传统压铸铝合金往往依赖固溶与时效热处理来提升强度、韧性、疲劳性能,但加热与冷却过程中的热胀冷缩会使零部件尺寸变形并产生表面缺陷。对一体化压铸的大型铝合金部件而言,变形风险被进一步放大,矫正工艺虽可改善部分尺寸精度,却会拉低良品率、推高成本,因此开发免热处理铝合金成为大型一体化压铸结构件的关键拐点。 主流免热材料走的是铝硅合金路线,行业格局呈现"外资先行、内资追赶"的态势。
从"必须热处理"到"免热处理":材料逻辑的转折
传统压铸中,Si、Fe、Cu 等合金元素的加入各有分工:Si 显著改善流动性、减小收缩率,Fe 有利于压铸件脱模,Cu 则增强铸件强度。免热处理铝合金的思路,是在传统铝硅合金基础上添加合适的化学变质元素,并结合实际压铸的凝固条件,获得此前需要热处理才能得到的力学性能。
之所以普遍选择铝硅系而非铝镁系,与一体化铸件的尺寸特征有关:这类铸件体积大,最大长度可达两米四,铸造时材料流程长,对流动性要求高,而铝镁合金虽整体性能更优,流动性却不如铝硅合金。
关键拐点:外企先行与国内企业的追赶
美国铝业等国外企业研发布局较早,已实现规模化量产。国内方面,上海交大、立中集团、广东鸿图等陆续取得进展,构成材料环节的主要节点:
| 开发方 | 关键节点 | 进展状态 |
|---|---|---|
| 美国铝业 | 2015年4月发布 EZCast™ 专用铝合金 | 已规模化量产 |
| 特斯拉 | 自研,2021年7月申请专利 | 已规模化量产 |
| 立中集团 | 2014年启动研发,2020年获得发明专利证书 | 2020年12月小批量生产,用于电池支架结构件 |
| 广东鸿图 | 2016年8月起单独开发并与中铝苏州研究院合作开发 | 2022年1月17日试制铸件成功 |
| 华人运通高合汽车 | 2021年12月与上海交大合作全球首发 TechCast™ 超大铸件用低碳铝合金 | 已量产下线 |
就国内竞争格局而言,上海交大的材料目前认可度较高,其 JDA1、JDA2 系列无需热处理即可达到较高强度与塑性,但对铝的杂质元素控制要求很高,而交大本身没有实体工厂,生产存在一定不确定性。上市公司中主要是立中集团与广东鸿图:立中集团从2014年立项研发,2020年获得专利;广东鸿图是自研自制免热处理材料的压铸厂,2015年开始研发,2016年获得专利授权。两家产品各有优劣,广东鸿图的抗拉强度和屈服强度更强,立中集团的延伸率更优。
长期看点:再生铝替代原生铝
免热铝合金仍处推广初期,成分配比尚在摸索,各合金成分控制严格,目前需使用电解铝并精确添加合金元素来制造;而一体化压铸所取代的原有小型压铸件,大部分由再生铝制造,由此带来碳排放的长期隐忧。立中集团作为再生铝行业龙头,在原材料与渠道两端具备优势:一方面推进以再生铝替代原生铝制造免热铝合金材料,另一方面产业布局覆盖多个国内主要汽车产业生产集群地,更靠近下游客户,并能承接压铸废料回收。
常见问题
为什么一体化压铸必须走向免热处理材料?
传统压铸靠固溶和时效热处理提升综合性能,但加热冷却产生的热胀冷缩会导致尺寸变形。小型部件误差可通过整形工装消除,而大型一体化压铸件变形风险被放大,矫正会降低良品率、使成本急剧上升,因此免热处理铝合金成为大型结构件的关键。
国内免热处理铝合金有哪些代表性进展?
上海交大的 JDA1、JDA2 系列无需热处理即可达到较高强度与塑性,目前认可度较高;立中集团2014年启动研发、2020年获得发明专利证书,并于2020年12月小批量生产用于电池支架结构件;广东鸿图2016年起开发,2022年1月17日试制铸件成功。
免热处理铝合金为什么多选铝硅系而不是铝镁系?
铝镁合金整体性能更优于铝硅合金,但流动性存在短板。一体化铸件体积大、最大长度可达两米四,铸造时材料流程长、对流动性要求高,因此行业普遍选用铝硅合金,并在其基础上通过化学变质元素与凝固条件设计来获得所需力学性能。