Mg/Al双金属固相复合界面特征与性能

摘要

Mg/Al双金属层状复合材料因兼具镁合金低密度和铝合金耐腐蚀的特性，在轻量化与高性能成形制造方面应用需求巨大.而金属材料接触面在固态下直接结合的双金属固相复合工艺，因避免了液–液复合或液–固复合中氧化、夹杂等缺陷对复合材料性能的影响，在双金属复合技术中具有显著的优势.为阐明Mg/Al双金属固相复合过程中热变形条件对复合界面特征和性能的影响规律，开展了变形温度300～430℃、应变率5×10^-3～1 s^-1和变形量20%～40%条件下的热压缩复合实验，采用扫描电镜、能谱仪和维氏硬度仪获得了复合界面的微观形貌、元素和硬度的分布规律.结果表明：随着应变率降低、变形量增加和变形温度升高，元素扩散时间增长、扩散能力增强，过渡区总厚度增加，形成了Mg₁₇Al₁₂相和Al₃Mg₂相组成的高硬度金属间化合物层.在此基础上，通过建立金属间化合物层的厚度演化模型，结合双金属冶金结合的临界变形量计算公式，构建了Mg/Al双金属复合界面特征随热变形条件演化图.计算结果说明：较高温度（>400℃）和较高应变率(～1 s_-1)的变形条件在保证Mg/Al双金属冶金结合同时，可以抑制金属间化合物层的出现和长大，从而有助于良好复合界面的实现.

关键词

Mg/Al双金属 / 复合界面 / 元素扩散 / 微观组织 / 厚度演化模型

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2022YFE0123700）; 国家自然科学基金资助项目（52305335,U23A20537,52211530441）; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（FRF-TP-22-039A1）