十倍增长潜力来袭：镁合金耐蚀性突破开启市场增量新蓝海

有色金属 评级：看好 日期：2024.11.20 十倍增长潜力来袭：镁合金耐蚀性突破开启市场增量新蓝海 证券研究报告|行业专题 报告要点 镁合金密度低，比强度高。镁合金是一种低密度的轻量化金属，其在汽车轻量化领域有着天然的优势，是一种有着明显潜力的轻量化金属。 传统镁合金耐蚀性差导致整车上应用有限。以往传统镁合金在汽车领域大部分用于仪表支架和方向盘等，用量较少，单车用量大约在15kg左右。 中铝研发新型不锈镁合金大大提升耐蚀性。近几年镁合金的研发出现了较大的突破，其耐蚀性得到了很大的提升，另外镁合金价格也在回落。这些新的发展为镁合金在汽车轻量化领域的应用提供了新的机遇窗口。 新型不锈镁合金可以用于新的领域。目前行业在三电壳体以及汽车轻量化结构件等领域的应用和尝试均有所突破。 镁合金的潜在市场规模有望提升至目前用量10倍的体量。镁合金单车潜在用量可能会增加至143~145kg/车，整体汽车轻量化材料潜在市场规模有望达到230万吨/年。 风险提示：1、镁合金在轻量化领域的推广应用尚处于初步验证阶段，等待市场验证；2、镁合金的耐蚀性还未经过大批量实际使用的验证，需评估风险。 分析师孙亮 登记编码：S0950524040001：(021)61102509 ：sunl8@wkzq.com.cn 行业表现2024/11/19 18% 10% 3% -5% -13% -21% 2023/112024/22024/52024/8 有色金属上证综指深证成指 资料来源：Wind，聚源 内容目录 1.镁合金的轻量化优势-更轻，比强度更高3 2.镁合金在汽车上的传统应用3 3.技术突破-新型不锈镁耐腐蚀能力和延展性大幅提高4 3.1传统镁合金的耐蚀性和延展性较差4 3.2新型不锈镁合金耐腐蚀性能大幅度提升5 3.3新型不锈镁合金延展性优化带来成型能力提升6 4.新型不锈镁合金潜在新应用6 4.1新能源车三电系统壳体类压铸零部件6 4.2轻量化结构件7 4.3冲压类车身覆盖件7 4.4镁合金轮毂7 5.镁合金的潜在市场规模有望提升至目前用量10倍的体量8 风险提示9 图表目录 图表1：镁合金比常见材料的比强度更高3 图表2：镁合金座椅骨架4 图表3：镁合金方向盘骨架和仪表板支架4 图表4：镁合金传统应用零件单车用量大约15kg4 图表5：传统镁合金盐水腐蚀速率5 图表6：不锈镁的耐蚀性远高于普通镁合金5 图表7：不同镁合金的盐雾腐蚀外貌6 图表8：不锈镁合金250℃温冲压结果良好6 图表9：镁合金压铸壳体类零件7 图表10：镁合金结构件7 图表11：镁合金轮毂的疲劳寿命远高于铝合金8 图表12：镁合金潜在单车用量是目前的10倍左右8 图表13：镁合金潜在市场规模有望达到230万吨/年8 1.镁合金的轻量化优势-更轻，比强度更高 镁合金比强度高，更轻。镁合金的密度是1.74g/cm3，是铝的2/3左右，不到钢的1/4，使用镁合金作为汽车轻量化材料具备明显的轻量化优势。其比强度高于常见的钢铝以及塑料等材料。镁合金易于加工。镁合金的冷机械加工性能良好，便于切削加工，除此之外，镁合金还具有良好的止振性能、焊接性能和铸造性能，为镁合金在零部件方向的应用提供了良好的性 能基础。特别是压铸镁合金的密度高，性能稳定，这种工艺得以大量推广。 图表1：镁合金比常见材料的比强度更高 镁合金与几种材料的性能比较 材料名称 性能参数 比重g/cm3 抗拉强度 Mpa 比强度 屈服强度Mpa 延伸 率% 弹性模量Gpa 比刚度 导热系数 w/mk 减震系数 镁合 金 AZ91D 1.81 250 138 160 7 45 25.8 6 54 50 铝合 金 A380 2.7 315 116 160 3 71 25.9 100 5 钢 碳钢- CR260/450DP 7.86 450 57 400 22 200 24.3 42 15 塑料 ABS-3450 1.06 48 45 资料来源：中国镁业协会，上海普利特，五矿证券研究所 传统镁合金存在的问题。