近幾十年來，鎂合金制造的零件因其低密度、高比強度和剛度的理想組合而引起了相當大的關注。鎂合金板作為均質結構材料由于其較差的可加工性而受到限制。據報道，通過引入一層或多層鋁來形成鋁/鎂（多）層復合材料，可以顯著提高鎂層的可加工性。目前，爆炸焊接(EXW)是制造由鋁和鎂合金板的最佳方法之一。現有報道中關于鋁和鎂合金EXW過程中形成金屬間化合物的報道極為稀少，只有少數論文涉及兩層或三層復合材料的接頭起源，所得結果存在一定爭論。盡管已有研究成功制備出多層復合材料，但很少有人關注該工藝在考慮Al和Mg基金屬成分方面的特殊性。尚不清楚EXW參數如何影響板的宏觀/微觀結構，即復合材料界面的波浪/平坦特征、結合層內部微觀結構和化學成分；界面結構的變化是否會影響進一步熱處理操作期間擴散過程的動力學也不明確。

波蘭科學院的一項最新研究探討了單次EXW制備多層AZ31和AA1050復合材料的顯著特征，確定層狀復合材料結合質量和均勻性的影響因素，通過退火促進金屬間化合物層的形成。相關論文以題為“Effect of impact loading and heat treatment on microstructure and properties of multi-layered AZ31/AA1050 plates fabricated by single-shot explosive welding”發表在Materials & Design。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110411

研究發現，在所施加的爆速下只有第一個界面呈波浪狀，而其他界面是半平坦或平坦的。在所有界面附近，局部熔化和快速凝固形成了由各種化學成分和結構的相組成反應區域。在反應區域中發現兩種平衡相（γ-Mg17Al12和β-Mg2Al3），大部分凝固的熔體由非平衡相組成，呈現出無定形或超細晶粒結構。構成反應區域的相顯微硬度在358-419 ?HV范圍內，約是Al的8倍和Mg的5倍。母板的界面層經歷了嚴重的塑性變形，導致晶粒細化。多層復合材料的后續熱處理誘導了高硬度γ-Mg17Al12和β-Mg2Al3層的快速形核和生長。在預先存在的反應區域內，具有各種化學成分的區域系統地轉變為β-Mg2Al3相。結合區域作為β-Mg2Al3相形核中心，加速了加熱過程中Mg和Al之間的反應。

圖1 Mg(AZ31)/Al(AA1050)多層復合材料橫截面的SEM圖

圖2 界面層的SEM/BSE圖

圖3 截面的SEM/BSE圖和成分分析

圖4 擴散層中裂紋形成的SEM/BSE圖

圖5 界面附近形成擴散亞層的微觀結構和化學成分分析

在退火過程中施加3 MPa的壓力能夠有效避免加熱過程中結合層分離，但無法防止β-Mg2Al3相中線性裂紋的形成，這顯著降低了復合材料的可成形性。在試驗期間，觀察到結合層的快速分離。在573 K下測試的樣品具有最高的完整性。對于所有退火樣品和其他溫度下測試的焊后樣品，接頭強度顯著降低，并且由于β-Mg2Al3相內部形成裂紋，將沿所有界面發生分離。本文闡明了熱處理期間層狀復合材料結合層擴散的動力學，本研究對爆炸焊制備層狀復合材料的實際應用有積極作用。