中文摘要：

微机械业已广泛应用于航空、航天、航海、生物工程、医疗、化工等领域，但现有的微机械加工技术生产成本高、周期长、材料去除率低，可加工尺寸范围窄，而且难以制备出三维复杂的微构件。本项目所研发的微铸造成形技术，则可一举克服前述弊端。可以低成本、大批量地高效制备从微米级到毫米级尺度的三维复杂纳米晶微构件，这一全新的微构件微细加工技术具有重要的学术研究价值和巨大的潜在经济效益。本项目拟率先深入系统地研究液态金属在微尺度三维复杂性腔内的传热、传质、充型流动和凝固规律，并对其进行相似物理模拟以及计算机数值模拟，深刻揭示微传热、微传质、微流动和微凝固的微观机制。在此基础上，确立微铸造成形的优化浇注系统，并制备出三维复杂的优质微铸件。深入研究微铸件显微组织演进和相转变规律，进而低成本、大批量地高效制备具有微米晶甚至纳米晶的三维复杂微铸件。此外，还拟重点深入分析微尺度效应对微铸件力学性能的影响规律及其微观机制。

结论摘要：

自主研发了金属型微精密铸造工艺，并率先成功制备出迄今最小的三维复杂微齿轮铸件，其外径仅为580微米，并对微铸造成形进行了深入的理论及实验研究。在适用于传统宏观尺度流动的N-S方程基础上，添加了微尺度流动条件下必须考虑的毛细管力及气体反压力，获得了适合于微尺度高温液态金属充型流动和传热的物理模型和数学模型，籍此，对微铸造过程中高温液态金属的流动和凝固进行了数值模拟，并加以实验验证，系统研究了工艺参数对微流动性的影响规律。研究发现微尺度条件下液态金属的充型流动行为存在非常明显的"凸进效应"，同时发现微米尺度金属液滴的接触角会随尺寸的减小而降低，而且这两个微尺度效应均随尺度的减小更加显著。此外，系统研究了微铸件的强度和延伸率，并利用纳米压痕技术，测试了微铸件的硬度、模量及蠕变速率敏感指数等力学参量，并研究了微铸件的显微组织演变规律，结果发现，当铸件尺度进入微米尺度时，微铸件铸件的力学性能成倍提高，而显微组织数十倍细化，两者均出现了十分明显的"微尺度效应"。另外，还研发了新型的微熔模经铸造工艺，并借助超声力场，率先成功制备出纳米晶粒的石膏型，突破了制备高表面光洁度微熔模铸件的最大难点。