虽然镁合金具备以上的种种优点，但与此同时传统镁合金也一直存在耐腐蚀性能和展性较差的问题，从图表1中的延伸率参数可以看出，镁合金的延伸率远远低于碳钢。 2.镁合金在汽车上的传统单车用量大约15kg左右 镁合金因为具备良好的铸造性能，使其在汽车上的应用主要集中在一些造型相对复杂的结构件，例如方向盘、转向件、仪表盘支架、车载显示屏支架、座椅骨架、中控支架等。这些应用大部分是不接触腐蚀介质的干燥区域。 镁合金汽车座椅骨架。镁合金吸振性好，易于机械加工，这种特点使其适合于汽车座椅材料。韩国现代汽车使用镁合金替代传统钢材制作汽车座椅骨架，通过结构优化，最终座椅骨架通过了安全法规试验，并成功减重50%。 图表2：镁合金座椅骨架 资料来源：宝武镁业，五矿证券研究所 其他镁合金支架类零件。除了以上应用之外，镁合金还可以通过铸造工艺应用在汽车方向盘骨架和汽车仪表板支架等零部件上。除了具备良好的轻量化效果之外，镁合金减振降噪的特点也有助于部分车内噪音的消除。 图表3：镁合金方向盘骨架和仪表板支架 资料来源：宝武镁业，五矿证券研究所 传统应用用量测算。以上几个应用方向是目前镁合金应用的主流领域，按照这几类零部件的重量，大概测算单车潜在用量如图表4，保守估计镁合金在传统应用领域的单车用量可以达到15kg左右。 图表4：镁合金传统应用零件单车用量大约15kg 零件名称 方向盘 仪表板骨架 座椅骨架 合计 零件重量 （kg） 0.55～0.7 4.5～5 9 14～14.7 资料来源：《轻量化镁合金轮毂生产工艺研究》王柱兴，《轻量化材料镁合金在汽车上的应用》赵琛，五矿证券研究所 3.技术突破-新型不锈镁耐腐蚀能力和延展性大幅提高 尽管镁合金有非常优秀的轻量化效果，并且镁合金的价格也已经下探至与铝同价的水平，但镁合金耐蚀性和延展性差的问题依然制约着镁合金在汽车行业的大批量应用。 3.1传统镁合金的耐蚀性和延展性较差 传统镁合金耐蚀性差。由于镁的标准电极电位较低,而且其氧化膜疏松多孔，无法形成致密的保护膜隔绝腐蚀性介质,在大多数腐蚀性环境下容易出现电偶腐蚀、环境腐蚀等腐蚀问题,耐久性较差，限制了镁合金的广泛应用。 以常见的AZ91D镁合金为例，可以用其在NaCl溶液中的腐蚀过程模拟在日常使用环境中的腐蚀情况。在3.5%的NaCl溶液中测试AZ91D镁合金试样的腐蚀质量损失，可以看出腐蚀速度虽然随着时间延长有所放缓，但是整体数据都在5.11mg·cm-2·d-1以上，耐腐蚀效果较差。这是制约镁合金在汽车工业应用的一个主要技术难题。 图表5：传统镁合金盐水腐蚀速率 AZ91D在w（NaCl)=3.5%的溶液中浸泡腐蚀速率 浸泡时间（小时） 12 24 36 48 腐蚀速率（mg·cm-2·d-1) 7.72 8.69 6.82 5.11 资料来源：《稀土La对汽车用Az91D镁合金腐蚀行为的影响》郭威，五矿证券研究所 传统镁合金延展性差。以往使用的镁合金在常温下的延伸率大部分分布于5-12%之间，远低于常见的铝合金材料或钢材，因此导致镁合金成型比较困难，易出现开裂等质量问题，制造成本较大。 3.2新型不锈镁合金耐腐蚀性能大幅度提升 新型不锈镁合金耐蚀性提高。中铝开发了新型的不锈镁合金，宣称其抗腐蚀能力达到了普通镁合金的10-50倍，另外，在耐蚀性提升的同时，此新型合金并没有采用以往研究中大量添加稀土元素来提升耐蚀性的方法，而是采用了工艺成分优化等手段使得成本没有大幅增加。这为其批量应用提供了合理的成本基础。通过盐水腐蚀试验对比新型不锈镁合金和传统的 AZ31B之间的耐蚀性差异。 不锈镁和普通镁合金盐水腐蚀速率对比 防锈铝A5052不锈镁合金14天盐水浸泡AZ31B14天盐水浸泡 00.20.40.60.811.21.41.61.82 图表6：不锈镁的耐蚀性远高于普通镁合金 资料来源：中铝轻研，五矿证券研究所 由对比结果看，在盐水中腐蚀14天后，不锈镁的腐蚀速率与防锈铝相当，远远低于普通的镁合金的腐蚀速率，起到了良好的耐腐蚀效果。