行业周报：钛合金迎消费电子应用新进展，抛磨设备确定性强

钛合金迎消费电子应用新进展，抛磨设备确定性强 根据界面新闻报道，荣耀拟于2023年7月发布的折叠屏V2，将第一次大规模使用钛合金技术。其主要应用于折叠屏卷轴器件，以降低折叠屏整体厚度和重量。此外，苹果公司钛合金专利大量储备，布局已久。根据Patently Apple统计，截至目前，苹果公司已累计获得钛合金材料相关专利8项，且在iPhone15高端系列使用与Apple Watch钛合金系列相同的Ultra命名。钛合金加工目前以切削磨削为主，3D打印为新工艺方向，但上述两种工艺加工完成后，皆需要磨床设备进行抛光、打磨，提高工件精度及光洁度。 钛合金切削磨削工艺：加工难度大于铝合金，同等要求下设备需求量大 钛合金加工难度大、良率低。由于强度高、导热系数低和化学活性高等特点。加工难度方面，钛合金的机械加工难度较大：以手机中框为例，根据艾邦高分子数据，钛合金手机中框整体良率约为30%-40%，远低于铝合金中框的80%；且加工时间长，约为铝合金的3-4倍。因此，如使用切削、磨削技术，在同等工件数量及工时要求下，钛合金设备需求比铝合金更大。设备及刀具方面，目前钛合金制品加工大部分采用切削磨削加工技术，加工设备主要为CNC钻攻中心、磨床等。刀具、磨具以PCD（金刚石）及CBN（立方氮化硼）材料为佳。 金属3D打印：钛合金加工新方向，需与数控机床抛磨工艺结合 3D打印又称增材制造，是一种快速成型技术。其依据零件三维模型快速制造，不需要专用型模具，应用粉状金属材料，用逐层打印的方法来建构物件；有便捷性高、高精度、低成本的特点。热等静压（HIP）工艺可以有效消除金属3D打印缺陷。在钛合金领域，热等静压能够有效提高钛合金工件力学性能，降低钛合金成本，提高生产效率及材料利用率。金属3D打印的主要设备为3D打印机； 热等静压设备由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统等组成。目前，华为等手机厂商已使用3D打印生产钛合金结构件。金属3D打印需要与数控机床磨抛工艺结合。3D打印出的部件通常表面粗糙，需要额外的后处理，如机加工、研磨或抛光，以获得高精度的光滑表面，主要设备为磨床等。 受益标的 磨床及刀具：宇环数控、鼎泰高科3D打印设备：铂力特、华曙高科钛材：宝钛股份 风险提示：消费电子领域钛合金需求不及预期；金属3D打印技术应用情况不及预期；供应链及地缘政治风险。 1、钛合金迎消费电子应用新进展，关注苹果相关动向 钛合金是一种轻质耐高温结构材料。其材料比强度高、耐热耐蚀性能好，目前主要应用领域包括航空航天、航海、化工、武器装备等。因其能够较好地兼顾硬度和重量，被各大智能手机及机器人厂商视作备选材料之一，有望在智能手机、穿戴设备、人形机器人等领域迎来深入应用。 图1：全球钛材主要应用于航空航天及工业领域 钛合金智能手机应用迎来新进展，有望在华为折叠屏大量使用。根据界面新闻报道，荣耀拟于2023年7月发布的折叠屏V2，将第一次大规模使用钛合金技术。 其主要应用于折叠屏卷轴器件，以降低折叠屏整体厚度和重量。 苹果公司钛合金专利大量储备，布局已久。2021年1月，苹果获得“给钛金属进行半光泽处理方法”专利，涉及将喷砂和蚀刻与化学阳极氧化工艺相结合的过程，以达到预期的表面效果；2022年5月，苹果获得“钛合金上创造纹理表面的工艺”专利授权。根据PatentlyApple统计，截至目前，苹果公司已累计获得钛合金材料相关专利8项，且在iPhone15高端系列使用与AppleWatch钛合金系列相同的Ultra命名。 图3：苹果最新专利插图含有手表、手机、平板及笔记本电脑等元素 此外，钛合金在汽车零部件上亦有应用。目前，钛合金在汽车工业中的应用大多在豪华车型和跑车上，目前的赛车几乎都使用了钛材。同时，钛合金等材料在新能源汽车的轻量化和安全性方面，也具有较大应用潜力。 2、钛合金主要采用数控机床切磨加工，3D打印为新方向 钛合金产业链主要环节包括海绵钛、钛材、钛合金型材、型材加工及终端应用等。因钛具有寿命长、耐损耗的特点，其需求量的主要来源为新领域拓展与旧领域的更新。目前世界上仅美国、俄罗斯、日本、中国四个国家掌握完整的钛工业生产技术。 