一种微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法技术

本发明专利技术提出一种微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，利用制备的亚微米甚至纳米级的超细晶金属材料，通过热处理方式控制晶粒尺寸变化。设计微小型腔模压凹模为分瓣结构，利用分瓣凹模改变微小型腔填充尺寸，并在模具模架结构上设计两套导柱导套。利用不同晶粒尺寸的超细晶材料在不同温度下填充单槽微压印模具的微小型腔，得到填充完整、成形质量良好的微筋。对填充结束后形成的微筋进行EBSD分析以实现微观组织演变研究及性能分析，并通过定义晶粒尺寸、型腔尺寸和模压温度与填充高度的关系评价填充性能。通过制备超细晶材料，可以有效解决U型腔微模压成形填充过程中出现的填不满和表面质量差等缺陷，并能实现微模压型腔尺寸进一步减小。型腔尺寸进一步减小。型腔尺寸进一步减小。

【技术实现步骤摘要】
一种微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法


[0001]本专利技术涉及微模压
，具体涉及微模压成形填充过程中，利用不同晶粒尺寸的超细晶材料和可改变型腔尺寸的分瓣凹模实现微观组织与填充性能评价方法。

技术介绍

[0002]随着微机电系统(Micro
‑
electro
‑
mechanical system,MEMS)的迅速发展和逐步进入实用化，微型零件的需求量日益增加。作为光学传感器、微型反应器、微型热交换器、微型卫星推进器等微机电系统的关键零件，阵列微通道零件制造技术成为了MEMS领域的研究热点。目前，微通道的制造技术主要有LIGA、超精密机械加工、刻蚀等，但这些方法在加工效率、可加工材料种类及制造成本方面存在不同程度的不足，限制了这些方法的广泛使用。
[0003]塑性微成形技术凭借其工艺简单、效率高、成本低、成形件机械性能优异、重复性好等优点，在微机械电子、生物医疗以及微能源等领域有广泛的应用前景。在众多塑性微成形技术中，微压印成形技术具有产品稳定性好、成本较低、适合大批量生产等优势，在生物MEMS、微流体器件、微光学、微分析系统等领域有广泛的应用。由于成形件尺寸往往处于微介观尺度，与晶粒尺寸处于一个数量级，产生了明显的尺寸效应，极大的影响微型零件的填充质量和尺寸精度，同时金属材料在填充过程中受型腔尺寸和摩擦力的影响，往往会出现型腔填充不完全、表面质量差等缺点，阻碍微压印成形技术的应用和成形件尺寸的减小，因此迫切需要开发一种微小型腔填充过程微观组织与性能控制方法来解决此类问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术是针对微小型腔模压过程中微观组织与填充性能难以评估、成形质量差的问题，通过特殊技术制备超细晶(Ultrafine
‑
grained,UFG)金属材料，并利用热处理技术实现金属材料晶粒尺寸改变；同时提供一种单槽微压印模具，其特征在于宽度可变的微小型腔分瓣凹模和两套导柱导套，利用不同晶粒尺寸的超细晶金属材料在不同温度下填充模具微小型腔得到微筋，并对其进行SEM和EBSD分析以实现填充性能与微观组织评价。
[0005]本专利技术可以通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，选择实际所需材料，利用特殊技术制备亚微米甚至纳米级的超细晶金属材料，并通过不同温度下的热处理方式控制晶粒尺寸变化，获取不同晶粒大小的坯料。将微小型腔模压凹模设计为分瓣形式并在模具模架结构上设计两套导柱导套，模压结束后有助于达到脱模同时不破坏成形件的目的，并保证冲头与底座平面的平行度，分瓣凹模形成的填充型腔尺寸可以根据需要进行改变。利用不同晶粒尺寸的超细晶金属材料在不同温度下填充单槽微压印模具的微小型腔，得到填充完整、成形质量良好的微筋，对填充结束后形成的微筋进行EBSD分析以实现微观组织演变研究及性能分析，并通过定义晶粒尺寸、型腔尺寸和模压温度与填充高度的关系评价填充性能，具体步骤如下：
[0007]步骤1：选用实际操作所需材料，利用特殊技术制备超细晶金属材料，通过不同温
度热处理技术实现晶粒尺寸改变；
[0008]步骤2：通过线切割方法对处理过的金属材料进行加工，得到微模压坯料；
[0009]步骤3：将坯料上下两个表面依次用不同型号的金相砂纸研磨，当砂纸目数大于600#后，为防止试样表面氧化，采用酒精进行散热和润滑，之后对模压表面进行机械抛光和电解抛光；
[0010]步骤4：将单槽微压印模具的微小型腔模压凹模设计为分瓣结构，深宽比为3：1，宽度可变，单槽微压印模具为避免模压过程中发生偏载，保证成形筋各处填充均匀，在模架结构上设计了两组导柱导套，保证冲头与底座平面的平行度；
