时间: 2024-02-20 15:12:36 | 作者: 陶瓷加热器
顶层政策与车企需求共振，汽车轻量化趋势明确。据统计，汽车重量每下降 10%，油耗下降 6-8%，每使用 1kg 铝，可使轿车寿命期减少 20kg 尾气排放。双 碳背景下，2020 年《节能与新能源汽车技术路线》顶层政策出台，要求 2035 年燃油乘用车/纯电动乘用车轻量化系数分别下降 25%/35%。具体材料方面，根 据《节能与新能源技术路线 年铝合金单车用量将达到 250kg，而 2020 年用量约为 129kg/辆，5 年车均用量增长接近 1 倍。此外，从车企角度来看， 汽车轻量化是降低传统能源车油耗和提高新能源车续航能力的关键，车企亦纷纷 加码轻量化布局，不断推出含有轻量化设计的车型。
汽车关键结构件尺寸大、壁薄、结构较为复杂，对合金材料性能要求高。汽车结 构件是指在车身上起到主要支撑及承载作用的构件，作为车身核心部件通常具有 尺寸大、壁薄、结构较为复杂等特征。大型关键结构件在服役过程中往往承受持续、 交变的载荷，且与汽车安全性紧密关联，因此在保证较高抗拉和屈服强度的同时， 还需要具备良好的韧性。
铝合金压铸件在汽车用铝合金中占据主导地位。汽车用铝合金包括变形铝合 金、铸造铝合金，其中铸造铝合金占据主导，占汽车用铝量的 80%左右。细分来看，目前汽车用铝合金材料中 55.1%的使用高压压铸生产，25.7%的为普通铸造， 8.9%的为轧制，8.6%为挤压，1.7%为锻造。
真空高压铸造是铝合金车身结构件生产最优选。压铸是一种近净成型的特种 铸造方法，具有自动化程度高、生产效率高、能近净成型复杂薄壁件的工艺特性， 成为制作铝合金汽车结构件最为常用的一种铸造工艺。车身结构件通常属于碰撞 安全件，采用铆钉连接，需要压铸件在保持良好的强度的同时具备良好的韧性， 因此相比传统压铸件，此类压铸件一方面采用高真空的压铸工艺来减少压铸件的 气孔缺陷，另一方面则采用高强韧的压铸铝合金，来获得优异的综合力学性能。 真空压铸技术扩展了压铸件的应用限制范围，使其可以应用在对力学性能要求更高的 汽车结构件上，成为制作汽车用铝合金压铸件常用的一种快速成型工艺。
1.4. AlSi10MnMg 合金大范围的应用于车身压铸结构件，通过热处理提高机械性能
AlSi10MnMg 合金为大范围的应用的车身真空压铸结构件用压铸铝合金。工业应 用的压铸铝合金按成分差异主要可分为 Al-Si、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu、Al-Mg 等几 个系列。普通压铸铝合金通常易形成粗大的针状富铁相并诱发缩孔，导致压铸件 的力学性能不高。AlSi10MnMg 因其良好的铸造性能及可通过热处理获得较为广 泛的机械性能而成为汽车结构件领域运用最多的高强韧压铸合金。该合金的特点 是控制低的 Fe 含量，同时提升 Mn 含量以改善粘模问题，低的 Fe/Mn 比例通过 析出形成汉字状、星状或多面体状的αAl(Fe,Mn)Si 相，避免析出薄片状的β -AlFeSi 相，从而获得良好的韧性。通过调整 Mg 元素含量和热处理，能够得到不 同强韧性匹配的压铸件材料力学性能。
特斯拉引领一体压铸变革，优势明显势在必行。2019 年特斯拉采用一体成形 压铸的方式生产 Model Y 的整个后部车体，将原先由多工序所需的 70 多个零件 集成为 1 个，减少了组装焊接等程序，减重约 30%，降造成本约 40%。Model Y 的一体压铸后车身仅重 66kg，比尺寸更小的 Model3 同样部位轻了 10~20kg。 一体化成型压铸工艺具有成本低、效率高、轻量化等优势，替代传统冲压焊装工 艺大势所趋。并且,特斯拉宣布下一步计划将应用 2-3 个大型压铸件替换由 370 个 零件组成的整个下车体总成,重量将逐步降低 10%,对应续航里程可增加 14%。
传统压铸结构件需热处理、矫形，一体化压铸下部件形变大难以应用。对于 汽车真空压铸结构件，AlSi10MnMg 合金的热处理过程会导致压铸件出现变形与 表面起泡的问题，特别是随着压铸件的不断大型化，后续整形难度以及报废率将 大幅度的提高。一体压铸下部件形变误差风险进一步放大，难以满足后续需与车体其 他部位安装匹配精度要求，若强行通过矫正工艺能改善一定的尺寸精度，但部 件损失大，良品率很低，而且高真空压铸与热处理工艺导致整个工艺流程较长，进一步推高成本，部件最终成本没有办法接受。因此，传统需热处理合金材料在一体 压铸应用中难当大任。
