在新能源汽车800V高压平台与固态电池技术迭代浪潮中，钛铝靶材（TiAl） 正从幕后走向台前，成为动力电池安全性提升、车身轻量化与氢燃料双极板降本的核心功臣。其沉积的TiAlN纳米涂层（厚度仅100-200nm）可使电池集流体耐电解液腐蚀性提升6倍，双极板成本直降40%，全球车用钛铝靶市场将以29.7%年复合增长率于2027年冲击80亿元规模。掌握高均匀性钛铝靶制备技术，已成为中国新能源产业链自主可控的关键战役。
当前车用钛铝靶面临三重技术鸿沟：高铝含量偏析（成分波动>5at%）导致膜层性能跳水；旋转靶管晶粒粗化（＞150μm）引发镀膜色差；结瘤效应使靶材寿命不足300kWh（仅为国际水平65%）。这些瓶颈严重制约着国产麒麟电池能量密度突破300Wh/kg与氢燃料电堆寿命超2万小时的战略目标，亟需在材料设计、装备革新及智能质控领域破局。
本报告首次深度解构钛铝靶“成分设计-工艺创新-车规验证”全链条技术体系，基于宁德时代、国鸿氢能等头部企业实证案例，揭示梯度热压烧结、半固态锻造等前沿工艺对靶材性能的跃升作用。通过对比美日巨头（普莱克斯、日矿金属）技术路线与国产替代路径，为行业提供从工业级到半导体级钛铝靶的升级方案，助力中国新能源防护涂层技术实现代际超越。
凯泽金属针对新能源汽车核心部件防护用钛铝靶材（TiAl靶）的技术体系展开全面剖析，结合其材料特性、制造工艺、应用挑战与趋势，为产业应用提供系统参考：
一、钛铝靶基础特性解析
1. 名义及化学成分
名义定义：钛铝靶是由钛（Ti）与铝（Al）按特定原子比熔炼或烧结形成的合金溅射靶材，用于在新能源汽车部件表面沉积防护性薄膜（如TiAlN）。
成分范围：
Ti含量：25–75 at%（原子百分比），常用配比为Ti₅₀Al₅₀（平衡力学与成膜性）。
杂质控制：氧含量≤200 ppm，关键杂质（Fe、Cu、Si）均需<50 ppm，避免膜层导电性与耐蚀性下降。
2. 物理与机械性能
| 性能类别 | 典型值 | 对防护涂层的影响 |
| 密度 | 3.7–4.2 g/cm³ | 影响靶材溅射速率与膜层均匀性 |
| 熔点 | 1400–1460℃ | 决定高温溅射稳定性 |
| 热膨胀系数 | 8.2–9.6×10⁻⁶/K | 匹配基材（如铝合金），减少膜层开裂 |
| 硬度 | 350–450 HV | 提升耐磨性与抗颗粒冲击能力 |
| 抗弯强度 | 480–620 MPa | 保障大尺寸靶材加工及安装可靠性 |
3. 耐腐蚀性能
酸/碱环境：TiAlN涂层在pH 2–12电解液中年腐蚀速率<0.01 mm/a，显著优于纯铝膜（>0.1 mm/a）。
抗氢脆特性：在氢燃料电池环境中，TiAlN膜层氢渗透率降低至10⁻¹⁴ mol/(m·s·Pa)，避免双极板脆化失效。
二、国际牌号与产品规格
1. 牌号对应关系
| 国内牌号 | 国际等效牌号 | 标准体系 | 成分（at%） |
| TA-50 | TiAl50 | ASTM B265 | Ti:50±2, Al:50±2 |
| AT40 | Al40Ti | DIN 17851 | Al:40±3, Ti:60±3 |
2. 常见产品规格
平面靶：500×120×10 mm（动力电池集流体镀膜用）。
旋转管靶：Φ150×2000 mm（车身铝型材连续镀膜产线）。
纯度分级：
工业级：99.5%（车架防腐涂层）。
电子级：99.9%（电池集流体纳米膜）。
三、制造工艺与流程
1. 主流制备技术对比
| 工艺 | 致密度 | 晶粒尺寸 | 成本 | 适用领域 |
| 热压烧结（主流） | ≥95% | ≤100 μm | 中低 | 电池托盘/车身镀膜 |
| 热等静压（HIP） | ≥99% | ≤80 μm | 高 | 半导体级防护膜 |
| 磁悬浮熔炼 | >99.5% | ≤70 μm | 极高 | 氢燃料双极板 |
2. 热压烧结核心流程
关键参数：
烧结温度：1000–1300℃（避免Al过度挥发）。
压力控制：5–50 MPa（致密度正相关）。
脱模难点：高Al含量靶需专用脱模剂（如BN涂层）。
四、核心应用领域与突破案例
1. 新能源汽车核心部件防护应用
动力电池集流体：TiAl膜层（厚度100–200 nm）使铝箔方阻降至15 mΩ/□，循环寿命提升至1200次（宁德时代2024方案）。
氢燃料双极板：TiAlN涂层替代石墨，双极板成本降40%，功率密度达4.2 kW/L（国鸿氢能示范项目）。
轻量化车身防护：钛铝复合边框（iPhone 15技术迁移）抗弯强度提升50%，用于电池托盘结构件。
2. 突破性案例
福蓉科技钛铝复合项目：投资9.86亿布局年产1.6万吨新能源车身铝型材，配套钛铝靶镀膜产线（2025年投产）。
磁悬浮熔炼大尺寸靶：西安稀有金属材料研究院开发Φ800×3000 mm靶材，氧含量<150 ppm，用于全尺寸氢能双极板连续镀膜。
五、技术挑战与前沿攻关
1. 产业化瓶颈
成分偏析：Al/Ti密度差导致烧结过程宏观偏析（成分波动>5 at%）。
结瘤（Nodule）：靶面微孔引发溅射电弧，膜层缺陷率达3‰。
模具损耗：热压烧结中石墨模具寿命<50次（占成本30%）。
2. 前沿解决方案
梯度热压技术：宁波江丰电子采用多段加压（200→400 MPa）与控温曲线（480℃脱气→1300℃烧结），偏析率降至<1.5%。
半固态锻造：将半固态坯料（固相率60%）在1450℃锻造，晶粒细化至≤50 μm。
AI缺陷预警：深度学习分析靶材超声图谱，预判结瘤位点（准确率>90%）。
六、趋势展望
材料高纯化：2025年半导体级TiAl靶（≥99.995%）需求增长300%，推动悬浮熔炼装备国产化。
复合靶材升级：
梯度功能靶（FGM）：如Ti/TiAlN叠层，兼顾结合力与耐蚀性。
钠掺杂靶：TiAl-Na靶提升CIGS电池转换效率（研创材料专利）。
绿能制造：氢能还原替代碳热工艺，降低氧含量至50 ppm级（宝钛集团中试线）。
政策驱动：福建省2024方案明确扶持车用轻量化靶材，补贴覆盖研发成本30%。
钛铝靶在新能源汽车防护领域正从“辅材”升级为“核心功能层材料”，其技术突破需产业链上下游协同：材料端攻关低氧熔炼与晶粒控制，装备端开发大尺寸靶专用烧结炉，应用端推动钛铝复合结构件标准化。预计至2028年，车用钛铝靶市场规模将突破50亿元，成为轻量化与长寿命电池技术的关键支柱。
相关链接
