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华中科技大学
博士学位论文
Zr基非晶合金超塑性微成形工艺研究
姓名:王栋
申请学位级别:博士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:史铁林;廖广兰
2010-05-20
华中科技大学博士学位论
摘要
非晶合金在常温下、微尺度时保持有极高的力学强度等性能,且在其过冷液态
区具有优异的超塑性成形能力,因而被广泛认为是制备高强度微纳结构最具潜力的
材料之一。本学位论文以 大块非晶合金为研究对象,针对其超塑
性热压微成形工艺进行了研究,内容包括:
(1)采用 X 射线衍射分析仪、差示扫描量热仪、力学性能试验机、热重分析
仪等,系统研究了 大块非晶合金常温下的压缩断裂强度,过冷液
态区温度范围以及在此温度范围内的等温氧化行为、等温晶化行为以及单轴压缩超
塑性性能,为 Zr 基非晶合金的超塑性成形工艺的实施提供指导。
(2)采用飞秒激光技术加工制备了微型齿轮金属模具,并应用于非晶合金的
超塑性成形,成功制备了非晶态的微型零件。
(3)在国内首次研究了基于硅模具的非晶合金复杂三维微型零件成形方法。
采用体硅工艺批量制备出微型硅模具,应用于非晶合金的超塑性微成形,成功制备
出非晶合金微零件。同时,采用 DEFORM-3D 有限元软件模拟分析了非晶合金在硅
模具中的填充过程,对成形载荷和压头速度等参数进行了预测和优化,成功制备出
模数为 mm、齿数为 20 的非晶合金微型直齿圆柱齿轮。
(4)开展了利用硅模具进行一模多件制备非晶合金微型零件的工艺研究,包
括微型硅模具的结构设计、侧壁参数优化、成形坯料尺寸形状选取等。实验研究了
采用多层硅模具制备复杂三维非晶合金微型零件的工艺方案,制备出复杂的非晶合
金微型多层齿轮。
(5)自行设计了 3K-1 型微行星齿轮减速机构,对微型齿轮减速机构中的微零
件成形方案进行了理论分析和实验研究,制备出了非晶态的微型行星齿轮减速机构
各微型零件。
非晶合金具有优异的性能,受到了人们的重视,基于其超塑性成形制备高性能
的微型零件具有广泛的应用前景。当前,非晶合金的微成形技术研究正处于起步阶
段,而基于其超塑性来成形制备复杂三维微纳结构/零件的研究有待于进一步加强。

关键词:Zr 基非晶合金;超塑性;微成形;硅模具;复杂三维微结构;微行星齿轮
I
华中科技大学博士学位论

Abstract
Bulk metallic glass was considered as one of the most potential materials because of
the excellent super-plastic forming ability in the supercooled liquid region and
mechanical properties in micron-size. In this paper, the superplastic hot embossing
micro-forming technology of the bulk metallic glass was studied, which position
elements ratio was . Content as described below:
The thermal stability of the samples, associating with the glass transition and
crystallization, were examined by differential scanning calorimetric (DSC) to determine
the temperature of supercooled liquid region, and the time-temperature-transformatiom
(TTT) curve of the samples was obtained. Then, pression strength at room
temperature and the superplastic pression performance at the supercooled
liquid region have been tested by the Zwick Roell testing machine. The isothermal
oxidation behavior ha