超細晶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域有著重要應用，微通道的加工質量對其性能有著重要影響。微壓印技術具有成本低、尺寸精度及一致性好、適合批量生產等特點，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數(shù)量級，在成形過程中產生了明顯的尺寸效應，無法保證微通道的尺寸精度。通過劇烈塑性變形技術制備的超細晶材料具有更高的強度和成形性能，是一種用于微型構件的理想材料。
　　本文對LZ91鎂鋰合金進行高壓扭轉（

2、Highpressuretortion,HPT），獲得了具有亞微米級平均晶粒尺寸的超細晶材料，研究了高壓扭轉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，研究了力學性能的演變規(guī)律。在不同溫度下，分別對粗晶和超細晶LZ91鎂鋰合金進行了單槽模壓試驗，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。設計并加

3、工了集精確定位及控溫與一體的微壓印模具，對超細晶LZ91鎂鋰合金進行了微壓印成形試驗，研究了微通道陣列壓印成形工藝，實現(xiàn)了微通道陣列的高精度、高復制性批量制造。
　　LZ91鎂鋰合金經高壓扭轉后實現(xiàn)了晶粒細化及力學性能的提高。扭轉1/4T后，部分晶粒得到細化，晶粒內部存在高密度位錯。隨著扭轉圈數(shù)的增加，晶粒得到進一步細化，組織更加均勻。高壓扭轉10T后，獲得了平均晶粒尺寸~0.25μm、組織分布均勻的超細晶材料。XRD分析結果表明

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

5、材料成形筋表面質量較差，出現(xiàn)了嚴重的褶皺；隨著型腔寬度的增大，表面質量逐漸提高，超細晶材料成形筋表面質量則始終較好。有限元模擬結果表明，材料向模具型腔填充過程中，成形筋根部圓角附近等效應力和等效應變均較大，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相等效應力大于β相，等效應變小于β相，揭示了填充機理。
　　在單槽模壓試驗的基礎上，設計了集精確定位，溫度控制于一體的微通道陣列壓印模具，對微通道壓印工藝的研究表明，通道成形