粉末冶金成型调试原理（粉末冶金-辊压接合方法助力全面分析Al）

导读

文中采用粉末冶金-辊压接合方法成功制备了Al/Mg层状复合材料，研究了退火时间对复合材料显微组织和力学性能的影响，讨论了显微组织演变与力学性能的关系，并揭示了复合材料的拉伸和剪切断裂机理。该工作对于制备高性能Al/Mg复合材料具有重要的理论意义和工程应用价值。

现代科技的飞速发展对材料的性能提出了更高的要求。轻质、高强、多功能的新型金属层状复合材料已成为当前的发展趋势和研究热点。特别是近年来，随着新能源汽车市场的扩大和航空航天领域对大推力航天器的需求，轻质高强金属层状复合材料的应用急速增加。

Al/Mg层状复合材料具有独特的综合性能优势，在航空航天、军事等特殊领域有着重要的应用，因而成为当前的研究热点。但Al、Mg合金的理化性能差异，导致其难以实现有效的复合粘接。同时，Al、Mg之间容易形成脆性金属间化合物（IMC），严重影响了结合强度和力学性能，从而限制了Al/Mg复合材料的发展和应用。同时，单一的制备方法容易受到自身缺陷的限制和影响，因此迫切需要开发制备高品质Al/Mg复合材料的新方法。

研究发现，将辊压接合法与粉末冶金工艺相结合可以制备出兼具粉末冶金材料微观结构优势和轧制变形材料力学性能和尺寸优势的Al/Mg层状复合材料。为此，中南大学的马运柱研究员以Al和Mg合金为原料，提出采用粉末冶金-辊压接合方法制备Al/Mg复合材料。相关成果以题为“Investigation on microstructure, mechanical properties and fracture mechanism of Mg/Al laminated composites” 发表于《Materials Science & Engineering》。对于层状金属复合材料，其特殊的微观结构对力学性能有着重要的影响，断裂机制与均质材料的断裂机制有着显著差异。

点击图片阅读全文

结果表明，300 ℃退火后、 在Al/Mg界面形成了一层硬脆的IMC层，随着退火时间从30 min增加到120min，IMC层的厚度从5.03 μm增加到13.21 μm。IMC层呈现典型的3层结构，从Al基体侧到Mg基体侧对应的相结构分别为Mg32Al47Cu7、Al3Mg2和Al12Mg17相。

IMC层的平均维氏硬度为381.93 MPa，为Al和Mg基体的4倍。当退火时间为60 min时，Al/Mg复合材料的整体拉伸性能和界面剪切性能最好。其中，极限拉伸强度为(262.98±6.18) MPa，伸长率为(19.86±2.38)%，界面剪切强度为(27.83±1.59) MPa。

此外，Al/Mg复合材料在拉伸过程中表现出多步断裂特征，即界面IMC层先局部开裂，然后Mg基体断裂，最后Al基体断裂。其中，Mg基体呈穿晶解理断裂特征，而Al基体呈韧窝断裂特征。在剪切试验中，Al/Mg界面呈脆性解理断裂特征，断裂处介于Al3Mg2相层和Mg32Al47Cu7相之间

免责声明：本文原创自期刊正式发表论文，仅供学术交流，数据和图片来源于所属出版物，如有侵权请联系删除。