手機(jī)設(shè)計(jì)中鋁合金材料的應(yīng)用

以前大部分手機(jī)機(jī)身材質(zhì)都是塑料，造價(jià)低、加工難度小，但是卻顯得廉價(jià)，而金屬機(jī)身都是在少數(shù)旗艦機(jī)上才能見到的。不過隨著行業(yè)的發(fā)展，上至旗艦機(jī)下到千元機(jī)，金屬機(jī)身突然開始普及起來了！金屬機(jī)身在各知名品牌廠家的機(jī)型中屬鋁合金應(yīng)用最為普遍。那鋁合金在手機(jī)的設(shè)計(jì)上又是以哪些設(shè)計(jì)形態(tài)出現(xiàn)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(jī)型iphone6/6S,iPhone5S、HTCM8、vivoXshot、Lumia925等  

材質(zhì)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(hào)命名一般都為四位數(shù)字，比如6061、7075等，iPhone6S的機(jī)身材質(zhì)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(gè)坑??！6系鋁合金以鎂和硅為主要合金元素，是目前應(yīng)用最廣泛的合金。  
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式：  
整體CNC+納米注塑，外觀裝飾件CNC+點(diǎn)膠/貼背膠/鎖螺絲，外觀面CNC+內(nèi)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(yōu)點(diǎn)：和不銹鋼的低調(diào)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(jī)，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(qiáng)度上算不上頂級(jí)，但表面硬度卻達(dá)到藍(lán)寶石級(jí)別，因此采用鋁合金材料的手機(jī)有可能會(huì)有磕碰很近，但很少有劃痕。第四、鋁合金材料染色性強(qiáng)，正因?yàn)閾Q用了鋁合金，Iphone等手機(jī)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(huán)保無毒等特點(diǎn)。  
缺點(diǎn)：成本高  
IPHONE6掉漆門事件：部分iPhone6S手機(jī)使用一段時(shí)間后發(fā)生“掉漆”，表面隨機(jī)出現(xiàn)剝落斑點(diǎn)，整體看上去“銹跡斑斑”，像爬滿了小蟲，完全看不到iPhone手機(jī)“高顏值”的特點(diǎn)，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(hào)為6系列的鋁合金作為手機(jī)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(qiáng)，保護(hù)鋁合金材料不受腐蝕，故沒有上述“生銹”情況發(fā)生。但是6系列鋁合金最大的缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，因此出現(xiàn)手機(jī)很容易就被折彎、坐彎的情況，蘋果公司不得不選用更高強(qiáng)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(qiáng)度最高，但也最容易發(fā)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(chǎn)生各種強(qiáng)化相使強(qiáng)度大幅提高，可以達(dá)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(dǎo)致了該系列合金耐腐蝕性能差，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。  
為了提高耐腐蝕性，手機(jī)的鋁合金外殼表面會(huì)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(zhì)量和附著力直接影響手機(jī)的外觀質(zhì)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(guī)熔鑄鋁棒的過程中難以避免會(huì)分布不均勻，產(chǎn)生偏聚，也稱宏觀偏析。部分偏析會(huì)在后續(xù)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(huì)造成陽極氧化膜質(zhì)量和附著力不同，導(dǎo)致氧化后易出現(xiàn)色差等外觀缺陷，并且使用性能不穩(wěn)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(hù)，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(jī)殼就會(huì)呈現(xiàn)出上述“掉漆”現(xiàn)象。  
7系列鋁合金材料的偏析問題從鑄造過程就開始產(chǎn)生，并一直存在于材料中難以根除，影響陽極氧化質(zhì)量，最終導(dǎo)致iPhone6S“掉漆”嚴(yán)重，難以直視。因此，徹底解決該問題還應(yīng)從源頭出發(fā)，設(shè)法生產(chǎn)高均勻性、無偏析的高品質(zhì)鋁合金原料。  
急速冷卻工藝制備高品質(zhì)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(guī)鑄造工藝，由于金屬凝固時(shí)冷卻速度較慢（一般＜102℃/s），合金元素易發(fā)生偏析并持續(xù)生長，嚴(yán)重影響了材料的均勻性；而采用急速冷卻工藝?yán)鋮s速度極快（可達(dá)104-106℃/s），液相金屬具有很大的過冷度，促進(jìn)了形核；金屬在極短時(shí)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(guī)材料的各向異性；由于細(xì)密的晶粒組織，金屬產(chǎn)生了細(xì)晶強(qiáng)化效果，大幅提高了合金的強(qiáng)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(hù)中完成，無氧化、夾雜，硬質(zhì)相細(xì)小彌散分布，均一致密組織有利于陽極氧化膜質(zhì)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(duì)比。從金相照片上可以看到鑄造7075組織粗大，枝晶和偏析現(xiàn)象嚴(yán)重；急速冷卻7075晶粒呈球狀，無枝晶組織，晶粒細(xì)小。表1是急速冷卻工藝與常規(guī)工藝生產(chǎn)的7系列鋁合金性能對(duì)比。下圖是急速冷卻7系列鋁合金實(shí)物圖。