一种镁锂-铝复合材料结构及电子设备

技术领域

本发明属金属复合材料技术领域，尤其涉及一种镁锂-铝复合材料结构及电子设备。

背景技术

在消费电子产品领域，铝合金、不锈钢等通常可以用作手机、笔记本电脑、手表、头戴设备(如虚拟现实设备、增强现实设备)等电子产品的壳体。当前，消费者对消费电子产品低重量、高强度等诉求越来越高，目前的铝合金、不锈钢等材料用作电子产品的壳体已经不能满足相关需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁锂-铝复合材料结构及电子设备，以解决至少一个上述技术问题。

为此，本发明一些实施例提供一种镁锂-铝复合材料结构，所述镁锂-铝复合材料结构由镁锂合金和铝合金通过冶金结合形成，所述镁锂-铝复合材料结构包括：

镁锂合金层，

铝合金层，

位于所述镁锂合金层和铝合金层之间的金属层，所述金属层中铝元素的分布浓度低于所述铝合金层中铝元素的分布浓度；

其中，所述镁锂-铝复合材料结构的密度不高于1.8g/cm

可选地，所述金属层分布有金属单质、金属固溶体、金属化合物中的一种或者几种。

可选地，所述金属层中，

靠近镁锂合金层一侧镁元素的分布浓度高于靠近铝合金层一侧镁元素的分布浓度；和/或，靠近镁锂合金层一侧锂元素的分布浓度高于靠近铝合金层一侧锂元素的分布浓度；

靠近镁锂合金层一侧铝元素的分布浓度低于靠近铝合金层一侧铝元素的分布浓度。

可选地，所述金属过渡层中，形成有若干M1-M2金属键、和/或M1-X金属键及X-M2金属键；其中所述M1为Mg、Li中的一种、M2为Al、X为能与所述M1和M2形成金属键的任一种金属。

可选地，所述金属层中，形成有能与所述M1和M2形成金属键的任一种金属的合金相。

可选地，所述复合材料结构还包括外观层，所述外观层位于所述铝合金层远离所述镁锂合金层一侧，所述外观层由所述铝合金层进行表面处理之后形成。

可选地，所述表面处理包括但不限于：高亮抛光、钝化、微弧氧化、喷漆、阳极氧化。

可选地，所述金属层的厚度不低于1微米。

可选地，所述镁锂合金层的厚度为0.1～10mm，和/或，所述镁锂合金层的晶粒尺寸为10～500微米。

可选地，所述铝合金层为一层铝箔、所述铝合金层的厚度为10～500微米，和/或，所述铝合金层的晶粒尺寸为10～500微米。

可选地，所述镁锂-铝复合材料结构满足以下至少一项：延伸率大于20％、界面强度不低于10Mpa、热导率不低于50W/mK。

可选地，所述镁锂-铝复合材料结构还包括依次位于所述镁锂合金层远离所述铝合金层一侧的第一附加层和第二附加层；其中，所述第一附加层具有与所述金属层相同的结构、所述第二附加层具有与所述铝合金层相同的结构。

本发明一些实施例提供的镁锂-铝复合材料结构包括镁锂合金层和铝合金层以及位于镁锂合金层和铝合金层之间的金属层，所述镁锂合金层和所述铝合金层通过冶金结合形成所述镁锂-铝复合材料结构；其中，所述金属层中铝元素的分布浓度低于所述铝合金层中铝元素的分布浓度，所述复合材料结构的密度不高于1.8g/cm

本发明一些实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括壳体，至少部分壳体采用本发明一些实施例提供的镁锂-铝复合材料结构。鉴于该镁锂-铝复合材料结构具有重量低、强度高等性能，电子设备的至少部分壳体采用该镁锂-铝复合材料结构后，能够降低电子设备的整体重量、同时还能为电子设备的内部器件提供足够强度的保护。

