计 2025 年量产规模将突破 5 万吨。 

•Mg - RE 系（高端耐热型）：像WE43，添加 Y、Gd 等稀土元素后，在 250℃下蠕变强度大于 150MPa，抗拉强度大于 450MPa，应用于 Airbus A350 机舱连接件、汽车涡轮增压器等，成本约为 8 万元/吨，预计 2025 年国内产能将突破 2 万吨，从而打破欧美垄断局面。 

•Mg - Li 系（超轻型）：密度为1.35 - 1.65g/cm³，室温延伸率大于 30%，可实现超塑性（延伸率大于 200%），适用于特种无人机、便携式电子设备等，预计 2025 年中试线产能将达到 1000 吨。 

•无稀土高熵合金（未来潜力型）：例如Mg - Zn - Ca - Sr - Y 系，在实验室阶段实现了“抗拉强度大于 400MPa + 延伸率大于 20% + 腐蚀速率小于 0.1mm/年”的目标，预计 2025 年进入中试阶段，目标是将成本控制在 3 万元/吨以下。 

（二）制备工艺：从“传统成型”转变为“先进智能制造” 

先进工艺有效解决了成型难题，提升了产品质量与生产效率，关键技术已实现国产化。 

1.冶炼纯净化：开发了MgCl₂ - KCl - CaF₂无氟熔剂与 CO₂ + 0.01% SF₆保护气，使合金氧含量小于 50ppm（纯净度提升 40%），2024 年工业应用率达到 70%；宝武镁业的“大罐炼镁技术”使吨镁能耗降至 7.8 吨标煤，较行业平均水平降低 18%。 

2.塑性加工：等通道角挤压（ECAP）实现晶粒细化至小于 5μm，强度提升 50%；异步轧制（速度比 1.2 - 1.5）改善了 AZ31 板材织构，室温延伸率提升至 21%，各向异性差异从 30%降至 10%以内。 

3.增材制造：激光选区熔化（SLM）技术实现了复杂构件的制造，通过调控激光功率 180 - 220W、扫描速度 1000 - 1500mm/s，打印件致密度达到 99.2%，应用于卫星支架可实现减重率 35%，预计 2025 年航空航天领域应用规模将突破 1000 吨。 

4.半固态压铸：力劲科技的 TPI 技术实现了 11kg 级大部件一次成型，强度提升 30%，成本降低 40%，预计2025 年将应用于人形机器人壳体制造，单机用量达13.7kg。 

（三）表面防护：从“单一屏障”发展为“多功能涂层” 

针对耐腐蚀性短板问题，构建了多技术路线防护体系，以满足不同场景的寿命需求。

•微弧氧化：形成5 - 50μm 陶瓷层（硬度 500 - 1500HV），腐蚀速率小于 0.05mm/年，耐盐雾时间大于 2000h，2024 年全球应用率达到 55%，应用于汽车轮毂、电子外壳等。 

•激光表面合金化：添加Al、Si 元素后，表面硬度提升 2 - 3 倍，耐腐蚀性提升 5 - 10 倍，适用于齿轮、轴承等高耐磨场景，预计 2025 年工业应用率将突破 10%。 

•聚合物涂层：涂覆环氧树脂、聚酰亚胺后，耐盐雾时间大于2000h，应用于航空航天构件，预计 2025 年高端市场渗透率将达到 30%。 

（四）场景适配：从“通用材料”转变为“定制化解决方案” 

针对细分领域的需求，开发了专用材料与部件，典型场景如下。 

1.新能源汽车：预计2025 年单车镁合金用量将达到 25kg（较 2020 年增长 150%），宝武镁业的“三合一电驱壳体”可使车身减重 15% - 20%，宜安科技的 3000T 半固态压铸机瞄准底盘结构件，预计 2026 年实现批量供货。 

