镁合金半固态射出成形技术介绍

半固態射出成形技術
第一節 觸變成形技術
(一)背景
觸變成形主要發展里程如所示。

Dow Chemical早在1977年開始就嘗試 將半固態的概念應用在鎂合金上，經過十餘年的研究，於1988年製作出300噸 雛型機。

1900年Dow Chemical 與另外五家公司聯合成立Thixomat公司，負責 技術的商品化及授權，以及應用技術的研發，1991年獲得觸變成形設備及製程 的美國專利，之後陸續取得26國專利。

目前Thixomat授權生產觸變成形機的 公司僅限於日本製鋼所(JSW)及加拿大Husky兩家，JSW的機型包括75、220、450、650、及850噸，1998年夏天已推出1600噸機器；Husky剛取得授權不久，初期 預定開發90、225、500、及900噸等機種。

1997年為止全世界用於實際生產之 機器約65台，估計1998年底可達100台。

現有客戶三十餘家，分佈在日本、 美國、加拿大、瑞典、德國、新加坡、韓國、台灣等地，其中九成以上的客戶 原本是從事塑膠射出成形。

另一方面，美國能源部自1997年3月起展開一個400萬美金，為期三年的 計畫，支持Thixomat與Alcoa、Husky以及美國三大汽車廠合作研究鋁合金的 觸變成形，目標產品包括汽車用厚肉(8~10mm)結構件及薄殼(<1mm)連結件，未來 可能進一步擴及金屬基複合材料(metal-matrix composites)的成形技術。

(二)技術簡介
觸變成形是由塑膠射出成形衍生應用在金屬的成形製程，米粒大小的金屬 顆粒原料在氬氣保護的料斗進入料管，經螺桿旋轉磨擦及料管外加熱器提供 熱量，溫度逐漸升高至其固相線溫度(solid us temperature)以上，形成部分 熔融狀態，此時螺桿同時計量後退將半固態黏漿推擠到蓄料區，待蓄儲存的黏漿 達到所需的量後，螺桿停止轉動，高速射出系統驅動桿往前推送黏漿進入模穴。

待工件完全凝固後射出單元後退，螺桿進行下一循環的剪切輸送計量，夾模單元 則開模頂出，同時進行清除廢料及噴離型劑等動作。

由於噴嘴溫度低於金屬的 液相線溫度(liquidus temperature)，因此噴嘴前端會形成一小截凝固的金屬 塊，在下一個計量階段中達到防止黏漿流出的密封效果，此一金屬塊在射出開始 時會被射出壓力逼出，並停留在特殊設計的模具豎澆道中，成為廢料。

由於原材料顆粒的微結構是一般凝固下形成的樹枝狀晶，當其進入料管並受到 加熱及剪切時，樹枝狀晶枝臂間的共晶(eutectic)會發生重熔(remelting)，使 原料顆粒被切斷成為較小的顆粒，在這些小顆粒中之破斷樹枝狀晶在料管中發生 再結晶、晶粒成長及圓球化，內部則殘留有原來的共晶成分，成為特殊的雙層結構 (duplex structure)，這種微結構由溫度、剪切率、滯留時間等因素決定，AZ91D 鎂合金在不同溫度下的觸變成形微結構如圖2，其中淺色區域是在料管內形成的 凝固相，圖中顯示出當溫度低於液相線溫度(約595℃)時，溫度越低、固相分率 (固相體積佔總體積之比例)就越高。

不論固相分率高低，觸變成形試樣在未經處理 的as-cast狀態之拉伸強度均比ASTM壓鑄標準為高，特別是伸長量將近ASTM標準 的兩倍，這是因為1.6％左右的孔洞率已較壓鑄低了許多，且孔洞均勻分佈於球狀 結晶間的共晶區使得受軸向拉伸應力時應力集中程度及裂縫傳播速度減緩。

