趙博文,周存龍,趙廣輝,王效崗,王 濤
(1.太原科技大學(xué) 山西省冶金設(shè)備設(shè)計(jì)理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原030024;2.太原理工大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院,山西 太原030024)
鎂合金具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比剛度高的優(yōu)點(diǎn)[1],是電動(dòng)汽車、高鐵、海上運(yùn)輸、航空等行業(yè)[2]產(chǎn)品輕量化所需的關(guān)鍵材料;但由于其塑性、耐蝕性差[3-5],易發(fā)生氧化及腐蝕等,嚴(yán)重影響了鎂合金的使役性能及應(yīng)用廣度。鋁合金材料與鎂合金固溶度較高,能作為改善鎂合金耐蝕性及加工塑性的增強(qiáng)覆層使用,與基層鎂合金在一定的復(fù)合成形方法下可以制得性能良好的鎂鋁層合板。鎂鋁層合板是一種兼具兩種合金優(yōu)點(diǎn)的新型復(fù)合材料,應(yīng)用前景廣闊[6],在其制備技術(shù)中,軋制工藝因其方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、晶粒細(xì)化效果好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。
鎂鋁層合板軋制復(fù)合工藝參數(shù)的設(shè)定較為復(fù)雜,如軋制壓下率、軋制溫度、軋制速度等參數(shù)均會(huì)影響層合板的成品質(zhì)量,因此需綜合考慮不同金屬的變形協(xié)調(diào)性、界面金屬化合物的生成機(jī)制、異種原子的擴(kuò)散結(jié)合特點(diǎn)等因素的影響。本文從工藝參數(shù)方面入手,論述分析了鎂鋁層合板軋制復(fù)合工藝的研究現(xiàn)狀,并對(duì)其制備工藝難點(diǎn)及應(yīng)用難題進(jìn)行了探討,為未來鎂鋁層合板制備技術(shù)的研究方向提供了一些參考。
鎂、鋁板在軋制復(fù)合時(shí),須使金屬表面在大變形壓力作用下發(fā)生破碎[7],并通過板間機(jī)械結(jié)合點(diǎn)擠出的新鮮金屬的流動(dòng)接觸形成牢固的冶金結(jié)合。但是由于鎂合金具有密排六方結(jié)構(gòu),室溫下非基面滑移系的臨界剪切應(yīng)力遠(yuǎn)大于基面滑移系,因此冷軋復(fù)合的變形抗力大,難以實(shí)現(xiàn)較大變形;而溫度升高后(>230℃),鎂合金的塑性變形機(jī)理轉(zhuǎn)變?yōu)殡S高溫攀移的Friedel-Escaig交滑移機(jī)制[6],塑性變形能力得到大幅提高,軋制力需求較小,臨界壓下率(約40%[8])也低于冷軋法(約50%,60%~65%可得最佳結(jié)合強(qiáng)度[9]),因此層合板大多采用熱軋復(fù)合法。
在設(shè)置熱軋復(fù)合工序時(shí),需根據(jù)坯料特點(diǎn)、產(chǎn)品需求、軋機(jī)軋制能力及道次間變形力分配等問題對(duì)組元板材進(jìn)行組元設(shè)計(jì),并進(jìn)行軋前處理。
熱軋復(fù)合總壓下率應(yīng)限定在一定范圍內(nèi),否則會(huì)出現(xiàn)結(jié)合不牢或板型過差的問題,考慮到軋機(jī)的軋制能力,組合坯總厚度不能太小,否則會(huì)導(dǎo)致軋輥與板材的接觸弧變短[10],變形壓力過大,造成軋機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。層合板的組坯方式一般可分為“鋁/鎂/鋁”和“鎂/鋁”兩種,其中“鋁/鎂/鋁”三明治板適合采用傳統(tǒng)對(duì)稱熱軋,而“鎂/鋁”雙層板由于雙金屬的變形流動(dòng)性差異,會(huì)在軋制出口處向一側(cè)側(cè)彎,適合采用“搓軋變形”的異步軋制提高軋制壓力及變形協(xié)調(diào)性。
