Hybrid Metal混合金属一体化技术解决方案.docx

在刚举办的2013表面装饰创新技术论坛上，安美特铝业（Anometal）创始人，董事长李凡先生发表了关于《Hybrid Metal混合金属一体化技术解决方案》的主题演讲。

目前很多家电产品，包括小家电、3C产品都应用到了阳级氧化，但通常使用的都是后氧化，也就是把金属材料先做成一个形状，完成后再进行氧化。预氧化是在做成产品形状之前，铝材已经进行了氧化，优点在于氧化膜的质量，颜色的均匀性，提升后加工性能的良率。缺点在于阳级膜的延展率很差，成型时若形状比较复杂，设计上可能会需要一些让步和调整。

铝卷材阳极氧化优势
1、外观
2、散热
3、抗静电防尘

阳极氧化铝的后盖最先是出现在三星超薄LED电视，而之前的电视都使用的塑料背板。大功率的等离子电视散热量很大，通常有很多散热孔，空气从底部散热孔进入，经过电路板，再从上部散热孔出去，这样会带来很多灰尘、静电，长时间会造成散热性能下降，寿命降低。

铝材导热率是铁的3倍，树脂的200-300倍。苹果的桌上型电脑采用了铝材外壳，取消了所有散热孔，可以保证内部元件在封装后稳定的状态下工作。缺点在于材料的成本过高，所以三星电视后来运用了静电喷涂的碳钢。
某品牌14寸笔记本要用阳极氧化铝作为LCD外壳，对比片材氧化与直接使用阳极氧化卷料的成本对比分析（采用合金5052铝板，表面效果为蓝黑色长拉丝，厚度0.8mm）

从制程上来说预阳极氧化减少了很多制程，虽然从采购的角度来看价格贵了很多，但相应地减少了表面拉丝、冲压工序和相应的废品率，同时减少了人工成本。

普通铝板进行片材氧化的生产流程

预氧化铝卷材二次加工的生产流程

表面装饰的选材的优缺点分析

一、ABS工程塑料
优点
· 具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能
· 具有ABS树脂优良的加工流动性
· 应用在薄壁及复杂形状制品，能保持其优异的性能，以及保持塑料与一种酯组成的材料的成型性
缺点
· 质量重
· 导热性能欠佳
一般来说，ABS工程塑料由于成本低，被广泛采用，目前多数的塑料外壳笔记本电脑都是采用ABS工程塑料做原料的。

二、铝镁合金
优点：
· 质坚量轻、密度低
· 散热性较好
· 抗压性较强
· 外形美观高档
缺点：
· 不够坚固耐磨
· 成本较高，比较昂贵
· 成型比ABS困难（需要用冲压工艺）
铝镁合金外壳能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。其硬度是传统塑料机壳的数倍，但重量仅为后者的三分之一，通常被用于中高档超薄型或尺寸较小的笔记本的外壳。然而它的缺点在于笔记本电脑一般只把铝镁合金使用在顶盖上达到美观的功能，很少有机型用铝镁合金来制造整个机壳。
三、镁铝合金
优点：
· 比重1.8，比铝镁合金更轻
· 强度比铝镁合金更高
缺点：
· 必须通过压铸工艺加工，良品率低
· 成本高
· 产量提升很慢

四、碳纤维
优点：
· 高雅坚固，可塑性高
· 强度和导热能力优于普通ABS塑料
· 有屏蔽作用
缺点：
· 成本较高
· 成型没有ABS外壳容易，所以机壳形状简单缺乏变化
· 着色困难
· 若接地不好，会有轻微漏电感，需要在表面涂有绝缘涂层
Hybrid Metal混合金属一体化技术解决方案，是综合上述方案中，能够使性能和成本达到平衡的最佳方案，能够发挥出铝金属和高分子材料各自的优势，使表面装饰不再是一个难题，鱼和熊掌可以两者兼得。前3C行业所用的阳极氧化铝在封闭前的氧化膜孔径介于5-10nm之间，而我们研发出一种百位纳米级氧化膜孔径的铝粘阳极氧化技术，孔径可达到上述通行氧化技术的50-200倍，使金属与高分子材料实现物理结合，让高分子材料在流动状态时，进入这些氧化膜孔径中，牢牢被吸附，产生物理锚定效果。

上图为Alugrip高粘性氧化膜的孔径主要分布在500nm。Supergrip超粘氧化膜研发中，目标氧化膜孔径达到1000nm以上

此技术的成功开发可以做到金属与高分子材料一体化成型，使两种完全不同的材料牢牢生长在一起，无需任何粘结层。

铝板表面压印技术分为湿印（纳米、油墨压印）和干印（薄膜转印）。

下图为纳米、油墨压印（湿印）流程图：

下图为薄膜转印（干印）流程图：

压印工艺所制成的产品表面效果

使用Hybrid Metal混合金属一体化技术解决方案，经过铝粘工艺加工的铝卷材，无需涂任何Primer层，亦无需任何多余的中间工艺（火焰工艺等）即可与多层转印层或者漆膜层结合，接着力可以得到大幅度的提升，甚至高于原先使用中间层的产品，减少了制程工艺，更提高了产品性能，可以做到金属与漆膜转印层的一体化成型。

