上海交通大学谷立东博士在2026 镁合金压铸产业论坛（深圳）上作报告

在新能源汽车、人形机器人、低空经济、光通信产业快速拉动下，轻量化成为制造业降能耗、提升产品性能的核心抓手。镁合金是实用金属中最轻的结构金属，我国镁资源储量丰厚，但腐蚀耐久性不足、成型缺陷等问题长期制约其规模化落地。上海交通大学曾小勤教授团队谷立东博士围绕半固态注射成型（Thixomolding）技术，从基础原理、新型合金开发、装备大型化、多场景工程化验证等维度开展长期研究，推动镁合金应用从传统 3C 小件拓展至汽车大型一体化结构件、机器人功能构件，为将我国镁资源优势转化为产业优势提供完整技术路径。

镁合金产业机遇与现实应用瓶颈

我国白云石、菱镁矿、盐湖镁盐储量丰富。从价格曲线可以看出，相同体积条件下镁对比铝具备明显成本优势。新能源汽车整车重量较燃油车高出 2040%，减重需求十分迫切。行业现状：国内新能源汽车单车用铝量＞200 kg，单车镁用量＜10 kg；据中国汽车工程学会预测， 2030 年单车镁用量有望突破 45 kg，市场成长空间广阔。

谷立东博士将镁合金在新能源汽车的应用划分为三个阶段：

第 Ⅰ 阶段：干区零部件扩大应用；以CCB、座椅骨架为代表，正在更大规模步入生产。

第 Ⅱ 阶段：以电驱壳体、减震塔、八字梁、前端框架为代表，湿区零部件初步开启应用；

第 Ⅲ 阶段：轮毂、副车架、整体式车身等车身底盘关键承载件实现应用。

镁合金在湿区服役工况下，将面临严苛的耐久性挑战。如果铸造零件内部带来的气孔、氧化夹杂、热裂等缺陷，会限制镁合金向高载荷湿区零部件拓展。

零件本体性能由组织结构决定，而组织又由化学成分（内因）、加工工艺（外因）共同决定。提升材料性能有两条核心路径：一是调整化学成分，促使合金形成强韧化第二相及晶粒形貌，致密自我保护膜层；二是优化加工工艺，消除构件内部氧化夹杂、气孔缩松等铸造缺陷。

而工艺（外因）是首要的，半固态注射成型技术在此产业背景下获得快速发展。

半固态注射成型原理：颠覆传统液态铸造的成型方式

半固态成型概念最早由麻省理工 Flemmings 教授在 20 世纪 70 年代提出，原理类比 “冰水混合物”：金属凝固过程中，通过强烈搅拌或调控凝固条件，抑制、打碎树枝晶，得到球状初生固相均匀弥散在液相中的半固态浆料；浆料在外力作用下具备良好流动性，可实现复杂构件成型。

镁合金半固态注射成型属于触变铸造（Thixocasting）技术范畴。镁粒子经由料斗进入机筒；机筒分为 57 段独立温控区段；螺杆旋转剪切配合外部加热器供热，镁颗粒在向前输送过程中完成加热、剪切挤压密实，逐步转变为含有球形固相的半固态浆料；浆料通过喷嘴高速射入模具，在高压环境下快速冷却凝固成型。喷嘴前端冷却形成冷塞实现自密封，整套生产流程不需要熔化熔炉，无需 SF₆保护气体，实现密闭连续成型作业。

对比传统高压镁合金压铸，半固态注射成型具备十大技术优势：

1.安全性高：无需镁液熔炉，取消镁液给汤转运环节，规避液态镁易燃带来的安全生产风险；

2.环境友好：生产过程不使用 SF₆保护气体，不产生熔化废渣，属于绿色制造技术；

3.氧化夹杂少：成型温度更低，镁熔体不直接接触外界空气，氧化夹杂物引入概率几乎被消除；

4.卷气缺陷少：浆料呈非牛顿流体特性，以层流充型，区别于压铸紊流充填，有效降低卷气孔洞；

5.力学性能更优：得到细小非枝晶凝固组织，晶粒与第二相尺寸细小；气孔、夹杂缺陷减少，强度与韧性同步提升；

6.尺寸精度高：凝固收缩较小，抗热裂能力提升，可实现复杂薄壁结构近净成形；

7.模具寿命长：成型温度较传统压铸低近 100℃，减轻熔体对模具热冲击；薄壁件模具使用寿命可达20万40万模次以上；

8.材料利用率高：大幅缩小料柄，简化流道、溢流槽结构，原材料利用率提升至70%以上；传统压铸镁件原材料利用率普遍低于50%；

9.产品良率高：对镁合金实施精密控温，消除压铸预结晶问题；铸件内部、表面质量稳定，机加工后仍可维持较高良率；

10.能耗更低：省去熔炉系统，一般电能消耗相比液态压铸至少节约一半。

AZ91D 合金力学性能对照试验数据：

高压压铸（HPDC）AZ91D：屈服 150-160 MPa，抗拉 230250 MPa，伸长率 35 %；

半固态成形（Thixomolding）AZ91D：屈服 160-170 MPa，抗拉 250270 MPa，伸长率 57 %。

特别强调两项容易被忽视、长期价值持续放大的核心优势：

① 镁合金半固态成型不存在元素烧损，尤其稀土元素可稳定保留，解决了传统压铸熔炉的一大痛点。

② 传统高压压铸在压室内容易形成预结晶冷硬层，枝晶组织会阻碍浆料流动且降低铸件塑性；半固态注射无给汤工序，从原理上根除预结晶问题，球状固相浆料流动性更好，成型稳定性显著优于冷室压铸。