免热铝合金为一体压铸最佳材料，兼顾性能与成本优势。免热铝合金材料一 方面可以直接在铸态下就能获得要求的合金组织和力学性能，通过特殊的合金配 方，在完成压铸成型后无需热处理就可以获得理想的机械性能，可避免在热处理（高 温固溶+时效处理）过程中造成的工件变形。另一方面因省去热处理工序，具备降 低零件制造成本，提升产品的良品率，节能减排等优点。随着“双碳目标”逐步 被企业提上日程，免热处理强韧化压铸铝合金将会是汽车行业的新宠。另外，随 着轻量化设计需求和铝合金一体压铸结构件的集成化程度不断的提高，新型压铸合 金的开发将朝着提升强度和韧性，同时拥有非常良好的流动性和铸造性能的方向发展。 一体化压铸零件通常具有尺寸大、壁厚薄、结构较为复杂等特点，这对铝合金材 料性能提出了更高的要求。考虑使用性能、工艺特点和生产条件等因素。据 上海有色金属行业协会介绍，一体化压铸铝合金材料不仅在常规性能（图 7）上 比普通压铸高，还有铸态下具有高强韧性、具备优异铸造性能、高连接包容性、 具备更高的微量元素与杂质元素容忍度和需要长效且高效变质剂五点独特的要求。
1、在不进行热处理的条件下，需保证材料成型后依然拥有非常良好的机械性能， 且车身结构件来讲，还需兼顾碰撞、疲劳等性能要求，因此一体化压铸结 构件要求材料在铸态下具有高的强度和塑性；
2、对于一体化压铸结构件来说，材料的充型能力很关键，目前最远的流程可 以达到 2 米 7 左右，如果充型能力不够，将导致欠铸等问题；
3、大型一体化压铸车身结构件在零件的不一样的部位没办法做到性能统一，焊接、 SPR、胶接等连接方式可能在零件不一样的部位使用，而不同的连接方式对于 材料的性能要求也不一致，例如 SPR 就需要材料具备高的韧性，而焊接 则要求材料不应存在气孔等，因此高连接包容性是必要的；
4、目前一体化铸件大概有 40%的件需要回炉重新使用，因此难免会引入杂 质元素，在低碳背景下未来再生料将融入免热处理锭生产的过程中，因此 材料能够对元素及杂质拥有高的容忍度，才能确保经济性和铸件性能；
5、免热处理材料通过控制凝固过程中形成的组织来实现材料的强度和塑性， 其关键点在于共晶组织的控制，目前依靠现有的 La、Gd 或者稀土元素作 为变质剂进行组织调控，在实际生产的全部过程中，工艺上需要熔体有很长的时 间的保温，如果变质剂效力下降乃至失效，将对于生产的连续性存在极 大的挑战。
国内免热合金一体化压铸结构件市场规模有望在 2025 年超 280 亿元。新能 源车销量增长迅猛，免热铝合金材料一体化压铸市场广阔。 2015 年至 2021 年 期间，中国新能源汽车销量由 32.9 万辆增长至近 351 万辆，年复合增长率 48%， 新能源汽车渗透率由 1.3%达到了近 13.4%；根据《中国汽车工业用铝量评估报告 (2016—2030)》，中国新能源汽车的铝消费量从 2017 年的 7.5 万吨增至 2018 年 的 14.6 万吨，增加 95%。在政府制定的节能减排目标的支持下，中国新能源汽车 行业的前景广阔，预计到 2030 年，中国新能源汽车行业使用铝的比例将从目前 占铝消费总量的 3.8%升至 29.4%。免热铝合金一体化压铸未来市场发展的潜力广阔。根据对 一体化压铸渗透率的预测和对单车压铸零部件的估算，预计到 2025 年国内免热 合金一体化压铸结构件市场空间将约达 280 亿，预计 22-25 年市场规模 CAGR 将 超过 200%。
在免热处理合金开发过程中，合金主要成分配比和微量特殊元素引入是核心 技术壁垒，此外净化处理、温度控制、浇铸工艺也会影响合金性质。 合金材料成分设计是免热处理合金开发的核心技术壁垒，其中又以微量元素 配比为核心。免热合金设计思路为以合金组织控制为出发点，引入微量元素对组 织进行变质、细化，确保合金组织细小，弥散，保证合金强度与塑性。其中，成 分设计的难点在于微量元素种类选取与较窄的引入比例范围，需考虑不同微量元 素对合金性能影响。具体来看，免热处理铝合金以 Al 为基础金属元素，为调节并改善金属性能以达到工程适用的条件，主要方法是添加并控制硅、镁、铁、铜、 锰、锌等元素的含量及相互关系，配比原则为既保证合金中能形成足够的强化相， 又保证具有一定的流动性且杂质的含量不产生热裂倾向。
