超细晶铝合金塑性微体积成形机理研究

针对塑性微成形的尺度效应问题，本项目以MEMS领域应用广泛的微流道和微叶轮等为研究对象，提出采用超细晶（UFG）材料代替常规多晶材料，利用实验和理论分析相结合的方法，研究介观尺度UFG铝合金微镦粗和微模压成形过程的变形行为和微观组织演变规律，探讨微塑性变形对UFG材料的热稳定性的影响，构建基于晶体塑性理论考虑晶粒尺寸、模具型腔尺寸以及接触面的相互作用的多因素填充模型，揭示晶粒尺寸对UFG铝合金塑性微体积成形的影响机理。本项目研究工艺参数对UFG铝合金微成形工艺的影响及交互作用，确定最佳的微成形工艺参数，实现UFG铝合金微型构件高质量可控制造。项目的研究成果对于促进塑性微成形技术在MEMS领域进一步应用具有重要意义，而且可以为微型零件高质量可控制造提供理论依据。

本项目针对常规粗晶材料微成形尺度效应问题，提出了超细晶材料微成形方法，利用等通道挤压技术制备了质量均匀的UFG纯铝材料，研究了UFG纯铝微压缩过程的变形行为和微观组织演变规律，分析了UFG纯铝在微塑性变形过程的应变强化与软化机制，建立了UFG纯铝微塑性变形多晶体模型，揭示了晶粒尺寸对微成形尺度效应的影响机理。研究了UFG纯铝微模压过程填充行为，对比分析了UFG纯铝和CG纯铝微模压过程组织演变规律，探讨了UFG在微塑性变形过程的热稳定性，构建了晶粒尺寸、型腔尺寸以及模具约束的多因素填充模型，揭示了UFG纯铝微压印成形机理。在此基础上，设计了基自适应调平、真空吸附以及脱模于一体的微压印成形模具，解决了硅模具脱模难度大、使用寿命低等关键问题，实现了UFG纯铝及合金材料阵列微通道高质量可控成形。本项目共发表学术论文14篇，其中SCI期刊论文11篇；申请国家发明专利3项，已授权1项；培养研究生3名，其中博士生1名；获得国家技术发明二等奖1项。本项目的研究成果，对于促进微成形技术MEMS领域的应用具有重要的应用价值和理论指导意义。