余巨攀，索有喜，林順巖，林林，溫慶紅

（1.東莞市潤華鋁業(yè)有限公司，東莞 523430；2.元泰高導(dǎo)材料（山西）有限公司，呂梁 035300；3.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

0 前言

制作手機(jī)外殼的材料要求具有強(qiáng)度高、耐熱、導(dǎo)熱性良好、電磁屏蔽性、尺寸穩(wěn)定、外觀好等特點(diǎn)，以達(dá)到保護(hù)、散熱、輕量薄壁化、美觀的作用。高分子材料、鋼鐵、不銹鋼、陶瓷和鈦合金等都曾經(jīng)在手機(jī)殼體中獲得應(yīng)用，但鋁合金以其質(zhì)輕、價(jià)廉、易加工、良好的熱導(dǎo)率和陽極氧化后色彩絢麗等特性和優(yōu)點(diǎn)，成為智能手機(jī)殼體的主要應(yīng)用材料。目前，4G/5G手機(jī)殼體已大量采用雙面玻璃設(shè)計(jì)，以獲得更好的手機(jī)信號(hào)和上網(wǎng)體驗(yàn)，以及更吸引眼球的外觀，但手機(jī)殼體的中框及中板材料，依然是以高表面鋁合金為主。鋁合金的質(zhì)量輕、散熱性較好、抗壓性較強(qiáng)，能充分滿足手機(jī)產(chǎn)品高度集成化、輕薄化、微型化、電磁屏蔽、散熱及美觀的要求。

手機(jī)殼體用高表面高性能鋁合金與常用變形鋁合金的區(qū)別，主要是關(guān)注性能的重點(diǎn)不一樣。常用變形鋁合金材料，重點(diǎn)關(guān)注鋁合金材料的強(qiáng)度、韌性和抗腐蝕性能等。高表面高性能鋁合金材料重點(diǎn)關(guān)注材料陽極氧化后的表面質(zhì)量，其次兼顧材料的強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、抗腐蝕性能、電磁屏蔽等其它性能。

手機(jī)殼體用鋁合金的高表面特性主要有兩個(gè)方面的含義：一是合金材料變形加工后產(chǎn)品優(yōu)良的表觀質(zhì)量。如軋制板材、擠壓帶材等，可直接沖壓成型或少量機(jī)加工后表面處理等。產(chǎn)品加工外觀表面無色差、條紋、黑點(diǎn)黑線和橘皮等缺陷，以獲得高表面質(zhì)量的鋁合金產(chǎn)品。二是合金材料經(jīng)機(jī)加工并氧化表面處理后幾乎無缺陷的表觀質(zhì)量。這就要求合金材料具有很高的內(nèi)部質(zhì)量，要求材料組織致密、均勻，陽極氧化后材料無花斑、色差、條紋、黑線等缺陷。圖1示出了手機(jī)鋁合金殼外觀缺陷。

圖1 手機(jī)殼體鋁合金外觀缺陷形貌

手機(jī)殼體用鋁合金的高性能特性也主要有兩個(gè)方面的含義：一是合金材料的性能要求，滿足用戶對(duì)強(qiáng)度、塑性及腐蝕性能、表面處理等方面的使用要求；二是高成型性能要求，要求合金材料具有高的沖壓、鍛壓、切削加工等性能，無沖壓裂邊、裂紋、橘皮、加工表面粗糙、氧化后出現(xiàn)的花斑、色差、崩膜等缺陷。

目前，從手機(jī)外觀設(shè)計(jì)及材質(zhì)來看，手機(jī)殼體同質(zhì)化嚴(yán)重。大多數(shù)手機(jī)殼體采用5×××系、6×××系和7×××系高表面鋁合金，充分利用了鋁合金的質(zhì)輕、散熱、易加工和美觀等特點(diǎn)。采用新型高性能鋁合金材料，突破現(xiàn)有的外觀風(fēng)格，獨(dú)樹一幟從而引領(lǐng)市場，是手機(jī)設(shè)計(jì)工作者孜孜以求的目標(biāo)。