从图表7中的腐蚀外貌直观来看，不锈镁表面的腐蚀白锈较少，腐蚀程度明显低于普通镁合金AZ31B。 图表7：不同镁合金的盐雾腐蚀外貌 资料来源：中铝轻研，五矿证券研究所 3.3新型不锈镁合金延展性优化带来成型能力提升 对于汽车工业而言，实现零部件批量化生产的一个重要途径就是冲压成型。这种加工工艺适用于大批量生产的同时，还有助于保证零部件尺寸的一致性。从冲压试验结果看，新型的不锈镁合金解决了以往镁合金成型开裂的问题。 图表8：不锈镁合金250℃温冲压结果良好 资料来源：中铝轻研，五矿证券研究所 4.新型不锈镁合金潜在新应用 新型镁合金在突破了耐蚀性差和成型性能提升的前提下，打开了在汽车行业其他领域应用的大门，因此应该重新评估镁合金在汽车轻量化方向的应用前景。按照目前的应用技术进展来看，镁合金有望在三电系统壳体、轻量化结构件以及冲压类车身零件等领域取得突破。 4.1新能源车三电系统壳体类压铸零部件 新能源车目前的电机壳体主要是采用铝合金压铸制造，镁合金具有更好的轻量化效果，在未来的应用发展中电机壳体可能会成为一个重要的应用方向。另外，电池包壳体目前主要采用钢铝混合搭接的方式，制造过程复杂，制造工艺成本较大。如果镁合金的耐蚀性得到市场验证和认可，那么一体化压铸镁合金电池包壳体也有可能成为一个新的发展方向。 镁合金电池&电机壳体用量。目前镁合金电机壳体的重量大约14kg左右，已经在部分车型上有所应用。而对于镁合金电池包壳体而言，与目前市场主流的钢铝混合制电池包对比，其减重效果大约为50%。以目前的制造方案估计，主流的纯电（EV）车型电池包壳体重量基本在100kg左右，按照50%的减重效果计算，单车电池包壳体的用镁量大约是50kg左右。因此保守估算三电系统壳体替换为镁合金材质后，其潜在单车用量大约是64kg左右。 图表9：镁合金压铸壳体类零件 资料来源：星源卓镁，宝武镁业，五矿证券研究所 4.2轻量化结构件 以往新能源车轻量化结构件的选材主要以铝合金和高强钢为主，而随着镁合金的技术成熟和价格下降，在一些结构类零件上有可能会出现更轻的镁合金部件，这会进一步推进车身的轻量化进展，使得轻量化材料的选择更加多元化。 车身轻量化结构件数量较多，而替换比例目前来看还很难评估。如果按照白车身重量400kg 为基础进行评估，若有10%的零部件替换为镁合金，那么其用量也可以达到40kg左右。 图表10：镁合金结构件 资料来源：万丰奥威，宝武镁业，五矿证券研究所 4.3冲压类车身覆盖件 目前主流的冲压件原材料是钢材和铝材，采用的工艺大部分是模具冷冲压，这种工艺因具备批量化和低成本的优点而被汽车和机械制造等行业大量采用。而这类零件往往是与外界环境接触的零部件，需要具备一定的耐腐蚀性。在镁合金耐蚀性得到解决后，其良好的轻量化效果可能会给冲压行业提供一种新的轻量化材料的选项。但大部分镁合金板材延伸率较低，室温下分布在5-12%之间，无法进行冷成型加工，所以如果镁合金用于冲压件应该还是以温成型为主，加工成本上会高于冷冲。但由于镁合金密度小，整体材料用量应该会低于钢和铝合金，综合成本还需要看具体的零件设计。 按照车身覆盖件四门两盖进行估算，如果有50%的外覆盖件替换为镁合金，其单车用量大约可以达到20kg左右。 4.4镁合金轮毂 镁合金材料具有重量轻、强度高、弹性模量佳、吸震减振好等特点，这些特性使其适用于制造汽车轮毂。此外，镁合金轮毂还具备更高的循环使用寿命（图表2所示），因此目前在一些高端车型或跑车上已经有镁合金轮毂的成熟应用。但原先镁合金原料的价格较高，而且镁合金轮毂为了防腐性能满足要求需要做特殊防腐涂层，这两方面的原因导致其价格较高，只能用于一些高端车型上。 随着镁合金的耐蚀性问题得到解决且镁合金原料的价格回落，镁合金轮毂的防