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2024

一体化压铸基础——免热铝合金材料

免热铝合金材料作为一体化压铸基石，需求明确，格局未定。在后底板、前机舱应用确定性强，电池托盘一体化压铸的进展会带来新的增量。现阶段竞争格局未定，国内主机厂、材料厂纷纷入局，整体盈利空间相对拥挤。

铝合金因其低密度、高强度和可循环利用的特性，成为汽车轻量化进程中的理想选择。相比钢材，铝合金具有显著的优势。其密度仅为钢材的约30%，这使得使用铝合金替代钢材可以有效减轻汽车的整体重量。此外，铝合金在强度、导热性和耐腐蚀性方面均能满足要求，同时易于循环利用。在汽车领域，使用铝合金代替钢材的趋势日益明显，这不仅能降低汽车重量，还有助于实现节能和环保。新能源汽车的快速发展进一步推动了铝合金在汽车制造中的应用。由于新能源汽车需要携带沉重的锂电池，其重量比传统燃油车更重，因此对轻量化需求更为迫切。铝合金广泛应用于新能源汽车的各个部件，如电池托架、底盘和防撞梁等。据统计，2021年中国新能源汽车的单车用铝量预计为220kg/辆，而工信部设定的2025年和2030年目标分别为250kg/辆和350kg/辆。

汽车用铝合金主要分为铸造铝合金和变形铝合金两大类，铸造铝合金在汽车制造中占据主导地位，实际占比达到77%。铸造铝合金主要应用于“三电系统”，包括动力电池、驱动电机和电控系统。而变形铝合金则主要用于车身系统部件、热交换器系统部件和冲压车轮等。传统压铸铝合金AlSi10MnMg是一种高强韧性的压铸铝合金，广泛应用于汽车车身的真空压铸结构件。该合金通过控制铁含量和增加锰含量来解决粘模问题，同时通过调整镁元素和热处理工艺，可以获得不同强韧性匹配的压铸件材料力学性能。其特点是低Fe/Mn比例，促使析出相呈现汉字状、星状或多面体状，避免了薄片状的β-AlFeSi相的形成，从而确保了良好的韧性。免热处理铝材的发展始于2000年代初期，主要针对汽车车身结构件的应用需求。传统的铝硅合金延展性不好，对于铆接这类需求不能满足, 而进行热处理会导致构件变形、起泡等问题。随着压铸件的大型化，后续整形的难度和报废率大大增加。在一体压铸工艺下，部件的形变误差风险进一步放大，使得这些部件难以满足与车体其他部位精确安装的精度要求。尽管可以通过矫正工艺来改善尺寸精度，但这种方法会导致部件损失大，良品率降低。此外，由于高真空压铸和热处理工艺的结合，整个工艺流程变得冗长，进一步推高了成本，使得部件的最终成本变得不可接受。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。美铝最先开发出免热处理铝合金材料，通过调整Si的含量，研发出既可以不进行热处理又能够保证材料抗拉性能和延展性。15、16年左右帅翼驰和美铝达成协定，在国内进行推广。最初这些材料主要应用于高端汽车车型，并且对于铝合金压铸厂商而言，热处理进行了大量设备投入且有比较大的技术壁垒, 所以免热处理铝材的推广动力不足。但随着特斯拉发展出一体化压铸大型铝合金组件，压铸机吨位及压铸汽车零部件的体积越来越大，压铸后热处理过程会导致零件变形及表面气泡问题，热处理工艺不能满足要求，免热处理铝材的市场应用得到了显著扩展。免热处理铝合金通过掺入其他金属合金，可在完成压铸成型后无需热处理直接获得具有良好强度、塑性、韧性、耐蚀性及疲劳性等一系列综合性能的铝合金零部件。2020 年3 月帅翼驰与美国铝业达成协议，成为美铝在中国独家授权的制造销售企业。美铝 C611 铝合金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。

各种不同合金元素的加入使铝合金具有不同的性质。

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有优异的流动性。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高延伸率和延展性，实现期望的强度和韧性：添加铈可以进一步提高延展性、可铸性、强度和韧性；添加铜和锌中的至少一种可以提高机械性能。

免热处理材料技术进展：材料配方know-how基本完成，重点在于良率提升。免热合金材料成分设计是免热处理合金开发的核心技术壁垒，主要分为 Al-Si 系和Al-Mg 系两大类。目前各厂商推出的免热处理铝合金材料都能够满足主机厂的需求。初期主要有三条技术路径，美铝-帅翼驰 C611、莱茵费尔登 CASTASIL-37、特斯拉合金，这三种路线区别比较鲜明；后续材料专利都是在这三种合金的基础上发展而来的。

