铰链是折叠屏的核心零部件,其折叠寿命(疲劳强度)、精密度、抗拉强度、轻薄程度、阻尼与悬停能力等核心参数均明显影响折叠屏手机的整体使用体验与使用寿命。
为进一步提升耐用性、减小屏幕折痕,铰链模组对精密零件的加工精度、轻量化、弹性、强度等提出严苛要求,传统铝合金和不锈钢的 CNC、MIM等成型工艺逐渐难以满足铰链对材料性能、尺寸精度和综合成本的要求,推动铰链材料和成型工艺的革新。
综合爆料显示,苹果计划在其即将推出的折叠 iPhone 的铰链中使用液态金属,以提高铰链耐用性及减少屏幕折痕 ... ...
液态金属:学名块体非晶合金,又称块体金属玻璃(BULK METAL GLASS,简称BMG )是一种兼备玻璃、金属、固体和液体特性的新型金属材料
液态金属采用现代快速凝固技术制备,快速凝固技术可防止金属熔体在凝固过程中结晶相的形核和生长。在凝固过程中金属原子来不及形成有序的晶体结构相而在室温或低温下以无序排列的状态被冻结而形成非晶态的合金

图 传统金属与液态金属的原子结构对比,来源常州世竟

一、液态金属的性能优势

液态金属的原子排列不像传统金属那样有序,而是呈现长程无序、短程有序的玻璃态结构这种无序结构赋予了它高强度、高硬度、高光洁度、高弹性、耐腐蚀和耐磨损等优异特性。

1. 强度/比强度高

液态金属的抗弯强度、抗拉强度等均优于常用材料,强度超过常规铝镁合金的5倍、7系铝的5倍、不锈钢的3倍、钛合金的2倍。
同时,液态金属密度又比铜、不锈钢、锌等金属低一些,因此在同样强度要求下,液态金属的厚度可以减薄很多,所以液态金属部件通常比其他合金部件的重量轻30%-50%。

图 液态金属和其他材料的强度比较,来源逸昊金属

2. 硬度高,耐磨性好

液态金属的硬度很高,成型后不需要做任何表面强化处理,表面硬度可以达到维氏硬度480-520HV(相当于洛氏硬度约50HRC),达到了钢材热处理硬化后的标准,可以直接用于许多硬度要求高的地方。

图 液态金属和其他材料的硬度比较,来源逸昊金属

3. 高弹性

不锈钢的弹性形变εel为0.2%,而液态金属为2%,相当于不锈钢的10倍。弹性应变能力,最好的弹簧钢为2.2MJ/㎡,液态金属为19MJ/㎡。
图 液态金属和其他材料的弹性比较,来源逸昊金属

4. 耐腐蚀性

液态金属在盐酸和硫酸溶液中耐腐蚀性能优于316不锈钢。
5. 耐磨性好
液态金属的耐磨好,按照同样的方式进行耐磨实验,几乎没有的体积和质量损失。
图 液态金属和其他材料的耐磨性能比较,来源逸昊金属
6. 良好的尺寸精度和稳定性
液态金属具有优良的尺寸精度和稳定性,满足复杂结构零件制造要求。产品通过模具型腔一次成型,产品缩水率低(约0.3%),产品公差通过模具精度来保证;压力铸造,保证产品的致密性和优越性能;产品成型后,不需要热处理来保证性能。
图 液态金属的尺寸精度,来源逸昊金属

7. 良好的表面光洁度

液态金属能够完全复制模具的表面光洁度和纹理,精细的模具表面光洁度可以得到好的产品表面光洁度,最好可以得到Ra0.2um。
图 液态金属与其他材料加工件的表面光洁度,来源逸昊金属

8. 无磁性

液态金属合金属于无磁性材料,不能加磁,与其他磁性物体接触也不会保留任何磁性。
综上所述,液态合金力学性能优异,具有高强度、高硬度、高弹性、高精度、耐腐蚀、无磁性等优异特性,可以通过注塑、压铸等工艺加工,在工艺上接近“净成形”,省却大量后加工,且可实现多种表面效果和颜色,在消费电子、体育器材、医疗器械、汽车等领域广泛应用。

二、液态金属在折叠屏铰链上的应用

液态金属在手机领域的应用,最早被大众熟知的应该是2008年应用于苹果iPhone的SIM卡针,除此之外,液态金属在手机中框、摄像头支架、折叠屏铰链等上也都有应用。

液态金属兼具高强度、优异成型性与高尺寸精度,使铰链结构件在轻薄化的同时提供强劲支撑;其卓越的弹性变形能力,反复折叠不易产生塑性形变,疲劳寿命轻松满足数十万次折叠标准;采用精密铸造或注塑工艺,一次成型即可获得极高的尺寸精度与表面光洁度,大幅减少后续加工成本,为折叠屏手机铰链提供了高效、可靠的解决方案。
    目前,液态金属(锆基非晶合金)已在华为Mate 系列、vivo X 系列、OPPO Find N 系列、荣耀Magic V系列等折叠屏手机/笔电铰链中量产应用。
    图 华为MateBook Fold 非凡大师的玄武水滴铰链承重主轴采用高温真空压铸的锆基液态金属制作
    图 OPPO Find N3 铰链中采用了锆基液态金属,让零件减薄30%,最薄区域只有0.15mm
    据悉,为提升折叠 iPhone 的耐用性、屏幕平整度以及实现屏幕无折痕效果,苹果决定在其关键零组件 —— 轴承(铰链)中大量采用液态金属材料,并通过压铸工艺进行加工。
    注:文章整理自逸昊金属、常州世竟等

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    序号
    议题
    1
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    2
    新一代高可靠、轻量化铰链设计与材料解决方案
    3
    多折态折叠屏的显示模组技术与结构挑战
    4
    进阶“无痕”,UTG超薄玻璃盖板的技术突破
    5
    折叠屏手机的可靠性测试及关键设备
    6
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    7
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    9
    超薄VC均热板工艺突破与性能挖掘
    10
    液态金属及其在折叠屏手机上的应用机遇
    11
    高性能导热材料在智能手机中的应用(石墨烯、碳纳米管、液态金属等)
    12
    先进复合材料在消费电子领域的应用探索
    13
    3D打印技术重构消费电子复杂结构件制造
    14
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    作者 li, hailan