순수 니켈의 마이크로 코이닝에서 충진 거동에 대한 미세구조와 공동 치수의 상호작용 효과

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 23895(2016) 이 기사 인용

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본 연구에서는 마이크로 코이닝의 충진 거동에 대한 미세구조와 캐비티 치수의 상호작용 효과를 조사했습니다. 결과는 충전 능력이 캐비티 폭 t와 입자 크기에 대한 캐비티 폭의 비율 t/d에 크게 의존한다는 것을 나타냅니다. 최악의 충진 능력에 대한 임계 비율 t/d는 캐비티 폭 t에 따라 증가하고 캐비티 폭 t가 300μm로 증가하면 사라지는 경향이 있습니다. 마이크로 코이닝에서 충진 크기 효과를 밝히기 위해 마찰 크기 효과, 공구에 의한 구속된 입자 효과, 입자 크기, 공동 폭 및 입자 크기에 대한 공동 폭의 비율을 고려한 다결정 충전 모델이 제안되었습니다. 마이크로 코이닝의 충진 메커니즘을 조사하기 위해 준 현장 전자 후방 산란 회절(EBSD) 방법이 제안되었습니다. 캐비티 폭에 걸쳐 여러 개의 입자가 있을 때 각 입자는 변형 호환성을 조정하기 위해 이질적으로 변형됩니다. 캐비티 폭 전체에 단 하나의 입자만 있는 경우, 입자는 캐비티의 변형을 조정하기 위해 압출 방향을 따라 특정 연장을 사용하여 여러 개의 작은 입자로 단편화됩니다. 이것은 이전의 이해와 다릅니다. 그런 다음 충전 변형 메커니즘은 마이크로 코이닝의 소성 흐름을 고려한 제안된 모델에 의해 드러납니다.

마이크로 금속 부품은 MEMS(마이크로 전자 기계 시스템) 및 MST(마이크로 시스템 기술)1,2,3,4의 급속한 발전과 함께 자동차, 생물 의학, 가전 제품에 널리 적용됩니다. 지난 20년 동안 새로운 마이크로 제조 기술인 마이크로 성형은 마이크로 금속 부품 제조에 중요한 역할을 했습니다. 금속 부품의 치수가 마이크로 규모로 축소되면 크기 효과가 발생하여 마이크로 성형의 급속한 발전이 제한됩니다5. 미세 성형의 변형 거동을 심층적으로 조사할 필요가 있습니다. Fu 등6은 순수 구리 실린더의 미세 압축 시험을 통해 입자 크기가 증가하거나 시편 직경이 감소함에 따라 유동 응력이 감소하고 분산이 증가한다는 것을 발견했습니다. 소형화에 따른 유동 응력 감소는 자유 표면이 있는 표면 입자의 연화 효과를 기반으로 하는 표면 모델 및 수정된 표면 모델1,7,8,9,10,11로 해석할 수 있습니다. Wang et al.12은 표면 결정립의 방향 분포를 고려한 제안된 모델을 통해 미세 압축 시 유동 응력 분산을 밝혔습니다. Wang et al.13,14은 미세 압축에서 시편 직경 전체에 걸쳐 3-4 Grain 미만일 때 유동 응력이 증가한다는 것을 발견하고 표면, 내부 및 구속 Grain의 영향을 고려한 제안 모델을 통해 메커니즘을 밝혔습니다. Chan 등15은 순수 구리의 미세 압출 공정에서 입자 크기가 증가함에 따라 불균일 변형 정도가 증가한다는 것을 발견했습니다. Cao et al.16은 거친 입자 재료를 사용할 때 압출된 마이크로 핀이 구부러지는 것을 발견했습니다. Lin 등17은 거친 입자 재료의 미세 압출에서 곡률을 나타내기 위해 결정 소성 이론을 기반으로 한 모델을 제안했습니다. Meng et al.18은 점진적 미세 압출 및 블랭킹을 통해 생산되는 다단계 플랜지 부품을 제조하고 미세 구조 진화 및 점진적 미세 성형에서 파괴 거동에 대한 입자 크기의 영향을 조사했습니다. Meng 등19은 또한 치과용 어버트먼트의 열적 지원 메조 형성에서 상업적으로 순수한 티타늄의 미세구조 진화를 조사했습니다. 정사각형 압출물의 표면 결정립은 심한 변형으로 인해 등축 구조를 생성하며, 이는 고온에서 형성되는 메조가 결정립 크기를 조대화하지 않고 재료 흐름의 균질화를 촉진한다는 것을 반영합니다. Kim et al.20은 ECAP 공정을 통해 좋은 품질의 마이크로 기어 샤프트를 제작하였다. Wang et al.21은 축대칭이 아닌 미세 부품을 제조하기 위해 결함 없는 냉간 단조 공정을 위한 형상 기반 방법을 개발했습니다. Yang et al.22은 미세 딥 드로잉 및 미세 단조 공정에 대한 고에너지 보조의 효과를 연구했습니다. 성형성과 표면조도가 향상되었습니다. Wang et al.23은 등온 미세 단조 공정을 통해 마이크로 터빈을 제작했습니다. 원형 링 프리폼을 사용하는 경우에 비해 원형 링 프리폼을 사용하는 경우 더 높은 마이크로 블레이드를 갖는 마이크로 터빈이 제작됩니다. 변형 메커니즘을 심층적으로 밝히기 위해 Wang et al.24은 마이크로 코이닝 공정을 통해 충진 거동에 대한 공동 폭 대 입자 크기의 비율의 영향을 조사했습니다. 이는 상승된 온도에서 캐비티 폭을 가로질러 약 2개의 입자만이 있을 때 충전 거동이 최악이라는 것을 나타냅니다. Wang et al.25은 실온에서의 마이크로 코이닝에서도 유사한 결과를 발견했습니다. 유사한 충전 크기 효과도 발견되었습니다. Ast et al.26은 전자 후방 산란 회절(EBSD)을 통해 나노 코이닝 공정에서 세 가지 서로 다른 입자 재료의 미세 구조 진화를 조사했습니다. 결과는 단결정의 경우 공동 아래에서 강한 배향 구배가 발생하고, 초미세 입자(UFG) 샘플의 경우 공동 내부 및 주변에서 하위 입자 형성이 발생했으며, 나노결정질 재료의 경우 공동 내부 입자의 약간의 신장만이 발견되었음을 나타냅니다. . 위의 문헌 검토를 바탕으로 다양한 연구가 탐구되었으며 기계적 크기 효과와 재료 소성 흐름에 중점을 두고 있음을 알 수 있습니다. 미세 성형 공정 중에 입계 및 입계 변형 거동은 아직 알려지지 않았으며 탐구가 필요합니다. 본 연구에서는 충전 거동에 대한 미세 구조와 캐비티 폭의 상호 작용 효과를 조사하기 위해 순수 니켈의 마이크로 코이닝 테스트를 수행했습니다. 충전 크기 효과는 캐비티 폭 전체에 입자가 몇 개만 있을 때 발생합니다. 충전 거동을 조사하고 마이크로 코이닝의 결정질 소성 변형을 기반으로 한 모델을 통해 충전 메커니즘을 밝히기 위해 준 현장 EBSD 방법이 제안되었습니다.