附图说明

图1为本发明一些实施例提供的镁锂-铝复合材料结构的结构示意图；

图2为本发明一些实施例中镁锂-铝复合材料结构的制备方法的流程示意图；

图3是本发明另一些实施例中镁锂-铝复合材料结构的结构示意图；

图4是本发明一些实施例中电子设备的结构示意图；

图5为本发明一些示例中镁锂-铝复合材料结构界面处的金相照片；

图6为本发明另一些示例中镁锂-铝复合材料结构界面元素含量分布扫描电镜能谱分析图；

图7为本发明又一些示例中镁锂-铝复合材料结构中镁锂合金的金相照片；

图8为本发明再一些示例中镁锂-铝复合材料结构中铝合金的金相照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术中铝合金、不锈钢等材料用作电子产品的壳体不能满足相关需求的技术问题。本发明一些实施例提供一种复合材料结构，如图1所示，具体地，该复合材料结构可以是镁锂-铝复合材料结构，该复合材料结构包括镁锂合金层1、铝合金层3以及位于镁锂合金层1和铝合金层3之间的金属层2。

该实施例中，金属层2位于镁锂合金层1和铝合金层3的交界面处、构成镁锂合金层1和铝合金层3之间的过渡层，并将镁锂合金层1和铝合金层3牢固地结合在一起。基于镁锂合金层、铝合金层的性能，通过金属层的牢固结合能力，使得本实施例中的复合材料结构具有重量低、强度高等性能，能够满足电子产品壳体的使用需求。

一些实施例中，金属层2的厚度不低于1微米。金属层2的厚度达到1微米及1微米以上(例如5微米、10微米、20微米、30微米或者其他)能够为两侧的镁锂合金层和铝合金层提供足够大的结合强度，从而将镁锂合金层和铝合金层牢固地结合在一起，形成具有塑性变形能力的复合材料结构。

一些实施例中，图1中的复合材料结构通过冶金结合形成、而非机械结合。例如，可以采用镁锂合金板材和铝合金板材通过冶金结合方式形成该复合材料结构，镁锂合金层1和铝合金层3的交界面形成金属层2。复合材料结构的制备过程中，镁锂合金层中的镁元素和/或锂元素向铝合金层一侧扩散、与此同时铝合金层中的铝元素向镁锂合金层一侧扩散，最终形成金属层2，金属层2中至少包括Mg和Al或者Li和Al。金属层2形成在镁锂合金层1和铝合金层3的交界面处，镁和/或锂以及铝的有效扩散，在金属层形成金属键(如Mg-Al金属键、Li-Al金属键)以达到冶金结合，从而保证镁锂合金层1和铝合金层3的结合强度以及塑性变形能力。

一些实施例中，金属层2中分布有金属单质、金属固溶体、金属化合物中的一种或者几种，例如Mg、Al、Mg-Al、Mg-Li、Li-Al等。

一些实施例中，复合材料结构制备过程中，镁锂合金层1中的镁元素和/或锂元素向铝合金层3一侧扩散、同时铝合金层3中的铝元素向镁锂合金层1一侧扩散。由此，金属层2中，靠近镁锂合金层1一侧的镁元素的分布浓度高于靠近铝合金层3一侧的镁元素的分布浓度，和/或，靠近镁锂合金层1一侧的锂元素的分布浓度高于靠近铝合金层3一侧的锂元素的分布浓度；靠近镁锂合金层1一侧的铝元素的分布浓度低于靠近铝合金层3一侧的铝元素的分布浓度。一些特殊情况下，镁元素和/或锂元素的分布浓度由镁锂合金层1向铝合金层3呈梯度下降，铝元素的分布浓度由铝合金层3向镁锂合金层1呈梯度下降。

镁锂合金属于镁合金中的一种，密度为1.3-1.6g/cm

一些实施例中，镁锂合金层1的晶粒尺寸为10～500微米(例如20～450微米、40～420微米、100～350微米、150～300微米、200～250微米等)，可以为复合材料结构提供足够的塑性变形能力。

本发明一些实施例中，铝合金层3为一层致密的铝箔(孔隙率为0)、其厚度为10～500微米(例如20～450微米、40～420微米、100～350微米、150～300微米、200～250微米等)。在镁锂合金层1一侧形成牢固致密的铝合金层3、铝合金层3中没有孔洞，铝合金层3和镁锂合金层1都具有较好的塑性变形能力，所以本发明实施例提供的复合材料结构可以进行冲压、锻造等塑性变形。