1 合金選擇與成分控制

隨著智能手機(jī)的普及和生活水平的提高，具有金屬質(zhì)感和高表面的手機(jī)殼體鋁合金獲得了廣泛的應(yīng)用。高端智能手機(jī)殼體已逐步淘汰傳統(tǒng)的塑料、鋁合金壓鑄件、不銹鋼以及鈦合金等機(jī)身外殼，普遍采用經(jīng)CNC 和表面處理的高表面高強(qiáng)度鋁合金。目前，最新型的智能手機(jī)采用雙?；螂p玻曲面屏，但手機(jī)中框等結(jié)構(gòu)件依然采用高表面高強(qiáng)度的鋁合金材料。

6063 合金擠壓鋁材率先應(yīng)用于蘋果iPhone6 和蘋果iPhone6 plus 高端智能手機(jī)，其金屬質(zhì)感、色彩艷麗豐富等優(yōu)點(diǎn)，受到了手機(jī)市場的追捧。6063鋁合金是生產(chǎn)制備技術(shù)較成熟的鋁合金，有著優(yōu)良的擠壓變形加工性能，陽極氧化效果好，制備成本低，是一種較理想的手機(jī)殼體金屬材料。但隨著蘋果iPhone6 plus 手機(jī)外形尺寸的增大，6063 鋁合金強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)越來越明顯，頻繁出現(xiàn)的“折彎門”導(dǎo)致手機(jī)機(jī)身彎曲變形。

為避免手機(jī)出現(xiàn)“折彎門”缺陷，高強(qiáng)度7×××系鋁合金就成為手機(jī)殼體材料較好的選擇之一。Al-Zn-Mg 和Al-Zn-Mg-Cu 7×××系鋁合金，是鋁合金中強(qiáng)度最高的鋁合金，廣泛應(yīng)用于航天航空、交通運(yùn)輸輕量化等領(lǐng)域。與6063 鋁合金相比，7×××系鋁合金尤其是含Cu 的7×××系鋁合金，強(qiáng)度高但抗腐蝕性能差，且陽極氧化效果也不盡如人意。通過采用控制合金元素Zn 的含量和Zn/Mg 比值、優(yōu)化熱處理工藝以及開發(fā)7×××系鋁合金陽極氧化專用工藝，高強(qiáng)度7×××系鋁合金在手機(jī)殼體上獲得了市場應(yīng)用與普及。

不同于6×××系和7×××系，5×××系鋁合金為熱處理不可強(qiáng)化鋁合金，主要以軋制薄板、沖壓成型應(yīng)用于手機(jī)殼體。相對(duì)于擠壓鋁材，軋制板材在手機(jī)殼體制作應(yīng)用時(shí)，具有工序少、機(jī)加工量少、生產(chǎn)效率較高的特點(diǎn)；同時(shí)軋制板材的制備更能形成規(guī)?；a(chǎn)，大規(guī)模加工生產(chǎn)時(shí)，制備成本相對(duì)較低。5×××系合金有著較好的陽極氧化效果，色彩絢麗，抗腐蝕性能好。因軋制變形加工方式的特性，合金材料易出現(xiàn)沿軋制加工方向的材料紋缺陷、沖壓成型時(shí)局部表面粗糙甚至“橘皮”缺陷，降低材料的陽極氧化效果和產(chǎn)品良率，消除軋制板材材料紋、局部粗糙表面或“橘皮”缺陷成為軋制薄板在手機(jī)殼體上獲得應(yīng)用的關(guān)鍵。

目前，消費(fèi)者不再追求手機(jī)屏的大尺寸。屈服強(qiáng)度不低于240 MPa的鋁合金材料完全滿足手機(jī)殼體材料的強(qiáng)度要求。為充分發(fā)揮6×××系鋁合金可擠壓加工性能好、陽極氧化技術(shù)成熟度高、抗腐蝕性能好以及生產(chǎn)制備成本較低的優(yōu)點(diǎn)，材料供應(yīng)商根據(jù)自身對(duì)手機(jī)殼體材料特性的認(rèn)識(shí)以及其下游用戶對(duì)材料的性能要求，研究開發(fā)出了系列的高表面高強(qiáng)度6013 型手機(jī)殼體鋁合金。不同的生產(chǎn)廠家命名的合金名稱五花八門，但合金材料的化學(xué)成分均是6013型鋁合金的改型。表1示出了部分手機(jī)殼體用鋁合金化學(xué)成分。

