金属材料及其表面处理的选型设计要求.docx
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金属材料及其表面处理的选型设计要求
DKBA
华为技术有限公司内部技术规范
DKBA4041-2003.12
金属材料及其表面处理的选型设计要求
SPECIFICATIONFORSELECTIONOF
METALMATERIALSANDIT’SSURFACE
TREATMENT
2003年12月日发布2004年月日实施
华为技术有限公司HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.
版权所有XX
Allrightsreserved
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DKBA4041-2003.12
修订声明Revisiondeclaration
本规范拟制与解释部门：
整机工程设计部结构造型设计部
本规范的相关系列规范或文件：
无
相关国际规范或文件一致性：
无
替代或作废的其它规范或文件：
无
相关规范或文件的相互关系：
无
本规范版本升级更改主要内容：
第一版
本规范主要起草专家：
结构造型设计部：
郑玲15593
本规范主要评审专家：
结构造型设计部：
肖尚宏（2578），尹长庚（14679）、李宝军（8179）、吴炎辉（10448）、邱华（16488）、邓在明（10166）、吴国详（18066）、向子上（17314）、宁超（11511）、王永刚（21437）、谢斌（16469）、陈京（2745）
本规范历次修订情况：
目录TableofContents
1
金属材料选用原则
7
1.1
1.2
选材原则
材料与表面处理选择依据
7
7
2004-02-19
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1.2.1材料成本
1.2.2表面处理成本1.2.3表面处理后的外观1.2.4强度或刚性1.2.5折弯性
1.2.6可焊性
1.2.7耐蚀性
1.2.8弹性
1.3优选材料
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7
8
8
9
9
9
10
10
10
2
3
4
钢材
2.1钢板
2.1.1钢板应用范围
2.1.2钢板种类
2.1.3钢板及其表面处理选型2.2钢棒
2.2.1钢棒应用范围
2.2.2钢棒种类
2.2.3钢棒及其表面处理选型2.3钢管
2.4槽钢
铝材
3.1铝板
3.1.1铝板应用范围
3.1.2铝板种类
3.1.3铝板及其表面处理选型3.2铝型材
3.2.1铝型材应用范围
3.2.2铝型材种类
3.2.3铝型材及其表面处理选型3.3铝压铸件
3.4铝棒
铜材
11
11
11
11
12
15
15
15
15
16
16
16
16
16
17
17
17
17
17
17
17
18
18
4.1
4.2
4.3
铜材应用范围
铜材种类
铜材及其表面处理选型
18
18
18
5
6
7
8
9
锌合金压铸件
镁合金压铸件
附录A：
金属材料选用数据列表
附录B：
弹簧片材料可选择范围参考文献
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18
19
19
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表目录ListofTables
表1钢板材料分类示意
表2弹簧材料比较
图目录ListofFigures
图1从左至右的外观为：
拉丝、喷砂、光亮表面
图2耐指纹电镀锌钢板：
均匀的灰色
图3覆铝锌板：
中等大小的晶花
图4台湾生产的热浸镀锌板：
大晶花
图5富士康生产的热浸镀锌板（GI料）：
灰白色，细小或没有晶花、但有锌纹
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12
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13
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范
金属材料及其表面处理的选型设计要求
SPECIFICATIONFORSELECTIONOFMETALMATERIALSANDIT’SSURFACETREATMENT
围Scope:
本规范规定了华为产品中结构件设计时选择金属材料以及适用的表面处理方式时的要求及注
意事项。
本规范适用于华为产品结构件设计。
简
介Briefintroduction：
本规范明确了各种情况下应该选用的金属材料及其表面处理方法。
本规范主要对“金属材料
选用数据列表”进行解释和说明，包括了华为产品中常用到的各种金属材料的选择条件和适用范围，包括钢、铝、铜、锌、镁；介绍了每种材料适用的表面处理工艺及效果。
规定了每种材料的优选牌号及其规格，介绍了对应的可用于替代的替代材料牌号。
关键词Keywords：
金属，材料，表面处理，结构设计，选型
引用文件：
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
序号No.
文件编号DocNo.
