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    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，手機外形時尚發(fā)展軌跡，也是手機外殼材質(zhì)變遷之旅。
    5G時代即將到來，關于手機外殼材質(zhì)變更的說法，陶瓷、玻璃等等言論猛然喧囂塵上。或許從手機外殼材質(zhì)變遷歷程更能發(fā)現(xiàn)其中的真諦。
    金屬由來
    早期的手機材質(zhì)多為普通工程塑料PC/ABS，外表通常未經(jīng)過修飾，只是簡單的防滑紋或噴漆。實用有余，但美感不足。為滿足人們時尚的需求，各大手機廠商開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)手機外殼。
    今天來看，金屬的華麗光澤、冰涼的手感更受人們喜愛。
    近兩年也有碳纖維等新興特殊材質(zhì)在小眾產(chǎn)品上應用，但由于成本和技術壁壘等因素，并沒有很好的推廣前景。
    基于此，不銹鋼與鋁合金已成為手機金屬材質(zhì)的兩大主流。但不銹鋼與鋁合金，到底誰在手機行業(yè)走得更遠呢？
    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，抗拉強度為520 MPa，屈服強度為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，也多是以邊框、部分后蓋等形式出現(xiàn)。同時，不銹鋼無法染色，光彩不夠，略顯沉悶。由蘋果來設計時，尚能夠合理運用，但一般廠商很難駕馭此種過于沉悶的金屬質(zhì)感。
    蘋果公司在iPhone4S上使用不銹鋼材料，iPhone5S就開始擯棄不銹鋼材料,轉(zhuǎn)向鋁合金機身，才最終誕生iPhone 6的銷量神話，才有了今天iPhone 7的“亮墨”和“中國紅”。
    鋁合金是工業(yè)應用最廣泛的有色金屬材料，通過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，同時提高了強度。
    鋁合金抗拉強度值分別可達200～600 MPa，其“比強度”（強度與比重的比值 σb/ρ）勝過很多合金鋼，成為理想的結構材料，應用于手機中比較典型的材質(zhì)為AL6063和AL7075。
    其中，AL6063-T6的密度為2.72, 抗拉強度為220 MPa, 屈服強度190MPa，HV硬度為80，覆層耐磨性（泊松比）為0.33(陽極氧化)。
    隨著手機輕薄化的要求，鋁合金的強度問題被逐漸放大,轉(zhuǎn)向更高強度的鋁合金如6061、6013和7系材料等。蘋果iPhone 7則選用7系鋁合金。AL7075-T6性能如下，密度為2.81, 抗拉強度為530 MPa, 屈服強度480MPa，HV硬度為175，覆層耐磨性（泊松比）為0.33(陽極氧化)。
    色彩優(yōu)勢
    有人說：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。
    其次，鋁合金材料非常輕，比重約為不銹鋼的三分之一。也就是說同樣體積的不銹鋼手機，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，正因為換用了鋁合金，市場上涌現(xiàn)所謂的“土豪金”、“高端灰”、“玫瑰金”、“亮黑”等顏色。同時，鋁合金材料還有耐高溫、不留手印、抗靜電、環(huán)保無毒等眾多優(yōu)點。
    和勝專材：鋁合金在電子產(chǎn)品外殼應用風潮由蘋果公司帶動，iPhone6和iPhone7均采用較高等級的7系鋁合金（Al-Zn-Mg），但三星GalaxyS6采用的卻是6013航空等級鋁合金（Al- Mg-Si-Cu）。在此之前，手機鋁合金外殼以6063及6061應用較多。
    表一：常用鋁合金手機用料（典型T6性能）

    表二：和勝股份研發(fā)的手機專用材料（典型T6性能）

    通過表圖對比可看出，和勝材料強度/硬度指標較標準材更優(yōu)，硬/強度劃分更細，更能貼合客戶要求。這有賴于和勝股份精益求精的研發(fā)精神和嚴格的制程管理。
    和勝股份技術中心反復比較和驗證不同元素對組織、性能、氧化效果的影響，優(yōu)化合金/微合金元素及含量，研制出手機專用的強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極氧化膜顯黃，而Si、 Fe呈鐵灰色。如控制不當，陽極氧化膜的光學透明性不夠，表面較灰及霧。和勝為手機研制的合金材料，本色氧化時氧化膜清亮通透，染色時亦能保證顏色純正均勻。
    合金的金相組織也對陽極氧化效果起著至關重要的影響。和勝研發(fā)的手機板鋁合金材料晶粒度2級-5級間，晶粒細小均勻，外周無粗晶層，內(nèi)部無摻雜的纖維晶。
    圖一為和勝7系材料H7B3橫向/縱向的晶粒組織