各种不同合金元素的加入使铝合金具有不一样的性质。铝硅系合金中硅的主要 作用是改善压铸铝合金的流动性，其硅含量在 4.5%~13.5%，硅的加入可以显著 降低铝的熔点，当硅含量达到 12.5%时熔点降为共晶温度，因此共晶成分附件的 铝硅合金具备优秀能力的流动性。铝镁系合金含镁量多在 3%~6%，最高可达 9.6%， 其结晶温度范围较铝硅合金高，其逐层和糊状兼有的混合凝固模式带来了一定的 缩松倾向，但其收缩系数较小，不易开裂适于液锻成型。在铝合金中还可以存在 其他金属元素以进一步提升延伸率和延展性，实现期望的强度和韧性：添加铈可 以进一步提升延展性、可铸性、强度和韧性；添加铜和锌中的至少一种能大大的提升 机械性能。
工艺控制需合金化、除渣、除气、预热和铸造等多环节协同把握，保证制件 最终性能体现。从熔炼的环节来看，需要从合金的成分、合金的纯净度、合金生 产过程中的温度控制三个关键维度来保证材料性能。首先，免热合金的元素控制 范围更窄，控制难度更高，需保证杂质元素尽可能少的带入，特别是回炉料的添 加使用会带来杂质元素超标问题，需要企业做好合金成分控制。在净化处理方面， 采用将铝液中非金属夹杂物、氧化物及含气量的杂质高效去除的技术，保证铝液 具有较高的纯净度，从而避免因铝液中含气量影响，提高产品良率。免热合金生 产过程中温度变化的控制较为严格，以避免产生预结晶组织，影响产品质量。从 铸造的环节来看，免热合金材料还需与后道铸造工艺参数相匹配，保证合金材料 具有均匀、致密的晶粒组织及较好的力学性能。
国外具有代表性的免热合金材料企业为美国铝业、麦格纳和德国莱茵菲尔德， 近些年特斯拉也加入开发新型免热合金的行列。 免热处理合金采用的技术路线主要为铝硅及铝镁两大系列，铝硅系列为主流。 Al-Mg 系免热处理压铸铝合金压铸控制难度要比 Al-Si 系合金大，主要用于有特殊 外观和防腐要求、对力学性能要求不高的压铸件，常通过添加 Mn 代替 Fe 以利于 脱模。高强韧 Al-Si 系免热处理压铸铝合金含 Mg 量较低，具备高强韧性压铸合金 的共性特征（低 Fe 高 Mn），添加 Sr 元素对共晶硅进行变质处理等，为目前主流 的免热合金材料体系。
目前国外的用于免热处理压铸结构件的 Al-Si 系合金主要有：Castasil 37 合 金（莱茵菲尔德公司开发）；Aural 6 合金、Aural 5S 合金（麦格纳公司开发）； C611 合金（美铝公司开发）；以及 Tesla Alloy 系列合金。
德国莱茵的 Castasil-37 为高强韧 Al-Si 系免热处理合金典型代表材料。根据 上海有色金属行业协会轻量化联盟介绍，Castasil-37 合金不添加具有时效强化作 用的 Mg 元素，主要通过添加 Mo、Zr 等元素在压铸过程中形成细小弥散相来提 高合金的强度，不必进行固溶处理以提高合金性能。压铸件的壁厚越薄、冷却速 度越快，晶粒尺寸越小，最终压铸件的合金强度越高，同时铸件不会发生自然强化，性能稳定性也较好。此合金适用于车身轻量化的薄壁化高强度高韧性需求， 可应用汽车车门、减震塔等零部件。
C611 为一体压铸而生，稳定性与认可度高。C611 合金是美铝公司为大型压 铸件开发的一款非热处理压铸合金，固溶热处理改善共晶硅的形貌使得其不需较 高的 Si 含量。合金内含一定的 Mg 元素导致其并非严格意义上的非热处理材料， 其屈服强度可通过进行 T5 热处理或 T85（涂装烘烤处理）提升2。C611 系列具 有极佳的流动性，可制造形状复杂且要求高性能的结构部件，如减震塔、横梁、 电池托盘、框架、电动机外壳等，已经被欧美许多压铸厂家广泛地应用于薄壁结 构件（例如减震塔）的生产许多年。国内蔚来汽车宣布成功将 C611 EZCast™合 金运用于一体化压铸件，帅翼驰国内独家代理美国铝业的 C611 合金，为该项目的 联合合作伙伴。
麦格纳公司开发两款非热处理压铸合金，Aural 6 合金（即 375，类似 Castasil 37）与 Aural 5 合金（即 374，类似 C611）。Aural 6 合金与 Castasil 37 相比以 少量的 Mg 替代 Mo 和 Zr 从而获得一定的强化效果。Aural 5 合金与 C611 基本一 致，在铸造后和涂装烘烤前良好的塑性与自然时效稳定性可以满足车身结构件的 SPR 连接要求，涂装烘烤后强度会进一步提升，此外还可以满足 205℃下 1h 的 短周期热稳定性以及 150℃下 1000h 的长周期热稳定性要求。3 特斯拉在其 Model Y 车型上首次使用 6000 t 大型压铸单元制造铝合金一体 化压铸后部下车身，目标合金在铸造态的屈服强度和极限尖冷弯角应分别大于135MPa和24°，由于铸件的巨大尺寸还要求合金具有极好的流动性能。Tesla Alloy 合金通过控制 Cu/Mg 比例以利于析出 AlCuMgSi 相取代 Mg2Si 和 Al2Cu 相来实 现强度提升的同时不会引起塑韧性的明显下降。此外，该合金中添加了 Sr 元素对 Si 相进行变质处理，添加 V 元素析出球状的 AlFeSi(Mn+V)相，减少了片状的富 铁相，有利于材料韧性的提升，也能够容忍更高的 Fe 杂质含量。