表1 部分手機(jī)殼體用鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

手機(jī)殼體用鋁合金材料選擇的基本原則，一是合金材料陽極氧化后，包括材料CNC 后陽極氧化，具有無黑點(diǎn)、黑線、材料紋、花斑以及色差等缺陷的高表面質(zhì)量，滿足目前高端手機(jī)殼體色彩絢麗、豐富和潮流時(shí)尚等市場需求；二是合金材料屈服強(qiáng)度、抗腐蝕性能等滿足手機(jī)殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及防腐蝕等使用要求；三是合金材料具有較好的塑性變形加工性能，技術(shù)成熟度高，適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，工序少、生產(chǎn)流程短，制備成本可控。

材料的組織決定材料的性能，材料的化學(xué)成分可以預(yù)判材料可能出現(xiàn)的組織。表2為部分手機(jī)殼體用鋁合金變形加工性能及屈服強(qiáng)度。為獲得所需要的手機(jī)殼體鋁合金的強(qiáng)度，合金材料必須有足夠的強(qiáng)化相；為保證手機(jī)殼體用鋁合金材料的陽極氧化高表面性能，需嚴(yán)格控制合金材料的雜質(zhì)含量和微量元素的含量。要獲得較為理想的合金組織，控制主要強(qiáng)化相、雜質(zhì)相等的形貌、數(shù)量和分布，化學(xué)成分的合理選擇是合金組織控制重要的、也是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

表2 部分手機(jī)殼體用鋁合金變形加工性能及屈服強(qiáng)度

一般來說，F(xiàn)e 在鋁合金中大多是以雜質(zhì)的形式存在，主要是由原材料鋁錠和生產(chǎn)時(shí)用的鐵質(zhì)工具帶入，是鋁合金中最常見而且也是對(duì)合金性能有著顯著影響的雜質(zhì)元素之一。Fe 元素極易與基體中的Al、Si、Mn 等反應(yīng)形成金屬間化合物，鋁合金中常見的有α-Al8Fe2Si 相和β-Al9Fe2Si2相兩種，其中片層狀的β-鐵相（Al9Fe2Si2）容易在變形時(shí)引發(fā)局部裂紋，降低合金的強(qiáng)度且影響合金的表面質(zhì)量[1]。在合金中少量Fe 的存在有助于細(xì)化鑄態(tài)晶粒，但當(dāng)Fe 的含量超過規(guī)定值時(shí)，易使合金發(fā)生局部腐蝕。AlFeSi含F(xiàn)e相因與鋁基體的電化學(xué)電位不同，堿洗時(shí)促進(jìn)鋁基體的溶解，出現(xiàn)蝕坑[2]。要保證氧化膜的均勻性和連續(xù)性，應(yīng)嚴(yán)格控制鋁合金中AlFeSi相的數(shù)量和尺寸[3]。

隨著Fe 含量的增加，鋁合金的漫反射性能提高；當(dāng)Fe 含量較高時(shí)，制品的陽極氧化膜外觀灰暗，不光亮。對(duì)Al-Mg-Si 合金進(jìn)行陽極氧化著色，在同樣的物理化學(xué)條件下，低Fe 含量的合金氧化膜厚，而且有較強(qiáng)的耐腐蝕性。對(duì)于耐腐蝕性要求高且需要參與氧化著色的鋁型材來說，F(xiàn)e 含量應(yīng)控制在0.20%以下，如要求具有無光澤表面和漫反射表面的鋁型材，F(xiàn)e含量宜大于0.20%[4]。

含F(xiàn)e 的雜質(zhì)相為高熔點(diǎn)的難溶相，即使在溫度為600 ℃均勻化加熱時(shí)，含F(xiàn)e的AlFeSi相仍不發(fā)生回溶[3]。在后續(xù)的塑性變形加工過程中，含F(xiàn)e相也很難破碎。因此，要降低含F(xiàn)e 相的有害影響，就必須降低原輔材料的Fe 含量以及嚴(yán)格控制熔鑄生產(chǎn)時(shí)的鐵質(zhì)工具增Fe。如圖2為7×××系鋁合金鑄錠均勻化前后典型組織圖。考慮到生產(chǎn)制備成本，高表面的手機(jī)殼體鋁合金的Fe 含量一般控制在0.12%以下。