Al-Si系: Si含量越低合金延展性越好, 但屈服强度越低。分为低Si和高Si两种，低Si合金的Si含量在6.8%-8%之间，主要代表厂商是帅翼驰。这种合金的延展性较好，但屈服强度相对较低。高Si合金的Si含量在8-8.5%之间，主要代表厂商包括莱茵费尔登 CASTASIL-37、上海交大爱尔思 JDA1b等。这种合金的屈服强度较高，但延展性相对较差。特斯拉使用的材料是一种特殊的Al-Si系合金，其Si含量在7-7.5%之间。这种材料加入了Cu元素以提高时效性能，并在美国铝业的产品基础上进行了改进。特斯拉为此材料申请了转利，确保其他厂商不能直接使用。该材料由国内供应商瑞格代加工。瑞格与小米联合开发，仿制特斯拉的材料。出于商业目的，瑞格将该材料的转利授予小米，使其成为小米泰坦合金的供应商。

Al-Mg 系: 主要添加成分是镁，加上一定的硅，用途相对较少，但具有优越的强度和延展性。代表材料：美铝-帅翼驰 A152 A153，Mg含量2%，交大-爱尔思 JDA2b，Mg含量5%以上。

国内行业发展遇到的问题：免热处理材料的壁垒80%在于材料配方工艺，20%在于压铸工艺know how，压铸工艺比如熔炼温度、模具温度、压铸速度等都要与材料相匹配。21年下游压铸厂的技术进展不及预期主要是压铸工艺的know how需要时间。

行业良率水平：23年底80%左右，整个行业综合良率最终能做到95%左右。对于整个行业来说，提升压铸件良率需要大约一年的时间。对于头部公司来说，目前良率已经基本达到稳定水平。例如，小鹏汽车武汉工厂前后机舱的压铸件不良率非常低，蔚来盐城压铸厂（多利科技）作为后来者，工艺也已经基本成熟。

上市公司动态：帅翼驰&立中公告合作

立中集团与帅翼驰于2023年12月29日宣布，双方已签署战略合作协议。鉴于双方在一体化压铸免热处理合金和铸造铝合金领域的产业规模、市场资源和科技创新实力，双方决定联手，实现优势互补与合作共赢的发展战略。为深化这一合作关系，双方计划通过交叉持股的方式加强战略协同。具体来说，立中集团将转让武汉隆达35%的股权给帅翼驰，而帅翼驰则将其持有的重庆帅翼驰35%的股权转让给立中集团。此次战略合作将有助于双方在重庆、武汉和广州等地拓展免热处理合金材料的产能和市场规模。预期这将全面提升双方在一体化压铸免热处理合金材料领域的领导地位。

免热铝合金材料空间测算

我们预计一体化压铸免热铝合金材料市场空间将从2023年约10.32 亿元增长至 2025 年76.6 亿元，CAGR95%，免热铝合金材料的利润空间将从2023年约1.2 亿元增长至 2025 年3.83 亿元，CAGR47%新能源乘用车对于一体化压铸的诉求最明显，免热铝合金材料的行业空间将随新能源车尤其纯电车型销量增长而增长，假设及测算如下：① 2022-2025 年国内乘用车销量增速 10%、5%、0%、0%；② 新能源乘用车渗透率从 2022 年 28%上升至 2025 年 45%；③ 2022-2025 年一体化压铸渗透率：根据当前已有一体化压铸定点或规划的车型单车用量及销量进行预测。新能源、燃油乘用车运用一体化压铸技术（包括后地板、前舱总成、电池托盘等）的车辆占比到 2025 年分别提高至 29%、2%；④2022-2025年免热铝合金材料用量：目前一体化压铸主要应用于后底板和前机舱，后底板：45-50kg，前机舱：30-42kg。后底板的重量各车型差异不明显，前机舱小型车和大型车重量差异较大。按照前机舱和后底板都采用一体化压铸，整体重量在80-90kg。由于电池壳体积重量都更大，目前推广进度较慢，只有小型车辆能够一体化压铸电池仓，主要受制于目前压铸机吨位。我们按照乐观预计2024年一体化压铸电池仓取得进展，2025年能够形成单车112kg左右的用量。⑤免热铝合金加工费：免热铝合金材料价格与铝原材料价格高度相关，鉴于材料大规模应用刚刚兴起，行业加工费还保持在2500元/吨的较高水平，预计到2025年大规模生产落地，加工费降至1000元/吨水平。