引言:镁及镁合金当前有近100万吨的产量,虽明显不及铝合金产量,但镁合金在轻量化、医疗以及矿物冶炼等方面开展了大范围的应用。本文简要论述镁及镁合金在计算机、消费电子、通信领域上的应用,主要涉及到数码相机、笔记本电脑、鼠标、手机、通讯基站、耳机、手表、无人机配件、AR眼镜及其他辅助穿戴设备等等。电子通信产品正朝着高度集成化、轻薄化、微型化等方向发展。作为最轻的金属结构材料,镁合金有利于实现产品轻薄和耐用性等性能要求。
“文章内容来源于镁合金文献和大量的镁合金推广应用报道。本公众号仅做汇总和阐述。在此感谢各位前辈在镁及镁合金行业的开拓和付出”。所述并不详尽(尤其缺乏国外相关单位信息),欢迎留言沟通,促成镁合金更广泛的研究和应用。
镁合金有望在消费电子领域持续增加
镁合金在消费电子领域的应
1、数码相机和电影摄影机
相机制造商热衷于在中高端及专业数码单反相机用镁合金作为框架。例如,佳能的 1D X Mark III、5D Mark III、7D、10D-50D、EOS R5、EOS R1、EOS-1D X等,富士X10相机,尼康的 D3 、D5 、D610、D700、Dx00 系列、D7000(相机顶部和背面外壳采用镁合金)、Z5等,宾得的 K-7 及 K-5 、索尼 Alpha A7 II、Alpha A7 III 等都是镁合金机身。 这些全球巨头选择镁合金来应用其最先进的技术,这证明了镁合金的性能和实际效益。
镁密度低,镁合金相机机身非常轻。这种轻量化设计可显着减轻手部疲劳,使摄影师能够进行更长时间的拍摄并提高整体可操作性。 由镁合金制成的相机机身在耐用性方面非常优越。它们的设计能够承受会损害普通塑料机身的恶劣条件。该材料具有出色的减震性能和抗外力能力,提供保护壳,保护内部敏感电子设备。
这些合金具有优异的导热性。此类相机散热速度更快,确保内部组件即使在持续使用过程中也能保持凉爽。这降低了过热的风险和内部零件的潜在损坏。
镁合金的一个经常被忽视的优点是其令人印象深刻的电磁干扰屏蔽。此功能可减少信号丢失和图像失真,这在当今的数字摄影时代尤其重要。
佳能 1D X Mark III
尼康 Z5
捷信 Gitzo G1570M 镁合金 数码相机三维云台
百诺GH2 镁合金 专业摄影摄像机悬臂式
相机三脚架(目前并未检索到镁合金相机三脚架,按说也是一个轻量化方向,猜测可能是成本问题)
数码相机镜头(佳能 EF 800mm f/5.6L IS USM 主要外壳部件由镁合金制造,此镜头的重量约4500克。)
为了实现机身的小型轻量与坚固性的结合,SIGMA 500mm F5.6 DG DN OS | Sports在关键部位采用了TSC(热稳定复合材料)和镁合金等材料。
镜头配备了兼容Arca-Swiss标准的轻质且耐用的镁合金材质的可拆卸三脚架底座。
其他短的镜头、工业相机镜头等,目前仍大量使用塑料、铝合金目前貌似没有用镁合金来做的
笔电外壳材料众多,包括工程塑料、金属、碳纤维及木质等。工程塑料是最早出现也是最常见的笔电外壳材料,但是随着笔电轻薄化和性能不断提升、消费者对质感和美观性愈发看重,新的外壳材料也应运而生。笔电行业新兴外壳材料主要有金属和复合材料碳纤维等。金属材料凭借其优异的综合性能、轻薄美观的质感、适中的成本,在一众外壳材料中脱颖而出,目前已成为最主流的轻薄本外壳材料。
笔记本外观轻薄化势不可挡。在各类新兴材料结构件中,金属材料结构件具有以下优势:(1)散热能力优秀,强度、硬度是传统塑胶机壳的数倍,重量却较塑胶机壳轻很多;(2)减震功能和抗冲击能力都要优于塑胶,不但可以承受较大的冲击载荷,还可以屏蔽电磁辐射;(3)容易成型,可经表面处理工艺获得绚丽的颜色,而碳纤材料结构件成型工艺复杂,且不容易着色;(4)成本低于碳纤材料结构件。(来源:未来智库)