除了組合坯總厚度外,組元板的相對(duì)厚度也會(huì)對(duì)層合板的結(jié)合效果、力學(xué)性能產(chǎn)生影響,在劉蒙[11-13]等人的研究中,層合板的力學(xué)性能會(huì)隨鎂層相對(duì)厚度的增加而提高,在板厚比(鎂:鋁)達(dá)到2.4時(shí)最佳,而層合板的層間失效強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度則會(huì)隨鋁層相對(duì)厚度的增加呈線性增加趨勢(shì)。在層合板的力學(xué)性能研究中[14-17]發(fā)現(xiàn),層合板的最大拉深力隨鎂層厚度的增加而提高,其中板厚比為1∶7∶1的三明治板在200~230 ℃下的LDR(極限拉深比)可達(dá)到3.0,適用于筒形件的拉深成形;而提高鋁層的相對(duì)厚度后,層合板的失效強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等隨之增強(qiáng),適用于抗沖擊、抗拉伸的產(chǎn)品制造。
根據(jù)薄膜理論[18]及Y. H. Wu等人[7,19]的研究,由復(fù)合工藝所導(dǎo)致的板材表面氧化層破碎程度的差異同樣對(duì)層合板的界面結(jié)合強(qiáng)度具有相應(yīng)影響。因此,在熱軋復(fù)合前應(yīng)對(duì)組元板表面進(jìn)行去氧化處理,通常步驟為:先機(jī)械打磨除去氧化層,再用試劑或超聲清洗去污。此外,由于坯料的原始加工狀態(tài)不同,在去氧化處理前應(yīng)對(duì)板材進(jìn)行去應(yīng)力退火,鎂、鋁板常用的軋前退火工藝為:鎂合金300 ℃退火0.5 h,鋁合金350 ℃退火1 h。
鎂鋁層合板復(fù)合成功的標(biāo)志為界面處形成金屬化合物層(IMCL)且結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到一定程度[20],否則層合板易發(fā)生分層失效。在熱軋復(fù)合時(shí),隨累積壓下率的增大,板材表面的破碎程度增加,金屬發(fā)生接觸結(jié)合的面積增加,因此界面結(jié)合強(qiáng)度也隨之增強(qiáng),但當(dāng)壓下率提高至一定程度后,結(jié)合強(qiáng)度的增加幅度會(huì)越來越小[21],此時(shí)再增加變形量將會(huì)對(duì)板材板型造成影響,導(dǎo)致邊裂、彎曲、分層等問題。張建軍[22]在固定軋速(10 r/min)與溫度(400 ℃)后研究了改變壓下率對(duì)層合板的影響,發(fā)現(xiàn)總壓下率在40%時(shí)板材的綜合性能最好,在70%時(shí)極限拉伸強(qiáng)度最高,在30%~70%范圍內(nèi)軋制層合板的塑性有明顯的各向異性,即塑性變形量沿軋制方向>厚度方向>寬度方向,這種各向異性可通過交叉熱軋法[23]得到很好的改善。
