從曾經(jīng)充滿炫耀氣息的大塊頭大哥大到如今低調(diào)奢華的輕薄智能手機(jī)，手機(jī)外形時(shí)尚發(fā)展軌跡，也是手機(jī)外殼材質(zhì)變遷之旅。
    5G時(shí)代即將到來(lái)，關(guān)于手機(jī)外殼材質(zhì)變更的說(shuō)法，陶瓷、玻璃等等言論猛然喧囂塵上。或許從手機(jī)外殼材質(zhì)變遷歷程更能發(fā)現(xiàn)其中的真諦。
    金屬由來(lái)
    早期的手機(jī)材質(zhì)多為普通工程塑料PC/ABS，外表通常未經(jīng)過(guò)修飾，只是簡(jiǎn)單的防滑紋或噴漆。實(shí)用有余，但美感不足。為滿足人們時(shí)尚的需求，各大手機(jī)廠商開(kāi)始引入以不銹鋼材質(zhì)（主要是奧氏體304）和鋁合金為主流金屬材質(zhì)手機(jī)外殼。
    今天來(lái)看，金屬的華麗光澤、冰涼的手感更受人們喜愛(ài)。
    近兩年也有碳纖維等新興特殊材質(zhì)在小眾產(chǎn)品上應(yīng)用，但由于成本和技術(shù)壁壘等因素，并沒(méi)有很好的推廣前景。
    基于此，不銹鋼與鋁合金已成為手機(jī)金屬材質(zhì)的兩大主流。但不銹鋼與鋁合金，到底誰(shuí)在手機(jī)行業(yè)走得更遠(yuǎn)呢？
    金屬之路
    不銹鋼是最先被使用的金屬，而大家耳熟能詳?shù)氖菉W氏體304不銹鋼。其密度為7.93，抗拉強(qiáng)度為520 MPa，屈服強(qiáng)度為205 MPa，HV硬度為200，覆層耐磨性（泊松比）為0.3(PVD)。
    由于不銹鋼的材料密度大，對(duì)于便攜產(chǎn)品極端不適合，因此即使有使用不銹鋼材質(zhì)的手機(jī)，也多是以邊框、部分后蓋等形式出現(xiàn)。同時(shí)，不銹鋼無(wú)法染色，光彩不夠，略顯沉悶。由蘋(píng)果來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)，尚能夠合理運(yùn)用，但一般廠商很難駕馭此種過(guò)于沉悶的金屬質(zhì)感。
    蘋(píng)果公司在iPhone4S上使用不銹鋼材料，iPhone5S就開(kāi)始擯棄不銹鋼材料,轉(zhuǎn)向鋁合金機(jī)身，才最終誕生iPhone 6的銷量神話，才有了今天iPhone 7的“亮墨”和“中國(guó)紅”。
    鋁合金是工業(yè)應(yīng)用最廣泛的有色金屬材料，通過(guò)在鋁基體中逐漸加入一定量的硅、鎂、銅、鋅、錳等元素，形成系列鋁合金。鋁合金保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了強(qiáng)度。
    鋁合金抗拉強(qiáng)度值分別可達(dá)200～600 MPa，其“比強(qiáng)度”（強(qiáng)度與比重的比值 σb/ρ）勝過(guò)很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于手機(jī)中比較典型的材質(zhì)為AL6063和AL7075。
    其中，AL6063-T6的密度為2.72, 抗拉強(qiáng)度為220 MPa, 屈服強(qiáng)度190MPa，HV硬度為80，覆層耐磨性（泊松比）為0.33(陽(yáng)極氧化)。
    隨著手機(jī)輕薄化的要求，鋁合金的強(qiáng)度問(wèn)題被逐漸放大,轉(zhuǎn)向更高強(qiáng)度的鋁合金如6061、6013和7系材料等。蘋(píng)果iPhone 7則選用7系鋁合金。AL7075-T6性能如下，密度為2.81, 抗拉強(qiáng)度為530 MPa, 屈服強(qiáng)度480MPa，HV硬度為175，覆層耐磨性（泊松比）為0.33(陽(yáng)極氧化)。
    色彩優(yōu)勢(shì)
    有人說(shuō)：鋁合金是上帝賜給3C行業(yè)的禮物，根本原因在于鋁合金綜合性能優(yōu)異。
    首先，金屬質(zhì)感非常強(qiáng)烈，和不銹鋼的沉悶相比，鋁合金材料更容易加工出高檔、美觀、熠熠生輝的感覺(jué)。
    其次，鋁合金材料非常輕，比重約為不銹鋼的三分之一。也就是說(shuō)同樣體積的不銹鋼手機(jī)，材料重量差不多是鋁合金的三倍重。
    此外，鋁合金材料染色性強(qiáng)，正因?yàn)閾Q用了鋁合金，市場(chǎng)上涌現(xiàn)所謂的“土豪金”、“高端灰”、“玫瑰金”、“亮黑”等顏色。同時(shí)，鋁合金材料還有耐高溫、不留手印、抗靜電、環(huán)保無(wú)毒等眾多優(yōu)點(diǎn)。
    和勝專材：鋁合金在電子產(chǎn)品外殼應(yīng)用風(fēng)潮由蘋(píng)果公司帶動(dòng)，iPhone6和iPhone7均采用較高等級(jí)的7系鋁合金（Al-Zn-Mg），但三星GalaxyS6采用的卻是6013航空等級(jí)鋁合金（Al- Mg-Si-Cu）。在此之前，手機(jī)鋁合金外殼以6063及6061應(yīng)用較多。
    表一：常用鋁合金手機(jī)用料（典型T6性能）