2.具身机器人：特斯拉Optimus Gen3 采用 AZ91D 镁合金，膝关节支撑结构减重 42%（由0.8kg 降至 0.46kg），可保持120kg 负载；优必选 Walker X 髋部齿轮箱采用 ZM5 镁合金，减重 55%，噪音从 65dB 降至 53dB，预计 2030 年全球机器人领域镁合金需求将达到3400 吨。 

3.生物医疗：华融科创的可降解镁合金接骨螺钉预计2025 年获得国家药监局创新批件，临床愈合率达 100%；宜安科技的镁界面螺钉降解周期为 3 - 9 个月，预计 2026 年上市，预计 2030 年医用镁合金市场规模将突破 50 亿元。  

五、镁合金产业链格局与国内龙头企业 

中国已构建起涵盖“资源开采—原镁冶炼—镁合金制备—精深加工—回收利用”的完整产业链，

并且涌现出一批具有引领作用的企业，这些企业在全球中低端市场占据主导地位，同时正积极向高端市场发起突破。

（一）产业链各环节核心特征 

1.上游（资源与冶炼）：陕西榆林、山西运城、宁夏石嘴山形成了“三西一宁”资源带，该区域的白云石矿储量占全国总量的 80%；预计到 2025 年，国内原镁产能将达到 150 万吨（占全球产能的 83%），宝武镁业、榆林新材料集团为该环节的头部企业，其吨镁能耗最低可降至 7.5 吨标煤。 

2.中游（材料与加工）：到2025 年，镁合金产能将达到 50 万吨，宝武镁业的市场占有率超过 40%；半固态压铸、3D 打印设备的国产化率达到 50%，伊之密 MGII 成型机的合模次数超过 500 万次，废品率降低 30%。 

3.下游（应用与回收）：2024 年，镁合金在汽车领域的应用占比为 48%，在电子电器领域占比为 22%，在新兴领域（如机器人、医疗等）的应用占比提升至 10%；到 2025 年，回收利用率目标设定为 42%，宝武镁业已建成“再生镁—加工”的闭环体系。 

（二）国内龙头企业竞争力分析  

六、政策支持与产业生态构建 

中国借助“国家战略 - 区域布局 - 产学研协同”三级体系，推动镁合金产业实现高质量发展。

1.国家政策方面：《镁合金产业高质量发展行动方案（2025 - 2030）》明确了三大目标，即高端产品自给率达到 80%、吨镁能耗低于 6 吨标煤、回收利用率高于 50%，并设立每年 20 亿元的专项研发资金；《有色金属行业稳增长工作方案》将镁合金列为高端材料拓展的重点。 

2.区域布局方面：陕西榆林致力于建设“世界镁都”（规划建设 50 万吨绿色镁基产业园），重庆着力打造机器人镁合金部件基地（给予设备补贴，最高可达 30%），青海积极布局光伏镁冶炼一体化项目（利用清洁能源降低碳排放）。 

3.产学研协同方面：秦创原平台推行“科学家 + 工程师”模式，榆林新材料与西安交大合作共建实验室（投入价值 100 万元的设备），宝武镁业与上海交大构建“轧制知识图谱”（集成 20 万组数据），华融科创与中南大学成功突破医用镁合金产业化瓶颈。  

七、行业挑战与突破路径

 （一）当前核心挑战 

1.成本- 性能平衡难题：Mg - RE 系成本为每吨 8 万元（是 Mg - Al 系成本的 3 倍），无稀土合金在 150℃以上时强度衰减超过 30%，难以同时满足“低成本 - 高耐热”的需求。 

2.环保与能耗压力：行业平均每吨镁的能耗为8.5 吨标煤（高于国际先进水平的 6 吨标煤），SF₆保护气具有显著的温室效应，且环保法规日益严格，导致成本增加。 

3.标准体系缺失：机器人关节疲劳寿命、医用镁合金降解速率等关键指标尚无统一标准，对规模化应用造成影响；国际碳关税（CBAM）可能使出口成本提高 18 - 22%。 

