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多層金屬復(fù)合材料研究現(xiàn)狀

來源:上海添時(shí)科學(xué)儀器有限公司   2022年10月14日 08:53  

  隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,對(duì)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(duì)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*的性能,也能取長補(bǔ)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(qiáng)度硬度的同時(shí)也能有很好的韌性。下圖為貝類外殼的層狀結(jié)構(gòu)。 

 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(huì)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(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生,并且Cu在Ag層中的擴(kuò)散更加明顯。

 

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(huì)呈現(xiàn)不同特征,初始三個(gè)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(shí),AA6061界面就會(huì)發(fā)生頸縮,斷裂,終發(fā)生界面紊亂。

 

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

 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(duì)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(shí),Mg層均發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,同時(shí),在溫軋過程中,由于界面結(jié)合時(shí)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(shí),Mg/Mg和Mg/Al/Mg多層復(fù)合材料均達(dá)到很高的抗拉強(qiáng)度。

 

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

    目前,針對(duì)多層金屬復(fù)合材料的研究多集中于低熔點(diǎn)、低強(qiáng)度、變形匹配性好、延展性好、強(qiáng)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(huì)影響復(fù)合材料整體的協(xié)調(diào)變形,對(duì)界面的結(jié)合質(zhì)量也提出了更高的要求。目前的重點(diǎn)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。

[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 & Engineering,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 & Engineering,2012,556:1-8. 

 


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