超細(xì)晶LZ91鎂鋰合金微壓印成形工藝研究.pdf

1、微通道器件在微電子和航空航天等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，微通道的加工質(zhì)量對(duì)其性能有著重要影響。微壓印技術(shù)具有成本低、尺寸精度及一致性好、適合批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，是一種非常適合微通道的加工方法。然而常規(guī)金屬材料的晶粒尺寸和微通道的特征尺寸在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，在成形過程中產(chǎn)生了明顯的尺寸效應(yīng)，無法保證微通道的尺寸精度。通過劇烈塑性變形技術(shù)制備的超細(xì)晶材料具有更高的強(qiáng)度和成形性能，是一種用于微型構(gòu)件的理想材料。
　　本文對(duì)LZ91鎂鋰合金進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)（

2、Highpressuretortion,HPT），獲得了具有亞微米級(jí)平均晶粒尺寸的超細(xì)晶材料，研究了高壓扭轉(zhuǎn)過程中微觀組織演變規(guī)律，通過顯微硬度及單向微拉伸試驗(yàn)，研究了力學(xué)性能的演變規(guī)律。在不同溫度下，分別對(duì)粗晶和超細(xì)晶LZ91鎂鋰合金進(jìn)行了單槽模壓試驗(yàn)，并基于Voronoi圖原理，借助Abaqus有限元軟件，建立了LZ91鎂鋰合金微模壓有限元模型，模擬微模壓過程材料流動(dòng)規(guī)律，探索了不同晶粒度兩相材料在不同型腔寬度下的變形行為。設(shè)計(jì)并加

3、工了集精確定位及控溫與一體的微壓印模具，對(duì)超細(xì)晶LZ91鎂鋰合金進(jìn)行了微壓印成形試驗(yàn)，研究了微通道陣列壓印成形工藝，實(shí)現(xiàn)了微通道陣列的高精度、高復(fù)制性批量制造。
　　LZ91鎂鋰合金經(jīng)高壓扭轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)了晶粒細(xì)化及力學(xué)性能的提高。扭轉(zhuǎn)1/4T后，部分晶粒得到細(xì)化，晶粒內(nèi)部存在高密度位錯(cuò)。隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，晶粒得到進(jìn)一步細(xì)化，組織更加均勻。高壓扭轉(zhuǎn)10T后，獲得了平均晶粒尺寸~0.25μm、組織分布均勻的超細(xì)晶材料。XRD分析結(jié)果表明

4、，隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，α相峰強(qiáng)度逐漸降低，β相峰強(qiáng)度逐漸升高。不同溫度、不同扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的單向拉伸試驗(yàn)表明，隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增大，常溫下屈服強(qiáng)度逐漸提高，隨著溫度的升高，原始粗晶和10T超細(xì)晶材料屈服強(qiáng)度均逐漸降低，延伸率逐漸提高，其中473K下，超細(xì)晶材料最大延伸率達(dá)到~400％。
　　不同溫度下粗晶和超細(xì)晶LZ91鎂鋰合金單槽模壓試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著模具型腔寬度的增大，成形筋填充高度逐漸增大，相對(duì)填充高度逐漸減小。型腔寬度較小時(shí)，粗晶

5、材料成形筋表面質(zhì)量較差，出現(xiàn)了嚴(yán)重的褶皺；隨著型腔寬度的增大，表面質(zhì)量逐漸提高，超細(xì)晶材料成形筋表面質(zhì)量則始終較好。有限元模擬結(jié)果表明，材料向模具型腔填充過程中，成形筋根部圓角附近等效應(yīng)力和等效應(yīng)變均較大，是劇烈變形區(qū)，且在填充過程中，兩相變形不均勻，較硬的α相等效應(yīng)力大于β相，等效應(yīng)變小于β相，揭示了填充機(jī)理。
　　在單槽模壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了集精確定位，溫度控制于一體的微通道陣列壓印模具，對(duì)微通道壓印工藝的研究表明，通道成形