IMCL是熱力耦合作用的產(chǎn)物,通常標(biāo)志著復(fù)合界面向冶金結(jié)合模式的轉(zhuǎn)化,其生成機(jī)理同樣受到軋制變形力的影響。聶慧慧[24]熱軋制備了單道次33%壓下率層合板A和四道次71%壓下率的層合板B,發(fā)現(xiàn)只有累積壓下率較高的多道次板出現(xiàn)了IMCL,并且多道次板的再結(jié)晶程度及力學(xué)性能更優(yōu)良(極限拉伸強(qiáng)度230 MPa、延伸率19%,如圖1所示)。張建軍[25]在研究中發(fā)現(xiàn)低壓下率層合板界面生成的是鎂、鋁固溶體,因此法向結(jié)合強(qiáng)度較低,而高壓下率的層合板界面則生成的是IMCL,這表明IMCL的生成需要足夠的累積變形量。在羅長(zhǎng)增[26]的研究中,第一道次采用了低溫+大壓下率(350℃+40%壓下率)的方法,但結(jié)合界面并未向冶金結(jié)合模式轉(zhuǎn)化,即未出現(xiàn)IMCL,而在第二道次將溫度升至400 ℃軋制時(shí),界面生成了尺寸穩(wěn)定、非連續(xù)態(tài)分布的IMCL,這表明IMCL的生成受到熱力與道次間變形力的共同影響。此外,鎂合金在多道次軋制復(fù)合時(shí)易產(chǎn)生邊裂,這同樣和熱力與道次間變形力的作用密不可分,鎂合金的邊裂機(jī)制[27]主要受軋制溫度的影響,即因溫度不足、非基面滑移系激活較少,導(dǎo)致板材塑性差;其次,鎂合金軋制邊裂的程度將隨單道次壓下率的減小而減小,隨著軋制變形的進(jìn)行,鎂合金在熱軋過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶[28],塑性得到增強(qiáng),軋制彈跳減小,此時(shí)裂紋的增加數(shù)量較少,更多的是已有裂紋的擴(kuò)展。在趙鴻金[29]等人的研究中,減小單道次壓下率、提高軋制溫度可以有效降低鎂板的邊部損傷,提高結(jié)合強(qiáng)度,在多道次軋制時(shí),單道次的壓下率不超過40%[30]為好。
圖1 33%壓下率板A、71%壓下率板B的拉伸性能和再結(jié)晶比例[24]
軋制溫度是層合板熱軋復(fù)合中的重要工藝參數(shù)之一,其功效在于以熱能的形式激活金屬表面的原子,促進(jìn)組元金屬的擴(kuò)散結(jié)合,形成冶金結(jié)合界面,同時(shí)還可以促進(jìn)板材在熱變形中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與晶粒細(xì)化,提高層合板的力學(xué)性能。鎂合金對(duì)溫度較為敏感,若軋制溫度不足,鎂合金的塑性差、原子激活程度低,界面難以向牢固的冶金結(jié)合模式轉(zhuǎn)化;而若是軋制溫度過高,則易發(fā)生結(jié)合界面的高溫氧化,氧化皮的存在將阻礙金屬在后續(xù)變形中的進(jìn)一步擴(kuò)散。軋制溫度在300 ℃以下時(shí),鎂合金的邊裂現(xiàn)象嚴(yán)重;而在475 ℃以上[22]時(shí),則會(huì)發(fā)生鎂鋁界面的燒蝕;在400~450 ℃范圍內(nèi),鎂合金的變形塑性最好。
在其他參數(shù)固定的情況下,層合板的結(jié)合強(qiáng)度會(huì)隨軋制溫度的升高呈先增大后減小的趨勢(shì),但結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到峰值的最佳溫度并非定值,會(huì)隨壓下率、道次、軋速等參數(shù)的影響存在差異,例如劉子健[31]實(shí)驗(yàn)所得最佳軋溫為350 ℃,而在張建軍[22]的實(shí)驗(yàn)中,400 ℃軋制的層合板YS(屈服極限)、UTS(極限拉伸強(qiáng)度)和EL(延伸率)最佳;楊婷慧[32]采用單道次60%壓下率軋制時(shí)的最佳軋溫為400 ℃,界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)65 MPa;杜天宇[33]采用45%壓下率軋制,結(jié)合強(qiáng)度在450 ℃時(shí)最高,可達(dá)72.57 MPa。軋制溫度對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)在影響界面的結(jié)合與演化,結(jié)合界面冶金化的過程中會(huì)生成高硬度、高脆性、易形成裂紋源的IMCL[34],IMCL的厚度會(huì)隨軋溫的升高逐漸增大[35],過厚的IMCL將削弱層合板的界面結(jié)合效果。
