高表面手機殼體用鋁合金材料的生產(chǎn)制備技術(shù)

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）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

0 前言

制作手機外殼的材料要求具有強度高、耐熱、導(dǎo)熱性良好、電磁屏蔽性、尺寸穩(wěn)定、外觀好等特點，以達到保護、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)在手機殼體中獲得應(yīng)用，但鋁合金以其質(zhì)輕、價廉、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，成為智能手機殼體的主要應(yīng)用材料。目前，4G/5G手機殼體已大量采用雙面玻璃設(shè)計，以獲得更好的手機信號和上網(wǎng)體驗，以及更吸引眼球的外觀，但手機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，能充分滿足手機產(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)注性能的重點不一樣。常用變形鋁合金材料，重點關(guān)注鋁合金材料的強度、韌性和抗腐蝕性能等。高表面高性能鋁合金材料重點關(guān)注材料陽極氧化后的表面質(zhì)量，其次兼顧材料的強度、熱導(dǎo)率、抗腐蝕性能、電磁屏蔽等其它性能。

手機殼體用鋁合金的高表面特性主要有兩個方面的含義：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加工后表面處理等。產(chǎn)品加工外觀表面無色差、條紋、黑點黑線和橘皮等缺陷，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示出了手機鋁合金殼外觀缺陷。

圖1 手機殼體鋁合金外觀缺陷形貌

手機殼體用鋁合金的高性能特性也主要有兩個方面的含義：一是合金材料的性能要求，滿足用戶對強度、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，從手機外觀設(shè)計及材質(zhì)來看，手機殼體同質(zhì)化嚴(yán)重。大多數(shù)手機殼體采用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。采用新型高性能鋁合金材料，突破現(xiàn)有的外觀風(fēng)格，獨樹一幟從而引領(lǐng)市場，是手機設(shè)計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)感和高表面的手機殼體鋁合金獲得了廣泛的應(yīng)用。高端智能手機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身外殼，普遍采用經(jīng)CNC 和表面處理的高表面高強度鋁合金。目前，最新型的智能手機采用雙玻或雙玻曲面屏，但手機中框等結(jié)構(gòu)件依然采用高表面高強度的鋁合金材料。

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，其金屬質(zhì)感、色彩艷麗豐富等優(yōu)點，受到了手機市場的追捧。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殼體金屬材料。但隨著蘋果iPhone6 plus 手機外形尺寸的增大，6063 鋁合金強度較低的缺點越來越明顯，頻繁出現(xiàn)的“折彎門”導(dǎo)致手機機身彎曲變形。

為避免手機出現(xiàn)“折彎門”缺陷，高強度7×××系鋁合金就成為手機殼體材料較好的選擇之一。Al-Zn-Mg 和Al-Zn-Mg-Cu 7×××系鋁合金，是鋁合金中強度最高的鋁合金，廣泛應(yīng)用于航天航空、交通運輸輕量化等領(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，高強度7×××系鋁合金在手機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化鋁合金，主要以軋制薄板、沖壓成型應(yīng)用于手機殼體。相對于擠壓鋁材，軋制板材在手機殼體制作應(yīng)用時，具有工序少、機加工量少、生產(chǎn)效率較高的特點；同時軋制板材的制備更能形成規(guī)模化生產(chǎn)，大規(guī)模加工生產(chǎn)時，制備成本相對較低。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殼體上獲得應(yīng)用的關(guān)鍵。

目前，消費者不再追求手機屏的大尺寸。屈服強度不低于240 MPa的鋁合金材料完全滿足手機殼體材料的強度要求。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，材料供應(yīng)商根據(jù)自身對手機殼體材料特性的認(rèn)識以及其下游用戶對材料的性能要求，研究開發(fā)出了系列的高表面高強度6013 型手機殼體鋁合金。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示出了部分手機殼體用鋁合金化學(xué)成分。

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

手機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、黑線、材料紋、花斑以及色差等缺陷的高表面質(zhì)量，滿足目前高端手機殼體色彩絢麗、豐富和潮流時尚等市場需求；二是合金材料屈服強度、抗腐蝕性能等滿足手機殼體結(jié)構(gòu)強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為部分手機殼體用鋁合金變形加工性能及屈服強度。為獲得所需要的手機殼體鋁合金的強度，合金材料必須有足夠的強化相；為保證手機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 部分手機殼體用鋁合金變形加工性能及屈服強度

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)時用的鐵質(zhì)工具帶入，是鋁合金中最常見而且也是對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）容易在變形時引發(fā)局部裂紋，降低合金的強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，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，堿洗時促進鋁基體的溶解，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，制品的陽極氧化膜外觀灰暗，不光亮。對Al-Mg-Si 合金進行陽極氧化著色，在同樣的物理化學(xué)條件下，低Fe 含量的合金氧化膜厚，而且有較強的耐腐蝕性。對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)相為高熔點的難溶相，即使在溫度為600 ℃均勻化加熱時，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Ti 含量控制較低外，大多數(shù)變形鋁合金對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，合金鋁材表面會出現(xiàn)黑點甚至黑線缺陷，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顆粒化合物。