圖2 7×××系鋁合金鑄錠均勻化前后典型組織

Ti元素為鋁合金晶粒細(xì)化的常用添加元素，一般采用Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C 等中間合金晶粒細(xì)化劑爐內(nèi)或爐外在線添加。晶粒細(xì)化可提高合金強(qiáng)度、塑性、成型、陽極氧化和表面質(zhì)量等性能，含Ti的晶粒細(xì)化劑是目前為止鋁合金必不可少的添加劑。除1×××系合金對(duì)Ti 含量控制較低外，大多數(shù)變形鋁合金對(duì)Ti含量控制范圍較寬。由于含Ti的中間合金晶粒細(xì)化劑中含Ti化合物易聚集的固有特性，且晶粒細(xì)化劑質(zhì)量參差不齊，在變形鋁合金常規(guī)的熔煉鑄造溫度范圍內(nèi)，細(xì)化劑中的大尺寸初生化合物和團(tuán)聚的含Ti化合物，極易遺傳到后續(xù)生產(chǎn)的鋁合金制品中，在陽極氧化處理后，合金鋁材表面會(huì)出現(xiàn)黑點(diǎn)甚至黑線缺陷，嚴(yán)重影響鋁材的表面質(zhì)量和美觀。

晶粒細(xì)化劑的顯微組織對(duì)鋁合金細(xì)化效果影響顯著，從而影響細(xì)化合金的組織和性能。Al-Ti-B絲的細(xì)化效果與其粒子的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小以及分布有關(guān)。圖3 為不同冶金質(zhì)量的Al-5Ti-1B絲晶粒細(xì)化劑SEM 照片，其中呈塊狀和條狀的化合物為Al3Ti，呈魚卵狀形貌的為TiB2顆?；衔铩?/p>

研究表明，晶粒細(xì)化劑中Al3Ti 化合物的尺寸越小，分布越均勻彌散，其晶粒細(xì)化效果越好；同時(shí)，TiB2顆粒的數(shù)量越多，分布均勻彌散，其晶粒細(xì)化效果也越好。從圖3 中晶粒細(xì)化劑的組織判斷，國內(nèi)改進(jìn)型的晶粒細(xì)化劑質(zhì)量和細(xì)化效果好于國內(nèi)普通型和國外進(jìn)口型。因此，生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)對(duì)晶粒細(xì)化劑進(jìn)行入廠檢驗(yàn)，并分級(jí)使用。

圖4為6×××系手機(jī)殼體擠壓鋁型材黑點(diǎn)黑線缺陷組織形貌。在掃描電鏡下觀察，短線狀組織（黑線）是由沿?cái)D壓方向不連續(xù)的串狀物質(zhì)組成。經(jīng)能譜定性分析，點(diǎn)狀和串狀物質(zhì)除鋁合金基體成分外，含有較多Ti元素，為含Ti的化合物。

圖4 6×××系手機(jī)殼體擠壓鋁型材典型黑點(diǎn)黑線缺陷組織形貌

目前，常用的Al-Ti-B晶粒細(xì)化劑中不可避免的存在有塊狀或條狀的Al3Ti化合物、TiB2顆粒。在選取優(yōu)質(zhì)晶粒細(xì)化劑、保證合金晶粒尺寸細(xì)小、均勻的同時(shí)，也應(yīng)嚴(yán)格控制晶粒細(xì)化劑的添加量，避免因晶粒細(xì)化劑的有害遺傳作用導(dǎo)致手機(jī)殼體鋁合金出現(xiàn)黑點(diǎn)、黑線缺陷。在手機(jī)殼體鋁材的生產(chǎn)實(shí)踐中，一般將晶粒細(xì)化劑添加量的Ti 含量控制在0.02%以下。

2 熔煉鑄造與變形加工

鋁及其合金在熔煉過程中，鋁熔體中存在夾雜物、氣體等，影響熔體純凈度，導(dǎo)致鑄錠易產(chǎn)生氣泡、氣孔、夾雜、疏松、裂紋、白斑等缺陷，對(duì)鑄錠加工性能及制品的強(qiáng)度、塑性、抗蝕性、陽極氧化性和外觀品質(zhì)均有顯著影響[5-7]。因此，提高鋁熔體的純凈度和鑄錠冶金質(zhì)量，從而獲得高質(zhì)量的鋁制件，是鋁加工質(zhì)量控制的一個(gè)重要部分。

