Сервисный центр не хочет возвращать сломанный телефон мне.

Услуги диагностики предоствляются вам не на основании соглашения с сц о безвозмездной проверке качества, а на основании возмездного договора, заключенного между сц и посредником изготовителя в вашу пользу.
согласно ст. 430 гк договор гарантийного обслуживания является договором в пользу третьего лица: "договором в пользу третьего лица признается договор, в котором стороны установили, что должник обязан произвести исполнение не кредитору, а указанному или не указанному в договоре третьему лицу, имеющему право требовать от должника исполнения обязательства в свою пользу".
возмездность договора дает вам право на предъявление претензии в соответствии с законом "о защите прав потребителей". согласно ст. 28 закона "о защите прав потребителей" сц выплачивает неустойку в размере 3 % за каждый день просрочки от среднерыночной цены услуги.
в случае невозможности возврата имущества вы вправе предъявить несколько различных требований. согласно ст. 902 гк вы вправе потребовать выплатить среднерыночную стоимость утраченного телефона. согласно ст. 35 закона "о защите прав потребителей" - заменить телефон на аналогичную модель и в случае неисполнения претензии в течение 3 дней - выплатить двукратную стоимость утраченного имущества.
если сц уполномочен на проведение гарантийного обслуживания непосредственно изготовителем, то к заключенному договору применяются специальные нормы гл. 2 закона "о защите прав потребителей", регулирующие последствия продажи товара ненадлежащего качества.