第二節 流變成形技術
(一)背景
流變成形是由美國康乃爾大學射出成形計畫(Cornell Injection Molding Program,CIMP)針對半固態材料的特性及其他半固態製程的限制，自1992年開始 研發的新機器與新製程，1993年底製作出10噸新式雛型機，以錫鉛合金及鋅合金 進行製程的可行性分析，並於1996年取得美國第5501266號專利。

(二)技術簡介
流變成形機料斗內盛裝的熔融金屬在保護氣體環境下進入具冷卻系統的 料管，當金屬溫度降至其液相線溫度以下時會開始結晶，而這些初始狀態為樹枝狀 的晶粒會被旋轉的螺桿打斷，進而成長成為細緻的近球狀晶，懸浮於未凝固的液態 金屬中，之後螺桿後退，使預先設定量的漿料向前流動到螺桿前端的蓄料區，接著 螺桿向前移動，將所製備之半固態漿料在穩定層流條件下注射進入模穴中固化 成形。

雖然流變成形機之外形及機器動作與觸變成形機類似，但兩者工作原理截然 不同如表2，應用的效果也有所差異如表3所示，說明如下：
1. 觸變成形的顆粒原料間隙中會夾帶保護氣體進入料管，由於金屬不是可壓縮
流體，所含的氣體無法用螺桿壓縮排氣，因此氣體會進入模具，成品中孔洞率 雖可較傳統壓鑄降低，卻無法完全去除，一般在 1.4~1.7％。

流變成形機自 料斗至料管完全充滿金屬熔湯，形成密閉空間，材料有捲氣或氧化的顧慮， 試樣的孔洞率都在1％以下，甚至可達到「零氣孔」。

2. 流變成形的原料是由熔融狀態連續冷卻至部分凝固狀態，觸變成形則是將固體
金屬加熱至部分熔化狀態。

用這兩種方法產生的漿體所經歷的溫度歷程及冶金 機制完全不一樣，即使最終熱力學狀態相同，其微結構及流變性質也可能 不相同。

3. 一般半固態射出成形漿料的固相分率在10~40％左右，以AZ91D鎂合金為例，
對應的射出溫度大約是570~590℃。

由於觸變成形的固體顆粒原料必須在成形 週期中自室溫(或預熱溫度)升高攝氏四、五百度，到達部分熔融狀態，因此 螺桿在前一次射出週期結束後，必須緩慢地計量後退，使材料有充分時間達到 熱平衡。

相對而言，流變成形的原料只需冷卻20~40℃就可達到半固態狀態， 因此成形週期可大幅縮短。

4. 由於流變成形料斗內的材料係在熔融狀態，因此可依實際需要進行除氣、除渣、
廢料重熔、調質或添加成分等前處理；而這些處理在觸變成形中都無法進行。

5. 觸變成形最大的優勢在於不需熔解金屬設備，處理鎂合金等活性較強的金屬時
較無工業安全顧慮；流變成形需要熔湯供給設備，因此須嚴格遵守金屬熔煉的 安全準則。

觸 變 成 形 流 變 成 形 原 料 狀 態 顆 粒 熔 融
料 管 溫 控 加 熱 冷 卻
半固態產生機制 共晶區重熔 ，
樹枝狀晶圓球化
晶核成長，
被擾動成等軸球狀晶
表2 流變成形與觸變成形的工作原理差異 優 點 限 制
觸變成形 不需金屬熔解設備，處理鎂
合金較無工安顧慮，熱機及
停機時間較短不需使用SF6
保護氣體 需製作金屬顆粒之前處理，成本較高氣體隨金屬顆粒進危料管，在產品內形成孔洞成形周期較長顆粒原料之總表面積大，氧化層混入產品內成為缺陷金屬顆粒進入料管處螺桿磨耗較嚴重
流變成形 料斗至料管形成密閉系
統，材料為捲氣或氧化問
題，產品含氣量低原料可進
行除氣等前處理廢料回收
容易 需要金屬熔解設備料管、螺桿與熔融金屬長時間接觸易產生腐蝕問題
表3 流變成形與觸變成形的優缺點比較
第三節 半固態射出成形的特色
(一)材料特性
半固態射出成形技術的核心在於對半固態金屬形成機制及其基本性質的 掌握。

