非晶合金在微成形过程中的流动与摩擦行为研究

非晶合金优异的机械性能、在原子尺度上结构均匀、可超塑性近净成形等优点使其在微细加工领域表现出广阔的应用前景。然而，微型化带来的摩擦效应，给非晶合金微成形工艺及产品质量带来了很多不利的影响，但关于非晶合金在过冷液态区微成形过程中的界面摩擦行为尚未有深入研究。本项目将以非晶合金的微挤压成形为对象，系统研究非晶合金在微成形过程中的流动及界面摩擦行为。项目首先研究非晶合金在过冷液态区不同温度及应变速率微挤压的粘度特征及流动行为；通过对非晶合金与模腔表面的接触状态进行微观分析，揭示非晶合金微成形的摩擦机理；对接触形貌进行简化，建立表面接触模型，分析摩擦力形成机制；采用双杯挤压实验及有限元数值模拟获得非晶合金微挤压的摩擦系数；最后研究模腔表面粗糙度对非晶合金在过冷液态区微成形过程中界面摩擦行为的影响。本项目的研究将为指导非晶合金超塑性微成形工艺，提高成形件的质量及拓宽其应用范围具有重要意义。

本项目深入研究了块体非晶合金在过冷液相区的流动行为，界面摩擦及成形能力等基础问题。系统研究了块体非晶合金在不同温度及成形速率条件下的材料流动与成形能力的关系，发现牛顿流变有利于成形，非牛顿流变不利于成形。提出材料流动时空均匀性是引起牛顿流变利于提高非晶合金成形能力的根本原因。基于上述研究，本项目系统研究了材料流动对界面摩擦行为的影响，发现牛顿流变条件下，界面作用表现为黏着摩擦模型，而非牛顿流变则对应梨沟模型。为了减小界面摩擦的影响，有效提高非晶合金在微尺度模具中的成形能力，本项目引入振动塑性加工方法，系统研究了振动加载对非晶合金成形能力的影响，并提出振动频率引起的材料软化及流动分布均匀性是引起成形能力提高的主要原因。此外，本项目探索了非晶合金表面微/微纳结构的可能性应用，发现热压印成形的非晶合金表面微/微纳结构具有超疏水性及高的黏附力，该发现表明非晶合金表面微/微纳结构在干粘附性表面或微液滴传输领域具有潜在的应用前景。