上海交大曾小勤 - 谷立东团队在半固态成型领域长期实践积累，围绕不同固相率条件开展系统工艺研究，深入阐明半固态浆料流动性、微观组织及缺陷演化规律，为半固态注射成型工艺精准调控提供核心理论支撑；同时基于半固态工艺开展镁合金及镁基复合材料研究，形成多篇原创论文和成果。

装备大型化：半固态镁合金从小件走向汽车大构件

镁半固态注射成型技术发展关键时间节点：

- 1988 年：美国陶氏化学制造出半固态镁合金 300T 雏形机；

- 1991 年：美国 Thixomat 取得专利，实现镁半固态技术商业化；

- 后续日本制钢所在亚洲推广该技术，设备吨位集中 2801600 T，大量用于笔记本电脑壳体等 3C 电子产品；

- 不过传统 1300T 机型理论最大注射量不足 5 kg，仅能够生产中控屏背板、方向盘、扶手支架等中小型零部件，无法满足汽车大型轻量化构件需求。

国内新能源汽车轻量化需求驱动装备迭代，BOLE、HAITIAN、YIZUMI、JSW等企业推出 1650T、2000T、2500T、3000T、3200T、3600T、4000T 直至 7000T 大锁模力半固态注射成型装备，实际注射量突破 18 kg 以上，标志镁合金半固态正式迈入大型一体化成型时代。装备仍在持续优化，将支撑CCB、电驱壳体、减震塔、副车架等大尺寸汽车零部件制造。

历经七年系统研究，上海交大团队构建工艺装备材料构件闭环创新体系，项目成果曾获得2024 年世界铸造组织（WFO）全球铸造行业最佳创新技术奖。

交大昆悟新型半固态镁合金 KT 系列开发：适配工艺，对标主流铝、镁合金

并非所有压铸镁合金均适合半固态注射成型。适合半固态加工的镁合金必须满足两项条件：

①具备一定凝固区间，固相率对温度波动尽量不敏感；

② 液相线温度尽量低，固态软化温度尽量低，防止加热温度过高损伤螺杆寿命。

针对 AM50A、AM60B 商用压铸镁合金的短板，团队通过 Al、Zn、Mn、RE等元素调控优化凝固曲线，开发交大昆悟 KT 系列半固态专用镁合金粒子。7年间累计完成500余组半固态成型实验筛选，几乎遍历全部具备半固态工艺窗口的镁合金/镁基复合材料体系。

AZ6G与AM60B在半固态注射成型下的流动性对比

例如KTAZ6G对比 AM60B（实际生产常用注射温度 630640℃）成型温度更低，可在610-620℃下成型，远端充型流动能力更优。

交大昆悟整套 KT 合金体系覆盖强度、塑性、耐蚀、导热、耐热蠕变，适配汽车、机器人、光通信多类零部件。

多领域工程化落地：汽车、机器人、光通信多点突破

依托 KT 系列镁合金与大吨位半固态装备，多项全球首次的镁合金大型一体化构件完成试制：汽车领域实现镁合金减震塔、镁合金发动机下缸体、新能源多合一镁电驱壳体、一体化镁副车架等零件的半固态一体成型。例如其中镁合金电驱壳体与BYD联合承担了2024 年度深圳市科技重大专项项目；对标压铸铝合金壳体，壁厚 10 mm 部位无肉眼可见疏松、气孔；盐雾对比试验显示半固态镁合金耐蚀表现优于普通压铸铝合金。

人形机器人领域，例如高导热KT10R镁合金用于机器人结构件，与 6061、ADC12 铝合金对标，实现构件轻量化，降低运动惯量，提升整机动态响应。

光通信领域，团队与华为海思合作开发业界首款高导热镁合金光模块结构件，材料热导率可达 160 W/m・K；实现最薄 0.7 mm、整体壁厚＜1 mm，带 0° 拔模角光口抽芯的复杂薄壁零件成型，完成从锌合金、铜合金向镁合金的材料探索。

不断突破性能的天花板，细分应用场景：

- 薄壁件：手机中板、游戏机内板、摄像头壳体，屈服强度可超过 200 MPa；

- 高导热件：汽车中控屏背板、通讯散热器、无人机电机壳体等散热构件，导热覆盖100-160W/m·K；

- 大型厚壁件：电驱壳体、变速箱壳体、副车架；屈服突破180MPa，耐蠕变130-150℃。

总结与展望

半固态成型是充分释放镁合金性能潜力、抑制铸造缺陷的优选绿色工艺路线。早期受装备锁模吨位制约，该技术主要应用于 3C 消费电子小型构件；随着国内大吨位半固态成型装备实现突破并走向多样化发展，配合自主 KT 系列半固态专用镁合金，镁合金在汽车底盘、车身、动力系统等大型承载构件上的规模化应用已具备可行性。

当前行业仍面临诸多挑战，半固态技术研发需要持续深耕。未来需推动材料、模具、装备、成型工艺多维度协同迭代，持续攻克腐蚀防护、厚大构件补缩、批量制造成本等关键工程难题。在全球轻量化零部件需求持续增长的背景下，材料 装备 工艺深度耦合的大吨位半固态注射成型技术，将进一步发挥我国镁资源禀赋优势，赋能新能源汽车、人形机器人、低空装备、光通信等领域高质量发展。

【本文整理自上海交通大学谷立东博士在2026 镁合金压铸产业论坛（深圳）上所作的报告《汽车、机器人用半固态注射成型零部件的新型镁合金研究》】