手機設計中鋁合金材料的應用

以前大部分手機機身材質都是塑料，造價低、加工難度小，但是卻顯得廉價，而金屬機身都是在少數旗艦機上才能見到的。不過隨著行業的發展，上至旗艦機下到千元機，金屬機身突然開始普及起來了！金屬機身在各知名品牌廠家的機型中屬鋁合金應用最為普遍。那鋁合金在手機的設計上又是以哪些設計形態出現的呢，讓我們來做一些初步的介紹：  
第一類：外觀件中框代表機型iphone6/6S,iPhone5S、HTCM8、vivoXshot、Lumia925等  

材質分類：  
按照合金材料的不同可以將鋁合金分為1系到9系，每種系列中的具體型號命名一般都為四位數字，比如6061、7075等，iPhone6S的機身材質就是采用的7系鋁合金。7系鋁合金以鋅元素為主，也少量添加了鎂、銅，鋁合金硬度更接近鋼材硬度——然而還是一磕一個坑啊！6系鋁合金以鎂和硅為主要合金元素，是目前應用最廣泛的合金。  
結構設計方式：  
整體CNC+納米注塑，外觀裝飾件CNC+點膠/貼背膠/鎖螺絲，外觀面CNC+內部鋁合金壓鑄套啤+納米注塑方式，鍛壓+CNC+納米注塑方式，等等。

工藝處理：陽極氧化  

優點：和不銹鋼的低調相比，

鋁合金材料更容易加工出高檔、美觀、熠熠生輝的感覺。其次、鋁合金材料非常輕，比重只有不銹鋼的三分之一，也就是說同樣體積的不銹鋼手機，材料上差不多是鋁合金的三倍重。這也是為什么iPhone5比iPhone4S輕了這么多的原因。第三、耐刮傷，鋁合金材料在強度上算不上頂級，但表面硬度卻達到藍寶石級別，因此采用鋁合金材料的手機有可能會有磕碰很近，但很少有劃痕。第四、鋁合金材料染色性強，正因為換用了鋁合金，Iphone等手機才能擁有我們所謂的“土豪金”、“高端灰”等顏色。  
此外，鋁合金材料和有耐高溫、不留手印、抗靜電、環保無毒等特點。  
缺點：成本高  
IPHONE6掉漆門事件：部分iPhone6S手機使用一段時間后發生“掉漆”，表面隨機出現剝落斑點，整體看上去“銹跡斑斑”，像爬滿了小蟲，完全看不到iPhone手機“高顏值”的特點，反而給人毛骨悚然的感覺。

主要原因分析：前期的iPhone6也曾使用牌號為6系列的鋁合金作為手機外殼，該鋁合金的主要合金元素是鎂和硅，合金含量較低，陽極氧化成品率高，氧化膜致密附著力強，保護鋁合金材料不受腐蝕，故沒有上述“生銹”情況發生。但是6系列鋁合金最大的缺點是強度低，因此出現手機很容易就被折彎、坐彎的情況，蘋果公司不得不選用更高強度的7系列航空鋁合金。

iPhone6S使用的7系列航空鋁合金是鋁合金中室溫強度最高，但也最容易發生腐蝕。該系列鋁合金除鋁以外還添加了鋅、鎂和銅元素。正是這些合金元素的加入產生各種強化相使強度大幅提高，可以達到普通低碳鋼的2-3倍，徹底解決iPhone6容易彎曲問題；但是，也導致了該系列合金耐腐蝕性能差，容易發生應力腐蝕。  
為了提高耐腐蝕性，手機的鋁合金外殼表面會做人工陽極氧化，使外觀更美觀，并提高表面硬度。陽極氧化膜的質量和附著力直接影響手機的外觀質量和耐腐蝕性。7系列鋁合金由于合金成分較高，這些合金元素在常規熔鑄鋁棒的過程中難以避免會分布不均勻，產生偏聚，也稱宏觀偏析。部分偏析會在后續均勻化處理和擠壓鋁排過程中得到部分改善，但是無法完全消除。偏析的存在意味著材料各部分成分分布不均勻，這種成分的不均勻會造成陽極氧化膜質量和附著力不同，導致氧化后易出現色差等外觀缺陷，并且使用性能不穩定，部分位置氧化膜附著力不夠易脫落。一旦失去了氧化膜的保護，再加上手汗、潮濕空氣和高溫天氣的加速腐蝕，iPhone6S采用的7系列航空鋁手機殼就會呈現出上述“掉漆”現象。  
7系列鋁合金材料的偏析問題從鑄造過程就開始產生，并一直存在于材料中難以根除，影響陽極氧化質量，最終導致iPhone6S“掉漆”嚴重，難以直視。因此，徹底解決該問題還應從源頭出發，設法生產高均勻性、無偏析的高品質鋁合金原料。  
急速冷卻工藝制備高品質鋁合金原料：  
（下圖左--急速冷卻7075鋁合金顯微組織，下圖右鑄造7075鋁合金顯微組織）

常規鑄造工藝，由于金屬凝固時冷卻速度較慢（一般＜102℃/s），合金元素易發生偏析并持續生長，嚴重影響了材料的均勻性；而采用急速冷卻工藝冷卻速度極快（可達104-106℃/s），液相金屬具有很大的過冷度，促進了形核；金屬在極短時間完成凝固，使晶粒形核后來不及長大；并抑制了鑄造中常見的樹枝晶和柱狀晶，形成近似球狀的等軸晶，消除了常規材料的各向異性；由于細密的晶粒組織，金屬產生了細晶強化效果，大幅提高了合金的強度、硬度和塑性；急速冷卻工藝中合金的凝固在惰性氣體保護中完成，無氧化、夾雜，硬質相細小彌散分布，均一致密組織有利于陽極氧化膜質量和均勻性，提高耐腐蝕性能。  
上圖是急速冷卻7075和鑄造7075的顯微組織對比。從金相照片上可以看到鑄造7075組織粗大，枝晶和偏析現象嚴重；急速冷卻7075晶粒呈球狀，無枝晶組織，晶粒細小。表1是急速冷卻工藝與常規工藝生產的7系列鋁合金性能對比。下圖是急速冷卻7系列鋁合金實物圖。