一些实施例中，可以采用如图2所示的方法制备图1所示的镁锂-铝复合材料结构：

步骤S21：清洗镁锂合金板材和铝合金板材。

将镁锂合金板材和铝合金板材依次进行碱洗(10％NaOH)、酸洗(10％硫酸)，然后在无水乙醇中超声波清洗。例如，镁锂合金板材可以选用LAZ931镁锂合金、LZ91镁锂合金或者LZ141镁锂合金，或者其他合适型号的镁锂合金；铝合金板材可以选用1系铝合金、5系铝合金、6系铝合金或者7系铝合金。

步骤S22：将镁锂合金板材和铝合金板材叠放于加热炉中，镁锂合金板材在下、铝合金板材在镁锂合金板之上，通入惰性气体(如Ar气)，加热至250℃，保温1h。

步骤S23：将加热后的复合板材转移至热轧机中，将复合板材一道次热轧至2.4mm，尾部进入时，终轧温度205℃。

步骤S24：将热轧后的复合板材置入冷轧机进行冷轧，道次变形量10％。

步骤S25：将复合板材于320℃下退火2h，得到图1所示的镁锂-铝复合材料结构，一种组织均匀细小的晶粒组织。

在上述制备方法的基础上，还可以执行步骤S26：

步骤S26：对镁锂-铝复合材料结构的铝合金层3进行表面处理，经过表面处理后在铝合金层3一侧形成外观层4。

表面处理工艺包括但不限于常规的喷漆、微弧氧化、钝化、高亮抛光中的一种或多种。

一些示例中，表面处理工艺还可以是阳极氧化。例如，步骤S26中可以将镁锂-铝复合材料结构进行硫酸阳极氧化，在铝合金层表面形成蜂窝状的孔洞结构层，而后将其置于着色液中着色，形成带有所需金属光泽色彩(如天空蓝色、玫瑰金色、银白色等)的外观构件。此时，外观层4可以带有呈现不同颜色。

需要说明的是，上述步骤S21～S26，可以依序执行，也可以根据具体需求按其他顺序执行，例如，先对铝合金层进行表面处理(相当于步骤S26)，然后再将铝合金层和镁锂合金层执行步骤S21～步骤S25。

当前，镁锂合金外观构件通常只能采用微弧氧化工艺对镁锂合金做防腐处理、然后喷漆做外观效果，最后形成的镁锂合金外观构件没有金属质感、美感差；本发明一些实施例提供的镁锂-铝复合材料结构，可以对铝合金层进行阳极氧化处理，不但能够提供高亮的金属外观、还能对阳极氧化形成的阳极氧化铝进行电解着色以形成不同颜色的金属外观构件。相对于现有技术中对镁锂合金做PVD处理得到金属外观相比，本发明一些实施例提供的复合材料结构，采用阳极氧化处理得到的金属外观构件，不会在用户拿握外观构件后留下拿握痕迹(例如指纹)，能够进一步提升外观效果。

图5-图8依次示出了本发明一些示例中镁锂-铝复合材料结构界面处的金相照片、本发明另一些示例中镁锂-铝复合材料结构界面元素含量分布扫描电镜能谱分析图、本发明又一些示例中镁锂-铝复合材料结构中镁锂合金的金相照片以及本发明再一些示例中镁锂-铝复合材料结构中铝合金的金相照片，镁锂合金和铝合金形成了良好的冶金结合效果。

本发明一些实施例中，复合材料结构的密度不低于1.8g/cm

另一些实施例中，复合材料结构的延伸率能够达到20％及以上，具有良好的塑性变形性能，能够为眼镜壳体等对塑性变形性能要求高的电子产品壳体提供优质的解决方案。

一些实施例中，镁锂-铝复合材料结构采用冶金结合方式制备，其界面强度能达到10Mpa及以上，与普通的机械结合或者胶粘等方式相比，本发明实施例中的镁锂-铝复合材料结构的界面强度足够大、能够实现镁锂合金层1与铝合金层3的协调变形。