基材的对比如下图，左图为铝+Primer Layer+多层转印，右图为铝+铝粘工艺+多层转印

铝板表面压印技术要求
（达到装饰氧化效果）
传统铝板基材+Primer Layer
（增强粘合性能层）

铝粘接工艺基材
表面金属光泽
由于Primer层为物理性质的涂层，即使透明度再高，也会阻隔基材的金属光泽，最终压印后的成品光泽会大大削弱。
铝粘超氧化层是一层化学皮肤层，完全贴合铝板生长，无需任何primer层即可达到强大粘结性。压印后的成品通透，金属感完全呈现。

多色叠加
（彩色效果）
为满足不同客户需求，纳米压印层往往要多层叠加，传统铝板须用Primer层与压印层做结合来增加铝板和压印层间的粘结性。每叠加一层压印层，都会影响到基料的光泽度，看起来塑胶感强。

相同的top coat压印层，使用铝粘阳极氧化铝的成品光泽度可提升50%-70%
立体纹路
要达到真实凹凸立体效果，压印必须是高粘性的半固体性质，对primer层的要求较高，以达到更好的粘结性。

铝粘超氧化膜层对于压印层无要求即可牢牢粘结，降低表面纳米压印层的要求，成品效果更逼真。
表面耐磨性
耐磨性考验的是压印层与底层的粘结性，对primer层有较高要求。
省去primer层，直接与纳米压印层结合，得到更佳粘结性能的表面，提升耐磨性。
传统注塑下的电子消费品，金属机壳与注塑件的连接仍然靠双面胶来连接。注塑成本其实不高，但是部件组装的成本相对很高。现在金属与塑胶的组装还停留在使用双面胶来完成粘结，所使用的电子等级双面胶非常昂贵，加工流程较多，制程总成本较高。

使用Hybrid Metal混合金属一体化技术解决方案后，可以使用高精密的自动化生产流程控制，无需任何人工，无需任何胶水或双面胶，即可完成金属与塑胶直接注塑成型，适合大规模精密生产，可以大幅度的降低组装成本。此外，由于是通过高温将树脂熔化后实现树脂与铝的结合，阻绝空气，不会漏水漏气。

单面直接注塑

下图是联想K900，市面上应该还没有，这款机器整个厚度只有6.9mm，无法使用复杂的构件，包括双面胶等，需要直接连接，一共只用了4个螺丝。而如果使用这种一体化成型技术，使用高强度ABS用3D打印的方式或者直接注塑（DI）的方式直接使铝板和塑胶一体化成型，就无需使用螺丝，可以利用金属背壳内壁的注塑件直接卡接安装，提高美观度

三星S3手机若使用Hybrid Metal混合金属一体化技术解决方案，背壳使用铝板和塑胶一体化成型技术，三星智能机就无需内衬如此厚的注塑件，来加强背壳的强度，由此内部器件的散热性能能大幅改善，整体重量减轻。

此外，铝粘工艺可以做成双面工面效果，注塑部分可以同时在铝板的两边进行，给未来的设计和产品应用，开拓了无穷的可能性。

3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个模具或设计的打印，且3D打印机价格不高，品牌商可以快速推广新品以及变化产品设计，大大减少了产品从开发到投入市场的时间，铝粘技术应用于3D打印行业，可以使打印的原料与铝板产生更紧密的结合，适用于一些汽车厂零部件的打样，模型打样，也同样适用于工业设计，建筑，工程和施工（AEC），航空航天等各个行业。

金属与金属的复合
· 铝+不锈钢复合：可提高强度
· 铝+铜复合：可达到装饰及改变材料特性的作用
· 铝+铁复合：在保证美观的同时，达到外观、重量及强度的平衡组合

金属与纤维的复合

铝粘应用下的金属铝与纤维的结合，受惠于金属本身的可成型性，可以先进行金属成型，后直接利用成型件制作玻纤/碳纤外层，优势如下：
· 铝导热性佳，可以均匀散热
· 减少高成本纤维的用量
· 增加量产的可能性以及良率

多层复合
铝粘+碳纤+铝粘复合，示意图如下

日立采用镁含量5%的铝镁合金材料，开发一种多层复合的机壳产品，做法是两层0.2mm的铝镁合金中间夹一层0.2mm的碳纤（使用日本东丽Toray的0.2mm碳纤），最终成品效果非常令人满意，强度大大超越同样厚度镁合金外壳。

实际应用还可有更多可能性

为什么选择铝板作为基材？

对于笔电厂商来说，最熟悉的铝材原材料为5052，H32的基材，其实若作为内衬而非外观件使用时，有更多的解决方案来实现金属的平衡感，同时降低材料的厚度与成本。因为无需有些应用无需做外观要求。

各牌号铝板典型机械性能参数如下表

除了提供强度之外，其良好的散热性能从下图可见，是均匀分布在整个机壳表面对于用户体验手感上来说也好，对于设备的使用寿命来看也好，都具有明显的优势，续航能力更强。

由于高档质感好，不易留指纹，容易清理，超薄、超轻，可塑性强等优势，金属材料取代ABS工程塑料将会成为未来几年PC企业的一大趋势。

很多需要先成型后处理的加工厂家会担心铝粘的表面工艺是否适合于冲压使用，冲压后铝粘表面氧化层是否会受到破坏，下图可以做简单的解释：

结果表明：铝粘表面经过冲压拉伸后，拉伸处的细腻显微裂纹甚至能提高结合性能。