文件名称DocTitle
1
Q/DKBA3002
环保材料认证指南
2
DKBA3807
结构材料表示法
3
DKBA3810
结构件三防设计规范
4
DKBA0.400.0002
表面处理代码
5
（待编）
结构件环保设计指南
6
（待编）
结构件设计成本控制规范
术语和定义Term&Definition：
<对本文所用术语进行说明，要求提供每个术语的英文全名和中文解释。
ListallTermsinthisdocument,fullspellingoftheabbreviationandChineseexplanationshouldbeprovided.>
缩略语
Abbreviations
英文全名Full
spelling
中文解释Chineseexplanation
I型结构件
typeIMechanical
指当设备处于工作状态时，零件表面直接暴露在自然环境中，
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缩略语
Abbreviations
英文全名Full
spelling
中文解释Chineseexplanation
Parts
并且会受到雨、冰雹、雪、日光照射和风沙的直接作用的结构件
II型结构件
typeII
MechanicalParts
指当设备处于工作状态时，其零件表面不直接暴露在自然环境中，或不会受到雨、冰雹、雪、日光照射和风沙的直接作用的结构件
I型（暴露）表面
typeI（exposed）
surface
指当设备处于工作状态时，直接暴露在自然环境中的表面，或者虽然不直接暴露在自然环境中，但能受到自然环境因素的直接作用的表面。
自然环境因素包括温度、湿度、雨、雪、冰雹、含盐大气，工业大气，日光直接照射、尘埃、风砂等
拉丝
beltgrinding
专指为达到直纹表面装饰效果的机械处理工艺
喷砂
sandblast
专指为达到砂纹表面装饰效果的机械处理工艺
晶花
crystalveins
预镀钢板表面出现的镀层金属的结晶花纹
A类环境
（受控环境）
controlled
climate
指温湿度受控的室内（包括有人居住的房间）。
B类环境
（不受控环境）
uncontrolled
climate
指温湿度不受控的房间内，一般的室外环境（包括只有简单遮蔽（如遮阳棚）、湿度偶然会达到100％的情况）。
C类环境
（恶劣环境）
severeclimate
指海洋上环境，或者污染源附近的陆地室外和只有简单遮蔽（如遮阳棚）的环境。
（污染源附近是指在以下半径范围内的区域：
距离盐水（如海洋、盐水湖）3.7公里，冶炼厂、煤矿、热电厂等重污染源3公里，化工、橡胶、电镀等中等污染源2公里，食品、皮革、采暖锅炉等轻污染源1公里。
）
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1
1.1
金属材料选用原则
选材原则
结构设计中材料的选用一般原则有以下几点：
1）有广泛的供应来源
2）生产和加工的廉价性
3）能量的有效利用性
4）足够的强度和坚硬性，在所使用的温度范围内尺寸稳定
5）有利于实现轻量化
6）生命周期内安全可靠、耐腐蚀、耐老化
7）对于环境不产生有害影响
8）可降解性，便于废弃处理
9）可批量地二次再生利用
在具体零件的设计中，选择材料时的考虑因素首先是必须满足机械性能要求，其次再考虑应
用环境、耐蚀性及其相应的表面处理措施、加工成本，然后再根据这些要求来设计具体的形状尺寸等等。
对于华为产品中大批量成熟应用的金属材料，在第2–5章节中有详细说明，这些材料的性能数据及价格成本可参见本规范的附录A“金属材料选用数据列表”。
对于“金属材料选用数据列表”中没有列入的新材料，原则上不应选用。
必要时，必须按照上述原则进行综合分析评定后再使用，同时将其纳入“金属材料选用数据列表”中
关于环保及材料循环利用方面的要求，参见规范“结构件环保设计指南”和“环保材料认证指南”。
1.2
1.2.1
材料与表面处理选择依据
材料成本
一般情况下，相同规格、单位重量的材料价格从高至低的排列顺序为：
纯铜、青铜/黄铜、硬铝、防锈铝/锻铝、纯铝、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、马口铁/覆铝锌板、电镀锌板、热镀锌板、冷轧钢板、热轧钢板
