手机铝材”黑线”不良分析

在今天手机群雄逐鹿的时代，Apple是行业的龙头老大，也是手机外壳材料选用的风向标，它推出的每一款Iphone新机，完美的外观设计都凝聚了智慧和灵感，精选的材质都经历了深思熟虑的决定，国内厂商心照不宣的一窝蜂跟进研发，从2015年到2016年以铝材作为手机外观件，蔚然成风。

O客户R系列手机，电池盖原材料：6063铝-镁-硅系合金，主要制程：锻压-CNC(粗加工)-ECIM处理-成型-CNC(精加工)-抛光-CNC(加工侧边按键孔)-碱洗(碱性药水清洗)-喷砂-阳极1-高光-阳极2-CNC(连料切断)-组装。制程中，电池盖经碱性药水清洗后，在压延方向出现了不定位置且长短不一的黑线不良（图一），即使到阳极制程后黑线也并未消失。

原材料分别由A和B两家供应商供货，其黑线不良均在5%以上，稳居制程不良项目TOP1，曾困扰了较长时间，导致制程良率在量产后短时一蹶不振！。

01

  分析及改善

本文将重点对铝材的黑线成因进行检测分析及改善。黑线不良分析步骤（图二）如下：

▌阳极后表面形貌观察—金相显微镜

显微镜观察黑线形态为密集的黑状物连接组状，A家高倍下可以看到很多密集小黑点，B家黑点较少（图三）：

▌阳极后表面形貌观察—SEM（扫瞄式电子显微镜scanning electron microscope）：

通过电镜观察发现黑线实质上是有很多腐蚀坑聚集形成的，腐蚀坑里可看到少量杂质（图四）。

▌阳极后表面成份分析—EDS(电子数据转换 Electronic Data Switching)

通过对比黑线凹坑处与正常处成份，未发现异常元素且各元素含量相差不大，说明黑线处也有氧化膜形成。A家、B家成份无明显差异（图五）。

▌碱咬后表面形貌观察—SEM

测试样品碱咬时间1min30s，其中碱咬40s阳极层可全部脱落

通过电镜观察发现碱咬后黑线密集腐蚀坑仍旧存在，B家的凹坑较大（图六）。

▌碱咬后表面成份分析——EDS

A家：黑线区域有含量较高的异常元素Si，推测有Mg2Si相析出；

B家：黑线区域有含量较高的Mg、Si、Cl、Fe几种异常元素，推测有Mg2Si相，Fe2Si相等第二相析出。（图七）

▌黑线取切面形貌观察—金相显微镜

通过切面观察，可发现黑线处有凹坑，黑线处与正常处膜厚无较大异常（图八）。

▌黑线取切面金相组织观察——金相显微镜

通过金相观察，黑线切面位置金相组织未发现明显差异（图九）。

▌黑线取切面成份分析—EDS

根据检测结果对比分析，正常区域与黑线区域切面成份无明显差异（图十）。

02

  检测结果分析结论

（1）通过对黑线表面形貌观察可知：阳极后与碱洗后的黑线都是由密集凹坑沿着压延方向连接而成，B家凹坑较A家凹坑稍大。

（2）通过切面形貌观察，发现黑线凹坑处存在与正常处同样厚度的氧化膜，但是膜层随基材的凹坑产生凹陷，金相组织差异不大。

（3）根据黑线处成份分析可知，A家样品表层腐蚀坑内含较高含量的Si，B样品表层腐蚀坑内含较高的Mg、Si、Cl、Fe，推测可能是铝材Mg2Si相、Fe2Si相等粗大偏析引起，压延过程称为线状，降低合金在碱洗时的耐腐蚀性，且Cl-促进腐蚀坑的产生，从而形成了黑线。

依照我们分析出来的铝材黑线形成机理，重点改善原材料加工工艺。以下为两家供应商加工工艺：

注：红色为两家供应商不同工艺，采用不同工艺其原因为A家供应商铝棒为采购其他厂商，B家供应商铝棒为厂内精炼。

A家供应商铝棒采购其他厂商的铝锭后机械加工，无改善空间；B家供应商的铝棒为厂内自家精炼，重点改善了以下项目,黑线改善效果较为明显：

1>.提升原材料铝锭浓度，降低杂质含量，提高含铝纯度;

2>.增加精炼时间，由20分钟增加到40分钟，减少溶体中气体含量及渣含量，降低由氧化夹渣产生黑线概率;

3>.每次拔渣后，增加10分钟静置时间使氧化夹渣有足够的时间上浮或下沉;

4>.调整精炼气体成分比例，提升溶体纯度;

5>.增加铸锭表面铣面量3mm，除去表层的偏析壳层(壳层含杂质)，

6>.更换新管式过滤，采用每炉换一次频率，避免由于过滤板失效导致氧化夹渣残留.

我们针对铝材黑线不良，完善了进料检验项目：增加快速制程验证，降低批量黑线不良风险。验证定义：样品要求每炉的铝棒的头尾取样（头尾的杂质比例较高），时间提前7天到料验证，根据阳极后外观品质结果决定批次物料是否采用；快速制程即CNC1(粗加工)-CNC2(按照实际铣削的移除量降面到产品表面,至关重要)-CNC3（加工产品内腔结构，便于应用后制程的治具）-抛光-碱洗-喷砂-阳极1。

来源：掌工知