摘要：在“双碳”目标下，新能源汽车已经成为汽车工业重要支撑。2021年我国新能源汽车全年销量超过350万辆，市场占有率提升至13.4%。今年1~5月，新能源汽车市场累计销量达到200.3万辆，同比增长111.2%。一体化压铸效应轰动了汽车制造业，迎来了汽车车身工程工艺的变革，一体化压铸促进了铝合金材料创新与发展。本文以压铸件在汽车上应用情况，讲述了一体压铸优势和免热处理铝合金材料促进用铝量增长，重点阐述了免热处理压铸铝合金材料应用于一体化压铸的开发与应用案例，新能源汽车发展和一体压铸效应共同促进了铝合金材料创新与发展，对我国汽车轻量化发展有着重要的意义。
主题词：“双碳”目标新能源汽车一体化压铸免热处理铝合金材料
1引言
最近几年是压铸行业高速发展的关键时期，随着一体化压铸成型技术迎来了突破性进展，压铸生产正朝着大型化和集成化方向快速前进。一体化压铸成型技术契合国家“双碳”目标。当前一体压铸颠覆汽车百年制程，行业迎来黄金时代，一体压铸成型工艺正推动着汽车生产工艺迎来革命性飞跃，一体压铸成型工艺将是“汽车车身工程的一场革命”与“压铸界前所未有的一场变革”，也迎来了一体压铸铝合金材料创新与发展的新机遇。
2一体压铸化与材料应用概况
2.1压铸件在汽车上应用情况压铸与其他制造工艺相比，压铸成形工艺生产效率高、尺寸精度高、力学性能优良、材料利用率高、批量化生产经济效益较佳。目前在汽车工业中铸造铝合金的用量约占总用铝量的80%左右，而其中的65%为压铸件，例如发动机缸体、减震塔、变速器壳体、离合器壳体、电池包壳体等。发动机零部件用铝制造的减重效果最为明显，通常可减轻30%以上。铝合金材料凭借其高比强度、高比强塑积及优秀的防腐性能等优势，具有广泛的应用性，在汽车上的用量逐年增加[4-6]。随着“双碳”目标推进，新能源汽车成为未来汽车发展的方向，比亚迪从今年3月起停止燃油汽车的整车生产，加速了全国新能源汽车发展。汽车行业加速迭代升级、产量连年攀升，新能源汽车更多的结构部件需要采用压铸成形工艺来进行制造，也为压铸行业及压铸铝材的发展带来了新的市场和新的机遇。
汽车压铸零件（网图）
2022欧洲压铸展：新能源汽车压铸零部件（网图）
一体化压铸风靡全球。据中信证券发布研究报告称，特斯拉一体化压铸技术应用加速，其ModelY应用之后，Cybertruck车型有望跟进。而国内的造车新势力以及海外大众、沃尔沃和奔驰等汽车品牌纷纷跟进这一技术趋势，一体化压铸已是大势所趋[8]。
2.4免热处理压铸铝合金开发各有所长
传统压铸的汽车减震塔需要对产品进行固溶处理加过时效稳定化处理（T7热处理），使产品在长期服役的条件下形状和尺寸变化能够保持在规定范围内，才能维持它的较稳定性能[13]。对于传统铝合金而言，热处理是保障压铸零部件机械性能的必备手段。由于一体化压铸件的产品外形太大，热处理过程易引起汽车零部件变形、尺寸变化和表面缺陷是不可避免。虽然通过一些整形手段可以改善一定的尺寸精度和缺陷，但也会造成废品率的增加，导致加工成本上升。对于一体化压铸必须开发有一款材料与之配合才行，即免热处理铝合金材料使大型一体化压铸结构件成为可能，其材料具有应有的强度和韧性，满足车身的需求；冲型力要好，满足成型的需求，生产效率高；防止材料与模具进行反应，不能粘模（压铸合金的粘模倾向取决于铝合金在液态及固液两相区时与压铸模具材料）；在高温熔融状态下，吸气和氧化现象要比较小，表面光滑度好。除了性能之外，还要重量轻成本较低、应用范围广泛，一体化压铸件主要用于新能源汽车上，提高耐续航能力，就得控制成本，满足大批量应用条件，也要保证汽车的安全性。
特斯拉是自行开发的免热处理铝合金，并申请专利。其名称DieCastAluminumAlloysforStructuralComponents是一款用于结构部件的压铸铝合金，属于免热处理铝合金材料。这款材料还不需要进一步加工，特斯拉用于一体化压铸件上，不仅能降低生产成本，还能提高生产效率，同时满足一体化设计要求，使其整体强度有所提高，对产能也有一个很好的保证，促进特斯拉提高效益。
2021年10月18日，蔚来宣布其成功开发了可用于制造大型压铸件的免热处理材料。这是中国车企首次自主研发的较好全新材料，并验证并应用于大型结构件上，全新材料将会应用在蔚来第二代平台车型上。作为国内率先研发和独立设计全铝车身的车企，蔚来一直在致力于提高车身压铸部件的集成化水平，以达到更好的设计和制造效率，此次免热处理材料的成功发布，是蔚来目前获得的阶段性成果。免热处理材料的成功面市，将为蔚来推动低碳减排和车身结构设计持续创新打下更为坚实的基础[15]。蔚来强调的合金的强度，同时对于耐久性能和抗冲击性能也有比较高的要求，看来车企的要求和材料开发商之间需求点还不是完全一样的。