压铸材料的价格从高至低的排列顺序为：
镁合金、铝合金、锌合金。
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2
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1.2.2
表面处理成本
表面处理加工成本中，目前单价最低的是热浸镀锌处理（这项处理只适用于安装附件），其次是喷涂有机涂层、电镀锌、铝化学转化和铝阳极氧化处理，然后是达克罗处理（这项处理只适用于钢质紧固件），成本较高的是贵金属电镀和化学镀，处理成本从低至高的顺序如下：
电镀镍、电镀装饰铬、电镀锡、化学镀镍、电镀银、电镀金。
在电镀工艺中，不同基材成本差异较大，钢上电镀最低、铜电镀次之，铝件电镀较高，而压铸件电镀成本最高。
具体的价格在附录A的“金属材料选用数据列表”中查阅。
对于有机涂层，不同涂料所对应的产品成本也是不同的。
关于涂料与成本的关系需参考“结构件设计成本控制规范”。
“拉丝”和“喷砂”在华为产品的零件中专指装饰性的表面加工、且只允许用于铝材或不锈钢材料表面，属于机械式表面处理操作，供参考的成本价格大约是14～35元/m（单面）
1.2.3
图1从左至右的外观为：
拉丝、喷砂、光亮表面
表面处理后的外观
拉丝或喷砂的外观如图1所示。
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有机涂层可以按设计要求形成各种各样的外观形式（包括颜色与纹理），目前常见的表面纹理有：
桔纹（粉末涂层）、砂纹（粉末涂层）、平面（粉末涂层或油漆）、洒点（油漆）。
有机涂层的光泽分高光、半光、平光（或称“哑光”）三类，通信设备上多采用平光涂层。
有机涂层的颜色色差有控制范围要求。
一般深色允许的范围较宽、如⊿E≤1.5（因为人眼对深色的分辨能力较弱），而浅色的则范围较小、如⊿E≤0.8（因为人眼对浅色更容易比较出差别）。
需要注意的是：
如果在深色中加入金属粉效果，则其外观颜色的控制难度将增大，生产容许的色差范围将超出人眼不能分辨的限度、而出现比较明显的色差变化。
（注：
“⊿E”是CIE（L*a*b*）色空间色坐标中颜色差值的表示符号）
电镀锌只作为防护性镀层，外观是彩虹色、或者黑色（只用于紧固件）、或者蓝白色。
电镀锡（锡铅合金）、银、金均是作为特殊功能性镀层，不用作装饰。
镀层的外观颜色分别
是银白色和金黄色。
装饰性电镀层只能用镀镍、或镀铬，颜色分别是略带黄色的银白色、或带青色的银白色，表面光泽均可以是光亮型和亚光型。
钝化处理膜基本上是无色的，处理后的零件显示为金属基材的本色。
铝化学转化处理膜有无色和浅黄色（略带彩虹）两种；铝阳极氧化可通过着色而形成多种表面颜色，通信设备中的散热器常用到黑色。
1.2.4
强度或刚性
在通信产品常用状态的金属板材中，按“比强度”排序，从高至低为：
硬铝、锻铝/防锈铝、普通钢板、不锈钢板、铜。
如果按单纯的强度指标排序，从高至低为：
不锈钢板、普通钢板、硬铝、黄铜、锻铝、防锈铝、纯铝。
金属板材抗拉强度越高、刚性越好，表面硬度也越高。
对于本规范附录A“金属材料选用数据列表”中所列出的材料强度数据，设计时应以其最低值为计算依据，而使用强度一般控制在该理论值的60～80％。
1.2.5
折弯性
有经验认为，板材的“屈强比”（即屈服强度与抗拉强度之比）如果小于0.8则其折弯性能良好，如果大于0.8则容易出现折弯裂纹。
1.2.6
可焊性
对同种材料自己与自己焊接的加工性能进行比较，焊接工艺要求和加工难度从容易到较困难的排序为：
碳钢、铜、铝、不锈钢。
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第9页,共21页Page9,Total21
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1.2.7
耐蚀性
在通信产品常用的材料品种中，就材料本身耐蚀能力比较，表面最不容易出现腐蚀变色的材料是纯铝，然后依次是防锈铝、不锈钢、铜、压铸锌合金、碳钢。