美铝 560 免热合金开发时间早，不适用于复杂零件。560 是美铝公司 2008 年开发的一种非热处理 Al-Mg 系压铸合金。该合金曾用于日产GT-R 的车门内板， 零件壁厚约 2~3mm，实现单个车门减重 5.5kg。虽然该合金的力学性能优异，但 其过宽的凝固温度范围导致压铸过程中的热裂倾向非常高，因此难以作为料厚变 化明显的复杂零部件原料。为改善热裂性能，美铝在 560 合金基础上开发出 A152 （低 Mg）/A153(高 Mg)合金，添加了适当比例 Si 元素，以显著缩短合金的凝固 温度范围，从而明显降低热裂敏感性。
国内免热处理铝合金材料已实现自主研发，性能指标能满足汽车结构件要求。 代表公司如立中集团，其研发的 LDHM-02 免热处理合金取得专利证书。拓普集 团与华人运通及上海交通大学合作，全球首家成功应用了其联合发布的 Tech Cast 高强韧性免热处理铝合金材料，该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。此外、永茂泰、广东鸿图 等公司均取得免热处理合金专利。目前，国内主要厂家所研发生产及应用的免热 合金主要为铝硅系列。 上交 Al-Mg 系免热处理合金开发走在国内前列，一体化压铸应用前景可期。 上海交通大学开发的 SJTU-Al-Mg-Si-Mn 免热处理合金，该合金在增加 Mg、Si 元素含量并调控相对比例的同时，添加了 Ti、Zr、V 合金改善组织，并引入 Re/Ca 复合变质对共晶硅进行细化，获得了屈服强度＞180 MPa，伸长率＞10%的力学 性能。类似地，SJTU-Al-Mg-Cu-Mn 合金则引入 Cu 元素进行强化，同时引入 Y、 Er、Ce 稀土元素来细化 Al2CuMg 相，获得屈服强度＞180 MPa，抗拉强度＞320 MPa，伸长率＞8%的高强高韧的综合力学性能。该体系合金（JDA2 体系）存在 典型的薄壁效应，在大型薄壁车身结构件领域应用前景广泛。
Al-Si 体系免热合金细分为 Al-7Si、Al-9Si 两大类，各有优劣。Al-Si 系从 Si 含量来看可以分为高硅含量和低硅含量两大类，分别为 Al-7Si、Al-9Si 两大类。 Al-7Si 偏向于延伸率，Al-9Si 偏向于强度和塑造性，两种方案根据不同主机厂提 出的零部件设计要求适配使用。目前已经经过量产验证的是特斯拉的 Al-7Si 体系 免热合金，国内免热合金材料厂商主要以 Al-9Si 为主。相较于 Al-7Si，Al-9Si 免 热合金含有较高的 Si 含量，使得材料具有较高的屈服强度和铸造性能，但延伸率 较低。因特斯拉率先利用 Al-7Si 系列免热合金大规模批量生产，目前国内各大车 厂基于其生产经验，生产线基本遵循 Al-Si 体系布置搭配，材料体系的切换会导致 后端处理相应发生变化，因此我们认为 Al-Si 体系免热合金在未来一段时间内仍将 占据主流。在既有产线成熟、批量稳定应用一段时间之后，预计才可能发生 Al-Mg 体系合金的切换。
专利壁垒：对合金材料配方成分进行锁定，多为下游客户合作前置条件。免 热铝合金材料的主成分、核心成分、微量元素种类及含量含量对材料的抗拉强度、 屈服强度、延伸率、流动性等性能会产生重大影响，而合金材料专利的核心即为 重要元素的种类与含量，因此已授权专利对后来者突破专利形成较大阻碍，而且 专利保护范围较为宽泛，后发者在现有材料专利基础上进行元素微调研发免热合 金，此方法仍属于专利侵权。同时，随着存量专利的增多，新专利申请的边际难 度持续加大。整车厂为避免专利纠纷，对材料的资格审查也较为严格，倾向于选 择获得专利保护的厂商材料。新玩家则需开发新的铝合金配方，并获得专利，此 为进行整车前期试验和认证的门槛，具备显著的先进性。
