CN103029368A - 一种复合金属壳体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合金属壳体，包括铝合金外层，以及在所述铝合金外层内压铸成型的锆基非晶合金内层。同时本发明还提供一种制备上述复合金属壳体的方法，包括以下步骤：（1）将铝合金基材冲压或者锻压成壳体毛坯，将毛坯置入真空模具型腔内，然后锁模；（2）在真空条件下将锆基非晶合金原料加热熔化形成熔化液，然后用压铸机将所述熔化液通过挤压料筒压入流道，并在550℃~650℃下将其填充至所述模具型腔内，直至形成锆基非晶合金结构，然后保压15～25s后脱模，得到产品。所述模具的预热温度为140～200℃。本发明提供的复合金属壳体即能形成复杂的结构特征，同时致密性好、强度高且能获得较好的表观效果。

Description

一种复合金属壳体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属壳体，具体涉及一种复合金属壳体及其制备方法。
背景技术
金属壳体能带来无以伦比的视觉冲击感，同时具有手感细腻、耐磨、防摔、抗腐蚀等优点，一直以来倍受消费者推崇，代表高端3C电子产品壳体的发展方向。
目前，用于3C产品壳体的金属主要有铝、镁和不锈钢。其中由于铝合金比重小，符合现代3C产品“轻薄小”的潮流，并且铝合金具有良好的导热性，故而铝合金壳体应用最为广泛。
现有的铝合金壳体成型方式有两种：板材冲压成型和卷材压铸成型。板材冲压成型主要是通过拉伸、折弯等形成产品壳体，产品截面厚度一致，故不能形成具有复杂结构特征产品，通常需要通过与塑胶件热熔或与金属冲压件焊接处理形成特征结构。卷材压铸成型可以形成非常复杂结构特征产品，但有一个明显缺点是材料致密性差，力学性能差，强度较低；同时内部枝晶偏析严重，导致压铸成型后产品不能进行阳极氧化处理，无法像冲压件获得很好表观效果。即，现有的铝合金壳体无法在获得复杂的结构特征的同时，获得较好的致密性、强度和表观效果等。
发明内容
本发明为解决现有铝合金壳体无法在获得复杂的结构特征的同时，又能获得较好的致密性、强度和表观效果的技术问题，从而提供一种即能形成复杂的结构特征，同时致密性好、强度高且能获得较好的表观效果的复合金属壳体。
一种复合金属壳体，包括铝合金外层，以及在所述铝合金外层内压铸成型的锆基非晶合金内层。
另外，本发明还提供一种上述复合金属壳体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铝合金基材冲压或者锻压成壳体毛坯，将得到的壳体毛坯置入真空模具型腔内，然后锁模； 
（2）在真空条件下将锆基非晶合金原料加热至熔化，形成熔化液，然后用压铸机将所述熔化液通过挤压料筒压入流道，并在550℃~650℃下将其填充至所述模具型腔内，直至形成锆基非晶合金结构，然后保压15s～25s后脱模，得到产品；在上述步骤中，所述模具的温度为140℃～200℃。
根据本发明提供的复合金属壳体，其内层为锆基非晶合金，在真空条件下，非晶合金在半固态区间有较好的流变性，易于成型。非晶合金真空压铸后收缩率非常低，小于千分之三，能保证较好的尺寸要求。同时非晶合金强度高，耐磨性好，非常适合做结构易损件。外层为冲压或者锻压的铝合金壳体，其致密性很好，且内部没有枝晶偏析，能够进行阳极氧化处理，从而可以获得很好表观效果。   
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种复合金属壳体，包括铝合金外层，以及在所述铝合金外层内压铸成型的锆基非晶合金内层。
优选的，所述内层与所述外层的厚度比为：1：6~1：3。在此厚度比范围内，该复合金属壳体的内外层结合强度较高，能够达到使用要求。
优选的，所述锆基非晶合金内层厚度为0.3~0.6mm，铝合金外层厚度为0.9~3.6mm。在此内外层厚度范围内，所述复合金属壳体的整体厚度较薄，并且比重在3.45~4.0之间，总体重量轻。
优选的，所述锆基非晶合金为Zra-Alb-Nic-Cud合金，其中50≤a≤65；5≤b≤12; 5≤c≤15; 10≤d≤30; a、b、c、d为摩尔分数。Zra-Alb-Nic-Cud合金的综合性能好，易形成大面积的非晶材料。更优选为Zr55Al10Ni5Cu30。
