FeSiB合金微制件粉末电阻热成形方法及其机理

The project first presents a novel micro resistance weld molding of FeSiB alloy parts, the basic experiment has proved that the method, which is compared with the current mainstream conventional technologies, uses the resistance self-heating between FeSiB alloy powder in micro cavity and the instant can finish forming process, which has the advantages of very short flow, small deformation resistance, high replication capability, long mold life, simple process and low cost. The project will use experimental analysis combined with numerical simulation for micro forming of FeSiB alloy parts. The key scientific issues to be resolved will be focused on science laws of current field formation, distortion and breakdown splash, a fundamental grasp of the novel method mechanism for forming FeSiB alloy microstructures, as well as the metallographic structure and layout rules of micro parts amorphous and crystalline region to reveal the scientific rules of micro parts matrix morphology and master the methods of prediction and control of micro parts quality. The research can solve many long-term problems of micro forming to build this iron base alloy micro forming and application innovation method system, and enhance the international competitiveness of our country.

为克服现有的主流微制件成形工艺变形抗力大、模具寿命短、成形流动距离长及成本高等缺陷，本项目在前期实验探索的基础上，针对低成本的FeSiB合金，首次提出一种新颖的粉末电阻热快速微体积成形方法。该方法利用FeSiB合金粉末之间的电阻热在微型腔内部进行自身加热，瞬间即可完成成形。 本项目针对微尺度下FeSiB合金粉末在电阻热影响下的成形行为特征和规律展开研究，采用实验分析结合数值模拟的方法，聚焦研究成形过程中电流场形态、发生畸变和击穿飞溅现象的科学规律，从根本上掌握这种新颖微体积成形方法的内在机理；进一步地，通过研究微制件非晶区与晶化区微观组织结构与布局、以及达到单纯非晶结构的条件，揭示该方法微制件微观形态的科学规律，掌握微制件质量的预测和控制，最终开发一种大批量、低成本的FeSiB合金微制件成形方法。本项目的研究可为推动我国微制件成形的理论研究和应用提供新的方法和理论基础。

本项目首次提出一种新颖的非晶合金粉末电阻热快速微体积成形方法（Micro Resi-stance Weld Molding，简称Micro-RWM）方法。该方法利用FeSiB非晶合金粉末之间的电阻热在微型腔内部进行自身加热，瞬间即可完成成形。该方法可以制作满足致密度及强度要求的非晶微制件，且工艺过程简单、成本低。.. 本项目在研究过程中构建了微细电阻焊接工艺平台。利用掌握的电火花线切割与真空压力热扩散焊结合技术拟合制备了三维叠层微电极。分别采用放电和电解两种方式，使用三维叠层微电极进行了The微型型腔的加工，成功制备了表面粗糙度Ra 0.543的Pd40Cu30P20Ni10非晶合金微模具，用于Micro-RWM成形工艺中。分别对Fe78Si9B13和无磁性的铁基非晶合金粉末进行了Micro-RWM成形实验，研究表明：焊接电流控制对电阻焊机输出能量影响较大；电极直径越小越利于粉末成形，φ=3 mm时成形较为理想；焊接电流和焊接时间对于成形结果影响较大，实验验证，最佳电流为700-1000 A之间，最佳时间为40-140 ms内；相比较于其他铁基类非晶合金材料，对比研究结果表明：非晶合金材料的磁性对于非晶合金焊接成形的影响极大，强磁性的非晶合金很难成形保持非晶的制件。采用数值模拟结合实验分析的方法，研究了电流场机理、微制件热量及传热冷却效应，从根本上验证了本方法的可行性。.. 作为拓展研究，本项目还对多层Fe78Si9B13薄带的微细焊接进行了研究。将微细电阻焊方法应用到了非晶合金块体成形中，通过研究发现，非晶材料的块体焊接成形可以依靠材料大电阻率的特性，利用材料自身的电阻热，在高电极压力下形成良好的焊接。. . 通过本项目的研究，为非晶合金微制件成形和大块体非晶合金的制备提供了实验指导和理论依据。