铝合金材料在3C电子产品中的应用

韩军乾 李延义

摘要：比较了3C电子工业产品盒、柜、台、框两种主要结构形式金属板结构和铝型材结构的优缺点，阐述了我国采用铝型材结构的发展阶段;结合我们的产品，指出了铝型材结构的优点。同时介绍了结构用铝型材材料的选择、技术要求与研究。

关键词：3C;发展;应用

一、3C电子工业产品的主要结构形式

目前，国内外3C电子工业产品的结构形式主要为扳金结构和铝型材结构两种。采用扳金件作为电子设备的主要结构件，外形不美观、结构复杂、加工困难、组装不方便、加工周期长，产品也不容易形成系列。因此，铝合金型材作为电子设备箱、柜、台、架的主要结构件应运而生。其具有造型美观、结构简单、加工方便、组装灵活等特点。并且因其阳极氧化性能优异（色泽华丽）、导电性能好（有利于高密度芯片散热）、密度低、容易加工等特点，被广泛应用在智能手机、笔记本电脑、智能手表、智能手环等电子产品中。

二、铝型材结构的发展阶段

铝合金型材自20世纪60年代初应用于3C电子工業产品以来，经过60年代中期、70年代末和80年代中期三个发展阶段，结构设计水平有了很大提高。特别是近年来，随着铝合金型材加工行业的发展，铝热挤压加工设备的更新，新合金材料的采用，热挤压加工技术和热处理工艺的进步，为电子工业用高等级3C铝合金型材的设计和加工创造了有利条件。

近年来，大量国外先进电子设备涌入中国，推动了我国3C电子产业的发展。其中6063 铝合金通常被用于中超薄型或尺寸较小的笔记本的外壳。而且，银白色的铝镁合金外壳可使产品更豪华、美观，而且易于上色，可以通过表面处理工艺变成个性化的粉蓝色和粉红色，为笔记本电脑增色不少，这是工程塑料以及碳纤维所无法比拟的。因而，目前大部分厂商的笔记本电脑产品均采用了铝镁合金外壳技术。缺点：铝镁合金并不是很坚固耐磨，成本较高，比较昂贵，而且成型比ABS困难（需要用冲压或者压铸工艺），所以笔记本电脑一般只把铝镁合金使用在顶盖上，很少有机型采用铝镁合金来制造整个机壳。

三、3C电子工业产品应用

铝合金3C电子产品的迅速应用，根本原因在于铝合金综合性能优异。首先，金属质感非常强烈，和不锈钢的沉闷相比，铝合金材料更容易加工出高档、美观、熠熠生辉的感觉。其次，铝合金材料非常轻，比重约为不锈钢的三分之一。也就是说同样体积的不锈钢手机，材料重量差不多是铝合金的三倍重。此外，铝合金材料染色性强，正因为换用了铝合金，市场上涌现所谓的“土豪金”、“高端灰”、“玫瑰金”、“亮黑”等颜色。同时，铝合金材料还有耐高温、不留手印、抗静电、环保无毒等众多优点。随着iphone5 的全金属机身推出后，全金属机身手机就开始在市面上普及，现在应用较广泛的手机外壳金属材料当属铝合金。铝合金是工业应用最广泛的有色金属材料，通过在铝基体中逐渐加入一定量的硅、镁等元素，形成系列铝合金。铝合金保持纯铝质轻等优点，同时提高了强度。铝合金抗拉强度值分别可达 200～600 Mpa，其“比强度”（强度与比重的比值σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，应用于手机中比较典型的材质为 6063、6061、6013、7075。在华为、OPPO、vivo、小米、联想等公司得到广泛应用。

同时，根据对智能手机、平板电脑、移动电源和电视四大终端产品的调查，随着二次或三次购买成为主流，终端消费者不仅对消费电子产品的功能要求越来越高，而且对个性的需求也越来越高，产品外观质感和口感简单、轻便、精致、美观、耐用、环保已成为消费电子产品的发展趋势。调查发现，在提高产品“外观价值”方面，铝合金具有坚固耐用、着色方便、散热效果好、综合成本低等优点。因此，它在消费电子领域得到了越来越多的应用。

四、设计原则

1.材料的选择

‍目前，电子设备用铝型材大多采用6XXX和7XXX铸造铝合金。这两种合金（尤其是6XXX合金）具有良好的热挤压性能，并且易于矫直和成形。在热挤压过程中，很容易保证型材的几何形状和尺寸精度。它们可以通过热处理得到强化。经风（水）冷淬火和人工时效后，力学性能完全满足使用要求，两种合金（尤其是6XXX合金）具有良好的表面处理性能和优异的氧化着色效果。

2.主要技术要求

通常，电子设备用铝型材对尺寸精度、形状、弯曲和扭转有较高的要求。但国家尚未制定电子工业用3C铝型材专用技术标准，一般以国家标准GBN222和GB6892为依据。

3.材料的研究

（1）确定最佳的模具结构、模具工作带长度等内容，研究不同模具结构对产品尺寸和组织的影响。实现产品整个截面上流速均匀性与减小粗晶环深度的控制;

（2）研究均热后冷却、铸锭加热速率、淬火工艺与冷却方式及各种不同的时效制度对产品组织、性能、表面氧化质量的影响，确保最优方案;

（3）研究主合金元素、微量元素及杂质元素含量对合金组织、性能的影响。优化合金成分范围，在确保产品满足机械性能的指标前提下，确保氧化后的表面质量。

参考文献

[1]王靖喜高档镜面铝型材的加工工艺与发展趋势技术与市场2016年07期

[2]王悦李学良于化龙王妍琴大尺寸封闭截面铝型材的拉弯成形工艺中国高新科技2020年20期

[3]王小龙孙凤利工业铝型材挤压加工质量控制及工艺改进中国金属通报2021年01期