本发明还提供一种制备上述复合金属壳体的方法，包括以下步骤：
（1）将铝合金基材冲压或者锻压成壳体毛坯，将得到的壳体毛坯置入真空模具型腔内，然后锁模； 
（2）在真空条件下将锆基非晶合金原料加热至熔化，形成熔化液，然后用压铸机将所述熔化液通过挤压料筒压入流道，并在550℃~650℃下将其填充至所述模具型腔内，直至形成锆基非晶合金结构，然后保压15s～25s后脱模，得到产品；在上述步骤中，所述模具的预热温度为140℃～200℃。
根据不同结构的设计，选择冲压或者锻压将铝合金基材制成壳体毛坯。冲压和锻压的工艺流程为本领域技术人员所公知，在此不做详细描述。经过冲压或者锻压之后的壳体毛坯，产品内部没有枝晶偏析，能够进行阳极氧化处理，进而可以获得很好的表观效果。
在本发明提供的制备方法在，锆基非晶合金原料可以为锆基合金，也可以是金属Zr、金属Al、金属Ni和金属Cu按照相应的比例配置而成。锆基非晶合金的熔化需在真空条件下进行，因为在非真空环境下，非晶合金容易发生脆化和氧化。
在本发明提供的制备方法中，模具的预热温度为140℃～200℃，因此，流道的温度同样为140℃～200℃。熔化后的锆基非晶合金熔化液快速通过流道到达流道出口时，由于接触相对温度较低的模具流道，其温度会下降至550℃~650℃。因此，在进入模具型腔与铝合金壳体毛坯接触的熔化液温度为550℃~650℃，不会导致铝合金壳体毛坯熔化。优选的，从流道出口将所述熔化液填充至所述模具型腔内时，所述熔化液的温度为450~600℃。
根据本发明所提供的制备方法，压铸机对锆基非晶合金的熔化液施加一定的注射压力，使其快速通过挤压料筒和流道，并填充至模具型腔内。高温熔化液遇到低温模具会凝固，因此需要在短时间内通过流道，充满型腔。注射压力的存在是为了克服熔体在流动过程中的阻力，以保证填充过程顺利进行。
在本发明提供的制备方法中，压铸机的注射压力优选为4MPa～16MPa。注射压力越大，流速越快。注射压力为4MPa～16MPa时，锆基非晶合金熔化液能够快速的进入模具型腔内，并在与铝合金壳体毛坯充分接触的过程中能够快速冷却。
由于模具的温度为140℃～200℃，置于模具型腔内的铝件温度在100℃~200℃之间。在4MPa～16MPa的注射压力下，熔化液快速进入模具型腔与低温铝件接触，并在极短时间内快速降温至与模具模温相同，冷却速度能达到103至105℃/s，此冷却速度达到锆基合金发生非晶转变的临界冷却速度，保证了锆基非晶合金熔化液在冷却的过程中能够形成非晶结构。
在形成非晶结构后，通过压铸机进行保压15s～25s，铝合金壳体毛坯在锁模力的作用下与形成的锆基非晶合金物理焊合形成一体，铝合金外层与锆基非晶合金内层之间的结合强度高，符合使用要求。
优选的，所述加热采用电磁搅拌加热。电磁搅拌加热的加热速度快，便于生产加工。
优选的，所述真空条件的空气压强为10-3Pa～9×102Pa。在此空气压强范围内，能够有效的防止锆基非晶合金的脆化，同时也能保证锆基非晶合金材料在融化的过程中不被氧化。
本发明提供的复合金属壳体内层为经过压铸成型的锆基非晶合金内层，能够形成大尺寸特征和复杂的结构特征。而且，锆基非晶合金真空压铸后收缩率非常低，小于千分之三，能够保证较好的尺寸精度要求。同时，锆基非晶合金强度高，耐磨性好，非常适合做结构易损件。
外层为冲压或者锻压的铝合金层，成型后铝合金外层的内部没有枝晶偏析，能够进行阳极氧化处理，从而可以获得很好表观效果。同时，铝合金外层与锆基非晶合金内层物理焊合形成一体，两者之间的结合强度高，符合使用要求。
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
先将牌号为6061铝合金板材通过锻压工艺制成笔记本壳体毛坯，CNC加工调整内表面厚度及平面度放入真空压铸定模内，闭合动模，模温控制在200℃。再将合金Zr55Al10Ni5Cu30在空气压强为200Pa的真空条件下感应快速加热至980℃，以使合金熔化，形成熔化液。然后在6MPa的注射压力下将熔化液通过料筒挤压进流道，在流道出口处熔化液的温度约为550℃，此时将其快速填充至模具型腔内，并进行压铸成型，保压10s，锁模力为160T；最后脱模，得到外表面为铝合金，内表面为非晶合金的复合金属壳体，此复合金属壳体的铝合金外层的厚度为1.2mm，锆基非晶合金内层的厚度为0.3mm。将此复合金属壳体记为A1。