对于在材料生产时就增加了表面预镀层的冷轧碳钢板材料，表面抗腐蚀性能由高至低排序为：
耐指纹电镀锌钢板、覆铝锌板（有可能只有一面较好、另一面很差）、热浸镀锌钢板。
1.2.8
弹性
材料强度越高，其弹性极限也越高。
对于弹性结构件，长期处于工作状态时弹性失效，自然衰退是不可避免的。
有经验认为设计时应保留20%左右的余量，一般可保证十年时间使用寿命，即较好的设计是使弹性零件的工作范围在其弹性极限的60%~80%之内，这样就不必担心弹性的保持时间问题。
1.3
优选材料
不同生产厂生产的同一类材料基本性能都相似，但可能会在个别性能指标上有所差异。
设计
选材时，我们规定：
每一类材料只在图纸上标注一个统一的、符合我国国家标准的材料代号（参见DKBA3807“结构材料表示法”）。
对图纸上标注的每种材料代号，我们都规定了一个或几个默认的材料商品牌号。
这些默认材料一般都对应有具体的生产厂商及其产品牌号，在生产时应优先使用这些默认材料。
在一些特殊情况下（如材料采购困难等）允许使用性能相似或更优的材料作为替代，注意选择替代材料时要仔细比较材料性能数据和允许替代的范围。
这些优选材料牌号及其可用的替代材料牌号均列入了本规范附录A“金属材料选用数据列表”中（注意该表中的白色栏为默认材料，黄色栏为可选择的替代材料）。
该表中列出了每种材料的详细性能数据和表面处理方式及其适用范围，设计时必须按照表中优选的默认材料设计，生产时若需要替代，可根据表中所列替代材料的适用范围进行评审判断实际材料的可用性。
具体的材料牌号、材料性能指标、价格成本等内容在附录A的“金属材料选用数据列表”中查询，本规范是对该表的解释说明。
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2
2.1
2.1.1
钢材
钢板
钢板应用范围
钢板材料一般在通信设备的承力结构件中选用，通常是经过钣金加工后用作通信设备的外壳或支撑结构件，如机柜门板、立柱、围框、插框、滑道、盒式结构产品外壳、以及各种形状简单的小结构件。
与其它板材（铝、铜）相比，钢板材料强度高、价格便宜；除不锈钢板外，一般钢板的耐蚀性能比铝板差，表面外观不如铝板漂亮。
所以在良好环境下工作的零件多选用钢板材料。
2.1.2
钢板种类
钢板（包括钢带）材料种类较多，产品上常用的一般分为：
冷轧钢、热轧钢、预镀涂钢、不锈钢、弹簧钢。
在预镀涂钢板中，常见的有：
电镀锌、热浸镀锌、热浸镀铝锌合金（覆铝锌板）、电镀锡（即马口铁）、彩涂钢板。
在电镀锌钢板中，又因表面处理状态不同而分为以下类型：
涂油钢板、磷化板、铬酸盐钝化板、耐指纹板。
所有预镀涂钢板按表面镀层的厚度不同分为不同型号。
还有因钢板表面外观不同而分类的，如热浸镀锌钢板按“晶花”大小分为：
大晶花、小晶花、无晶花。
不锈钢板按表面装饰花纹不同而分为：
镜面不锈钢、磨砂板、拉丝板等等。
彩涂板有单面和双面之分，外观颜色多种多样、涂层类型也有多种。
各种钢板的主要类别参见表1。
按生产能力和市场上常见情况，钢板的厚度规格如下：
冷轧钢板一般只有薄板（厚度为0.3~3.0mm）；热轧钢板一般只有厚板（厚度大于1.5mm）；预镀钢板以冷轧钢板为基材、彩涂钢板以冷轧钢板或预镀钢板为基材，故预镀涂钢板只有薄板，其中热浸镀锌钢板最厚为3.0mm，电镀锌钢板最厚为2.0mm，马口铁和彩涂钢板在市场上常见0.15-0.6mm、最厚到0.6mm；不锈钢板厚薄均有。
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表1钢板材料分类示意
2.1.3
钢板及其表面处理选型
I型结构件一般必须选择不锈钢材料、或者预镀钢板加涂户外有机涂层处理；II型结构件的材料不受限。
具体选型要求见下面的说明，详细数据及选用参见附录A的“金属材料选用数据列表”。
2.1.3.1
产品上的II型钣金承力结构件，无导电要求：
一般选用优质冷轧（或热轧）钢板（图纸标注的材料代号为“08”或“SPHC”），表面处理采用喷漆、喷粉。
2.1.3.2
产品上的II型钣金承力结构件，导电区域较多、面积较大，不需要有机涂层作装饰：
1）用优质冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”），表面处理采用电镀锌。