半固態金屬的微結構受製程條件的影響很大，而微結構又影響半固態黏漿 的流變性質及充填行為，進而影響成品品質。

半固態成形技術的最大優勢就在於 可以在固相分率0％到100％(全液態到全固態)間自由調整，以因應不同的成形 要求。

黏漿的固相分率與所成形工件的流長-厚壁比(L/t)關係密切，充填薄壁件 的固相分率一般設定在10％左右，以得到較佳的流動性；對於L/t較小的成形品，固相分率則控制在20~40％，以減少氣孔及縮孔產生之可能性，得到較佳的強度、延伸率、表面硬度、潛變強度、抗腐蝕性及熱處理性。

一般熔融金屬是牛頓流體，黏度與水接近，大約是0.02~0.1 poise； 具10~60％固相分率的半固態金屬則是一種具剪切變稀(shear-thinning)特性的 黏性流體，而非黏彈性流體(visco-elastic fluid)，黏度較熔融金屬高約2至4 個數量級；至於固相分率60~90％的半固金屬，其流動模式已接近固態金屬的塑性
變形，無法以射出成形製作。

半固態金屬也具有觸變性(thixotropy)，亦即當材料在固定剪切的條件下， 黏度會隨時間而降低，如果停止剪切，黏度又會逐漸升高。

這是由於半固態金屬的 近球狀結晶是在控制的溫度和擾動條件下所形成，並非一穩定結構，一旦外在條件 改變，其微結構及流變性質也會隨之改變。

在應用上要特別注意半固態金屬隨 低剪切區(例如螺桿前端的蓄料區)的停留時間不可過長，以免樹枝晶大量生長， 形成流動性很差的網狀結構。

同理可知，熱流道(hot runner)的概念也無法直接 應用在半固態金屬射出成形上。

(二)硬體及製程參數
1. 料管溫度
鎂、鋁等輕金屬的熔融溫度都在600℃上下，因此螺桿、料管及週邊配合措施 都需要針對高溫環境選擇耐熱材料及加熱系統。

在所有的製程參數中，料管 溫度控制是最重要的一項，因為料管溫度決定半固態黏漿的固相分率，要讓原料 從初始狀態變半固態黏漿，料管的各溫控區段必須作不同的設定，一般鎂合金射出 時料溫大約是570~610℃，而各區溫度控制必須精確至1~2℃以內。

2. 螺桿轉速
螺桿轉速與料管中黏漿所承受的剪切率、摩擦熱以及黏的輸送率、滯留時間 有關，而這些因素與黏漿微結構的形成有很密切的關連，一般螺桿轉速在50~100rpm即可提供足夠的擾動以得到適當大小的圓球狀結晶，過高的轉速不僅 浪費能源，而且會影響材料溫度。

3. 射出速度
半固態射出成形的射速與產品幾何特徵有關，一般在1~3m/sec(澆口速度約 20~60m/s)，較一般壓鑄略低，但遠較傳統塑膠成形為高，射速會影響半固態黏漿 在充填過程中所受的剪切率，因此射速必須精確控制。

4. 射出壓力
由於半固態金屬的黏度較熔融金屬高，但仍遠低於熔融塑膠，因此半固態射出 成形的射出壓力會高於熱室壓鑄的鑄造壓力，但低於塑膠射出成形的射壓，一般 大約在600~800kg/㎝2。

5. 模具溫度
金屬的熱傳速快，因此模具溫度比一般塑膠射出成形高；另一方面，由於
半固態金屬的溫度和熱焓量都較熔融金屬低，射速又比壓鑄速度慢，為防止短射
(short shot)，模具溫度也需比壓鑄高，一般大約在220~230℃。