实施例2
先将牌号为5052铝合金板材通过冲压工艺制成数码相框壳体毛坯，固定在真空压铸定模内，闭合动模，模温控制在140℃，再将合金Zr55Al12.5Ni7.5Cu25在空气压强为150Pa的真空条件下感应快速加热至1050℃以使合金熔化，形成熔化液。然后在7MPa的注射压力下将熔化液通过料筒挤压进流道，在流道出口处熔化液的温度约为630℃，此时将其快速填充至模具型腔内，并进行压铸成型，保压25s，锁模力为160T；最后脱模，得到外表面为铝合金，内表面为非晶合金的复合金属壳体，此复合金属壳体的铝合金外层的厚度为1.2mm，锆基非晶合金内层的厚度为0.4mm。将此复合金属壳体记为A2。
实施例3
先将牌号为6063铝合金板材通过冲压工艺制成电子阅览器壳体毛坯，CNC加工调整内表面厚度及平面度放入真空压铸定模内，闭合动模，模温控制在160℃，再将合金Zr60Al10Ni5Cu25在空气压强为200Pa的真空条件下感应快速加热至1030℃，以使合金熔化，形成熔化液。然后在8MPa的注射压力下将熔化液通过料筒挤压进流道，在流道出口处熔化液的温度约为600℃，此时将其快速填充至模具型腔内，并进行压铸成型，保压15s，锁模力为160T；最后脱模，得到外表面为铝合金，内表面为非晶合金的复合金属壳体，此复合金属壳体的铝合金外层的厚度为1.5mm，锆基非晶合金内层的厚度为0.3mm。将此复合金属壳体记为A3。
性能测试：
内外层结合力测试：
采用万能材料试验机分别测试A1、A2和A3的内外层结合力，结果显示，A1、A2和A3的拉拔力均约为1200N。表明本发明提供的复合金属壳体内外层的结合强度高。
硬度测试：
采用显微维氏硬度计分别测量A1、A2和A3内外层的硬度，记录所测得的硬度值。将上述各测试的结果列成表格，如下表所示：
产品 硬度（单位：HV）
A1 外层：105    内层：450
A2 外层：85    内层：450
A3 外层：90    内层：450
从上表可以看出，本发明提供的复合金属壳体，其外层强度较高，符合使用要求；而且其内层强度非常高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合金属壳体，其特征在于，包括铝合金外层，以及在所述铝合金外层内压铸成型的锆基非晶合金内层。
2.根据权利要求1所述的复合金属壳体，其特征在于，所述锆基非晶合金内层与所述铝合金外层的厚度比为1：3～1：6。
3. 根据权利要求1所述的复合金属壳体，其特征在于，所述锆基非晶合金内层的厚度为0.3~0.6mm，所述铝合金外层的厚度为0.9~3.6mm。
4. 根据权利要求1所述的复合金属壳体，其特征在于，所述锆基非晶合金为Zra-Alb-Nic-Cud合金，其中50≤a≤65；5≤b≤12; 5≤c≤15; 10≤d≤30; a、b、c、d为摩尔分数。
5. 根据权利要求1所述的复合金属壳体，其特征在于，所述锆基非晶合金为Zr55Al10Ni5Cu30。
6. 一种权利要求1所述的复合金属壳体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铝合金基材冲压或者锻压成壳体毛坯，将得到的壳体毛坯置入真空模具型腔内，然后锁模； 
（2）在真空条件下将锆基非晶合金原料加热至熔化，形成熔化液，然后用压铸机将所述熔化液通过挤压料筒压入流道，并在550℃~650℃下将其填充至所述模具型腔内，直至形成锆基非晶合金结构，然后保压15s～25s后脱模，得到产品；
在上述步骤中，所述模具的预热温度为140℃～200℃。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，从流道出口将所述熔化液填充至所述模具型腔内时，所述熔化液的温度为450~600℃。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述压铸机的注射压力为4MPa～16MPa。
9. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述真空条件的空气压强为10-3Pa～9×102Pa。
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