隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，對材料的性能要求也越來越高，傳統(tǒng)材料由于結(jié)構(gòu)單一，綜合性能不夠突出，難以滿足對多性能耦合要求的服役環(huán)境。但是由多種不同性能的材料通過物理或者化學(xué)方法結(jié)合制備而成的復(fù)合材料，既能保持各組元材料獨特的性能，也能取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使新制備的復(fù)合材料綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于各組員材料的性能，從而滿足不同復(fù)雜工況的要求。自然界中也有很多類似的結(jié)構(gòu)，軟/硬相結(jié)合的多層結(jié)構(gòu)可以提高其強度硬度的同時也能有很好的韌性。下圖為貝類外殼的層狀結(jié)構(gòu)。 

 

圖1貝類外殼顯微結(jié)構(gòu)

 

    由于異種金屬多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料具有優(yōu)良的物理、化學(xué)、力學(xué)性能而受到了越來越廣泛的關(guān)注。例如zhang^[1]等學(xué)者采用軋制和退火工藝制備了一種Ag/Cu雙金屬多層復(fù)合材料，經(jīng)過冷軋之后，Cu層會產(chǎn)生明顯的纖維狀組織，而Ag層為模糊的等軸晶組織。退火后，不同組織層中出現(xiàn)了不同程度的再結(jié)晶，而且Cu層和Ag層之間有互擴散現(xiàn)象發(fā)生，并且Cu在Ag層中的擴散更加明顯。

 

圖2復(fù)合材料經(jīng)過室溫軋制（左）400℃退火4.5h（中）800℃退火4.5h（右）顯微結(jié)構(gòu)

 

    而su^[2]等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)退火處理后的AA1050/AA6061板材經(jīng)過累積軋制的超細(xì)晶多層復(fù)合材料在不同道次下界面會呈現(xiàn)不同特征，初始三個道次內(nèi)，不同鋁合金母材基本上能夠同步協(xié)調(diào)變形，但是當(dāng)軋制次數(shù)變多時，AA6061界面就會發(fā)生頸縮，斷裂，最終發(fā)生界面紊亂。

 

圖3復(fù)合材料經(jīng)1道次（左）3道次（中）5道次（右）疊軋后顯微照片

 

圖4界面形態(tài)發(fā)展示意圖初始狀態(tài)（左）低循環(huán)變形（中）高循環(huán)變形（右）

 

    Liu^[3]等人通過溫軋制備了Mg/Mg和Mg/Al/Mg多層復(fù)合材料，并對不同下壓量下微觀組織組織的變化和性能做了相關(guān)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，400℃的直至溫度下，Mg/Al/Mg臨界下壓量為20%，遠(yuǎn)低于Mg/Mg的臨界值。當(dāng)變形量在40%時，Mg層均發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，同時，在溫軋過程中，由于界面結(jié)合時間較短，在界面中沒有形成Mg-Al金屬間化合物。而當(dāng)下壓量在35%時，Mg/Mg和Mg/Al/Mg多層復(fù)合材料均達(dá)到很高的抗拉強度。

 

圖5Mg/Mg30%壓彎率（左）Mg/Al/Mg30%壓彎率（中）Mg/Mg50%壓彎率（右）彎曲試驗

 

    目前，針對多層金屬復(fù)合材料的研究多集中于低熔點、低強度、變形匹配性好、延展性好、強度差異不大的兩種或多種純金屬及其合金材料的復(fù)合，它們?nèi)菀走M(jìn)行變形和相互協(xié)調(diào)變形，能夠形成界面連續(xù)的多層復(fù)合材料。例如，鋁-鋁、鋁-銅、鋁-鎳、鋁-鈦、銅-鈮、鋁-鎂，鋁-鋼等。如果多層復(fù)合材料組元的力學(xué)性能差異過大或者組元變形能力很差勢必會影響復(fù)合材料整體的協(xié)調(diào)變形，對界面的結(jié)合質(zhì)量也提出了更高的要求。目前的重點研究方向在于制備變形能力及力學(xué)性能優(yōu)異的多層金屬復(fù)合材料。

 

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    [1] L. Zhang et al. Behaviors of the interface and matrix for the Ag/Cu bimetallic laminates prepared by roll bonding and diffusion annealing. [J] Materials Science & EngineeringＡ,2004,371(1-2):65-71.

 

    [2] Su L et al. Ultrafine grained AA1050/AA6061 Ultrafine grained AA4050/AA6061 composite produced by accumulative roll bonding. [J] Materials Science and Engineering A 2013,559:345-351.

 

    [3] Liu C Y, et al. Microstructures and mechanical properties of Mg/Mg and Mg/Al/Mg laminated composites prepared via warm roll bonding [J]. Materials Science & EngineeringＡ,2012,556:1-8.