模具溫度是由
模溫機的熱交換、黏漿的凝固熱釋放及開模時的冷卻作用三個因素來決定，一般
需要用油式模溫機來控制。

(三)模具設計
由於半固態成形製程中材料性質、製程條件及凝固行為均與傳統製程有所 差異，因此需從最基本的半固態金屬性質出發，建立其特有的模具設計規範：
1. 熱性質：熱焓量、凝固機構、熱傳係數、界面熱傳性質等。

2. 流動性質：穩態黏度、暫態流變行為、固液相分離造成的偏析等。

3. 化學性質：材料氧化、與模具界面的濕潤性等。

其次，要針對半固態金屬的特性，考慮豎澆道、流道、澆口、逃氣孔、冷卻水道等，以得到適告的速度場、壓力場及溫度場。

例如為避免過多的轉折導致捲氣，應儘量 用直接進澆方式，縮短流道長度，並設計適當的澆口尺寸。

由於半固態黏充填模穴 時較為平穩，因此可以減少溢流槽，但仍應作逃氣槽。

若為了改善可能的氧化現象 或成形超薄工件時，可以考慮採用模具真空裝置。

另外，由於半固態黏漿已有部分 凝固，因此須減少產品的收縮考慮。

如表4
表4 半固態射出成形模具設計參考值
線性公差〈linear tolerances〉
尺寸〈mm〉 < 25 25~50 50~100 100~150 200~300 公差〈mm〉 ±0.03 ±0.100 ±0.150 ±0.250 ±0.350
0.06 0.150 0.250 0.350 0.600
幾何公差〈callouts〉
類型 參考平面 公差
真平度 X 0.002
平行度 X+Y 0.003
垂直度 Z+Y 0.002
圓心度 Z+Y 0.003
真圓度 Z 0.003
去角及角隅〈fillent and edges〉
會導致應力集中之角隅半徑 半徑範圍0.4~0.8
不建議使用之角隅半徑 半徑範圍0.2~0.4
拔模斜度〈draft angle〉
< 25mm 0.25º
25~50mm 0.5º
50~80mm 0.75º
80~120mm 1º
成型壁厚〈wall thickness〉
最大 0.4mm
最小 20mm
(四)觸變成形與流變成形之比較
雖然流變成形機之外形凹觸變成形機類似，但其基本工作原理則有差異，茲簡述 如下：
(1) 觸變成形使用之原料是固體顆粒狀的金屬，顆粒與顆粒之間隙中會通入保護
氣體隨金屬顆料進入料管，因此成品中含氣量雖可較傳統壓鑄法降低，卻無法 完全去除。

流變成形使用的原料則是熔融金屬，自料斗至料管形成完全密閉 空間，因上可能達到「零氣孔」的目標。

(2) 流變成形之原料是由熔狀連續冷卻至部分凝固狀態；觸變成形則是將固體金屬
顆料部分熔化達到半固態。

用這兩種不同方法產生的半固態材料，即使最終 溫度及壓力等熱力學狀態相同，其微結構及流變性心可能大不相同，因此， 流變成形比較符合半固態成形的概念及治金學的凝固理論。

也因流變成形使用的原料沒有特殊要求，不但價錢便宜、不受特定供應商牽制， 還可回收廢料及進行除氣等前處理，因此整體經濟效益較應嚴格遵守金屬熔煉的 安全準則。

(五)半固態射出技術與壓鑄技術之比較
每一項已存在的材料或製程技術都有其適合的應用領域，一個新的材料或製程也 很難完全取代原有的材料與製程；半固態鎂合金射出成形的技術雖然是一個新的 領域，但與鎂合金之壓鑄技術仍有許多相通的觀念，初期目標產品也有重疊的 可能，在此僅就以商業化的鎂合金半固態射出觸變成形技術與壓鑄技術作一比較 如下列各點所示：
1. 觸變成形含孔率較熱室壓鑄法減少約50%以上，且產品品質較穩定、廢品率
較低。

