铝/镁双金属复合成形技术的研究现状及发展趋势

镁合金和铝合金由于其优良的性能受到广泛关注和研究,然而单独的镁合金或铝合金在某些方面的性能不足而不能满足一些特定工况的要求,因此铝/镁双金属复合材料制备成为了必要。本文指出了铝/镁双金属复合材料的性能优势,综述了铝/镁双金属复合材料的发展现状、复合机理、界面结合层产生的金属化合物及调控方法、复合成形技术对其组织性能的影响及基本原理等。论述了铝/镁双金属复合材料的复合成形技术目前亟待解决的问题,并对其未来的发展及研究重点提出了展望。     

钛/铝/镁爆炸焊复合板波形界面及力学性能

文中提出以薄的铝合金板作为过渡层,采用爆炸焊接技术成功制备钛/铝/镁层状复合材料. 对钛/铝接合界面、铝/镁接合界面及钛/铝/镁爆炸复合板的整体力学性能进行了分析研究. OM和SEM试验结果表明,钛/铝接合界面和铝/镁接合界面均为波状接合界面,在铝/镁界面出现了局部熔化区;钛/铝接合界面为小尺寸波(λ=160 μm,h=26 μm),铝/镁接合界面为大尺寸波(λ=1 740 μm,h=406 μm);拉-剪试验表明,复合板沿着铝/镁接合界面断裂;弯曲性能测试表明,钛板一侧受拉时复合板弯曲强度和塑性均优于镁合金板一侧受拉,断裂始于铝/镁接合界面,最终从镁合金板一侧剪切断裂失效.     

退火态CFR镁/铝复合板界面形貌与力学性能研究

通过对波-平轧制镁/铝复合板进行退火处理,研究了退火温度和退火时间对镁/铝复合板界面微观组织和力学性能的影响规律。结果表明, 200℃/30 min退火平直镁/铝复合板新结合界面生成薄的Mg₁₇Al₁₂相扩散层,这可以促进界面冶金结合,提升界面结合强度。当250℃/30 min退火时,新结合界面迅速扩展,进一步形成由Mg₁₇Al₁₂相和Mg₂Al₃相共同构成的IMCs层。当退火温度升高到300℃时,界面整体形成连续分布的IMCs层,退火温度越高或退火时间越长, IMCs层厚度越大。高温退火处理时,强塑性变形可以加速波谷位置界面原子间的扩散,导致同种化合物波谷位置的生长激活能小于波峰位置,从而造成波谷扩散层厚度大于波峰。退火态镁/铝复合板弯曲测试后,界面无分层、基体无脱落。随着退化温度的升高,平直镁/铝复合板高温拉伸抗拉强度下降,而断裂伸长率增加。     

衬板轧制铝/镁/铝复合板的波纹界面结构及形成机理（英文）

提出一种采用衬板轧制进行AA1060铝/AZ31B镁/AA1060铝复合板的制备方法。结果表明：传统轧制铝/镁/铝复合板截面轮廓较为平直,而衬板轧制由于衬板可将剪切力部分转化为压应力,从而改变复合板板受力状态,在铝/镁界面连接处形成差速流动,故而界面轮廓呈现波浪状特征,层间实现互锁连接。界面连接强度为64 MPa,是传统轧制复合板的4倍。力学性能测试表明：衬板轧制复合板的抗拉强度可达210 MPa,比传统轧制法提高12.3%。综上可知,衬板轧制法为高性能铝/镁/铝异质复合板成形制造提供一种新思路。     

热压法制备镁铝复合板的层界面组织与性能研究

在大气环境下采用两种镁铝共晶合金粉末作为中间层(钎料),分别在460、480℃下施加30 MPa压力,制备了AZ31/Al层状复合材料.采用粘接拉伸试验测试了连接件界面的结合强度.结果表明:镁合金基体与铝基体都与中问层发生了扩散,形成了冶金结合;连接界面呈明显的层状结构,其抗拉强度达24 MPa.     

退火工艺对镁铝轧制复合板的影响

对不同退火温度和退火时间处理的镁铝复合板进行显微组织观察、能谱分析和硬度测量。结果表明：退火处理后,复合界面上生成了新的扩散层,随着退火温度升高,结合层和扩散层的厚度增加,晶粒变大, 随着退火时间的增加,结合层的厚度先上升后下降,而扩散层的厚度一直在上升,晶粒变小。扩散层厚度过大时,该区域内组成物质主要是脆硬相的金属间化合物,结合层和扩散层分别生成了Al12Mg17和Al3Mg2,复合界面成为脆性结构,复合强度反而降低。 350 ℃下60 min退火处理为较理想的退火工艺。     

钢／铝复合板热轧复合变形规律

采用弯曲实验、金相和扫描电子显微镜,研究轧制温度、变形量对钢/铝复合板热轧复合的结合强度、界面和厚比分配的影响.结果表明:在轧制温度低于400℃时,弯曲次数随着预热温度的升高而增加,之后又逐渐减少:轧制温度在400℃时钢/铝复合板结合界面的结合强度最大;随着轧制温度的升高,铝层的压下量增加,钢层的压下量减小,致使两者压下量的差值增加;总的压下量越大,弯曲次数越多,结合界面和结合强度越好:当总压下量为20%～30%时,弯曲次数随压下量的增加而缓慢增加;当总压下量＞30%时,弯曲次数随压下量的增加而快速增加;随着总压下量的增加,钢和铝的压下量成正比关系增加,变化趋势相同,组元压下量的差值随总压下鼍的增加而减小,变形量趋于一致.     