4.国际竞争压力：欧美日等国家和地区主导高端市场（美铝航空的Mg - Li 合金、德国克虏伯的耐热 Mg - RE 合金市场占有率达 70%），国内企业在高端材料和核心设备领域仍存在差距。 

（二）针对性突破路径 

1.合金研发：重点开展Mg - Zn - Sn - Mn 无稀土体系的攻关工作，添加 0.1 - 0.3%的 Sr，以实现“抗拉强度＞350MPa + 成本＜3 万元 / 吨”的目标，计划于 2027 年实现量产；加速高熵合金的中试进程，于 2028 年实现产业化。 

2.工艺优化：推广使用CO₂ + Ar 混合保护气（替代 SF₆，可降低碳排放 90%），到 2030 年使行业每吨镁的能耗降至 6 吨标煤；实现半固态压铸、真空压铸的规模化应用，将废品率控制在 5%以下。 

3.标准建设：在2026 年底前发布《人形机器人用镁合金技术要求》《可降解镁合金医疗器械规范》，建立回收利用标准，到 2030 年使再生镁品质达到原生镁水平。 

4.国际竞争：积极参与国际标准的制定，提升在国际市场的话语权；针对CBAM 优化生产流程，降低碳足迹；在新能源汽车、机器人领域构建技术壁垒，到 2030 年将高端市场份额提升至 40%。  

八、未来发展趋势与关键节点 

（一）七大发展趋势 

1.低成本化：预计到2030 年，无稀土合金成本将降至 2.5 万元 / 吨，从而推动其在民用领域的广泛普及。 

2.智能化：以人工智能（AI）驱动“材料设计 - 工艺优化 - 质量检测”全链条发展，新合金研发周期将从 2 - 5 年大幅缩短至 3 - 6 个月。到2028 年，数字孪生技术在压铸模具设计中的渗透率将达到 80%。 

3.多功能化：积极拓展镁基储氢材料（储氢容量＞7wt%）、镁（Mg）离子电池电极（容量＞200mAh/g）等应用领域，预计到 2030 年，新能源功能材料在相关领域的占比将达到 10%。 

4.绿色化：到2030 年，吨镁能耗将控制在＜6 吨标煤，回收利用率将超过 65%，全生命周期碳足迹降低 40%。 

5.定制化：开发机器人专用镁合金（耐盐雾＞2000h）、医用专用合金（降解速率 0.1 - 0.3mm / 月）等定制化产品，预计到 2028 年，定制化产品占比将达到 30%。 

6.跨领域融合：推动镁合金与碳纤维复合（比强度提升20%），以适配航空航天、高端机器人等领域需求。到 2030 年，复合结构应用规模将突破 1 万吨。 

7.全球化布局：加强与“一带一路”沿线国家的产能合作，预计到 2030 年，海外镁合金加工产能占比将达到 15%，有效规避贸易风险。 

（二）2025 - 2030 年关键节点 

九、结论 

镁合金凭借其轻量化、力学适配性以及资源可持续性等核心优势，已成为支撑高端制造与绿色发展的关键材料。中国依托完整的产业链和政策支持，在全球产业格局中占据核心地位。当前，该产业正处于突破技术瓶颈、拓展高端应用场景的关键时期，强度- 耐热 - 成本的平衡、环保工艺升级以及标准体系完善仍是需要攻克的核心问题。 

未来五年，随着无稀土合金、增材制造等技术实现产业化落地，以及新能源汽车、具身机器人、氢能储运等领域需求的逐步释放，镁合金将实现从“通用材料”向“定制化功能材料”的跨越。通过“技术创新降本、标准建设提效、绿色生产赋能”三个维度的驱动，中国有望在 2030 年前打破欧美在高端市场的垄断，构建“资源 - 技术 - 应用 - 回收”的全球领先产业生态，为制造业转型升级和“双碳”目标的实现提供核心材料支撑。