2. 觸變成形之成品收縮率較小，因此公差變化小，尺寸精度也較高。

3. 觸變成形品之毛邊廢料較少，可減少加工程序，且表面加工性較優良。

4. 觸變成形操作溫度較熱室壓鑄法約低100度C，因此模具壽命較長，模具所
所需之潤滑操作亦減少。

5. 觸變成形所得產品之強度略高於壓鑄法。

6. 觸變成形之原料需進行造粒前處理，因此其製造成本略高於壓鑄法。

7. 觸變成形在入料中喉部附近，因原料顆粒強度及硬度高，可能會對螺桿與料管
產生嚴重之磨耗問題。

雖然觸變成形技術相對於傳統壓鑄技術上有許多優點，但考量成本及成形較大尺寸 產品等因素，它將不會完全取代壓鑄件的市場，目標主要是在取代傳統上需要繁複 組裝或後加工程序之零組件、高價之工程塑膠組件及部份壓鑄難以成形或壓鑄無法 達到品質要求之零組件。

壓力鑄造與半固態射出成形之優缺點比較
有 利 因 素 不 利 因 素
壓力鑄造 冷室壓鑄可製作大形製品、熱室壓鑄可製作小製品門框、椅架等大件部品可一體成
形廢料可與新料混合再使用成本低廉 孔洞多、廢料多熔煉成本及工安顧慮，複雜形狀薄殼成形品製作較困難
半固態 射出成形 製程面：
密閉的操作系統安全性較佳，模具所受熱
應力較低。

壽命較長
湯餅、溢流槽、毛邊等廢料較少，降低修
整等後加工成本，製程再現性及綜合的
yield高
產品面：
孔洞含量低，產品的強度、延伸率、表面
硬度、潛變強度、抗腐蝕性較佳，且可做
熱處理調質
可成形厚度不均，或是有許多孔穴、突塊
之複雜件成形品尺寸精度及再現性高，模
具設計較為簡化，對於快速變動市場可有
效因應可成形金屬基複合材料
成形機系列不完整成形
周期較長
螺桿與料管整磨耗或高
溫潛變及腐蝕問題 第二節、使用鎂合金做為3C產品外殼之優劣
(一) 鎂合金3C產品外殼之優點
(1) 輕量化 (2) 剛性較高
(3) 振動吸收性良好 (4) 電磁波絕緣性佳
(5) 散熱性良好 (6) 耐蝕性佳
(7) 質感極佳 (8) 可回收使用
(1) 輕量化：
鎂合金比重為鋁合金之2/3，鋅合金之1/4，塑膠材料相比，鎂合金比重為 一般塑膠之1.5倍；鎂合金比重為所有結構用合金中最輕者，因此非常適於做3C 產品外殼。

表一：工程塑膠與鎂合金的必要壁厚與重量比 材 料
比重 必要壁厚(mm) 重量比(%) 鎂合金
1.80 0.59 59 PC/ABS
1.14 1.60 100 PC/GF(15%)
1.34 1.26 93 碳纖加強熱塑性樹脂CFRTP(CF13%)
1.32 1.11 81 碳纖加強熱塑性樹脂CFRTP(CF30%) 1.50 0.89 73
(2) 剛性較高：
鎂合金之比剛性與鋁合金、鋅合金相近，但為一般塑膠的10倍，在強度上 優於塑膠材料自不待言。

表二 幾種壓鑄合金的機械性質比較(括弧內為與密度之比值) 性 質 鎂合金
(AZ91D)
鋁合金 (A380) 鋅合金 (AG40A) 密度(g/cm3) 1.8
2.7 6.7 拉伸強度(Mpa) 230 (130)
330 (120) 280 (42) 降伏強度(Mpa) 160(88)
170(61) - 剪切強度(Mpa) 140(77)
190(69) 210(32) 伸長量(%) 3
3 10 拉伸彈性模數(Gpa) 45(25)
71(26) - 剪力鋼性模數(Gpa) 17(9)
27(10) - Brinell 硬度 63
80 82 疲勞強度Moore 5*100000000(Mpa) 97(54)
150(54) 48(7.1) 70。

