導讀：層壓金屬復合材料（LMC）是一種獨特的復合材料，在汽車、船舶、飛機等制造業(yè)具有廣闊的應用前景。作為一種輕質材料，Mg/Al LMC有望結合Mg和Al兩種合金的優(yōu)點，拓寬其應用前景。軋輥粘接法生產效率高，產品質量穩(wěn)定性好，是鎂鋁復合材料最常用的制備方法。輥粘結過程涉及襯底的變形和界面擴散層的形成。后者將直接確定Mg/Al LMC的界面鍵合強度。結合強度對擴散層中反應層的厚度非常敏感。當反應層厚度超過5 μm時，結合強度急劇下降。因此，控制反應層的厚度對于軋制參數的設計非常重要。最新研究還表明，添加中間層金屬和構建三維界面可以進一步提高界面粘結強度。如何將這些方法應用于滾軋粘接是未來研究的重點。近年來，發(fā)展了一種新的軋制工藝——瓦楞輥/平輥+平輥/平輥軋制，以制備鎂鋁復合材料。它可以有效地促進硬層的變形，并產生波狀界面，從而提高粘合質量和軋制質量。

各種金屬的雜化復合材料一直是提高強度、塑性、剛度、沖擊性能、耐磨性等性能的有效方法。雜化金屬的結構是決定復合材料性能的重要指標。金屬多層復合板是一種典型的混合金屬復合材料。近年來，已制備出各種多層復合板，即Ni/Ti、Al/鋼、Al/Cu、Cu/Ni、Mg/Al、Ti/Al等。其中，Mg/Al LMCs 受到了廣泛關注。鎂、鋁及其合金作為輕金屬結構材料，已廣泛應用于汽車、航空航天等領域。Mg/Al LMCs 的制備有望利用 Mg 和 Al 各自的優(yōu)勢。眾所周知，鎂及其合金是最輕的金屬，作為結構材料具有高比強度、高比剛度和優(yōu)異的阻尼能力等優(yōu)點.相比之下，鋁及其合金具有更優(yōu)異的耐腐蝕性和成型性。因此，Mg/Al或Al/Mg/Al LMCs有望結合鎂合金和鋁合金的優(yōu)點，拓寬其應用前景。

對此，重慶大學潘復生院士團隊進行了深入研究。本篇綜述詳細闡述了軋制參數和后續(xù)退火對Mg/Al LMC界面結構的影響。還總結了一些特殊軋制技術在鎂/鋁LMC制備中的應用。綜述了Mg/Al LMC界面結構與力學性能之間關系的最新研究結果成果。最后，提出了該領域的進一步研究方向。項關于研究成果以題為Preparation, structure and properties of Mg/Al laminated metal composites fabricated by roll-bonding, a review發(fā)表在Journal of Magnesium and Alloys上。

鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.08.001

圖1 滾接原理圖

滾壓鍵合過程中，原子在界面處擴散形成擴散層，形成冶金鍵合。對于 Mg/Al LMC，擴散層包含 Mg (ss)-反應層（γ-Al 12 Mg 17層 +β-Al 3 Mg 2層）-Al（SS）。擴散層的厚度和結構對結合強度有很大影響。一般當擴散層的厚度增加到5μm以上時，界面結合強度就會大大降低。這與反應層脆性 IMCs 的形成有關，這有利于裂紋的產生和擴展。此外，反應層晶粒尺寸和形貌的控制對結合強度也有本質的影響。后退火軋制可有效降低擴散層厚度，使界面處的柱狀晶粒細化為等軸晶粒。這種變化有利于界面結合強度的提高。因此，為了提高粘接強度，

圖2  (a) Al-Mg二元相圖；(b)擴散鍵合(450°C/60 min) Mg/Al LMC的SEM-BSE圖像

圖4  (a) 20%， (b) 40%， (c) 50%還原率下AZ31/1060/AZ31 LMC的SEM顯微圖。退火后1060Al的TEM圖像：在(d) 20%， (e) 40%， (f) 50%還原率下，Mg/Al/Mg LMC中的Al層