    表二：和勝股份研發(fā)的手機(jī)專用材料（典型T6性能）

    通過(guò)表圖對(duì)比可看出，和勝材料強(qiáng)度/硬度指標(biāo)較標(biāo)準(zhǔn)材更優(yōu)，硬/強(qiáng)度劃分更細(xì)，更能貼合客戶要求。這有賴于和勝股份精益求精的研發(fā)精神和嚴(yán)格的制程管理。
    和勝股份技術(shù)中心反復(fù)比較和驗(yàn)證不同元素對(duì)組織、性能、氧化效果的影響，優(yōu)化合金/微合金元素及含量，研制出手機(jī)專用的強(qiáng)度與顏值兼顧的高性能合金材料。
    比如微合金的控制，Cu元素呈黃色，固溶于鋁基體中易使材料陽(yáng)極氧化膜顯黃，而Si、 Fe呈鐵灰色。如控制不當(dāng)，陽(yáng)極氧化膜的光學(xué)透明性不夠，表面較灰及霧。和勝為手機(jī)研制的合金材料，本色氧化時(shí)氧化膜清亮通透，染色時(shí)亦能保證顏色純正均勻。
    合金的金相組織也對(duì)陽(yáng)極氧化效果起著至關(guān)重要的影響。和勝研發(fā)的手機(jī)板鋁合金材料晶粒度2級(jí)-5級(jí)間，晶粒細(xì)小均勻，外周無(wú)粗晶層，內(nèi)部無(wú)摻雜的纖維晶。
    圖一為和勝7系材料H7B3橫向/縱向的晶粒組織

    鋁合金應(yīng)用于手機(jī)中，最為常見(jiàn)的材料缺陷為黑線和料紋。然而，上述缺陷只有在最后工序——陽(yáng)極氧化工序方可被發(fā)現(xiàn)。一旦出現(xiàn)高比例不良，將給客戶帶來(lái)巨大的困擾和損失。
    黑線，主要是非鋁雜質(zhì)沿著擠壓或軋制方向被拉長(zhǎng)，在陽(yáng)極氧化預(yù)處理過(guò)程中，被酸或堿腐蝕掉落，形成約500-5000μm左右長(zhǎng)度的線條。
    料紋，則是擠壓或軋制過(guò)程中沿著加工方向的拉長(zhǎng)的晶粒。線紋的產(chǎn)生與材料的再結(jié)晶程度息息相關(guān)。材料的再結(jié)晶程度越低，殘存纖維晶越多，氧化后線條感越明顯。
    黑線與料紋，與鋁合金鑄坯的成分設(shè)計(jì)、精煉提純技術(shù)、擠壓工藝管理、模具設(shè)計(jì)等有密切關(guān)系。在多年的手機(jī)用鋁合金研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，和勝股份建立了完善而嚴(yán)格的制程工藝管理，執(zhí)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠焚|(zhì)管理。
    和勝股份采用行業(yè)先進(jìn)的除氣、除渣技術(shù)，含氫量控制在0.12ml/100g.Al以下,含渣量控制在0.02mm2/kg以下。同時(shí)，為最大限度減少客戶不良風(fēng)險(xiǎn)，和勝股份建立了每爐次鑄坯預(yù)評(píng)價(jià)機(jī)制，即在每爐次鑄坯批量投入使用前，取適量進(jìn)行熱擠壓成型，并模擬手機(jī)加工商的機(jī)械加工（CNC、拋光、噴砂）和表面陽(yáng)極氧化條件，進(jìn)行材料預(yù)評(píng)價(jià)。若預(yù)評(píng)價(jià)不良率超過(guò)1%，則該爐次鑄坯不可投入使用。
    根據(jù)國(guó)內(nèi)一線手機(jī)品牌廠家的配套加工商長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)結(jié)果反饋，和勝股份材料不良率最低0.71%，最高1.59%。下述圖二、圖三分別為黑線及料紋形貌。
    圖二：黑線形貌