F,100小時 140(77) 170(61) 76(11) 200。

F,100小時
80(50) 160(59) 24(3.6) 潛變強度
(Mpa) 70。

F,100天
140(77) 170(61) 48(7.2) 5000psi
25 1 18 比阻尼容量(%) 15000psi 53 4 40
(3) 振動吸收性良好：
鎂合金之比阻尼容量為鋁合金的10~25倍，鋅合金之1.5倍，顯示其吸震能力 的優異，可減少噪音及振動，用在可攜式設備上有助減少外界震動源對內部精密 電子、光學元件的干擾。

(4) 電磁波絕緣性佳：
個人電腦、行動電話等設備的晶片使用時發出的高頻電磁波往往會穿透外殼，互相干擾而變成雜訊的來源，影響通訊及運算的品質。

另外據多項研究調查顯示，人體長期處於強力電磁場下(例如居於高壓鐵塔附近或工作於電腦室中)容易罹患 癌症、肺癌及各種血液病變。

鎂合金是金屬，本身即為良導體，可直接扮演電磁 遮蔽之角色，不像塑膠材料需另作導電處理(如表面鍍鎂)，雖然目前尚無有效方法 能完全抑制電磁波干擾(electro-magnetic interference，EMI)，但至少可朝以下 兩方面努力，將電磁波對人體的傷害減到最低，並提高機器運轉的穩定性與 可信度，建立較佳的電磁相容性(electro-magnetic compatibility，EMC)：
(1)抑制干擾源：
運用各種電子電路上的濾波設計技巧，或將內部電子零件密封，將由內往外 所發射出的電磁波強度儘可能降到最低。

(2)外部做電磁遮蔽處理：
將外殼做電磁遮蔽處理，再加上接地工程，如此可將由外往內的雜訊放射影響 減到最低。

就3C產品的塑膠外殼而言，目前習用的電磁遮蔽方式有以下幾種：(a)噴導電漆
將導電性粉末與丙烯酸(acryl acid)樹脂或聚氨基甲酸樹脂混合，用於塑膠、壓克力或有特別表面阻抗要求之基材上。