一体化压铸产业链清晰，材料端格局尚未稳固。整体来看，一体压铸产业链 上游主要为材料端免热合金生产厂家、压铸机制造厂商与模具设计制造商；产业 链中游为压铸厂商；产业链下游为整机厂。目前国内一体压铸模式主要有车企自 供、第三方压铸厂合作两种模式。目前除特斯拉采取自供外，其他主机厂大多采 取与压铸厂合作供应方案如蔚来汽车，亦有主机厂采取外购与自供两条腿走路方 式如小鹏汽车。材料端免热合金厂商不受一体压铸合作模式影响，可充分享受一 体压铸持续渗透的高景气红利。格局维度来看，免热合金市场格局尚未稳固，目 前一体化压铸行业在国内还处在早期发展阶段，业务体量上没有出现明显的龙头 公司。
3.5.1. 材料端免热合金在一体化压铸整体技术中起到“穿针引线”的作用
免热处理合金作为一体压铸成型技术的基础，起到“穿针引线”的作用。在 一体化铸件设计与制备过程中，需要综合考虑零件特性，免热处理材料特性，零 件模具结构，压铸工艺及机台能力等。根据压铸周刊介绍，免热处理高强高韧压 铸铝合金材料作为一体化铸件的关键一环，必须融入零件设计（大铸件区域化性 能差异），模具设计（材料流动性与零件局部特征精细化设计）以及后续工艺优化 （仿真模拟与工艺过程控制系统）等环节，才能实现高品质一体化铸件的连续、 稳定生产。
免热处理合金服役性能数据库为零件设计提供安全保障。大铸件无法做到所 有位置性能一致，不同位置由于结构或充型的差异会产生不同的力学性能，零件 设计时在进浇口、远浇口、合流或者填充流向改变的位置等这些本体性能较差的 区域赋予对应的服役性能数据库，旨在仿真中得到零件真实受力，区分出大铸件 不同区域的性能差异，零件设计时使某些成型之后性能偏弱的区域承受较小载荷， 性能较好区域作为关键的受力位置进行布置，为零件设计在仿真方面提供安全保 证。
材料性能品质影响铸件产品良率，铸件工艺成熟优化提高材料容忍度。前期 铸造过程模拟与工艺过程控制系统并举护航铸件连续稳定生产。在前期的零件设 计阶段，需要把准确的材料物性参数带入到高精度的铸造模拟过程中，可以识别 出哪些区域是薄弱点，在进行铸造工艺的浇口布置、模流分析时，重点对薄弱且 关键的区域进行加强，提高铸件的质量控制水平和良率。其次，需要有适合于免 热处理合金特性的工艺控制系统，免热合金工艺敏感性较高，需要材料厂商充分 了解免热合金材料特性包括熔点、固相限等，并将特性充分反馈压铸工艺环节， 通过工艺的配合实现铸件的连续稳定生产。如免热合金液相线较高，需较高浇筑 温度或使用加热料桶适当降低浇筑温度，解决合金生产的全部过程中熔体进入到料桶之 后由于温降带来的冷料预结晶缺陷问题，避免铸件力学性能下降。此外，还需认 识到后端铸件生产工艺的持续成熟可以提高免热合金材料的性能及品质容忍度。 模具设计与免热合金特性充分结合保障铸件质量。因免热处理液相线比较高 更容易形成预结晶缺陷，在模具设计时需有对应免热处理合金特性的控制系统， 在流道附近及通过模拟找到在充型过程中的薄弱位置去设置集渣包收集冷料减少 预结晶组织，也可以改变浇道的形状以及内浇口的厚度等尽可能阻挡冷料进入铸 件，从而保证铸件的质量，提升产品良率。同时，一体化大型压铸模具制作成本 高、试模费用高，利用模具设计控制系统，可以降低模具厂商开发风险与成本。
一体压铸处于发展初期，基于安全性考虑，主机厂严格选定材料厂商并限制 数目。一体化压铸行业刚刚兴起，除特斯拉外，国内厂商处于摸索阶段均没有量 产经验。汽车结构件对整车的安全、性能等优重大影响，出于对汽车安全性与生 产经济性考虑，新能源主机厂对一体化压铸技术应用的成功要求较高，对于材料 种类的选用较为谨慎，倾向于选择具备应用与生产经验的材料厂商，为保证质量 一致性与稳定性，对于最终材料供应商的数目限制亦较为严格。主机厂试验初期 可能选择几款材料，需依次通过本体测试、台架测试、碰撞测试等一系列的验证， 但到验证后期只锁定有限的几款材料进行装车、碰撞试验。因此对于材料厂商来 说，初期能够成为主机厂材料供应商，成为后续可以充分分享搭载车型放量红利 的关键要素。
一体压铸材料认证流程复杂叠加需优化匹配客户零件特性，客户粘性壁垒高 企。对于超大一体化压铸件，对应免热合金材料应用验证流程长，过程复杂，同 时合金的特性需不断优化与主机厂的零件特点相匹配。据中华压铸网的介绍， TechCastTM 正是结合 JDA1b 合金特性与华人运通一体化超大铸件特点优化获得 的免热处理压铸铝合金。上海交大与合作方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，保证材料压铸、力学等性能指标表现优异。材料供应商转换成本高，即使不 涉及设计变更，也需先确认产品材质、力学性能，再到系统供应商进行多种系统 台架的试验验证，最终由主机厂进行多轮路试才能实施，面临较大时间与费用成 本，因此，一体压铸前期主机厂一旦选定材料供应商，不会轻易更换，利好技术 强合作多的龙头企业。