高表面手機(jī)殼體鋁合金熔煉鑄造工藝控制的總體目標(biāo)，就是鋁合金熔體的高純凈度。其遵循的原則就是：一是采用較高純度的原材料，如高純鋁、添加高純金屬和高純中間合金等，嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量；二是獲得優(yōu)良的合金冶金質(zhì)量，控制晶粒大小、均勻，降低合金氫含量（疏松），減少和防止夾渣，降低成分偏析等；三是防止熔體二次污染，如鐵質(zhì)工具增鐵、鑄造流槽和流盤非金屬物裹入、液面波動(dòng)氧化膜裹入等；四是精確控制合金成分及添加方式，選擇合適的晶粒細(xì)化劑種類、級(jí)別及含量，防止合金元素偏析和聚集。

在合金熔煉鑄造過程中，應(yīng)控制合金熔體溫度最高不超過760 ℃，防止熔體中的氫含量呈臺(tái)階式的增長。在精煉凈化除氣后，合金鑄錠的固態(tài)氫含量控制在0.15 ml/100 g·Al（0.13 ug/g·Al）以下。熔體精煉除氣采用高純惰性氣體或高純惰性氣體+氯氣混合氣體在線精煉；熔體過濾采用40 ppi或以上精度的陶瓷過濾板單級(jí)、雙級(jí)過濾，或者采用管式過濾等方式過濾熔體；選擇優(yōu)質(zhì)的含Ti晶粒細(xì)化劑在線細(xì)化合金鑄錠晶粒，控制合金鑄錠晶粒大小均勻，晶粒尺寸控制在150 μm 以下。圖5 為熱頂DC 鑄造生產(chǎn)的手機(jī)殼體用鋁合金鑄錠橫截面高倍組織。

圖5 熱頂DC鑄造生產(chǎn)的手機(jī)殼體用鋁合金鑄錠橫截面高倍組織

高表面手機(jī)殼體用變形鋁合金主要的加工方式為擠壓型材和軋制薄板，6×× × 系和7×× × 系合金為擠壓型材，5×× × 系和6×× × 系為軋制薄板。6 ×× × 系和7 ×× × 系（不含Cu 或含微量Cu）的鋁合金，可擠壓性好，固溶淬火溫度范圍寬，淬火敏感性較低，可實(shí)現(xiàn)在線淬火；5×× ×系和6×× × 系鋁合金，熱加工溫度范圍寬，熱塑性高，加工變形性好。目前，商業(yè)化市場應(yīng)用的高表面手機(jī)殼體鋁合金，均可實(shí)現(xiàn)短流程生產(chǎn)加工，可提高生產(chǎn)效率和成品率，降低制備成本，適應(yīng)規(guī)?；笈可a(chǎn)。

手機(jī)殼體用鋁合金型材的擠壓加工，選擇的擠壓系數(shù)最好控制在15～40之間。過低的擠壓系數(shù)易造成擠壓鋁材組織不均勻，鑄態(tài)晶粒破碎不充分，甚至還存留有鑄造組織，導(dǎo)致合金性能均勻性差、晶粒大小不一、強(qiáng)度低、耐腐蝕性差，以致陽極氧化后出現(xiàn)花斑缺陷。過高的擠壓系數(shù)，易增大材料的各向異性，陽極氧化后易形成材料紋缺陷；并且，擠壓系數(shù)過高時(shí)擠壓鋁材產(chǎn)生粗晶組織的幾率大增，會(huì)降低合金強(qiáng)度和耐蝕性能，還會(huì)在陽極氧化后出現(xiàn)花斑缺陷；同時(shí)，因擠壓變形抗力較大，還會(huì)降低模具的使用壽命。在鋁合金的擠壓生產(chǎn)時(shí)，在線淬火最好選擇在線噴水淬火或者在線穿水淬火，尤其是擠壓高合金化的手機(jī)殼體鋁合金帶板型材。在線水冷時(shí)冷卻強(qiáng)度大，淬火組織固溶程度高，在后續(xù)的時(shí)效過程中，合金組織均勻，耐腐蝕性好。而采用在線風(fēng)冷，由于淬火冷卻速率低，雖然對(duì)合金強(qiáng)度性能影響不大，但極易因冷卻強(qiáng)度低產(chǎn)生脫溶，形成尺寸相對(duì)較大的第二相，鋁材在陽極氧化后易出現(xiàn)麻點(diǎn)、黑點(diǎn)和表面亞光等缺陷。當(dāng)然，在擠壓薄壁、小規(guī)格型材時(shí)，可采用風(fēng)冷或噴霧冷卻，也能保證鋁材形成充分的過飽和固溶體，因此，適當(dāng)降低固溶淬火冷卻強(qiáng)度，可防止水冷淬火造成型材扭擰變形。