由於可使用現有的塗裝設備與技術進行 加工，不需額外的設備投資，因此量產性相當高，也是目前外殼電磁遮蔽的主流。

缺點是要將不需噴漆的地方以mask遮蔽，一般需要人工處理，因此可靠度無法 保證。

另外，導電漆的電阻值較真正的導體高的多，且隨噴漆狀況及分佈而有變化，因此必須有嚴格的品管作業。

在生產過程或使時導電漆也有磨損及剝落的可能， 造成產品局部喪失電磁遮蔽性，甚至影響電子產品的正常運作。

由於這些限制， 一般導電漆會搭配金屬板進一步加強遮蔽效果。

(b)表面鍍層
在塑膠基材表面鍍一層金屬材料，以降低表面阻抗。

常見的方法有金屬電鍍 (metal plating)、真空蒸鍍(vacuum deposition)、離子真空蒸鍍、非電解電鍍等。

金屬電鍍較便宜，是臺灣最常用的方法，但能源消耗量大，生產過程又會產生大量 污水，較不符環保要求。

另外電鍍層容易腐蝕，而其不起眼的灰色又必須另以 表漆遮蓋，若是表漆脫落，電鍍層腐蝕，產品就會露出塑膠底材，不僅難看，又有 電磁波洩漏顧慮。

日本多採用真空蒸鍍，在真空環境下將金屬噴在產品內面，金屬 膜厚度可達3~10u，可耐40~1OO。

C的高低溫衝擊，但需要複雜的真空爐具，成本 較高。

(c)金屬噴覆
用電漿電弧(plasma arc)把鋅合金汽化再噴到塑膠產品內表面，使之黏著 固定，形成一金屬層。

金屬噴覆的電磁遮蔽效果好，但成本較高，需要有專門的 人工技術，且不易得到平整的表面。

另外，金屬層有可能剝落形成薄片，掉在機殼 內，對電子元件產生短路等嚴重危害，因此可攜式產品目前不用這種處理方法。

(d)塑料內添加導電材料
在塑料內混入足量金屬粉或碳纖維，使塑料具導電性，可以有限度的控制
電磁波。

然而大量添加物會使材料強度降低，同時加速模具磨耗，而且可用的材枓 種類相當少，單價又高，如碳纖加強的Nylon66與PC等。

(e)鋪金屬箔或金屬板
將鋁板、鋼板或銅箔加上塑膠絕緣片，襯在塑膠機殼內，可提供良好的電磁 遮蔽效果，但會使產品體積和重量都上升，製造組裝成本也會增加。

以上幾種方法的缺點不外乎原料或設備成本高、需要專門的人工技術、或是 不夠環保，相較之下鎂合金的外殼就有其獨到的優勢。

金屬本身就是良導體，因此 採用金屬作為電子產品外殼，就可扮演電磁遮蔽的角色，不需另作導電處理。

以 鎂合金為例，AZ9lD的電阻率為13.1un-cm，AM60B為12.5un-cm，成形容易且 導電性佳，可輕易滿足遮蔽電磁干擾的標準，也不會因電子元件功率越來越高而 逐漸無法滿足要求。

(5) 散熱性良好：
一般金屬的熱傳導度是塑膠的數百倍，因此用於電子產品外殼或零組件時， 若是能夠在結構及熱傳導上綜合設計考量，即可發揮熱穴(heat sink)的功能， 將CPU等電子零件產生的熱量疏導排除。

與其它材料用較(表一)，鎂合金的熱傳導 度略低於鋁合金及銅合金，但遠高於鈦合金，比熱則與水接近，是常用合金中最高 者。

從筆記型電腦等產品的散熱需求來考慮，鎂合金外殼傳熱快，自身又較不容易 發燙，無疑是個極佳的選擇。

鎂合金之熱傳導係數略小於鋁合金、鋅合金，但為一般塑膠材料之100倍。

因此，如表三所示，鎂合金外殼散熱快(與熱傳導係數有關)，本身又不易發燙 (與比熱有關)，所以在散熱效果上優異。

比熱略高於鋁合金，約為鋅合金的 2.9 倍，使得鎂合金本身較不易發熱，若另搭配TCP(tape carrier package)散熱配件，可有效克服散熱問題；
表三 幾種合金的熱性質比較
熱傳導度(W/m-。

C) 比熱(J/kg-。

C) 鋁合金 121~239 880~920
銅合金 29~234 377~435
鋼 15~52 448~502
鎂合金 75~138 1046
鎳合金 12~63 381~544
鈦合金 8~12 502~544
鋅合金 105~113 402
電腦晶片的執行運算速度越來越快，發熱功率密度也不斷提昇，因此必須把 系統內所產生的熱，經由傳導、對流、幅射等方式散至大氣當中，使元件的溫度 維持在可靠範圍內，以確保系統的穩定度並延長零件的壽命。

以筆記型電腦來說，可分為箱體外熱阻與內熱阻。

在外熱阻部份，熱經由箱體表面藉熱輻射及自然對流 散至空氣中，基本上改變不大，且在外觀的設計上比較沒有轉環的餘地；因此元件
溫度的降低，只有靠內熱阻來改善。

目前習用的散熱方式包括自然冷卻、強制氣冷、直接及間接液冷、汽化冷卻等，筆記型電腦大多使用自然冷卻與強制氣冷，由於輻射熱所佔的比率只有20%左右, 且箱體空間有限，雖然底部有通風孔，但自然對流散熱效率不佳，一般得靠風扇 強制對流，因此可將重點放在熱傳導散熱或強制氣冷的對策上，例如將高發熱元件 做成貼壁設計，將熱量導引到大面，如NOTEBOOK外殼。

(6) 耐蝕性佳：
鎂合金在耐腐蝕(鹽腐蝕試驗上)為碳鋼之8倍，為鋁合金之4倍，更為塑膠 材料之10倍以上，防腐能力幾為合金中最佳者。

(7)質感極佳：
世紀末，人類對金屬質感、光澤仍有不可抹滅的愛戀，Nokia 8810外殼做成 類金屬樣式，但其光澤仍有差距，質感更不同於金屬，使用鎂合金，因其為金屬，外觀及觸摸質感佳，對於工業設計師而言此為不可忽略之事實。

