鎂合金在現代電子產品方面的應用
發布日期:2023-08-17 瀏覽次數:1484
電子技術的快速發展使得對電子器件的結構材料和部件性能提出了越來越高的要求。為了適應電子器件輕薄小型化的趨勢,電子器件殼體材料需要具備一系列特點,如密度小、強度和剛度高、抗沖擊和減振性能優秀、電磁屏蔽能力強、散熱性能良好、易于成形加工、表面美觀、耐用、成本低、易于回收并符合環保要求等。傳統的塑料和鋁材在滿足這些要求方面逐漸顯得力不從心。然而,鎂及其合金作為制造電子器件殼體的理想材料,卻展現出廣泛的應用前景。鎂及其合金材料具有許多優勢,包括密度小、輕質、強度和剛度高、抗沖擊和減振性能優異,以及良好的電磁屏蔽能力和散熱性能。此外,鎂材料容易進行成形加工,能夠實現復雜的外觀設計,并呈現出令人滿意的表面美觀。同時,鎂及其合金具有耐久性,能夠滿足長期使用的需求。此外,鎂材料相對較低的成本以及易于回收和符合環保要求的特點也增加了其作為電子器件殼體材料的吸引力。采用鎂及其合金制備的電子器件殼體具有一系列優點。
一、 結構重量輕
通常情況下,電子器件的外殼采用工程塑料制造,例如聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)、尼龍/聚苯醚(Nylon/PPE)以及碳纖維增強塑料等。部分電子器件也會采用鋁合金制件。為了減輕殼體的重量,常常通過減小殼體的壁厚來實現。然而,當上述材料的壁厚減至1mm以下時,它們的剛度、耐沖擊性和抗變形能力將顯著降低,無法滿足使用要求。
鎂合金具有密度小、比強度和比剛度高、優良的耐沖擊性能等優點,因此成為制作電子器件殼體的理想材料之一。下表列出了各種外殼材料的性能對比:
表1 外殼材料性質對比
表2 不同便攜式電器產品對鎂合金性能的要求
鎂合金具有較低的密度和高的強度,因此可以在保持一定壁厚的情況下減輕電子產品的重量。根據您提供的信息,將原本2.2mm的塑料外殼替換為0.82mm的鎂合金外殼可以減輕46%的重量,并且抗拉強度可提高1.4倍。1995年3月,日本SONY公司首次將筆記本電腦的外殼厚度限制在1.0mm。隨后,日本Steel Workers公司采用了鎂合金半固態注射成形工藝,成功地生產出了壁厚為0.6~0.7mm的MD和筆記本電腦外殼。這些采用鎂合金制造的手提計算機、相機等3C產品機身具有更高的精度和耐久度,同時使得產品更加輕巧和便于攜帶。
二、 散熱性好
計算機在運行過程中會產生大量熱量,導致機器內部溫度升高,因此必須將熱量迅速散發,才能使關鍵元器件的溫度維持在可靠范圍內,以確保系統的穩定性。
一般金屬的熱導率比塑料的高1~2個數量級。例如,AZ91D合金的熱導率為79W·(m·K)ˉ1,是塑料的數百倍。日本IBM分別采用ABS樹脂和AZ91D鎂合金制作了A4型筆記本電腦殼體,進行了散熱性能對比試驗,當電腦的功率為27W時,ABS樹脂殼體內的溫度為62.5℃,而鎂合金殼體內的溫度為56.5,這表明鎂合金殼體的散熱效果較好。
鎂合金的熱導率雖然略低于鋁合金和銅合金,但遠高于鈦合金和鋼鐵材料,并且比熱容是常用合金中較低的,因此鎂合金外殼具有散熱快的顯著優點,是制作筆記本電腦外殼的首先材料。
目前的筆記本電腦采用的散熱方式所允許的功率極限為15W,預計不久筆記本電腦的功率將達到25W,且散熱設計可能主要取決于鎂合金殼體的散熱效果。日本松下公司1997年上市的采用鎂合金外殼的便攜式電腦CF25和CF-25MarkII十分暢銷。1998年以后,日本、中國臺灣所有的機型,目前尺寸在38cm以下的幾種機型已全面使用了鎂合金做外殼。美國White MetalCasting公司生產的外形尺寸為610mm×610mm的計算機外殼是用鎂合金壓鑄而成的。中國的聯想、華碩等筆記本電腦從1999年開始也部分采用了鎂合金外殼。
用鎂合金制作液晶電視機外殼,不僅具有優良的強度和外觀,還具有優良的散熱性能,可省去塑料外殼的散熱孔,使內部電器原件免于灰塵和外部潮氣的侵擾,延長電器原件的壽命。
三、 電磁屏蔽能力強
手機、個人電腦在使用過程中會發出高頻率的電磁波,當它穿過機體外殼時,不僅會對人體健康造成危害,還會干擾無線電信號。采用塑料制造電器件殼體時,為了提高其電磁屏蔽能力,一般采取表面噴涂導電漆、表面鍍層、金屬噴涂、在塑料內添加導電材料或輔助金屬箔或金屬板等方法,但這會增加生產工藝的復雜性、提高產品的生產成本和價格,且電磁屏蔽效果仍然很有限。與塑料相比,鎂合金的電磁屏蔽性能非常優異,鎂合金電子器件殼體不做上述表面處理就能獲得很好的屏蔽效果。
日本IBM公司在筆記本電腦上對比了ABS樹脂和鎂合金殼體(AZ91D,壁厚1.4mm)對30~200MHz電磁波的屏蔽能力。后者在整個頻率范圍內的屏蔽能力可以穩定在90~100dB,而帶電鍍層(Cu2μm+Ni0.25μm)的ABS樹脂殼體在30MHz時為35dB,200MHz時約為55dB。
四、 高的阻尼和吸震、減震性能
鎂合金具有極好的吸收能量的能力,可吸收震動和噪音,保證設備能安靜工作。鎂合金的阻尼性比鋁合金大數十倍,減震效果很顯著, 采用鎂合金取代鋁合金制作計算機硬盤的底座,可以大幅度減輕重量(約降低70 %) ,大大增加硬盤的穩定性,非常有利于計算機的硬盤向高速、大容量的方向發展。
五、 良好的抗沖擊和抗壓縮能力
鎂合金在抗沖擊能力方面比塑料高出20倍,并且在受到沖擊時表面產生的疤痕比鐵和鋁小得多。因此,使用鎂合金制造筆記本電腦顯示器外殼可以提供更好的抗壓保護,在旅途中具有優勢。相比塑料外殼,鎂合金外殼的堅韌性是其的20倍。
然而,目前市場上鎂合金薄板的供應還不足夠充足,因此大部分電子產品的外殼仍然采用鎂合金壓鑄和粉末冶金的方式制造。但隨著鎂合金薄板生產技術的突破,采用鎂合金薄板沖壓電子產品的外殼將能有效提高外殼的強度,縮短加工工序并降低產品價格。
此外,在其他領域中,鎂薄板也被廣泛應用。例如,用于制造聲納浮標、鎂電池片、鋅電解陰極板、手提工具外殼、高級手提箱、紡織用梭子、重工機械、標牌印模等等。鎂合金的輕量化和強度優勢使其成為這些領域中的理想材料之一。
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