手機(jī)殼體用鋁合金薄板的軋制加工，由于軋制加工為兩向受力變形的固有特性，且一般變形加工率為90%以上，因此，軋制加工生產(chǎn)的鋁合金薄板，其縱、橫向性能差異較大，在陽極氧化后極易形成明顯的材料紋缺陷，影響手機(jī)殼體的表面質(zhì)量。為獲得良好的合金薄板表面質(zhì)量，一是合金鑄錠須銑面除去表面缺陷層，銑面深度不低于合金鑄錠低倍檢測表面缺陷層的深度，銑面后合金鑄錠表面不允許存在深度超過1.5 mm 的拉痕、成層、縮孔等缺陷，也不允許存在超出1.0 mm 的金屬瘤；二是控制合金熱軋板材的熱軋終了溫度不低于320 ℃，充分利用余熱自身回火，盡可能消除熱軋鋁材（主要是卷材）組織的不均勻性；三是優(yōu)化合金薄板的冷軋工藝，選擇中間退火與冷軋加工率的最佳匹配工藝，在保證合金薄板力學(xué)性能、耐腐蝕性能、深沖壓成型性能的同時(shí)，降低材料的各向異性，消除合金薄板的材料紋缺陷、沖壓橘皮紋等缺陷。

3 鋁合金熱處理

鋁合金熱處理包括合金鑄錠均勻化、中間退火、固溶淬火及時(shí)效等熱處理。鑄錠均勻化退火是手機(jī)殼體用鋁合金重要的加工工序之一，其目的主要是消除鑄錠鑄造時(shí)的殘余應(yīng)力，提高合金塑性，降低合金變形抗力，改善合金加工工藝性能。鑄錠均勻化退火時(shí)，合金主要的組織變化是鑄錠枝晶消除、非平衡相溶解、過飽和的過渡元素沉淀，溶質(zhì)的濃度逐漸均勻化。鑄錠均勻化是否充分，直接影響合金最終成品的各項(xiàng)性能，如果鑄錠均勻化不徹底，采用后續(xù)的熱加工、冷加工及高溫退火或固溶熱處理等補(bǔ)救措施，效果并不理想，尤其是高合金化的合金。判斷鑄錠均勻化程度，一般采用觀察合金微觀組織的金相法，輔以合金硬度、電導(dǎo)率檢測等方法，可較準(zhǔn)確地確定合金鑄錠的均勻化效果，初步確定合金鑄錠均勻化的保溫時(shí)間。采用仿真模擬軟件和DSC試驗(yàn)，可初步確定合金鑄錠的過燒溫度。為達(dá)到合金鑄錠均勻化和提高生產(chǎn)效率的目的，鑄錠均勻化的加熱溫度較高，選擇接近合金鑄錠低熔點(diǎn)相的實(shí)際熔化溫度。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制鑄錠均勻化熱處理加熱的金屬溫度，防止鑄錠過燒。

目前，合金鑄錠均勻化熱處理已由單級(jí)均勻化發(fā)展出雙級(jí)甚至多級(jí)均勻化，針對(duì)產(chǎn)品的特性和不同性能需求，采用不同的均勻化熱處理工藝。由元泰高導(dǎo)材料（山西）有限公司、東莞市潤華鋁業(yè)有限公司和西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司聯(lián)合開發(fā)的“6×× × 系鋁合金鑄錠低溫均勻化熱處理”新工藝，在消除鋁合金擠壓粗晶組織、消除陽極氧化后花斑缺陷等實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中獲得了很好的效果；同時(shí)，聯(lián)合開發(fā)的“鋁合金鑄錠高溫預(yù)析出均勻化熱處理”新技術(shù)在提高合金可擠壓性和擠壓鋁材表面質(zhì)量等方面的生產(chǎn)應(yīng)用中，使高合金化、高強(qiáng)度、難擠壓鋁合金的擠壓速度在原來的基礎(chǔ)上提高70%以上，擠壓鋁材表面質(zhì)量提高了一個(gè)等級(jí)。