冷轧铝-钢复合板的退火工艺

对55%变形条件下冷轧复合4A60铝/08Al钢复合带材进行退火处理,研究退火温度对钢层再结晶行为和铝-钢界面结合强度的影响。结果表明：退火温度为600 ℃保温60 min,钢层发生完全再结晶;退火温度为400~600 ℃,保温60 min,铝-钢复合板界面结合强度达到最大值9 N/mm,当保温时间为60 min,温度高于610 ℃时,铝-钢界面处产生脆性化合物,结合强度急剧降低至2.7 N/mm。确定55%变形条件下铝-钢复合板最佳退火工艺为600 ℃保温60 min。     

不锈钢／铝（铝合金）不不锈钢多层复合板残余应应力研究

采用取条法和化学浸蚀法相结合对不锈钢／铝（铝合金）／不锈钢多层复合板的残余应力值进行了测量，结果表明外层不锈钢受到长度和宽度方面的残余应拉应力作用，随着轧制复合变形量的增加，多层复合板的残余应力值会逐渐增大，此外还通过热－力耦合的弹塑性有限元法对不锈钢／铝（铝合金）／不锈钢多层复合板的残余应力场进行了模拟仿真，并将模拟结果与试验测量进行了分析和对比。     

多坯料挤压及在铝／铝合金复合材料成形中的应用

介绍了多坯料挤压技术的原理,特点,评述了多坯料挤压技术的工业应用前景。采用该技术进行了１０５０／２０２４复合棒材成形的试验研究,结果表明复合材料界面为合金元素素扩散明显的良好的冶金结合界面焊合强度高。     

镁/铝爆炸复合板轧制过程的热力耦合数值模拟

镁/铝叠层复合板作为一种新型的叠层复合材料,利用爆炸+轧制的工艺方法生产镁/铝叠层复合板能够充分发挥镁合金和铝合金的性能优势。应用ABAQUS有限元分析软件对镁/铝爆炸复合板在不同热轧工艺下的热轧过程进行模拟,分析了轧制过程中温度、压下率对复合板宽展、等效应变及翘曲程度的影响。模拟结果表明:复合板宽展随温度的升高而略微降低,随轧制压下率的增大而增大;轧制过程中金属主要沿轧制方向进行流动,最大宽展率为3.5%;从复合板头部到尾部,节点的等效应力先升高、再维持水平、最后下降,界面最大等效应变随压下率的增加由0.164增大至0.523;轧制过程中,界面处金属温度高于两侧金属温度,轧制结束后温度由350℃降至237℃;轧制温度为350℃、轧制压下率为30%时,轧制效果最好。     

Modification of residual stress in Al-[AlBO]_w/Al compound plate

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔａｋｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ｈｉｇｈｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｅ,ｌｏｗ ｅｒｔｈｅｒｍａｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｅｘｐａｎｓｉｏｎｅｔｃ[1 ,2 ] ,ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｔｙｐｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｇｏｏｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ.Ｄｕｅｔｏｔｈｅｈｉｇｈｃｏｓｔ,ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｏｐｕｌａｒｉｚａ ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏ…     

超声波对原位Mg2Si/Al复合材料中初生Mg2Si形态的影响

采用光学显微镜和场发射扫描电镜,研究超声波对原位 Mg2Si/Al 复合材料中初生 Mg2Si 形态的影响。研究结果表明：超声波处理使初生Mg2Si的晶粒尺寸从150μm降低到20μm,初生Mg2Si形态发生改变。在二维形貌中,未实施超声波振动处理的初生Mg2Si晶粒生长为含有空腔的粗大颗粒,共晶组织生长于其中,相应的三维形态为含有漏斗状空腔的八面体和十四面体。超声波处理后的初生Mg2Si晶粒变成细小、实心三维形态的颗粒,颗粒棱角已发生钝化效应。     

复合层对Al接触反应钎焊过程及接头性能的影响

研究了Cu ,Zn复合层对Al接触反应钎焊过程和接头质量的影响规律。Cu和Al形成共晶液相破坏了Al表面氧化膜 ,促使Cu Zn包晶液相和Al Zn Cu共晶液相在Al表面润湿。结果表明 ,采用复合层进行Al接触共晶反应钎焊时 ,Cu和Zn厚度比例合适 ,可提高钎焊接头的抗电化学腐蚀性能和接头强度     