图4：钛合金产业链主要环节包括海绵钛、钛材、钛合金加工及终端应用等 目前，钛合金加工工艺主要包括CNC切削磨削，及3D金属打印两种。此外，两种粗加工工艺完成后，皆需要抛光打磨，提高工件精度及光洁度。 2.1、切削磨削工艺：相较铝合金良率低、耗时长，设备需求量大 金属加工中，CNC切削、打磨、抛光等工艺大同小异。以手机中框为例，传统铝合金中框加工主要包括开粗→T处理→注塑→CNC加工→打磨抛光→喷砂→阳极氧化→镭射等八大制程。钛合金制品加工同样大部分采用切削磨削加工技术，但在工艺、刀具上略有不同。 图5：铝合金中框制作可归集为8大主要制程，钛合金切磨过程与其大同小异 图6：钛合金制品加工大部分采用切削磨削加工技术 钛合金加工难度大、良率低。由于强度高、导热系数低和化学活性高等特点，钛合金的机械加工难度较大。以手机中框为例，根据艾邦高分子数据，钛合金手机中框整体良率约为30%-40%，远低于铝合金中框的80%。 表1：钛合金中框相较铝合金加工难度大、良率低 钛合金加工时间约为铝合金的3-4倍。以可作为手机中框材料的TC4钛合金为例，MAF磁力研磨下，T C4 钛合金表面粗糙度由Ra2.5μm降至Ra1.25μm需 4m in。 参考铝合金表面粗糙度由Ra3.2μm降至Ra1.6μm所需时间为79s，以ΔRa/min粗略估算，同一抛磨阶段（抛磨步骤）下钛合金所需时间约为铝合金的4倍。因此，如使用切削、磨削技术，在同等工件数量及工时要求下，钛合金设备需求比铝合金更多。 图7：磁力研磨下TC4钛合金表面粗糙度由Ra2.5μm降至Ra1.25μm约需4分钟 钛合金切磨刀具以PCD及CBN材料为佳。钛合金做切削加工时，一般选用PCD（金刚石）和CBN（立方氮化硼）等聚晶超硬材料刀具。TiC基硬质合金刀具和陶瓷刀具因耐用度低，不适用于钛合金切削加工。而在切削后的打磨、抛光阶段，同样需要通过金刚石砂带、球形固结磨料磨头，以及不同CBN砂轮（钎焊砂轮、电镀砂轮和陶瓷砂轮）等特殊磨具。 图8：钛合金制品需要特殊部件切削磨削加工 2.2、金属3D打印：钛合金加工新方向，需与数控机床磨抛工艺结合 3D打印又称增材制造，是一种快速成型技术。金属3D打印的全过程是依据零件三维模型快速制造，不需要专用型模具，应用粉状金属材料，用逐层打印的方法来建构物件；有便捷性高、高精度、低成本的特点。金属3D打印可大致分为粉末床熔融工艺（SLM、EBM）、定向能量沉积（DED）、金属粘合剂喷射工艺三类，一般采用3D打印机完成。钛粉和铝粉是3D打印常用金属材料。 图9：金属3D打印不需要专用型模具，即可逐层打印建构物件 热等静压（HotIsostaticPressing，HIP）工艺可以有效消除金属3D打印缺陷。 经过热等静压处理的材料致密度高，相对密度接近100%，具有良好的微观结构，纯净度高，晶粒细小，组织均匀，各向同性，内应力小，性能可全面达到或超过锻件的水平。目前，热等静压技术已用于发动机粉末高温合金涡轮盘和压气盘成型、火箭的舵面和固体火箭发动机喷管喉衬等碳质结构件制造等。 在钛合金领域，热等静压能够有效提高钛合金工件力学性能，提高生产效率和钛合金利用率，降低钛合金使用成本。热等静压设备由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成，其中高压容器为整个设备的关键装置。 图10：热等惊讶工艺可以有效消除3D金属打印的缺陷 图11：高压容器为热等静压工艺的关键装置 金属3D打印需要与数控机床磨抛工艺结合。3D打印出的部件通常表面粗糙，需要额外的后处理，如机加工、研磨或抛光，以获得高精度的光滑表面。此外，由于表面粗糙度与层厚直接相关，也可以通过打印较薄的层来减轻表面粗糙度，但会增加3D打印时间。 目前，华为等手机厂商已使用3D打印生产钛合金结构件。如荣耀V2折叠屏卷轴钛合金结构件采用3D金属打印工艺；其先将材料3D打印成型，再进行难度较高的抛光打磨环节，对设备、材料、技术三者融合要求较高。 图12：3D金属打印需要与传统CNC磨抛工艺结合，获得高精度的光滑表面 3、受益标的 磨床、刀具：宇环数控、鼎泰高科 3D打印设备：铂力特、华曙高科 钛材：宝钛股份 4、风险提示 消费电子领域钛合金需求不及预期； 金属3D打印技术应用情况不及预期； 供应链及地缘政治风险。