2021年11月1日，立中四通轻合金集团股份有限公司发布的接待投资者调研活动公告称，其研发出免热处理铝合金材料用于一体化压铸，成为新材料领域的一次突破。近年来，立中一直专注于铸造铝合金及再生铝行业核心技术，成功研发出免热处理合金材料具有优异性能，强度高，满足大尺寸、薄型件的冲型，流动性好优点，申请了专利[16]，实现了汽车零部件在一体化、大尺寸、薄壁、结构复杂和热处理易变形的新能源汽车结构件“铝代钢”材料的替代。在减少铝铸件制作成本和热处理成本的同时，对于推动汽车轻量化、节能减排和增加新能源汽车的续航能力等发挥至关重要的作用[17]。集团近日表示，免热处理合金已实现了市场应用，用于生产某高端新能源汽车电池包以及电池包支架等结构件[18]。
2021年12月20日，华人运通、高合汽车宣布，与上海交通大学轻合金国家工程中心在新材料新工艺开发、低碳轻合金产业化应用等达成战略合作，并已在技术开发层面取得实质性进展，双方全球首发TechCastTM超大铸件用低碳铝合金，将在高合汽车后续车型上大批量采用。双方基于稀土元素的特性并加以增强、优化，打造出TechCastTM这一新型铝合金铸造材料，经过多轮研发攻关和零件验证，在材料开发、性能优化、制造工艺和系统集成验证等方面实现了100%全流程正向开发，材料性能指标优异，该材料的流动性高于同级别材料15%以上，强塑积高30%以上，达到了国际领先水平。材料有望在一体式大型压铸车身薄壁结构件、门盖内板、电池包壳体等超大铸件上发挥出重要作用，并在高合汽车的后续车型上大批量采用[19]。
一体化超大压铸车身后舱（网图）
2020年初，华劲铝业旗下的华劲新材料研究院联合南通鸿劲工程技术中心，正式将一体化汽车结构件免热处理铝合金新材料列为重点研发攻关项目。经过2年多的集中攻关，目前已系统掌握了轻量化高强高韧免热处理铝合金新材料的关键制备技术。经知名新能源汽车开展小批量在零件级别本体取样验证，符合一体化大型汽车结构件免热处理铝合金材料的使用需求，此举将为公司未来拓展新能源汽车高韧性铝合金新材料奠定坚实的基础。免热处理高强高韧压铸铝合金材料性能将进一步迭代升级，更进一步拓展压铸铝合金在新能源汽车产业的应用场景，持续为新能源汽车革命贡献材料力量[20]。
2022年1月13日湖北新金洋资源股份公司发布公告，公司在高强韧免热处理压铸铝合金的研发上取得重要突破。新金洋表示，通过合金成分优化设计、原材料精细化预处理、熔体精炼纯净化和变质处理等全流程把控，压铸后合金性能稳定。其中：抗拉强度280MPa、屈服强度130MPa、延伸率13%，各项性能指标优良。目前该产品在公司内部已完成多批次的稳定性验证，并交付客户小批量生产试用。这次获得突破的高强韧压铸铝合金是新金洋瞄准汽车轻量化市场大型一体化结构件发展趋势的一款拳头产品，有利于进一步扩大压铸铝合金在汽车市场的应用，助力交通领域在安全的前提下节能减排和绿色发展[21]。
免热处理高强高韧压铸铝合金材料的开发应用及迭代升级将进一步拓宽压铸铝合金在新能源汽车行业的应用场景，为一体式压铸提高更好地材料支持。上海交通大学轻合金中心近期研发了针对一体式压铸免热处理压铸铝合金材料，根据汽车上不同部位零部件的要求与压铸成型需求，开发了JDA系列免热处理压铸铝合金材料。JDA1b合金用于一体化超大铸件的免热处理压铸铝合金，经过多轮研发攻关和零件验证，在材料开发、性能优化、制造工艺和系统集成验证等方面实现了100%全流程正向开发，在材料压铸性能、力学性能、制造性能、环境耐久性能等指标上表现优异。此材料流动性高于同级别材料15%以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度[22]。
上海永茂泰汽车科技股份有限公司在一体化大型压铸方面积极布局原生铝合金生产基地，与上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心、沈阳航空航天大学等单位合作，重点研发生产免热处理铝合金材料用于一体化超大型压铸件（新能源汽车车身、底盘等），并向新能源汽车企业推广应用。目前，公司正在自主或合作研发高热导率铝合金材料、免热处理高强高韧铝合金材料、免热处理高延伸率铝合金材料、高强度一体化压铸铝合金材料，产品具有更高的延伸率，抗拉强度、屈服强度，部分材料目前处于向汽车零部件客户送样、试制阶段[24]。
3结束语
参考文献
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