电子行业专题：新需求、新方案-从加工方式演进路径看消费电子钛合金投资机会

证新需求、新方案——从加工方式演进路 研 券径看消费电子钛合金投资机会 报 究增持（维持）主要观点 告钛合金由于具有多重优势而有望在消费电子部分领域中逐步替代不锈 行业:电子 钢和铝合金。目前，电子产品金属结构件一般以不锈钢和铝合金为 日期: 2024年09月09日 主，而钛合金相比不锈钢和铝合金等材质，能够更好地兼具坚固和轻薄的特点，从而降低手机的厚度和重量，并提高强度，因此，我们认 分析师:马永正 Tel:021-53686147 E-mail:mayongzheng@shzq.comSAC编号:S0870523090001 联系人:杨蕴帆 Tel:021-53686417 最近一年行业指数与沪深300比较 电子 沪深300 6% 2% -2%09/2311/2302/2404/2406/2409/24 -6% -11% -15% -19% -24% -28% E-mail:yangyunfan@shzq.comSAC编号:S0870123070033 行业专题 相关报告： 《中高端背板技术加速渗透，2024Q2全球基础手表份额创历史新高》 ——2024年09月02日 《大陆OLED面板全球份额达49%，9月或为智能眼镜密集发布期》 ——2024年08月26日 《苹果桌面机器人或将于2026年问世，IT主导大尺寸面板继续走强》 ——2024年08月19日 为钛合金向消费电子持续渗透有望成为未来行业发展趋势。目前iPhone15Pro/ProMax、小米14Pro钛金属特别版、GalaxyS24Ultra、小米14Ultra钛金属特别版已经采用钛合金手机中框，也有少数折叠屏铰链采用了钛合金构件。我们认为，限制钛合金渗透率提升的重要原因之一是机械加工难度较大从而导致钛合金成本较高，而目前在新工艺技术驱动下，未来钛合金应用成本有望逐步降低至3C消费电子领域可接受范围。 3C消费电子钛合金结构件加工主要采用CNC加工、3D打印和MIM等工艺。1）CNC技术在钛合金加工领域应用广泛且技术成熟，但存在切削加工困难、刀具磨损严重、材料浪费大等问题，从而限制了钛合金成本的降低。2）相较于传统的CNC加工，3D打印在降低材料成本、实现复杂零件结构、快速制作原型等方面存在技术优势。荣耀MagicV2的钛合金折叠屏铰链就采用3D打印钛合金。3）MIM技术优势在于可成型相对复杂的零件、可简化加工程序、可以成型微观组织均匀&密度高&性能好的产品、易于实现大批量和规模化生产等，可以一定程度上克服传统工艺加工钛合金的局限性。小米14Ultra钛金属版中框即采用钛合金MIM加工技术。 通过对以上三种技术进行比较，我们认为，由于上述弊病，部分CNC技术或逐渐被可以降低钛合金制造成本的3D打印、MIM等新技术替代，但CNC仍可作为新技术的后道加工方式；3D打印与MIM在制造领域互为补充，3D打印适合生产小批量且结构复杂（例如具有内部结构、孔洞或倒扣形状，以及外部开口小而内部体积大）的产品，以及进行前期原型/样品制作，而MIM则适合大批量生产（超过万件）且产品结构适合模具成型的情况。我们认为，在量产钛合金消费电子零部件方面，MIM优势更为突出，原因为消费电子产品通常需要大量生产，大批量下MIM成本优势突出，且MIM产品的精度高于3D打印产品，后续CNC机加工需求小于3D打印，从而进一步降低成本。进一步分析，我们认为MIM钛合金更适合用于手机中框而非铰链，因为，钛合金的轻量化特性使其成为大面积金属零部件的理想选择，而对于中框这类结构相对简单的部件，MIM模具制作成本也相对较低。相比之下，铰链的核心需求是高耐磨性、高强度和良好的延展性等，这些特性或使得钛合金并非最佳选择。市场趋势也从侧面印证了这一观点，虽然2023年7月推出的MagicV2采用了钛合金铰链，但2024年7月推出的新一代折叠屏MagicV3铰链则改用第二代荣耀盾构钢材质。 