    鋁合金應用于手機中，最為常見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，在陽極氧化預處理過程中，被酸或堿腐蝕掉落，形成約500-5000μm左右長度的線條。
    料紋，則是擠壓或軋制過程中沿著加工方向的拉長的晶粒。線紋的產(chǎn)生與材料的再結晶程度息息相關。材料的再結晶程度越低，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計、精煉提純技術、擠壓工藝管理、模具設計等有密切關系。在多年的手機用鋁合金研發(fā)生產(chǎn)過程中，和勝股份建立了完善而嚴格的制程工藝管理，執(zhí)行嚴謹?shù)钠焚|(zhì)管理。
    和勝股份采用行業(yè)先進的除氣、除渣技術，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，為最大限度減少客戶不良風險，和勝股份建立了每爐次鑄坯預評價機制，即在每爐次鑄坯批量投入使用前，取適量進行熱擠壓成型，并模擬手機加工商的機械加工（CNC、拋光、噴砂）和表面陽極氧化條件，進行材料預評價。若預評價不良率超過1%，則該爐次鑄坯不可投入使用。
    根據(jù)國內(nèi)一線手機品牌廠家的配套加工商長期統(tǒng)計結果反饋，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
    “無與倫比的快”是5G技術最凸顯的特征，5G時代的到來有賴于無線電信號的傳輸及接收技術。隨著5G時代對電信號要求，以及未來快速充電的需求，考慮到導電性金屬對電磁波的屏蔽作用，手機行業(yè)中廣泛使用的金屬背板外殼逐步向未來非金屬材料背板外殼轉(zhuǎn)變。
    但更高強度的金屬中框?qū)玫竭M一步廣泛應用，如7系鋁、不銹鋼甚至鈦合金等金屬中框，以保持機身的強度和對大屏的支撐。
    事實上，金屬中框?qū)φ麄€手機起到支撐和承載核心部件的功能。從強度到結構，散熱都有諸多不同要求。高硬度金屬的加工有更高的技術壁壘，產(chǎn)品設計與工藝復雜度增加，加工時間更長使得中框附加值提升。下面用一張簡單雷達圖說明各種材料的主要特性。

    從上述雷達圖可見，工程塑料如PC/ABC因強度及硬度的天生缺陷，必然不適用于手機中框。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，但抗拉強度相當，而美觀性、密度、成本卻有更大優(yōu)勢。
    中框組件，除了外觀部分的金屬框之外，還有大量的內(nèi)部復雜結構，加工的難度和時間甚至超過了一般的金屬背板外殼。不銹鋼應用于手機外殼并不算成功，主要因為其密度較大，強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)有關行業(yè)數(shù)據(jù)，鋁合金的金屬中框組件價值約為150元-180元，不銹鋼金屬中框組件則高達到400元以上。
    手機作為主要裝飾件之一，消費者除了關注功能外，外觀方面的顏色、圖案、光澤、線條、質(zhì)感、手感、粗糙度、價格等也將成為主要權衡的因素之一。綜合上述因素，預計未來的金屬中框，仍將以鋁合金中的高強合金（7系材料及6013等合金）更為普遍。
    雖然5G概念已成為市場熱點，但是相關技術的理論完善到真正普及應用，還需要時間和反復論證。中國移動總裁李躍宣布，將在2017年開始5G大規(guī)模外場實驗。李躍稱，中國移動希望在2018年能夠推動5G的規(guī)模實驗和試商用，集團的大目標就是按照國家的總體目標，在2020年實現(xiàn)全國范圍的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行業(yè)的主流趨勢。
    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構材料，其優(yōu)異的性能是其它材料無法替代的。我們認為，在未來的手機金屬材料中，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（包括中強度6系和高強度7系）研發(fā)量產(chǎn)經(jīng)驗，有望發(fā)揮優(yōu)勢，降低金屬件的不良率，爭取更高的市場份額。