[0011]步骤5：将加热盘条缠绕在黄铜导热圈上，接多步序智能编程控温仪，并配合热电偶反馈来实现温控系统构建并控制模压温度，将模具安装在三思UTM6104电子万能试验机上；
[0012]步骤6：先将制好的试样置于凹模座上，再将凹模扣在坯料上，使坯料置于凹模下面开好的与坯料尺寸匹配的槽内，根据所选用材料确定加载载荷和加热温度，进行单槽微模压实验；
[0013]步骤7：模压完成后，首先将凹模垫块抽出，再用冲头将坯料和分瓣模从限制块中推出，取出试样；
[0014]步骤8：通过激光共聚焦显微镜测量微筋高度，利用SEM分析微筋表面质量，选择微筋截面进行EBSD分析以实现微观组织演变研究及性能分析；
[0015]步骤9：定义λ＝w/d
g
为模具型腔尺寸与坯料晶粒尺寸之比，其中w为模具型腔尺寸，d
g
为坯料晶粒尺寸，定义H
R
＝h/w为填充高度与模具型腔尺寸之比，其中h为填充高度，分析λ与H
R
的关系作为评价材料填充性能的重要指标；
[0016]步骤10：利用EBSD测试结果评价坯料晶粒尺寸和模压温度对填充性能和微观组织的影响。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0018]本专利技术所述的超细晶金属材料所填充的单槽微压印模具的微小型腔填充凹模设计为分瓣结构以及模具模架具有两套导柱导套，这样可以保证脱模时不破坏微筋的表面质量，以及保证冲头与底座平面的平行度。
[0019]本专利技术利用不同晶粒尺寸的超细晶金属材料，在不同温度下填充不同尺寸的微小型腔，能够通过调整参数保证最佳填充质量。
[0020]本专利技术通过定义模具型腔尺寸与坯料晶粒尺寸之比以及填充高度与模具型腔尺寸之比的关系，实现多角度多方位的微小型腔填充性能评价，在不同坯料晶粒尺寸和模压温度下，利用EBSD对微观组织演变进行研究，实现从微观角度对微小型腔填充性能分析评价。
附图说明
[0021]图1为本专利技术单槽微压印模具示意图；
[0022]图2为本专利技术微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法流程图；
[0023]图3为本专利技术微小型腔分瓣凹模局部特征放大图。
[0024]附图标记说明：
[0025]1‑
模架，2
‑
导柱，3
‑
冲头，4
‑
分瓣凹模，5
‑
底座，F
‑
模压压力。
具体实施方式
[0026]下面结合实例对本专利技术作进一步描述，需要说明的是，实例并构成对本专利技术要求保护范围限制：
[0027]一种微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，选择纯度为99.999％的纯铝，机械加工为Φ10
×
70mm的圆柱形棒料，为减小原始加工状态对材料组织性能的影响，采用热处理工艺调整原始材料的晶粒尺寸，热处理方案为500℃保温1小时后随炉冷却，利用等径角挤压(Equal
‑
channel angular pressing,ECAP)技术制备超细晶(Ultrafine
‑
grained,UFG)金属材料。通过150℃<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，其特征在于，将微小型腔模压凹模设计为分瓣形式并可改变凹模尺寸，利用不同晶粒尺寸的超细晶金属材料在不同温度下进行单槽微模压实验，通过填充单槽微压印模具的微小型腔，得到填充完整、成形质量良好的微筋，对填充结束后形成的所述微筋进行分析以实现微观组织演变研究及性能评价，并通过定义坯料晶粒尺寸、模具型腔尺寸和模压温度与填充高度的关系评价填充性能，所述基于微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法包括：坯料制备、模具安装、单槽微模压实验、对填充性能和微观组织分析评价。2.根据权利要求1所述的微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，其特征在于，所述不同晶粒尺寸的超细晶金属材料利用特殊技术制备，通过不同温度热处理技术实现晶粒尺寸改变。3.根据权利要求1所述的微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，其特征在于，所述微小型腔模压凹模设计为分瓣结构且宽度可变，深宽比为3:1。4.根据权利要求1所述的微小型腔模压过程微观组织与填充性能评价方法，其特征在于，所述单槽微压印模具的模架结构上设计了两组导柱导套，保证冲头与底座平面的平行度。5.根据权利要求1所述的微小型腔模压过程微观组织与填充性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，李昕儒，单德彬，郭斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：