热暴露对B/Al复合材料力学性能的影响

研究了由热等静压工艺制备的B/Al复合材料在 30 0℃和 5 0 0℃条件下经不同时间热暴露处理后的力学性能及断口特征 ,从界面微观特征的角度分析了温度和时间等参数对性能产生影响的原因。实验结果表明 :在30 0℃长时间 (5 0～ 10 0h)热暴露后 ,性能下降幅度约为 2 0 %～ 30 % ;温度为 5 0 0℃时 ,经较短的时间 (数小时 )热暴露后性能显著下降。微观分析表明 :在 30 0℃长时间热暴露后没有明显的界面反应 ,在 5 0 0℃数小时热暴露后出现纤维和基体的界面反应层 ,界面反应的发生使力学性能降低。     

纤维及界面反应对mullite／Al—4.0Cu—1.85Mg铝基复合材料时效行为的影响

采用挤压铸造方法制备mullite/Al-4.0Cu-1.85Mg铝基复合材料。用硬度测试（HB）,差示扫描量热仪（DSC）和分析透射电镜（ATEM）等手段,研究了复合材料及其基体合金的时效硬化特性,时效相的析出序列,析出相和位错的微观形貌特征以及界面结构,结果表明：mullite纤维的引入抑制了GPB区的形成,提高了基体合金的时效硬度,但纤维加速复合材料时效硬化的作用不明显,这是由于Mg元素在纤维／基体界面处发生了界面反应,生成镁铝尖晶石（MgCl2O4),使复合材料中非纤维区内实际Mg含量降低所致。     

原位合成TiCp/Al预制块及其在镁液中的熔化行为

采用XD法原位合成TiCp/Al预制块, 并通过XRD、 SEM、 EDAX和DTA等手段研究了预制块的组织和性能, 探讨了TiCp/Al预制块在镁液中的熔化行为. 结果表明: TiCp/Al预制块中, 基体Al的熔点约为635.7.℃, 略低于纯铝的熔点, 但TiC粒子之间存在较强的结合力, 使其在高温加热时仍能保持原有形状; 未搅拌时, TiCp/Al预制块在800.℃的镁液中保温60.min后仍不熔化, 采用搅拌工艺有利于促进TiCp/Al预制块的熔化, 并且使TiC粒子在熔体中均匀分布. TiCp/Al预制块在镁液中熔化时, 基体Al通过熔化和对流扩散进入到镁液中, TiC粒子间的较强的结合力需通过搅拌产生的剪切力才能破坏, 并随镁液流动进入到镁液中. 机械搅拌可使TiC粒子在镁液中均匀分布.     

超声波辅助钎焊镁铝异种金属接头微观组织研究

铝合金和镁合金都具有密度小,比强度高等优点,在航天、航空等行业得到了广泛的应用。但这两种金属焊接时极易生成脆性的金属间化合物,使其很难获得性能优良的接头。在钎焊时,如何选择钎料避免有害金属间化合物的生成,是获得铝/镁异种金属优质接头的关键。为此本文选用了Sn基和Zn基两种钎料,在大气下采用超声波辅助钎焊技术进行了6063铝合金/AZ31B镁合金的焊接,通过OM、SEM以及EDS能谱对比分析了两种钎料钎焊接头组织。实验结果表明,采用Sn基钎料,钎焊接头不会生成Mg-Al脆性金属间化合物,钎缝中会溶解Al元素,Al元素以Al基固溶体相和Ag（Al）相形式存在于钎焊接头中,并且在超声波作用时间达到4.5s时,Al元素均匀分布在整个钎缝中。采用Zn基钎料,钎焊接头中有大量脆性Mg/Al金属间化合物生成,同时在钎缝组织晶界处有第二相低熔点Sn颗粒的弥散分布。     

6061/AZ31B/6061对称复合板的组织与力学性能研究

本文在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

Preliminary investigations on the Mg–Al–Zn/Al laminated composite fabricated by equal channel angular extrusion

In order to utilize the advantage of low density and overcome the disadvantages of poor corrosion resistance and low strength, the laminated composites of Mg alloys fabricated by different methods have attracted extensively attentions. In this paper, the equal channel angular extrusion (ECAE), which has been widely used to fabricate ultrafine grain bulk materials, was introduced to fabricate the Mg–3Al–1Zn/Al (AZ31/Al) laminated composites at different temperatures. After fabrication and annealing treatment at different temperatures, the microstructural evolution and phase constitution near the joining interface of AZ31/Al composites were evaluated using optical and scanning electron microscope as well as X-ray diffraction (XRD). The results indicated that the higher annealing temperature promoted the formations of thicker bonding layers and more reaction phases near the joining interface, which mainly included Mg₂Al₃ and Mg₁₇Al₁₂ phases. The AZ31/Al laminated composite fabricated at 300 °C revealed thicker diffusion layer than that fabricated at 200 °C after anneal under the same condition, and the appropriate technological parameters of fabricating AZ31/Al laminated composites were also discussed.