鋁合金在熱加工變形之后進(jìn)行冷加工，為恢復(fù)合金加工變形塑性，一般采用中間退火熱處理，其中包括消除應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火和特殊合金固溶淬火退火等方式。中間退火的主要目的是恢復(fù)合金加工變形塑性，利于后續(xù)的再次冷加工，但同時(shí)也要考慮其對(duì)合金組織及最終成品各項(xiàng)性能的影響，選擇適宜的中間退火熱處理工藝。對(duì)高表面手機(jī)殼體鋁合金來說，工序間的中間退火甚至是多次中間退火，應(yīng)避免因中間退火造成合金晶粒急劇長大形成合金表面粗晶組織，既降低了合金強(qiáng)度性能和耐腐蝕性能，同時(shí)，也會(huì)在陽極氧化后形成花斑缺陷。尤其是擠壓鋁材的冷加工過程中，選擇較低加熱溫度的消除應(yīng)力退火，有利于合金綜合性能和表面質(zhì)量的提升。消除鋁合金軋制薄板的材料紋缺陷是高表面手機(jī)殼體用鋁合金薄板的難題之一。軋制加工將合金晶粒沿軋制方向延伸拉長，在板材表面表現(xiàn)為沿軋制方向的紋路，噴砂處理和陽極氧化處理也不易將此紋路遮蓋。如果控制合金晶粒等軸化，降低或消除其方向性，合金就不會(huì)產(chǎn)生材料紋缺陷。因此，在冷加工到合適的板材厚度、后續(xù)的冷加工能保證合金要求的性能時(shí)，選擇較高溫度的再結(jié)晶退火，有利于消除軋制薄板的材料紋缺陷。當(dāng)然，中間退火工藝也不是一成不變的，可根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和要達(dá)到的目的，在不脫離鋁合金退火基本原理的情況下，適當(dāng)調(diào)整中間退火熱處理工藝。

為獲得需要的合金性能，可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，均采用固溶淬火熱處理并輔以時(shí)效熱處理，以提高合金力學(xué)性能及耐腐蝕性能等綜合性能。固溶淬火熱處理是將金屬加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，形成過飽和固溶體，然后以快速淬冷的方式獲得亞穩(wěn)定的過飽和固溶體，以求在隨后的時(shí)效時(shí)獲得較高的強(qiáng)度和足夠的塑性。

目前，6×× × 系和7×× × 系手機(jī)殼體鋁合金擠壓材大多采用在線固溶淬火熱處理，鋁材擠壓出口溫度可設(shè)定為固溶淬火溫度，固溶淬火溫度必須低于合金的過燒溫度。結(jié)合合金的熱加工塑性溫度區(qū)間范圍、擠壓過程中擠壓溫升，優(yōu)化設(shè)定合金擠壓錠溫、筒溫和擠壓速度，確保合金擠壓出口溫度在較為理想的固溶淬火溫度范圍內(nèi)。研究及實(shí)踐表明，一般6×× × 系高表面手機(jī)殼體鋁合金固溶淬火溫度控制在520 ℃～545 ℃，7×× × 系鋁合金固溶淬火溫度控制在450 ℃～470 ℃，均可滿足合金性能指標(biāo)要求。但常用的手機(jī)殼體7005 鋁合金擠壓型材，部分生產(chǎn)廠家采用高溫?cái)D壓和高溫固溶淬火（520 ℃以上），金相組織檢測時(shí)沒有觀察到明顯的過燒特征，且各項(xiàng)性能也能滿足使用要求。有研究表明，7005 鋁合金的過燒溫度為550 ℃[8]。更多的研究表明，7005 鋁合金的過燒溫度為480 ℃[9-12]。在較高的加熱溫度（550 ℃）均勻化退火時(shí)，觀察金相沒有發(fā)現(xiàn)明顯的過燒特征，原因可能是該合金化學(xué)成分、組織相對(duì)較為簡單，組織中主要有深灰色塊狀的結(jié)晶相和淺灰色骨骼狀的共晶體，在均勻化加熱速率不是很快的條件下（一般均勻化處理正常的加熱速率小于5 ℃/min），鑄錠在加熱到450 ℃以上時(shí)，鑄態(tài)組織中的非平衡共晶大部分已回溶入基體，再升高加熱溫度至480 ℃以上時(shí)，觀察鑄錠金相組織，沒有觀察到如復(fù)熔共晶球、復(fù)熔三角區(qū)等過燒特征的組織。