多壁垒依次突破周期较长，行业先发优势特征显著。免热合金行业需要依次 经历研发转换周期、配方专利保护周期、产品验证及客户导入周期，以立中集团 为例，从 2016 年开始研发免热处理合金材料，并于 2020 年获得发明专利授权。 此外，材料开发之后到最终零件的使用依然是较长的过程，材料厂商免热合金产 品需要通过主机厂试制、验证合格等流程，客户验证周期较长。时间为免热合金 行业的天然壁垒，先发优势特征显著。
材料体系需不断迭代丰富，以满足未来汽车不同应用场景需求。材料为一体 压铸技术基础，随着未来一体压铸覆盖中地板、电池箱体、电机壳体等部件，应 用场景不断延展，技术上，铸件大型化演绎、结构趋于复杂化，需要材料不断迭 代更新，以适应汽车不同部件的性能需求。而且，材料迭代与客户需求高度关联， 客户定制化属性强。免热合金材料的迭代升级趋势顺应客户需求，产品开发环节 是客户与材料厂商共同参与的过程以满足主机厂定制化需求，进一步强化客户粘 性。
据中华压铸网介绍，上海交大轻合金团队材料体系不断迭代丰富，目前已成 功开发 2 种合金体系 5 个亚型的免热处理压铸铝合金材料，其中 JDA1x 是 Al-Si-X 系、JDA2x 是 Al-Mg-X 体系，满足不同应用场景下零部件的性能要求。 1. JDA1 体系合金已成功应用于乘用车、商用车领域十几款支架类受力结 构件。其中，JDA1b 合金由于其优异的铸态强塑性主要批量应用于一体 化车身结构件，同时大量覆盖原有材料热处理型压铸铝合金生产的车身 结构件。JDA1c 合金由于其较高的铸态强度，特别是屈服强度，主要应 用于电机壳体等高强要求铸件，从而增加零件设计过程中的结构优化可 能性，改善零件在实际生产的全部过程中出现尺寸变形，合格率低等问题。 2. JDA2 体系合金由于高强高韧特性主要应用于底盘类零件，满足铸件较 高冲击、疲劳耐久要求。另外 JDA2 体系合金存在典型的薄壁效应，合 金在大型薄壁车身结构件领域应用前景广泛。
行业前期竞争核心在于：材料厂商基于产品优势建立客户资源壁垒，占据先发优势。当前一体化压铸技术尚处于发展初期，产业链尚不完善，技术能力强、 具备自主知识产权与可量产能力的免热合金材料厂商，凭借产品优势通过主机厂 验证，能够在第一阶段进入小批量或是未来进入批量化应用，建立客户资源壁垒， 为下一阶段抢占市场奠定坚实基础，预计具有先发布局优势的材料厂商将持续进 行产品迭代升级和提效降本，强化产品性价比优势，并与产业链各环节持续加强 合作，逐步搭建起稳定生态，建立深厚行业护城河。未来随着一体化压铸市场快 速扩容，先发布局的材料厂商有望获得份额保障，充分分享市场红利。
铝材全产业链龙头，加码锂电新材料实现多元业务协同闭环。立中集团是一 家轻合金新材料和汽车轻量化零部件全球供应商，主营中间合金、再生铸造铝合 金材料和铝合金车轮产品三大业务，各业务板块均为细分行业龙头，也是行业内 唯一一家拥有熔炼设备研发制造、再生铸造铝合金研发制造、功能中间合金研发 制造、车轮模具研发制造、车轮产品设计和生产工艺技术研究制造完整产业链的 公司。此外公司持续多元布局锂电新材料领域，为公司的功能合金新材料产品提 供稳定的原材料质量和供应保障；同时，立中集团已建成的危废处理产能，将有 效解决公司三大板块的铝灰处理问题，形成产业链闭环。
铸造合金产能多元布局，具备规模与区域优势。截至 2022 年中报，公司拥 有再生铝铸造铝合金产能 130 万吨，功能合金总产能 11 万吨，铝合金车轮产能 2000 万只，车轮模具产能 1200 套，车轮组装能力 300 万套。其中，公司在天津、 河北保定、吉林长春等地区建有铸造铝合金材料生产基地，产品销售覆盖国内主 要汽车产业生产集群地，规模和区域优势明显。
免热处理合金性能优异，专利奠基未来大规模应用。立中集团 2016 年开始 立项免热处理合金项目的研发，通过材料成分配比、工艺路线设计、性能指标设 定、过程能力保障等方面进行了设计和研究，于 2020 年申请并相继获得了国家 发明专利证书，并荣获铃轩奖的“前瞻类新材料优秀奖”。除此之外，为保证公司 免热合金材料在下全球市场的顺利应用，公司已完成了《铝合金机构件专利风险检索分析（FTO）报告》，公司的免热合金专利通过筛选、比对、分析国内外相关 领域专利 448 件，确定公司技术方案均未落入上述专利的保护范围，进一步保证 了公司免热处理合金技术在全球范围内的自由使用和开发，并使通过该技术生产 的产品投入市场时能够受到保护，为未来大规模的应用打下坚实基础。