投资建议 维持电子行业“增持”评级。我们认为，伴随着新工艺（3D打印、MIM）逐步成熟，3D打印/MIM钛合金有望逐步渗透消费电子行业。建议关注行业相关公司金太阳、精研科技、东睦股份、铂力特等。 风险提示 技术发展不及预期，钛合金粉末降本速度不及预期，市场竞争风险。 目录 1钛合金正加速渗透消费电子行业3 2消费电子钛合金加工方式演进路径6 2.1CNC加工：当前钛合金主流加工方式6 2.23D打印：成形复杂结构零件时的首选加工方式8 2.3MIM：适用于大批量、高精度的加工场景10 3相关标的14 4风险提示16 图 图1：减材制造、增材制造与成型制造示意图6 图2：CNC加工现场6 图3：金属3D打印成型过程8 图4：MIM生产流程10 表 表1：钛合金、铝合金、不锈钢特性对比3 表2：钛合金中框手机型号概览4 表3：消费电子领域CNC加工钛合金亟待突破的问题7 表4：3D打印技术相比CNC技术的优势8 表5：MIM技术的优势10 表6：MIM技术在钛合金加工中的挑战与改进需求12 1钛合金正加速渗透消费电子行业 钛合金由于具有多重优势而有望在部分领域逐步替代不锈钢和铝合金。目前，电子产品金属结构件材料一般以不锈钢和铝合金为主，而我们认为钛合金向消费电子持续渗透有望成为未来行业发展趋势，原因如下：钛合金是以钛为基础加入铝、锡、钒、钼、铌等其他元素组成的合金，在性能方面，钛合金相比不锈钢和铝合金等材质，能够更好地兼具坚固和轻薄的特点，从而降低手机的厚度和重量，并提高强度；在成本方面，钛合金具有强度高、导热系数低和化学活性高等特点，以前传统工艺下钛合金材质的机械加工难度大、良率低、成本高，但目前在新工艺技术驱动下，钛合金应用成本有望大幅降低至3C消费电子领域可接受范围。 表1：钛合金、铝合金、不锈钢特性对比 铝合金 不锈钢 钛合金 密度g/cm3 2.7 8.0 4.54 抗拉强度Mpa 200-600 485 500-1000 维氏硬度HV 50-150 ≤200 200-400 200℃以上就会明显软 高温下的力学性能会受 在600℃以上仍能保持 化和变形 到一定的影响 良好的强度和韧性 耐高温性 耐腐蚀性与抗氧化性铝合金、不锈钢、钛合金均耐腐蚀，但钛合金更耐腐蚀，适合用于要求高耐腐蚀性的场合，如海水、盐水、酸碱等环境中。同时，钛合金在高温下不易氧化 加工性能 钛合金的可加工性能弱于铝合金，钛合金的加工成本较高，价格是铝合金的10 倍左右。且据prolean报道，钛比钢更难加工。 美观性 钛合金的美观性比铝合金、不锈钢好，钛合金的外观呈银白色，有金属光泽，不易氧化变色，可以通过阳极氧化等工艺处理，形成各种颜色的表面层，增加材料的美观性 资料来源：和识科技，worldmaterial，通铂尔健康科技，钛之家，ProLean，上海证券研究所；不锈钢性能参数以316L为例。 据我们不完全统计，目前钛合金在消费电子领域主要应用在平板手机中框、折叠屏手机铰链及可穿戴设备中。 手机中框： 2023年9月，苹果推出钛合金中框手机iPhone15Pro/Max， 首次使用钛合金边框，这一创新使得手机重量减轻——iPhone15Pro的重量从上代的206g减轻至187g（减轻约9%）、iPhone15ProMax的重量从上代的240g减轻至221g（减轻约8%），裸机手感大大提升。紧随其后，小米于2023年10月26日发布小米14Pro钛金属特别版，该机型的中框采用了航天级99%高纯钛（TA-2）和高强铝合金材料。2024年以来，三星也加入了钛合金中框的行列。1月18日，三星推出了GalaxyS24Ultra，采用了钛合金中 框设计。2月22日，小米在钛合金使用方面升级，推出14Ultra钛金属特别版，其中框使用了TC-4超强钛合金，具有900Mpa的屈服强度，是小米14Ultra标准版的214%，材料硬度更是达到了14Ultra标准版的259%。 