形变强化T2紫铜微型平面弹簧精密蚀刻技术研究

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随着MEMS技术的快速发展,其应用范围和市场规模均在快速扩大。以各种微型零件与微型结构集合的MEMS技术,其发展的核心即为微型零件与微型结构的制备技术。微型平面弹簧具有提供弹性力和传递能量的作用,是重要的力学结构,因此研究高性能微型平面弹簧具有重要实际意义。本文提出以形变强化后的T2紫铜为原料,利用精密蚀刻法制备微型平面弹簧,研究了不同轧制条件下T2紫铜室温下的微观组织变化及力学性能,探索了蚀刻工艺对微型平面弹簧的成形质量和力学性能的影响。T2紫铜拉伸屈服强度同时存在晶粒尺寸效应和特征尺寸效应,其中特征尺寸效应大于晶粒尺寸效应。T2紫铜的拉伸屈服强度随着晶粒尺寸d的减小和样品厚度H的增加而增加。T2紫铜拉伸屈服强度存在明显的方向性,而且晶粒尺寸和样品厚度对其方向性的规律有显著影响。成功制备出厚度为0.10mm、0.15mm以及0.20mmm的0.50mm线宽的轧制T2紫铜微型平面弹簧。在实验条件范围内,基板厚度的增加和蚀刻温度的升高会导致蚀刻微型平面弹簧线宽精度的降低;压下量则对微型平面弹簧线宽精度无明显影响。压下量对腐蚀粗糙度的影响较大,且粗糙度随压下量的增加而减小;微型平面弹簧蚀刻侧面的粗糙度随温度升高先降后升;厚度对蚀刻侧面粗糙度无明显影响。微型平面弹簧疲劳性能随压下量和蚀刻温度的增加先降低后升高,随厚度增大而减小,配方2蚀刻液疲劳性能最好。制备出的轧制T2紫铜微型平面弹簧弹性系数高于目前大部分研究者制备的微弹簧弹性系数;循环使用寿命范围为45-299次,多数情况在百次以上,高于文献中报导的LIGA技术制备的镍基弹簧。
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