軋制速率對(duì)鎂鋁層合板的影響主要從兩個(gè)方面體現(xiàn):(1)由于軋輥和板材間的摩擦力的影響,提高軋速引起的溫度升高;(2)層合板在復(fù)合過程中的熱力耦合作用時(shí)效。在軋制復(fù)合中,適當(dāng)?shù)靥岣哕堉扑俾蕦⒁鹉Σ辽郎噩F(xiàn)象,促進(jìn)鎂板的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶[36],降低基面織構(gòu),促進(jìn)錐面織構(gòu),增加非基面滑移系的開動(dòng)量,進(jìn)而提高鎂板塑性,但軋速過高會(huì)導(dǎo)致板材在軋輥摩擦力帶動(dòng)下發(fā)生偏移和錯(cuò)位;降低軋速可以使金屬的接觸變形更充分,但軋速過低會(huì)使層合板的溫降過大,造成復(fù)合界面擴(kuò)散速度快的一側(cè)原子來不及補(bǔ)充,被空位占據(jù),形成Kirkendall孔洞[37]缺陷,導(dǎo)致層合板結(jié)合強(qiáng)度的下降。
張建軍[22]在固定壓下率(40%)和溫度(400 ℃)的情況下研究了改變軋速對(duì)層合板的影響,發(fā)現(xiàn)層合板的切向結(jié)合強(qiáng)度在15 r/min時(shí)達(dá)到峰值,法向結(jié)合強(qiáng)度在20 r/min時(shí)達(dá)到峰值,兩者都隨軋速的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。在張亞娟[38]的研究中,層合板的軋制速率在8.13 m/min時(shí)性能最好,屈服強(qiáng)度為85.1 MPa,抗拉強(qiáng)度為97.6 MPa,伸長(zhǎng)率達(dá)到44.3%。此外,張亞娟在鎂鋁層合板的應(yīng)力松弛試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),隨軋制速率的增加,層合板的應(yīng)力松弛速率加快,但對(duì)應(yīng)力松弛極限的影響不大,溫度對(duì)應(yīng)力松弛行為的影響較大,溫度越高,應(yīng)力松弛越快。
退火處理屬于軋制復(fù)合三階段[39]中的擴(kuò)散階段,其核心參數(shù)為退火溫度和退火時(shí)間。適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砟艽龠M(jìn)原子的擴(kuò)散結(jié)合,提高板材的再結(jié)晶比例以及消除缺陷(空洞、破碎的氧化膜等)和殘余應(yīng)力等,但其最重要的作用在于影響IMCL的生成與尺寸形態(tài),IMCL在尺寸較薄時(shí)與界面存在尺度效應(yīng)[22],可以有效增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度,防止界面分層。
張建軍[22]實(shí)驗(yàn)測(cè)得在鎂鋁界面無(wú)相變下的最佳退火溫度為200 ℃;而付雪松[40]和A Macwan[41]則發(fā)現(xiàn)IMCL的退火生成溫度在250℃以上。聶慧慧[42]對(duì)400 ℃熱軋鎂鋁層合板進(jìn)行了溫度200~400 ℃、時(shí)間1~4 h范圍的退火實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)層合板在200 ℃退火1~4 h后性能最佳(極限拉伸強(qiáng)度223~240 MPa、延伸率21%~26%),退火溫度超過400 ℃后產(chǎn)生的IMCL較厚,界面結(jié)合效果較差。郭偉朋[43]發(fā)現(xiàn),退火溫度的升高對(duì)IMCL厚度的影響遠(yuǎn)大于退火時(shí)間延長(zhǎng)的影響,IMCL的厚度隨退火溫度的升高顯著增長(zhǎng);而相同溫度下退火時(shí)間的延長(zhǎng)只會(huì)使IMCL的厚度緩慢增長(zhǎng)至穩(wěn)定值,IMCL的厚度隨退火時(shí)間增長(zhǎng)的特性[44]可用拋物線規(guī)律來描述。