表2：钛合金中框手机型号概览 发布日期品牌型号图示钛合金种类售价 2023年9月13日苹果 iPhone15Ti-6Al-4VPro/ProMax iPhone15Pro 7999元起 iPhone15ProMax：9999元起 2023年10月26日小米 小米14Pro钛金属特别版 航天级 99%高纯钛 （TA-2）和高强铝合金材料 6499元 2024年1月18日三星GalaxyS24 Ultra /9699元起 2024年2月22日小米 小米14Ultra钛金属特别版 TC48799元 资料来源：安兔兔、IT之家、快科技、C114通信网、中关村在线、澎湃新闻，极客，上海证券研究所整 理；注：钛合金TC4以钛为基础，添加了铝（Al）和钒（V）等化学物质，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合性能。 折叠屏手机铰链： OPPO在2022年底首次在折叠屏手机的铰链中引入钛合金材料——OPPOFindN2采用碳纤维骨架和钛合金螺丝钉，这是折叠屏上首次应用钛合金螺丝。紧接着，2023年7月，荣耀推出Magic V2，其铰链轴盖部分也采用了钛合金材料，钛合金轴盖宽度相较于铝合金材质降低27%，强度却提升150%。 可穿戴设备： 在智能手表上，钛合金可以应用于手表的表圈、表壳。目前Apple、三星、华为等都有推出配置钛金属表壳的智能手表，例如AppleWatchUltra/Ultra2，其外观采用49毫米钛金属表壳；GalaxyWatch5Pro的表壳为钛合金材质；华为Watch4Pro采用48毫米的钛合金表壳。在智能眼镜中，钛合金可用于铰链、镜架，例如，2020年华为和GENTLEMONSTER合作推出的EyewearII智能眼镜采用钛合金铰链。而在智能戒指上，钛合金常用来打造戒指的机身。 展望未来，我们认为消费电子钛合金的应用场景有望逐步增多，据精研科技披露，公司持续性地在做钛合金研发和量产，近两年感受到相关需求明显增加，公司相关的研发团队也进行了扩大。 2消费电子钛合金加工方式演进路径 3C消费电子钛合金结构件加工主要采用CNC加工、3D打印和MIM（金属粉末注射成型）等工艺，为实现复杂结构件的精准制造提供了多种选择。 2.1CNC加工：当前钛合金主流加工方式 CNC（数控）加工是一种通过计算机控制机床进行加工的技术，适用于各种金属和非金属材料的加工，涵盖切削（如铣削、车削等）和磨削等，具有高精度、高效率、工件表面质量好和适用于各种复杂结构的优点。CNC是一种减材制造工艺，这意味着它从称为毛坯或工件的起始零件中去除材料。 图1：减材制造、增材制造与成型制造示意图 资料来源：全景财经、Hubs，上海证券研究所 图2：CNC加工现场 资料来源：WAYKEN，上海证券研究所 在钛合金向消费电子领域渗透之前，采用CNC加工的钛合金已经在飞机、医疗、汽车、船舶等领域广泛应用。例如，在飞机领域，CNC加工钛合金可以用于发动机叶片、起落架、轴、内部结构、压缩机叶轮、连杆、发动机舱中；在医疗领域，CNC加工钛合金的典型应用包括骨生长刺激器、脊柱融合装置、骨板、正畸和假体部件；在汽车领域，钛广泛应用于跑车和豪华车，典型应用为车架、紧固件、消声器、排气管、发动机阀门、承重弹簧等；在船舶领域，CNC加工钛合金可以用于甲板、卸扣、弹簧钩、压力容器、潜艇探测器等。 在消费电子领域，CNC加工钛合金面临许多问题，例如切削加工困难、刀具磨损严重、材料浪费大等。 表3：消费电子领域CNC加工钛合金亟待突破的问题 优势具体内容 切削加工困难 当钛合金硬度超过350HBW时，切削加工变得极为困难；硬度低于300HBW时，则容易发生粘刀现象。此外，钛合金的低弹性模量导致在切削和磨削过程中会产生较大的弹性变形，这限制了加工精度特别是薄壁件的加工精度。同时钛容易发生加工硬化。 钛合金的热导率远低于钢和铝合金，使得其切削温度高，从而加快工具磨损。同时，钛合金低的弹性模量导致工件材料弹性变形大，