笔电金属外壳最常见的是镁合金和铝合金材质,其中镁合金外壳常用于笔电中的轻薄本。镁合金作为最轻的工程金属材料,被誉为“21世纪的绿色工程材料”,密度为 1.74-1.85g/cm3(镁锂合金密度 ~1.5g/cm3,可以实现极致轻薄,但成本也相应更为高昂),比铝合金轻36%,比锌合金轻73%,仅为钢的1/4左右,比强度和比刚度较高,同时阻尼性、电磁屏蔽性、减振性、导热及散热性好、切削加工性和抛光与表面处理性能等优良,是当前笔电轻薄化发展的理想选材之一。
笔电用镁合金包括镁锂合金(LZ91、LAZ系列)、AZ91D、高亮不锈镁等,常见的镁合金表面处理有微弧氧化+喷漆工艺和纳米压印工艺等。镁合金替换铝合金,大概能减重100g多到200g左右。
镁合金笔电构件加工可采用半固态注射(主要)、锻造成型,及少量的冲压成型,后制程一般是采用微弧氧化,后再表面喷漆上色。镁锂合金可板材室温冲压成型,常规镁合金可采用热冲压成型。(插播:铝合金笔电框架可用CNC一体成型3C产品外壳,CNC加工强度更高、一体感更强、产品的公差控制也可以更小,给到消费者精致高级的感官体验,如苹果MacBook系列。5 系铝合金采用板材冲压成型+部分装配面 CNC;6 系铝合金采用全 CNC 加工成型)。
个人电脑塑料外壳的典型壁厚为2.2mm,用壁厚为0.82mm的镁合金替换,可以减重46%,抗拉强度提高1.4倍。1995年3月,日本SONY公司首次将笔记本电脑的外壳厚度限制在1.0mm。日本Steel Workers公司采用镁合金半固态注射成形工艺,成功地生产出了壁厚0.6~0.7mm的笔记本电脑的外壳。日本松下公司1997年上市的采用镁合金外壳的便携式电脑CF25和CF-25MarkII十分畅销。1998年以后,日本、中国台湾所有的机型,目前尺寸在38cm以下的几种机型已全面使用了镁合金做外壳。美国White MetalCasting公司生产的外形尺寸为610mm×610mm的计算机外壳是用镁合金压铸而成的。中国的联想、华硕等笔记本电脑从1999年开始也部分采用了镁合金外壳。目前,镁合金材料已在微软、联想、戴尔、华为、宏基、三星、华硕等等品牌商的系列产品中获得推广和应用,用量呈上升期趋势。
为便于理解,先阐述笔记本电脑的A、B、C、D面。
笔记本电脑 A面、C面和D面 镁合金
微软 Surface Studio 2和Surface Laptop Studio 电脑,采用镁铝合金材质,简约设计,经磨砂处理,具备出色的手感,同时也带来了更高级的质感
HW MateBook X Pro 微绒典藏版 镁合金外壳(A面),表面处理涂层(来源:先看评测)
Samsung Notebook 9 900X3L 外壳镁合金材质 13.3英寸重840g克
Acer Swift 5 镁锂和镁铝合金打造笔电机身,搭配雾面质感涂层,轻至980克,薄至14.9毫米。镁锂合金,密度1.35~1.65 g/cm3,小于常见镁合金的1.8 g/cm3
华硕Expert Book B9 (B9400)14寸商务笔记本电脑,镁合金外壳的厚度只有0.58英寸(14.9毫米),整机重仅1.94磅(880克)
2013年NEC推出了最轻的13英寸笔记本Lavie Z,重量仅为795g。这款产品成功减重的秘诀在于外壳采用了镁锂合金材质,让重量进一步降低。
VMLINK秉创 15.6寸 镁合金全加固 三屏便携智能工控电脑
14家笔电镁合金结构件供应商盘点 https://www.abnotebook.com/a/701
手机内的配件很多,目前大部分智能机机身为“三明治”结构,按空间分布,分别为手机屏、中框部分及其附属配件、手机后盖。