聶慧慧[45]400 ℃熱軋制備了壓下率為33%、48%和71%(分別記為33R、48R和71R)的鎂鋁層合板,并采用不同退火工藝處理,發(fā)現(xiàn)33R、48R軋制板未形成IMCL,而71R軋制板已形成IMCL;33R的所有退火板和48R+200℃退火板界面均無(wú)IMCL產(chǎn)生,而48R+300℃退火板和71R的所有退火板界面均已產(chǎn)生IMCL,其中低溫退火的48R+200℃和71R+200℃層合板力學(xué)性能較好,分析認(rèn)為,層合板壓下率較低時(shí)原子擴(kuò)散程度較低,IMCL尚未形成,此時(shí)可通過擴(kuò)散退火促進(jìn)界面IMCL的產(chǎn)生;高壓下率的層合板在軋制態(tài)時(shí)就已產(chǎn)生IMCL,此時(shí)低溫退火形成的較薄的IMCL可以提高層合板的結(jié)合性能,較高的退火溫度反而易產(chǎn)生較厚的IMCL影響結(jié)合強(qiáng)度。
熱軋復(fù)合鎂鋁層合板的界面IMCL一般存在兩種新相,即近鎂板側(cè)的Mg17Al12相和近鋁板側(cè)的Al3Mg2相[41],通常Al3Mg2相比Mg17Al12相厚,這種差異是由于金屬原子的擴(kuò)散能力不同造成的,在熱軋過程中鎂原子率先被激活,大量擴(kuò)散到鋁層一側(cè),與鋁原子接觸促發(fā)相變,抑制了鋁原子向鎂層一側(cè)的擴(kuò)散,鋁原子的擴(kuò)散程度不足,導(dǎo)致近鎂板側(cè)的Mg17Al12較薄且呈現(xiàn)鋸齒狀[46]。較厚的IMCL(劉智勇[8]的研究認(rèn)為在5 μm以上)易發(fā)生斷裂失效,在楊金亮[47]的研究中,拉伸強(qiáng)度超過110 MPa時(shí)IMCL將出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象,先發(fā)生橫向斷裂,再逐漸形成縱向斷裂,并在拉伸強(qiáng)度超過160 MPa后完全斷裂,斷裂通常發(fā)生在近鋁板側(cè)的Al3Mg2脆性相[48]。H.H.Nie[49]采用EBSD和TEM技術(shù)表征了Mg/Mg17Al12、Mg17Al12/Al3Mg2和Al3Mg2/Al三種界面的取向如圖2所示,晶格錯(cuò)配度范圍為0.64%~2.7%,可認(rèn)為是相干關(guān)系。
界面界面形貌PFFTHRTEMAl/Al3Mg2Al3Mg2/Mg17Al12Mg17Al12/Mg
鎂鋁層合板界面結(jié)合強(qiáng)度受界面IMCL的影響較大,IMCL的形成既可能發(fā)生在軋制過程中[49],也可能發(fā)生在退火過程中[40,41,45],還可能出現(xiàn)單相結(jié)合層的特殊情況,例如常海[50]采用ARB工藝(累積疊軋)制備Mg/Al層合板時(shí),復(fù)合界面僅有Mg17Al12單相;J. H. Bae[51]在鑄軋制備鎂鋁層合板時(shí),在變形過程生成了Mg17Al12單相,在退火過程生成了Al3Mg2單相,因此,IMCL的生成與厚度控制是目前的技術(shù)難點(diǎn)之一。根據(jù)聶慧慧[45]的研究,軋制復(fù)合過程中的累積壓下率較大時(shí),IMCL會(huì)形成于軋制過程中,再通過低溫退火限制IMCL厚度的增長(zhǎng),可以得到性能優(yōu)良的層合板;而較小的累積壓下率軋制的層合板在軋制態(tài)和低溫退火態(tài)均未生成IMCL,在高溫退火時(shí)又易形成較厚的IMCL,因此結(jié)合可靠性不高。