圖6  典型的SEM圖像顯示了多道次軋制Al/Mg/Al LMC的界面微觀結構。(a) 1060/Mg-Al-Mn-Ce/1060 LMC， (b) 6061/AZ31/6061

圖8  5052/AZ31 LMC輥軋結合界面SEM圖：(a) 400℃退火10min后，(b) 400℃退火后第二道次(35%)。3004/AZ31 LMC結合界面的亮場TEM圖：(c) 300℃退火60 min后(d) 300℃退火后第二道次(41%)

圖11  1050/AZ31/1050 LMC經ARB處理后Mg和Al層組織演變的EBSD圖：(a) 1循環(huán)，(b) 2循環(huán)，(c) 3循環(huán)，(d) 4循環(huán)，(e) 5循環(huán)。

圖12  5052/純Mg/5052在ARB加工過程中的織構演變：(a) (0002) Mg層的極圖，(b) Al層的odf

圖14  Al/Mg/Al LMC在ARB加工過程中縱向截面的SEM顯微圖：(a)主夾層，(b) 1次循環(huán)，(c) 2次循環(huán)，(d) 3次循環(huán)

圖16  (a) (d) 1次、(b) (e) 2次、(c) (f) 3次ARB處理后Al/AZ31多層復合材料的SEM截面顯微圖和相應的EDS線掃描圖

ARB 鍵合也被用于制備多層 Mg/Al LMCs。在以往的研究中，微觀結構和宏觀結構的演變在 ARB 鍵合過程中進行了研究。ARB循環(huán)的增加將導致Mg層和Al層之間應變分配的變化，硬質層的頸縮和斷裂，以及界面處IMCs的形成和破碎。這些結構的演變對 ARBed Mg/Al LMCs 的整體力學性能有重要影響。然而，關于力學性能與ARBed結構之間關系的研究很少受到關注。隨著 ARB 循環(huán)次數的增加，Mg/Al LMCs 的強度和延展性會降低。這與 ARBed 整體式鋁合金或整體式鎂合金有很大不同。作為一種嚴苛的塑性加工工藝，采用高循環(huán) ARB 可以獲得超細晶粒。

圖17  特殊軋輥粘接工藝示意圖：(a)差速軋制；(b)雙輥澆鑄，(c)瓦楞輥+平輥粘接

圖18  as-TRC條件下反應區(qū)的微觀結構：(a) SEM圖，(b) TEM圖(插圖：Mg17Al12的區(qū)軸衍射圖)和(c) EBSD反極圖

圖22  典型的SEM圖像顯示了Al/Mg/Al復合板在(a)軋制狀態(tài)和(b) 200°C， (C) 250°C， (d) 300°C， (e) 350°C， (f) 400°C 2h退火狀態(tài)下的界面微觀結構

圖24  5052/AZ31/5052界面熱軋結合和退火后的TEM結果。(a) Al/Al3Mg2， (b) Al3Mg2/Mg17Al12， (c) Mg17Al12/Mg

圖27  (a)和(b)制備含梯形中間層Al/Mg/Al的示意圖，(c) RD-TD平面宏觀形貌，(d) TD-ND平面宏觀形貌

圖31 (a)二次軋制對軋制后和退火后3004/AZ34 LMC結合強度的影響。(b)界面形狀對軋制6061/ZK60/6061 lcc結合強度的影響(T： 3D形狀，P： 2D形狀)

圖34 (a) 7075/Mg-Gd-Y-Zr/7075 LMC的典型應力-應變曲線，(b) STS430/3004/AZ31 LMC ， (c) AZ31的典型應力-應變曲線

除了常規(guī)的軋制工藝外，本文還提出了一些特殊的軋制工藝來制備異種金屬的LMCs，如DSR、TRC、CFR等，這些工藝在制備LMCs方面各有優(yōu)勢。CFR 已被應用于制造 Mg/Al LMCs。CFR可以有效提高粘合質量和軋制質量。然而，滾壓機理和滾壓參數對力學性能的影響還有待進一步研究。此外，其他特殊軋制工藝很少用于制備 Mg/Al LMCs。未來的研究可能集中在如何使用這些獨特的軋制工藝來實現 Mg/Al LMCs 的高性能。