(8) 可回收使用
在環保意識高漲的大環境下，鎂合金比起無法回收的加碳鐵/金屬粉的塑料，或是 含有毒抗燃劑(flame retardent)的抗燃塑料，顯然佔了極大的優勢。

據估計只要 花費相當於新料價錢的4%，就可將鎂合金製品及廢料回收使用
(二)鎂合金3C產品外殼之缺點
(1) 原料成本高 (2) 製造技術不成熟
(3) 鎂活性強，有燃燒爆炸危險 (4) 鎂鑄件不耐腐蝕
(1) 原料成本高：
鎂合金單位成本為鋁合金之2倍，但近來，因使用率增加，多家鎂精鍊廠陸續 成立，相信原料價格會降低。

(2) 製造技術不成熟：
鎂合金壓鑄技術隨著3C產品及汽車零件日益廣泛使用而漸漸成熟，而半固態 射出成型技術的興起，也擴大其應用，製造技術愈來愈成熟。

(3) 鎂活性強，有燃燒爆炸危險：
目前處理熔融鎂合金時，可藉由通入0.005之六氟化硫(s u l p h u r hexafloride；SF6)與乾燥空氣、二氧化碳或氮氣的混合體，以降低氧化燃燒的
危險。

另外，隨著鎂熔煉與壓鑄的經驗累積，對於操作環境安全守則(例如美國 Nation Fire Protection Association所訂之48號標準；「Standards of the National Board of Fire Underwriters for the Storage, Handing and Processing of Magnesium」)也日趨完備，只要能嚴加遵守，即可確保工作場所 的安全。

(4)鎂鑄件不耐腐蝕
(三)其他應用考量
雖然鎂合金有前述各項優點，但除了材料性質之外，鎂合金在電子產品的應用 上還應考慮以下幾點：
１.成本
鎂合金單位重量的成本約是鋁的兩倍，也較一般工程塑膠貴，因此目前只有 高功能要求、高附加價值的產品採用鎂合金；但就產品成本結構而言，原料所佔 比例其實不高，重要的是模具(材料、加工、使用壽命)、二次加工(去毛邊、拋光、螺孔加工等)及後處理(表面處理、塗裝)等所產生的費用。

以日本公佈的thixomolding製品成本結構為例、原料與成形各佔10%，二次加工 及後處理則各佔30%及50%。

鎂合金產品的二次加工因為其碎屑易燃的特性，需 特別小心處理，且需要大量人工，因此費用較高。

至於後處理，由於使用鎂合金 可以省欲塑膠機殼電磁遮蔽處理的製程，但仍需表面處理或塗層的後製程，因此 對整體成本影響有待詳細計算。

2.材料特性
鎂合金雖有許多優異的材料性質，但也有一些限制：
．在強度要求嚴格的結構設計上，鋁合金及鈦合金可能仍較佔優勢。

．材料選擇性較少，常用的只有AZ9lD，AM50A和AM60B等幾種。

．製品的外觀質感佳，但顏色固定是銀灰的金屬色，若要改變顏色只能用塗裝印刷 的方法，無法像塑料混色母那麼簡單地作出多種色彩、甚至混色的紋路，迎合
追求新潮多變、個人品味的消費族群。

另外，由於鎂的emf電位極低(表四)，因此設計鎂製品時，需注意以下幾點，以避免電位腐蝕的問題：
．在鎂與其他金屬接觸的部位避免有積水。

．在整個組裝中的元件盡量一致使用鎂合金或是與鎂電位相近的其他金屬，或採用 不導電的材料。

由於鎂的活性相當強，可選擇的相鄰金屬不多，因此如需使用與鎂電位差較大 的金屬材料，則須用不導電材料將其與鎂隔離。

3.生產技術及市場規模。