不久前，在尊龙凯时委员会工程与材料科学部主办的“第十届设计与制造前沿国际会议”上，对工程科学二处2010与2011两年度800多个结题项目进行了汇报与展示，最终评选出10项面上项目和6项青年科学基金项目为优秀结题项目。其中，哈尔滨工业大学材料学院副教授王春举主持的“基于DLC膜模具表面改性的塑性微成形摩擦机理研究”被评选为青年科学基金优秀结题项目。

　　微成形技术兴起

　　“我们人手一部的手机中，就有多种零件采用塑性微成形技术来加工。”王春举对《中国科学报》记者说，“如摄像头金属支撑零件、各种芯片的管脚连接零件、耳机及助听器内部金属支撑零件等。”

　　有数据表明，我国南方一家企业每年仅向美国苹果公司iPhone、iPad等提供微型摄像头、助听器用金属零件就以数亿计。今天，微成形技术已与我们的生活息息相关。

　　随着电子技术的迅速发展，产品微型化已成为工业界不可阻挡的趋势，产业的兴起极大地推动了微加工技术的发展，产业发展所要求的大批量、高精度、低成本、无污染因素也对微加工技术提出了更高要求。

　　“由于尺寸效应的存在，微成形中摩擦因子从构件尺寸为4.0毫米时的0.02迅速增加到构件尺寸为0.5毫米时的0.4，增加了20倍，严重制约了该技术的发展和广泛应用。”王春举说。

　　克服摩擦瓶颈

　　王春举承担的青年科学基金项目针对微型构件微成形中的摩擦瓶颈问题，提出采用功能梯度类金刚石（DLC）膜模具表面改性技术，充分利用功能梯度类金刚石膜摩擦系数低、耐磨性能好以及绿色环保等优点，发明了适合功能梯度类金刚石膜表面改性的微型模具装置。

　　“和其他加工技术相比，塑性微成形技术利用的是金属塑性变形的特性，而在塑性变形中模具与金属间的摩擦、模具的磨损对微成形影响显著。”王春举说。

　　常见的金属材料在一定力的作用下发生永久变形而不破裂的特性，称为塑性。塑性微成形是利用金属材料的塑性来制造外形尺寸比较小的零件的工艺方法。

　　在加工中使用液体润滑油润滑时，小于1毫米零件的微成形过程中摩擦力会比成形几个毫米零件的摩擦力大几倍甚至几十倍；由于生产的零件比较小，模具的制造精度只有几个微米，甚至只有1到2微米，在大批量的生产中模具很容易磨损导致产品不合格，从而使模具报废。

　　该项目采用类金刚石膜，性能介于石墨和金刚石之间，一方面具有较低的摩擦系数能够降低摩擦，另一方面可利用其性能接近金刚石的一面提高模具的耐磨损能力，显著提高模具的使用寿命，降低生产成本。

　　同时，该团队还开展了紫铜箔、纯金箔等微型构件微成形工艺研究，制作的紫铜箔、纯金箔等微型圆筒件和锥形件尺寸精度等指标均满足设计要求。这一研究拓展了材料选择范围，明显降低了制造成本，提高了成件质量。

　　“此外，采用功能梯度类金刚石膜改性技术，减少了润滑油的使用量，减少了除油工作，因而更环保更经济。”王春举说。

　　满足加工需求

　　功能梯度类金刚石膜模具表面改性的塑性微成形技术在德国、日本等发达国家均有较广的应用。不过王春举团队的研究成果更有优势。

　　“在反映成形能力的极限拉深比方面，该技术的极限拉深比更大。我们已经使用该技术制造多种高质量的微型零件，在这一点上，我国处于国际前列。”王春举说。

　　针对实际加工中人们既要求低摩擦力又要求抗耐磨这一本身矛盾的需求（通常DLC膜耐磨性好时摩擦系数大、DLC膜摩擦系数小时耐磨性差），该团队制备了性能随厚度变化的功能梯度类金刚石膜，即功能梯度类金刚石膜与模具接触部分硬度高、与模具表面结合强度大，而表层则摩擦系数低。这一设计更好地满足了微成形加工的需要。

　　针对塑性微成形特色，该团队研究了大变形条件下的功能梯度类金刚石膜摩擦磨损机理，具有重要的科学意义。相关研究发表SCI检索文章10余篇，受到国际同行的较高评价。在模具结构设计、DL膜性能测试等方面，获得多个国家发明专利。使用该微成形技术，制作出圆筒、锥形等多种薄板零件，并在实际生产中获得应用，尤其是成形出金箔零件，在国内外尚属首次。