客户资源协同优势：其他业务积累丰富优质新能源客户。公司的铸造铝合金 材料是蔚来、小鹏等造车新势力的二级供应商。铝合金车轮亦为蔚来、理想、小 鹏、威马、华人运通及牛创等多家新能源车企配套服务，并完成了比亚迪某新能 源车型的项目定点和某国际头部新能源车企的工厂认证。良好的新能源客户资源 为公司的免热处理合金市场推广奠定了坚实的基础。公司的免热处理材料已于 2020 年 12 月小批量生产，用于生产某国际高端品牌新能源汽车电池包上的电池 支架结构件。2022 年 2 月，公司被国内某新能源车企选定为 150KWh 免热电池 包下箱体（低压铸造）材料唯一供应商，后期同步验证 100KWh 真空压铸免热电 池包下箱体。 强强联合，携手文灿剑指一体压铸广阔蓝海。2022 年 6 月，公司与文灿集团 签署《战略合作框架协议》，在新能源汽车的大型一体化车身结构件、一体化铸造 电池盒箱体等产品的材料开发和工艺应用领域建立了战略合作关系。其中立中负 责材料配方的研发，文灿股份负责研发应用工艺条件。双方合作互为独家，在立 中集团能满足文灿股份产能需求的前提下，文灿将优先向客户推荐用立中集团材 料生产文灿集团产品。文灿是特斯拉之后第一个研发和即将量产一体化大型铸件 的行业领军企业，客户资源优质涵盖国内外知名整车厂商及零部件厂商，如奔驰、 特斯拉、新势力等。借力文灿优质客户资源、设备优势及行业地位推动立中集团 免热材料加速量产与应用推广。
15.8 亿可转债募集为业务扩张保驾护航。2022 年 8 月公司拟发行可转债募 集资金总额不超过 15.8 亿元。山东立中新能源锂电新材料项目（一期）将进一步 完善公司上游氟硼酸钾、氟钛酸钾、氟锆酸钾等氟化盐的产业链建设，六氟磷酸 锂、双氟磺酰亚胺锂和电子级氟化钠产品将推动在新能源汽车锂离子和钠离子电 池材料方面的市场布局，据公司公开投资者关系活动记录，该项目已于 2021 年 7 月注册成立，能评、安评和环评均已获得正式批复，并已成功申请了省重点项目， 目前项目已开始施工建设，主要生产设备已签订采购合同，订单业务已开始洽谈； 墨西哥立中年产 360 万只超轻量化铝合金车轮项目已取得项目用地土地使用权证 以及墨西哥当地项目建设所需相关审批文件；免热处理、高导热、高导电材料研 发中心项目。其中，公司免热处理等材料研发中心项目建成后将以铝合金铸造工 艺为基础，推动免热铝合金、高硅铝弥散复合新材料、高导热及高导电铝合金技 术的不断创新，打破国外在该领域的产品垄断和技术封锁，实现新型铝合金材料 的国产化，为公司业务的进一步发展提供新的突破口。
公司“铝合金+汽车零部件”为主业、上下游一体化发展。公司主要从事汽车 用铝合金和汽车用铝合金零部件的研发、生产和销售。公司 2002 年 8 月成立时 主要从事铝合金业务，并于 2003 年开始进入下游汽车零部件行业，逐步加大对 汽车用铝合金零部件业务的投入，形成了以“铝合金+汽车零部件”为主业、上下 游一体化发展的业务格局。公司以纯铝、废铝、硅、铜等为主要原材料，通过熔 炼、成份调整、精炼等生产工序，生产各种牌号的铝合金锭和铝合金液；主要通 过压铸、浇铸和机加工等工艺生产汽车用铝合金零部件。
公司短期扩 36 万吨产能，迎接行业上行周期。公司积极布局免热材料产能， 迎接行业景气周期。为充分利用和发挥公司在铝合金深加工产业已有优势，延伸 铝合金深加工产业链，推动绿色铝材一体化产业快速发展，迎接行业景气周期， 公司和云南省文山壮族苗族自治州砚山县人民政府就公司在砚山县投资建设年产 20 万吨硅铝合金及深加工项目达成合作协议。预计总投资约 5 亿元左右，项目分 四期建设，每期建设 5 万吨硅铝合金项目，产品主要为多种中高端应用领域高性 能铝合金，包括免热处理高延伸率铝合金、高屈服高延伸铝合金、高热导率铝合 金等。2022 年 7 月，公司子公司安徽永茂泰投资高性能铝合金材料项目（再生铝 新材料 10 万吨/年、铝合金液 6 万吨/年），投资金额 5.7 亿元，项目建设期 2 年。
目前到 2025 年公司产能规划为 60 万吨左右，迎接行业景气释放。公司计划 到 2025 年合计建成约 60 万吨高性能铝合金材料产能，长期盈利能力有望进一步 增厚。预测到 2025 年，铝合金锭和铝合金液的产能分别为 40 万吨/19 万吨。
