非晶合金的热塑性成型及其在微透镜模具中的应用

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非晶合金是一种在快冷条件下形成的金属材料,相对于传统晶态合金,特殊的原子结构使得非晶合金在化学催化方向上大放异彩,非晶合金优异磁学性能使得它作为软磁材料大量的应用在变压器件中。此外,非晶合金具有良好的耐磨性、高强度、高硬度和大弹性极限等优异的力学性能,但是由于它的冷脆性使得非晶合金难以进行传统的机加工,加工制造难度大的特性使得非晶合金难以在工程上有广泛的应用。然而非晶合金在其过冷液相区中具有超塑性,非晶合金在玻璃转变温度和结晶温度之间具有良好的加工性,可以很容易的成型出各种复杂的结构,为了克服非晶合金成型困难的缺陷,本文对非晶合金的热塑性成型工艺进行研究。本文首先对传统的非晶合金热塑性微成形做出多组试验,使用带有不同表面微结构的硅片作为模具,采用二维的SEM图像和高精度三维轮廓仪图像对试验样品的表面微结构进行表征,评价以及分析样品表面微结构的缺陷,改进工艺方案。随后本文在传统的非晶合金热塑性成型工艺的基础上,提出新型的非晶合金高温热塑性成型工艺,将非晶态合金在过冷液相区上的超塑性和晶态合金的良好高温稳定性进行有机的结合,使样品上成型出微结构的同时具有较好的高温稳定性。对非晶合金样品进行平面热压实验,对比非晶合金样品和晶态合金样品的表面粗糙度,探究非晶合金在高温模具上应用的可能性。最后提出一种非晶合金的三维微孔阵列成型工艺,这种成型工艺可以仅利用简单的钢球便可以成型出复杂的三维微孔阵列结构,选取合适工艺参数进行试验,获得三维微孔阵列非晶合金样品,使用非晶合金样品作为模具热压印出高分子聚合物三维微透镜阵列,对三维微透镜阵列进行光学聚焦和成像实验,根据光学实验结果验证此成型工艺应用于光学微透镜阵列的可行性。随后对热压过程进行有限元仿真,结合仿真和实验结果分析非晶合金的三位微孔阵列成形过程中的应力分布。以钢球直径、曲面的曲率半径和热压位移量作为因变量,建立微孔位置和尺寸的数学模型,为非晶合金的三维微孔阵列结构个性化设计提供方法。
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