2）用耐指纹电镀锌钢板、或热浸镀锌钢板、或覆铝锌板，不再进行表面处理；但要注意这时零件的切口边会出现锈蚀现象，因此采用此类预镀钢板材料的前提是零件的切口边不能位于用户经常可看到的表面，切口边的锈蚀对产品功能或产品外观等没有影响，否则必须在图纸中要求对
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切口边进行防护涂漆处理（涂银色或透明漆）。
预镀板的表面外观分别如图2至图5。
图2耐指纹电镀锌钢板：
均匀的灰色
图3覆铝锌板：
中等大小的晶花
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图4台湾生产的热浸镀锌板：
大晶花
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第13页,共21页Page13,Total21
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图5富士康生产的热浸镀锌板（GI料）：
灰白色，细小或没有晶花、但有锌纹
2.1.3.3
产品上的II型钣金承力结构件，局部导电、且有区域要求喷粉（喷漆）：
1）用优质冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”），表面处理采用电镀锌后再局部喷粉（喷漆）。
2）用耐指纹电镀锌钢板、或热浸镀锌钢板、或覆铝锌板，局部喷粉（喷漆）。
这时需要注意的是部分预镀钢板的表面电阻会高于华为产品接地或屏蔽的相关要求；还有部分预镀板表面与有机涂层的结合能力不能满足华为质量要求，例如一种韩国生产的覆铝锌板具有两面不同性，钢板的一面与粉末涂层结合良好、另一面却很差，表面耐蚀性也是一面好、另一面很差，在生产应用时需要特别注意。
2.1.3.4
产品上的I型结构件：
若选择钢板，则应采用：
1）恶劣环境下的
I
型结构件必须采用（奥氏体）不锈钢板（图纸标注的材料代号为
“1Cr18Ni9”），除钝化处理外可以不进行表面处理、也可以喷粉（喷漆）。
2）A、B类环境下的I型结构件可以采用预镀钢板，但必须保证没有切口边位于I型表面，外表面必须喷涂户外型粉末涂层。
2.1.3.5
安装附件：
采用热轧钢板（图纸标注的材料代号为“Q235A”），表面处理见附录A中的表格文件“金属材料选用数据列表”。
2.1.3.6
特殊装饰要求的II型结构件
可选择（奥氏体）不锈钢板（图纸标注的材料代号为“1Cr18Ni9”）；或冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”）经表面粗糙度处理（如抛光、喷砂、拉丝等等）后，再电镀镍或铬，电
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第14页,共21页Page14,Total21
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镀后的表面导电。
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2.1.3.7
要求耐磨的II型结构件
采用冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”）电镀镍或铬。
电镀后的表面导电。
2.1.3.8
弹性结构件
片状弹簧可选用弹簧不锈钢（图纸标注的材料代号为“1Cr17Ni7”），注意根据强度和成形要求有不同硬度状态（如1/4H或3/4H）的区别。
当要求的弹力较大、不锈钢材料不能满足要求时，应选用弹簧钢板（图纸标注的材料代号为“65Mn”），表面处理为涂漆（或达克罗）处理；如果要求表面耐磨或导电，则表面处理只能用化学镀镍或电镀镍；如果还有装饰要求，则只能用电镀镍。
需要注意的是弹簧钢经过电镀处理时容易出现氢脆问题，应谨慎采用电镀镍工艺。
可用作弹簧片的材料对比可参考附录B。
2.1.3.9
要求钎
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