还一些实施例中，由于采用冶金结合方式实现，镁锂-铝复合材料结构的热导率不低于50W/mK，具有良好的导热性能。应用于电子设备壳体时，能够提升电子设备壳体导热性能、从而提升电子设备散热性能。

本发明其他一些实施例中，如图3所示，复合材料结构还可以包括第二附加层6和第一附加层5，即复合材料结构包括镁锂合金层1、金属层2、铝合金层3以及第二附加层6和第一附加层5，第一附加层5和第二附加层6可以位于镁锂合金层1远离铝合金层4的一侧。其中，第二附加层6可以具有与铝合金层3相同的结构和性能、第一附加层5可以具有与金属层2相同的结构和性能。

图3所示的复合材料结构，其外表面均被致密的铝合金层包裹，可以具有良好的塑性变形能力，可以兼容现有的冲压或模锻生产线，不会增加生产成本；与此同时，可以进行常规的阳极氧化、并可以对经过阳极氧化处理形成的阳极氧化铝进行着色处理。

上述一些实施例中，通常将镁锂合金层1和铝合金层3进行冶金处理形成上述复合材料结构。另一些实施例中，为了进一步提升镁锂合金层1和铝合金层3冶金结合能力，还可以首先在镁锂合金层1和铝合金层3之间增加焊料(例如Sn、In、Ag、Cu、Au中的一种或者几种，或者其他金属)，然后再进行冶金处理形成复合材料结构。此时，金属层中还可以含有Sn、In、Ag、Cu、Au中的至少一种。采用这种方式，金属层2中形成M1-X金属键及X-M2金属键，其中M1为Mg、Li中的一种，M2为Al，X为能与M1和M2形成金属键的任一种金属。该金属X同时与M1(Mg、Li中的一种)和M2形成金属键，形成合金相，进一步增强了镁锂合金层1和铝合金层3之间的结合强度及塑性变形能力。

本发明实施例中的复合材料结构，强度高、密度小，可以用作电子设备的壳体。图1所示的复合材料结构用作电子设备壳体时，镁锂合金层1可以设置于靠近电子设备内部一侧、铝合金层3可以设置于远离电子设备内部一侧。另外，由于延伸率高、塑性变形性能好，非常适合用于眼镜、虚拟现实头戴设备、增强现实头戴设备、混合现实头戴设备等用作壳体。

本发明另一些实施例还提供一种电子设备，该电子设备的壳体采用上述任一实施例中的复合材料结构。

一些实施例中，电子设备还包括电路板，电路板设置于至少部分壳体所围成腔体中，其中，复合材料结构中的铝合金层位于远离电路板的一侧、复合材料结构的镁锂合金层位于靠近电路板的一侧。

图4示出了本发明一些实施例中的电子设备的结构示意图，该电子设备可以包括处理器、存储器、电源、天线、扬声器、麦克风、按键、摄像头、显示屏以及多种传感器(可以包括压力传感器，陀螺仪传感器，距离传感器，触摸传感器等)。可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对电子设备的具体限定。

在本发明另一些实施例中，电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。

处理器可以包括一个或多个处理单元，例如：控制器、视频编解码器等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。处理器中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器刚用过或循环使用的指令或数据。

USB接口是，具体可以是Mini USB接口、Micro USB接口、USB Type C接口等。USB接口可以用于连接充电器为电子设备充电，也可以用于电子设备与其他设备之间传输数据。

电子设备通过GPU、显示屏、以及应用处理器等实现显示功能。GPU为图像处理的微处理器，连接显示屏和应用处理器。GPU可以用于执行数学和几何计算，用于图形渲染。处理器可包括一个或多个GPU，其执行程序指令以生成或改变显示信息。

显示屏用于显示图像、视频等。显示屏包括显示面板，显示面板可以采用液晶显示屏、有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体、柔性发光二极管、量子点发光二极管等。在一些实施例中，电子设备可以包括1个或多个显示屏。

