《納米材料微陣列超塑性微成形機理與尺度效應》是依託哈爾濱工業大學，由王國峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米材料微陣列超塑性微成形機理與尺度效應
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王國峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微成形技術是未來批量製造高精密微小零件的關鍵技術，但是，微小尺度下材料的塑性變形行為不僅表現出明顯的尺度效應，而且零件尺度已經接近常規材料的晶粒尺寸，每個晶粒的形狀、取向、變形特徵對整體變形產生複雜的影響，難以保證微成形的工藝穩定性。本項目採用納米材料進行微成形，製造微陣列，零件內部包含大量的晶粒，可以排除晶粒複雜性的影響，而且納米材料具有超塑性，在超塑狀態下，變形抗力和摩擦力都明顯降低，從而顯著降低微成形工藝對模具性能的苛刻要求，提高工藝穩定性和成形精度。目前，納米材料超塑性微成形技術方面的研究極少，變形時納米材料的力學行為、變形機理、尺度效應、位錯演化、力學模型等關鍵問題還有待研究。採用電沉積技術製備晶粒尺寸可控的納米材料，將工藝實驗研究、性能測試、組織分析、力學性能表征、數值模擬相結合，深入探究納米材料微陣列超塑性微成形機理和成形規律，促進該技術的廣泛套用。
結題摘要
微成形技術是未來批量製造高精密微小零件的關鍵技術，但是微小尺度下材料的塑性變形行為不僅表現出明顯的尺度效應，而且零件尺度已經接近常規材料的晶粒尺寸，每個晶粒形狀、取向、變形特徵等對整體變形產生複雜的影響，難以保證微成形的工藝穩定性。本項目採用脈衝電沉積法成功製備了納米晶Ni、Ni-Co及鎳基複合材料，獲得了最佳的電沉積液配比及電沉積過程工藝參數。製備的箔材表面平整緻密，在複合材料中發現GO覆蓋並連線在基質金屬上，材料中各元素質量比與加入量基本相同，硬度出現明顯的提高。微成形實驗表明製備的箔材相對於常規晶粒的材料具有更高的延伸率、高徑比和斷裂強度等，合金材料性能優於單一基質材料，增強相的加入能有效的提高力學性能。基於有限元軟體Abaqus和MSC.Marc對拉深成形過程進行了模擬，最大拉深力隨著沖頭圓角半徑的增大而減小，最大應力和應變隨著尺寸因子增加而下降，剛性凸模和鋁凸模的最大拉應力分別出現在凸模圓角和凹模圓角處。成功製造了完整的不同材質凸模、不同直徑凹模的亞毫米級陣列微拉深成形件，不同材質凸模的成形件具有形狀差異和不同的破裂位置，較小的凹模直徑（鋁凸模）獲得較大的深徑比，產生最大的減薄率；剛性凸模直徑440μm、凹模直徑600μm、凸模下行速度0.025mm/min、成形溫度500℃、箔材厚度60μm 陣列微成形件的高度最高。超聲輔助陣列微拉深中剛性凸模型芯圓角處容易產生破裂，直徑較大的凸模成形件高徑比較大，凸模型芯圓角處減薄最為嚴重；鋁凸模成形件的高徑比隨著箔材厚度的增加而增加，隨著載入超聲振幅的增加而增加，箔材厚度120μm、凹模直徑800μm、載入超聲振幅20.85μm的成形件具有最大高徑比為0.47。整個項目深入探究了納米材料陣列超塑性微成形的成形規律及成形機理，利用工藝試驗研究、材料組織分析、力學性能測試，以及與數值模擬相結合，獲得了完整的陣列微小零件，以及成形件特徵、變形過程及工藝參數，為陣列微成形提供較好的數據的支撐，並促進該技術的進步，並有望在未來得到廣泛套用。