汽车零部件客户资源稳定，新能源零部件业务持续拓展。公司主要是通过压铸、 浇铸和机加工等工艺生产汽车用铝合金零部件，主要产品包括汽车发动机下缸体、 汽车发动机油底壳等。汽车零部件供应商须通过整车厂商严格的合格供应商体系认证，才能与整车厂商建立正式合作关系。经过多年的发展，公司已与一汽大众、 上汽集团、上汽通用、上汽大众等主要整车厂商建立了稳定的战略合作关系，具 备了与大众、通用等知名整车厂的同步开发能力，承接了多项为整车厂商配套的 汽车零部件开发项目。
公司早在 2012 年就与上海交大共同研发高强韧压铸铝合金材料。在压铸非 热处理状态下可获得屈服强度达 160MPa、抗拉强度达 270MPa、延伸率达 7％ 的高强度与高韧性兼顾压铸铝合金，并且具有良好的压铸性能，极大地满足了汽 车行业零部件的应用需求，于 2019 年申请了发明专利“一种高强韧压铸铝合金 及其制备方法”，2020 年授权（专利号 ZL3.2）。产品用于大众汽车 发动机油底壳，2013 年开始已连续多年大批量供货。此外，公司正在自主研发或 与高校、下游汽车零部件客户合作研发的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、屈服强度等综合性能良好，部分材料处于向 汽车零部件客户送样、试制阶段，最终应用包括新能源汽车、传统燃油车、5G 通 讯等。
2022 年 9 月 13 日，永茂泰发布公告，公司与凤阳爱尔思轻合金精密成型有 限公司就爱尔思授权永茂泰对“非热处理自强化铝硅合金及其制备工艺（简称 “JDA 系列”）”的加工和销售及使用签订《合作协议》。该 JDA 系列的专利权人 为爱尔思和上海交通大学。永茂泰表示，本次协议的签订有利于加快公司在大型 一体化压铸免热处理铝合金材料领域的布局，把握市场机遇，提升公司的市场占有率和盈利能力。
公司深耕汽车精密零部件领域 20 余年，压铸板块是国内汽车精密铝合金零部 件细分领域的龙头企业，业务规模、技术工艺和产能装备水平等综合实力均位居 国内行业前列。公司协同原材料、关键设备、模具工装、零件制造、部件集成等 产业链各价值环节创新要素，积极探索汽车全产业链布局，提供汽车轻量化整体 解决方案。在处置转让竞争优势不明显或协同效应较弱的业务后，公司集中聚焦 于精密轻合金零部件成型制造和汽车内外饰产品制造两大主要业务板块。 公司在保证传统汽车生产能力的同时新增蔚来汽车、宁德时代、小鹏汽车、 广东和胜等重要客户，积极开拓新能源汽车市场并加快产品转型升级。2021 年新 能源汽车总成件销售收入 38,787 万元，占压铸板块产品营收比例 9.92%；内外饰 板块成功进入上汽通用出风口供应链体系，实现新能源汽车产品销售收入 8,631 万元，占内外饰产品营收比例为 5%。
2022 年 8 月董事会审议通过《关于与奥兴投资成立合资公司的议案》，同意 公司出资 8600 万与成都奥兴投资有限公司成立合资公司开展汽车压铸业务和机 加工业务，公司持有合资公司奥兴科技 66%股份，并通过合资公司持有柳州奥兴 （含其全资子公司成都奥兴汽配制造有限公司、四川省西冶奥兴铸造有限公司） 51%股权、德润汇创（含其控股子公司成都德润鸿创科技有限公司）85%股权。 本次交易将获得子公司在成都和柳州的产能基地及所拥有的熔炼、能耗指标，快 速实现公司在西南区域产能布局，逐步提升市场占有率和盈利能力。
2022 年 1 月，公司新增的 6800T 压铸单元正式投产，1 月 22 日，广东鸿图、 力劲科技集团、广州型腔及鸿劲金属铝业四家企业就全球最大 12000T 超级智能 压铸单元研发合作项目签约，这意味着广东鸿图将可实现更大体积一体化压铸产 品的研发与制造，进一步巩固广东鸿图在一体化压铸技术方向的领先优势，同时 广东鸿图将向力劲科技集团采购包括 2 套 12000T 压铸单元在内的 8 套大型及超 大型智能压铸单元。9 月 19 日，广东鸿图联合力劲集团成功举行了 12000T 超大 型智能压铸单元发布仪式，在同时举办的中国国际铸造博览会中，广东鸿图与客 户同步设计开发生产的新能源汽车电池托盘凭借 6800 吨超大型一体化精密压铸 工艺、多通道高真空压铸技术与模温精确控制技术等多方面优点获得了评委专家 的高度认可，自 140 余家企业的近 200 件参评展品中脱颖而出获得了“优质铸件 金奖特别奖”荣誉称号。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