电子设备可以通过摄像头实现拍摄功能。

电子设备可以包括扬声器、麦克风等音频模块实现音频功能，例如音乐播放、录音等。

压力传感器用于感受压力信号，可以将压力信号转换成电信号。在一些实施例中，压力传感器可以设置于显示屏。压力传感器的种类很多，如电阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器等。

陀螺仪传感器可以用于确定电子设备的运动姿态。在一些实施例中，可以通过陀螺仪传感器确定电子设备围绕三个轴(即x，y和z轴)的角速度。

距离传感器，用于测量距离，电子设备可以通过红外或激光测量距离。

触摸传感器可以设置于显示屏，由触摸传感器与显示屏组成触摸屏，也称“触控屏”。触摸传感器用于检测作用于其上或附近的触摸操作。触摸传感器可以将检测到的触摸操作传递给应用处理器，以确定触摸事件类型。在另一些实施例中，触摸传感器也可以设置于电子设备的表面，与显示屏所处的位置不同。

按键可以包括开机键、音量键、功能键等。按键可以是机械按键、也可以是触摸式按键。电子设备可以接收按键输入，产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

一些实施例中，电子设备壳体所采用的复合材料结构，包括镁锂合金层、铝合金层、设置在镁锂合金层和铝合金层之间的金属层以及位于铝合金层远离镁锂合金层一侧的外观层，其中，外观层设置于壳体的外表面。该外观层可以是在铝合金层上进行阳极氧化后形成的，也可以是在铝合金层上进行阳极氧化后再着色形成的(颜色可以是黄色、绿色、粉红色、金色、蓝色等)。

一些示例中，电子设备为智能眼镜(或者一般近视眼镜)，壳体包括镜框以及从镜框两端向外延伸的镜腿，其中，至少部分镜框和/或至少部分镜腿采用上述复合材料结构。例如，镜框的全部或者部分采用上述复合材料结构，镜腿的部分或者全部采用上述复合材料结构。

一些示例中，电子设备为头戴设备(如虚拟现实头戴设备、增强现实头戴设备、混合现实头戴设备等)，该头戴设备包括容纳有至少一透镜组件的主机以及用于将主机佩戴于用户头部的佩戴部，佩戴后主机位于用户眼镜前侧；其中，壳体至少包括主机前壳、主机中壳及主机后壳。例如，主机前壳的全部或者部分采用上述复合材料结构、主机中壳的全部或者部分采用上述复合材料结构、主机后壳的全部或者部分采用上述复合材料结构。另外，佩戴部的绑带或者后头戴也可以采用上述符合材料结构。

一些示例中，电子设备包括显示屏，壳体可以包括设置于显示屏的背面的后盖、设置于显示屏周边的边框；其中，整个后盖或者部分后盖采用上述复合材料结构，整个边框或者部分边框采用上述复合材料结构。例如，电子设备为手机或者平板电脑时，壳体可以只包括后盖；电子设备为腕表时，壳体包括后盖和边框；电子设备为笔记本电脑时，壳体可以包括后盖、边框以及与后盖相对设置的前盖。

一些示例中，电子设备为耳机，该耳机包括设置于入耳部第一壳体和设置于外漏部的第二壳体，用户佩戴该耳机后入耳部位于用户耳朵内部、外漏部位于用户耳朵外部；整个第一壳体或者部分第一壳体采用上述复合材料结构，和/或，整个第二壳体或者部分第二壳体采用上述复合材料结构。

一些示例中，电子设备包括触控区和/或按键区，触控区例如为触控感应区，按键区例如为机械按键区，电子设备例如可以是游戏控制器或者遥控器等；触控区和/或按键区外围设置该壳体。

一些示例中，电子设备例如是耳机充电盒、眼镜充电盒，此时电子设备的壳体包括底壳和可盖和于所述底壳的顶壳，所述底壳围成至少一个收纳腔、所述收纳腔设置充电触点；其中，至少部分所述底壳和/或至少部分所述顶壳采用所述复合材料结构。

一些示例中，电子设备为穿戴式服装，例如穿戴于用户臂部或者腿部等，该穿戴式服装的全部或者部分采用上述实施例中的复合材料结构。

虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本发明的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本发明的限制。