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，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)普通型和國外進口型。因此，生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)對晶粒細(xì)化劑進行入廠檢驗，并分級使用。

圖4為6×××系手機殼體擠壓鋁型材黑點黑線缺陷組織形貌。在掃描電鏡下觀察，短線狀組織（黑線）是由沿擠壓方向不連續(xù)的串狀物質(zhì)組成。經(jīng)能譜定性分析，點狀和串狀物質(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×××系手機殼體擠壓鋁型材典型黑點黑線缺陷組織形貌

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，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)致手機殼體鋁合金出現(xiàn)黑點、黑線缺陷。在手機殼體鋁材的生產(chǎn)實踐中，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，對鑄錠加工性能及制品的強度、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)量控制的一個重要部分。

高表面手機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、雙級過濾，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)的手機殼體用鋁合金鑄錠橫截面高倍組織

高表面手機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)用的高表面手機殼體鋁合金，均可實現(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)模化大批量生產(chǎn)。

手機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)過高時擠壓鋁材產(chǎn)生粗晶組織的幾率大增，會降低合金強度和耐蝕性能，還會在陽極氧化后出現(xiàn)花斑缺陷；同時，因擠壓變形抗力較大，還會降低模具的使用壽命。在鋁合金的擠壓生產(chǎn)時，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殼體鋁合金帶板型材。在線水冷時冷卻強度大，淬火組織固溶程度高，在后續(xù)的時效過程中，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，雖然對合金強度性能影響不大，但極易因冷卻強度低產(chǎn)生脫溶，形成尺寸相對較大的第二相，鋁材在陽極氧化后易出現(xiàn)麻點、黑點和表面亞光等缺陷。當(dāng)然，在擠壓薄壁、小規(guī)格型材時，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度，可防止水冷淬火造成型材扭擰變形。

手機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，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、固溶淬火及時效等熱處理。鑄錠均勻化退火是手機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，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間。采用仿真模擬軟件和DSC試驗，可初步確定合金鑄錠的過燒溫度。為達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相的實際熔化溫度。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均勻化發(fā)展出雙級甚至多級均勻化，針對產(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）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際生產(chǎn)應(yīng)用中獲得了很好的效果；同時，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)量提高了一個等級。

鋁合金在熱加工變形之后進行冷加工，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，但同時也要考慮其對合金組織及最終成品各項性能的影響，選擇適宜的中間退火熱處理工藝。對高表面手機殼體鋁合金來說，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，既降低了合金強度性能和耐腐蝕性能，同時，也會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，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，可熱處理強化的鋁合金，均采用固溶淬火熱處理并輔以時效熱處理，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，以求在隨后的時效時獲得較高的強度和足夠的塑性。

目前，6×× × 系和7×× × 系手機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)。研究及實踐表明，一般6×× × 系高表面手機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。但常用的手機殼體7005 鋁合金擠壓型材，部分生產(chǎn)廠家采用高溫擠壓和高溫固溶淬火（520 ℃以上），金相組織檢測時沒有觀察到明顯的過燒特征，且各項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，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，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，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。

熱處理可強化鋁合金經(jīng)固溶淬火后時效，合金強度會大幅增長。6×× × 系手機殼體用鋁合金在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峰值人工時效，時效加熱溫度為170 ℃～200 ℃，保溫時間為1.5 h ～8 h，冷卻方式為出爐空冷。7×× × 系手機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)，一級人工時效加熱溫度為120 ℃～135 ℃，保溫時間為8 h ～16 h，冷卻方式為出爐空冷；然后再進行二級人工時效，加熱溫度為160 ℃～175 ℃，保溫時間為2 h ～6 h，冷卻方式為出爐空冷。采用T7651 狀態(tài)的7×× × 系手機殼體鋁合金，其剝落腐蝕等級可達到EA級以上甚至是PB級，滿足合金耐腐蝕性能的要求。

4 結(jié)論和展望

生產(chǎn)制備高表面手機殼體用鋁合金材料，應(yīng)充分了解和熟悉手機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，手機殼體用材料市場變化很大，對高表面鋁合金材料的各項性能提出了更高的要求。隨著5G 通信市場的逐步成熟，手機殼體鋁合金不僅僅要求高表面和高強度，同時還要求高的熱導(dǎo)率，以滿足手機應(yīng)用高速流量的使用要求，但高強度與高熱導(dǎo)率是相對矛盾的和對立的。研究挖掘已成功應(yīng)用于手機殼體的鋁合金材料的潛能，進一步優(yōu)化合金成分和生產(chǎn)制備工藝，或研究開發(fā)全新的手機殼體鋁合金材料，滿足高表面、高強度、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，進一步提高生產(chǎn)效率，同時也進一步降低生產(chǎn)成本，可能是手機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)，逐步實現(xiàn)高表面鋁材國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。同時，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)品終端制成等機構(gòu)技術(shù)資源，實現(xiàn)信息共享和技術(shù)開發(fā)無縫對接，建立和完善研發(fā)平臺，以快速響應(yīng)市場需求。