熱處理可強(qiáng)化鋁合金經(jīng)固溶淬火后時(shí)效，合金強(qiáng)度會(huì)大幅增長。6×× × 系手機(jī)殼體用鋁合金在T6 狀態(tài)下也具有較好的耐腐蝕性能，因此，考慮到生產(chǎn)效率和制備成本，該系合金大多采用單級(jí)峰值人工時(shí)效，時(shí)效加熱溫度為170 ℃～200 ℃，保溫時(shí)間為1.5 h ～8 h，冷卻方式為出爐空冷。7×× × 系手機(jī)殼體用鋁合金的抗腐蝕能力較差，在T6 狀態(tài)下的耐腐蝕性能最差。為提高該系合金的耐腐蝕性能，在犧牲少量強(qiáng)度性能的前提下，提高合金的耐腐蝕性能。一般采用T7651狀態(tài)，一級(jí)人工時(shí)效加熱溫度為120 ℃～135 ℃，保溫時(shí)間為8 h ～16 h，冷卻方式為出爐空冷；然后再進(jìn)行二級(jí)人工時(shí)效，加熱溫度為160 ℃～175 ℃，保溫時(shí)間為2 h ～6 h，冷卻方式為出爐空冷。采用T7651 狀態(tài)的7×× × 系手機(jī)殼體鋁合金，其剝落腐蝕等級(jí)可達(dá)到EA級(jí)以上甚至是PB級(jí)，滿足合金耐腐蝕性能的要求。

4 結(jié)論和展望

生產(chǎn)制備高表面手機(jī)殼體用鋁合金材料，應(yīng)充分了解和熟悉手機(jī)殼體材料的使用性能要求，從合金種類選擇、化學(xué)成分控制、合金組織調(diào)控及成熟工藝技術(shù)優(yōu)化等方面，全盤綜合考慮，在保證合金力學(xué)性能、耐腐蝕性能、深沖性能等基礎(chǔ)上，特別關(guān)注合金材料的高表面性能，即合金材料具有很高的內(nèi)部質(zhì)量，材料組織致密、均勻，在CNC、陽極氧化后材料無花斑、色差、條紋、黑線等缺陷。

目前，手機(jī)殼體用材料市場變化很大，對(duì)高表面鋁合金材料的各項(xiàng)性能提出了更高的要求。隨著5G 通信市場的逐步成熟，手機(jī)殼體鋁合金不僅僅要求高表面和高強(qiáng)度，同時(shí)還要求高的熱導(dǎo)率，以滿足手機(jī)應(yīng)用高速流量的使用要求，但高強(qiáng)度與高熱導(dǎo)率是相對(duì)矛盾的和對(duì)立的。研究挖掘已成功應(yīng)用于手機(jī)殼體的鋁合金材料的潛能，進(jìn)一步優(yōu)化合金成分和生產(chǎn)制備工藝，或研究開發(fā)全新的手機(jī)殼體鋁合金材料，滿足高表面、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率（大于180 W/（m·K）以上）的性能要求；也可研究開發(fā)高表面、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率的鑄造鋁合金，采用鋁合金液態(tài)壓鑄成型，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，可能是手機(jī)殼體用鋁合金材料今后的研發(fā)方向。

為更好的服務(wù)手機(jī)殼體用鋁合金材料應(yīng)用市場，應(yīng)優(yōu)化完善高表面鋁合金材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范，制定高表面鋁材行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)現(xiàn)高表面鋁材國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。同時(shí)，應(yīng)整合高表面鋁材研發(fā)科研院所、高校、鋁材生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品終端制成等機(jī)構(gòu)技術(shù)資源，實(shí)現(xiàn)信息共享和技術(shù)開發(fā)無縫對(duì)接，建立和完善研發(fā)平臺(tái)，以快速響應(yīng)市場需求。