    圖三：線紋形貌

    5G的金屬
    “無(wú)與倫比的快”是5G技術(shù)最凸顯的特征，5G時(shí)代的到來(lái)有賴于無(wú)線電信號(hào)的傳輸及接收技術(shù)。隨著5G時(shí)代對(duì)電信號(hào)要求，以及未來(lái)快速充電的需求，考慮到導(dǎo)電性金屬對(duì)電磁波的屏蔽作用，手機(jī)行業(yè)中廣泛使用的金屬背板外殼逐步向未來(lái)非金屬材料背板外殼轉(zhuǎn)變。
    但更高強(qiáng)度的金屬中框?qū)?huì)得到進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，如7系鋁、不銹鋼甚至鈦合金等金屬中框，以保持機(jī)身的強(qiáng)度和對(duì)大屏的支撐。
    事實(shí)上，金屬中框?qū)φ麄€(gè)手機(jī)起到支撐和承載核心部件的功能。從強(qiáng)度到結(jié)構(gòu)，散熱都有諸多不同要求。高硬度金屬的加工有更高的技術(shù)壁壘，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝復(fù)雜度增加，加工時(shí)間更長(zhǎng)使得中框附加值提升。下面用一張簡(jiǎn)單雷達(dá)圖說(shuō)明各種材料的主要特性。

    從上述雷達(dá)圖可見(jiàn)，工程塑料如PC/ABC因強(qiáng)度及硬度的天生缺陷，必然不適用于手機(jī)中框。從HV硬度、覆層耐磨性看，不銹鋼SUS304略勝一籌。但其密度、美觀性、成本等與鋁合金差距很大。
    而7075鋁合金，其HV硬度、覆層耐磨性與不銹鋼相比稍低，但抗拉強(qiáng)度相當(dāng)，而美觀性、密度、成本卻有更大優(yōu)勢(shì)。
    中框組件，除了外觀部分的金屬框之外，還有大量的內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，加工的難度和時(shí)間甚至超過(guò)了一般的金屬背板外殼。不銹鋼應(yīng)用于手機(jī)外殼并不算成功，主要因?yàn)槠涿芏容^大，強(qiáng)度高引起的加工難度大，以及著色較難（目前主要用PVD著色）。
    根據(jù)有關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)，鋁合金的金屬中框組件價(jià)值約為150元-180元，不銹鋼金屬中框組件則高達(dá)到400元以上。
    手機(jī)作為主要裝飾件之一，消費(fèi)者除了關(guān)注功能外，外觀方面的顏色、圖案、光澤、線條、質(zhì)感、手感、粗糙度、價(jià)格等也將成為主要權(quán)衡的因素之一。綜合上述因素，預(yù)計(jì)未來(lái)的金屬中框，仍將以鋁合金中的高強(qiáng)合金（7系材料及6013等合金）更為普遍。
    雖然5G概念已成為市場(chǎng)熱點(diǎn)，但是相關(guān)技術(shù)的理論完善到真正普及應(yīng)用，還需要時(shí)間和反復(fù)論證。中國(guó)移動(dòng)總裁李躍宣布，將在2017年開(kāi)始5G大規(guī)模外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。李躍稱，中國(guó)移動(dòng)希望在2018年能夠推動(dòng)5G的規(guī)模實(shí)驗(yàn)和試商用，集團(tuán)的大目標(biāo)就是按照國(guó)家的總體目標(biāo)，在2020年實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍的5G商用。二到三年之內(nèi)，金屬外殼+金屬中框依舊是智能手機(jī)行業(yè)的主流趨勢(shì)。
    鋁合金作為綠色節(jié)能材料，既可以做功能材料也可以做結(jié)構(gòu)材料，其優(yōu)異的性能是其它材料無(wú)法替代的。我們認(rèn)為，在未來(lái)的手機(jī)金屬材料中，不銹鋼代替鋁可能性不大。相信，和勝股份憑借著豐富的鋁合金材料（包括中強(qiáng)度6系和高強(qiáng)度7系）研發(fā)量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，有望發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，降低金屬件的不良率，爭(zhēng)取更高的市場(chǎng)份額。