车用铝合金到底有多轻？全新轻量化材料“臻晶”

  中国新能源智能汽车产业强势崛起，随之而来的是供应链技术的全面升级。轻量化新材料的应用是其中的热门话题，铝合金则是现在应用最广泛的轻量化材料。中国车市越来越卷，各个厂家“卷技术、卷质量、卷成本”，对于铝合金技术的要求也慢慢变得高。主要的要求集中在降本、性能和低碳环保这三个层面。

  苏州慧金新材料科技有限公司（简称：慧金科技）通过与上海交通大学曾小勤教授团队的深度合作，开发出免热处理高强高韧铝合金新材料“纤晶”，这款全栈自研的铝合金新材料已应用在豪华纯电SUV极氪009的后车身上，并且在极氪001、极氪007后车身上也得到了量产应用。该项目已获得中国有色金属工业科技奖一等奖。“纤晶”的应用使得该零部件的生产的全部过程彻底免除了传统的热处理强化工艺环节，明显提升了全流程生产效率，成功减少焊接点近800个，在遇到冲击时变形量可减少16%，弯曲刚度提升11%，有效保护车身后部安全。在这款产品的基础上，慧金科技继续深挖，通过市场反馈数据，不断拓展研发思路，并在近期推出全新绿色免热处理再生铝产品“臻晶”。这款产品在“提升再生铝添加比例”和“确保高品质性能”之间做到极致平衡，并在能耗和排放方面突破行业极限。一经推出就受到多个汽车品牌的高度关注，目前正处在验证阶段，并即将实现大批量量产。这款材料已经获得国内、美国及欧洲国际专利。

  如何降低铝合金的成本，有一个关键要点就是如何提升再生铝的添加比例。在行业现阶段，难以避免再生铝在运输、搅拌、熔炼等过程混入Fe，导致再生铝中Fe元素的含量较高。Fe的存在对于压铸产品的韧性、耐蚀性乃至疲劳强度等存在不利影响，这限制了原铝中再生铝的添加比例，制约了再生铝的适合使用的范围。基于以上的需求，慧金科技通过元素变质，提高了对Fe含量敏感的高韧性压铸铝中再生铝的使用比例，从原先最高30%提升到现在最高50%，成本较市面上常见的免热处理材料大幅度降低。

  铝合金中最普遍存在的Fe相为α-Fe相和β-Fe相，其中α-Fe相（α-Al12Fe3Si2）的形貌通常为汉字状或者骨骼状，对于合金性能的影响比较小，β-Fe相（β-Al5FeSi）则多以长针状的形式，β-Fe相是平衡凝固化合物，热力学稳定，对于复杂结构的铸件较难避免，这种长针状的Fe相对基体会产生十分明显的割裂作用，对产品的性能有非常大的负面影响，因此，改善其对应形貌分布，将有利于韧性的提升。慧金科技的开发团队通过Thermal Cacl、J-mat等热力学软件的模拟计算、筛选，并考虑平衡凝固和Scheil凝固的差异性，确认了Mn、Cr、Ce、Zr、Mo、Ni、V、稀土元素等不同组分在压铸体系中与Fe相的络合效应，并对筛选组元进行交叉验证，确认对应设计下产品的显微形貌、流动性、析出相尺寸分布、盐雾耐蚀性以及对应力学性能等，在此基础上开发了新一代“臻晶”系列材料，提升材料对Fe的容忍度。与第一代“纤晶”系列相比，新一代“臻晶”系列容许Fe含量由0.08%提升至0.30%，但屈服强度相当，延伸率衰减幅度仅0.5%，富铁相平均尺寸＜3um，极大提高了产品对Fe的容忍性，保证了产品在抗拉、屈服、延伸等多重维度与原铝的品质一致性。

  核心原理：通过对富铁相原子的置换和表面沉积影响生长方式，转变为非针状相，如下示意

  慧金新一代臻晶材料，已于近日在国内某头部知名新能源汽车上完成后地板本体零件试模，结果再次证明其性能的非常大的优势：1、臻晶和慧金科技当前已经量产的第一代纤晶材料相比：抗拉屈服相当，延伸率浮动在0.5%以内。2、臻晶和市场常见的免热处理材料相比，屈服及延伸率提升10%以上，流动性高出30%以上。

  同时，由于大幅度的提高再生铝的添加比例，生产1吨臻晶能耗约2800 kWh，排放的二氧化碳约600 kg，而之前每生产1吨原生铝，发电、输电和燃料总能耗约45000 kWh，排放的二氧化碳约12吨。所以每生产一吨臻晶即实现节约电95%，二氧化碳排放下降95%，从而达成低碳环保的企业使命。