中框就是手机屏幕和后盖中间,承载内部各种组件的那个框架,比如电池,主板,摄像头,排线,各种感应器话筒,听筒等等零部件都是要安装在一个金属骨架上面的,这个骨架就叫中框。金属边框就是四条边。有些手机金属边框和金属中框(骨架)是一体成型的,即内部骨架和边框是一个整体,有些手机只是一个金属贴边。有些机型手机,如苹果手机,会将中框和后盖做成一体成型。
Apple 13pro 拆解(屏幕+中框和后盖一体成型)(来源:IFIXIT)
SAMSUNG三星Galaxy Z Flip折叠屏拆解 边框
手机中框
当前,手机中框大部分为塑料和铝合金材质,少量为镁合金、不锈钢、钛合金和液态金属等材质。镁合金应用于手机中框的优势和不足:
1、轻量化,镁合金中框是可以做到比纯塑料机身还轻的;2、减震,镁合金是结构金属中最耐冲击的(相同重量下),而相同厚度下镁合金的耐冲击性能也接近7075-T6铝,低于部分TC和TB类钛合金,但是减重效果显著;3、可屏蔽电磁波,在电磁相容性方面有了巨大提高,在减少了通信过程中电磁波散失的同时也降低了电磁波对人体的伤害。
然而,4、镁合金比较易燃,往往需要用细沙土覆盖,彻底断绝镁的空气来源同时不让镁见到水才可以解决。数控加工刀具切削时会产生大量的热,而切削过后镁金属直接暴露在空气中,有点燃的风险。而加工出来的镁屑比镁合金块更易燃,因此镁合金屑和镁合金件必须用油包裹再加工,这反而增大了加工成本和难度;5、镁合金必须要电镀或者做阳极氧化多产生一些氧化镁来包裹住镁合金,才能防锈;6、镁合金模量很低,加工省力,但数控加工施加相同应力时形变大,导致很难精确加工控制尺寸。
小米 11 青春版,机身厚度仅 6.81mm,重量 159g。为符合客户轻薄的产品设计,比亚迪电子首次采用镁合金替代传统的铝合金进行加工
小米4 镁合金 内架
2012年,天语V8的侧边中框内嵌镁合金
Finalmouse Starlight12,42g,镁铝合金骨架和外壳(2021)
Pwnage Stormbreaker镁合金轻量化无线鼠标,53g (2023年)
迈从AX5 promax 镁合金轻量化无线鼠标,约 49g
达尔优A950Pro镁合金鼠标,54g
基站 镁合金零部件 应用方向 (没找到明确的镁合金案例图片,仅做外观展示)
GF厂宝格丽Diagono系列41mm腕表V2,表壳:镁合金+Motorlac亮漆及PEEK(聚醚醚酮)组成的表壳,直径为41mm,展现腕表的迷人活力
安克专为苹果打造的三合一镁合金充电底座
索尼耳机IER-M9:镁合金内外壳+镁合金超高频单元。IER-M9的超高频单元采用轻巧而坚固的镁合金材料制成,这种材质不仅提高了振膜的响应能力,还能有效减少内部损耗和共振。通过这种技术,耳机能够展现更加细腻和丰富的音乐细节,让用户能够体验到每一次音乐的微妙变化。音乐细节更丰富。外壳采用轻便而坚固的镁合金材料,这不仅使得耳机更加耐用,还能在长时间佩戴中保持舒适。镁合金的使用减轻了耳机的整体重量,让用户几乎感觉不到其存在,可以无拘无束地享受每一个音乐瞬间。
镁合金 无人机 配件
投影仪 壳体
镁合金 监控摄像头壳体
机箱 壳体
AR/VR眼镜 OPPO 眼镜 镁合金框体
机械臂/机械手等 穿戴设备零部件(来源:四方超轻)
备注:文字整理仅用于推广镁合金用途,如有侵权,请联系作者删除。
参考文献:
[1] 根据网络资料进行整理。
[2] 镁合金手机外壳制备相关性能研究进展
[3] 镁锂合金在AR/VR领域的应用及前景展望
[4] 镁合金在现代电子产品方面的应用
[5] 华为为什么选镁?微绒的秘密是什么?MateBook X Pro 体验...
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