在軋制復(fù)合中,由鎂、鋁板的塑性差異引起的鎂板的軋制邊裂以及鋁板的堆積現(xiàn)象,是鎂鋁層合板的板型難題。異步軋制工藝可有效降低金屬?gòu)?fù)合所需軋制力和變形量,同時(shí)避免了層合板因金屬延伸率不同在出口處向硬質(zhì)合金一側(cè)的彎曲,是削弱鎂、鋁板塑性差異影響的方法之一。劉子健[31]和劉蒙[11]均采用異步軋制法制備了鎂鋁層合板,發(fā)現(xiàn)異步軋制可將鎂鋁層合板的臨界壓下率降至30%,并且搓軋區(qū)金屬變形劇烈,基板鎂合金的晶粒有明顯的細(xì)化、均勻化,在350 ℃、單道次38%壓下率下制得的層合板性能最佳,屈服強(qiáng)度可達(dá)153 MPa,抗拉強(qiáng)度230 MPa。王躍林[52]采用波紋輥軋制制備了鎂鋁層合板,這種方法與異步軋制的原理類似,即先通過“波紋輥+平輥”的方案在35%壓下率進(jìn)行粗軋,使組元板在不同軋制壓力下發(fā)生塑性變形,再通過30%壓下率的平輥精軋?zhí)岣甙宀牡慕Y(jié)合強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。
除異步和波紋輥軋制外,還可以通過調(diào)控組元板的塑性達(dá)到增強(qiáng)復(fù)合金屬變形協(xié)調(diào)性的目的,此類工藝包括固液鑄軋以及脈沖電流輔助等。固液鑄軋[53-54]即將覆層鋁合金熔成半固態(tài)漿料,利用模具緩慢覆至鎂合金表面,冷卻成形后再進(jìn)行熱軋,這種方法可使鎂鋁在高溫下發(fā)生預(yù)復(fù)合,界面形成的α-Mg+Mg17Al12共晶組織層、Mg17Al12層及Al3Mg2層,如圖3所示,在后續(xù)熱軋中逐漸被軋碎、細(xì)化、分散,板材的變形協(xié)調(diào)性和結(jié)合強(qiáng)度因此得以提高。脈沖電流輔助工藝則是利用電致塑性效應(yīng)[55]使鎂合金的變形抗力迅速下降,提高加工塑性,減少邊裂的產(chǎn)生。彭治力[56]在采用電流輔助ARB工藝制備鎂鋁層合板時(shí),發(fā)現(xiàn)電流的引入可以抑制界面IMCL隨軋制道次增加的增厚,同時(shí)加速鎂、鋁層的再結(jié)晶。
圖3 固液鑄軋法Al/Mg界面的顯微組織[53]
為提高鎂鋁層合板的結(jié)合可靠性,防止發(fā)生分層失效,通常需要軋制復(fù)合的累積應(yīng)變超過臨界值[20],傳統(tǒng)軋制工藝常采用提高軋制溫度的辦法減小變形抗力,但這種方法易導(dǎo)致鎂鋁界面的高溫氧化,而真空熱軋法又工序繁瑣,生產(chǎn)效率低,因此難以實(shí)現(xiàn)結(jié)合強(qiáng)度與平整板型的平衡。ARB工藝是一種有效提高鎂鋁層合板結(jié)合強(qiáng)度的方法,其優(yōu)點(diǎn)在于:層合板在循環(huán)軋制中的疊合界面為Al/Al界面,因此鎂板在軋制中的塑性變形量遠(yuǎn)低于鋁板,可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)更大的變形量,在趙田麗[57-60]等人的研究中,ARB工藝制備的鎂鋁層合板經(jīng)兩次循環(huán)后抗拉強(qiáng)度達(dá)到192.5 MPa,并且板材的晶粒細(xì)化效果明顯,在B. Zhang[61]的研究中,經(jīng)三次循環(huán)后的Al和AZ31層晶??煞謩e減小至約0.5 μm和1.0 μm。
圖4a為直接軋出來的板,圖4b~圖4d分別是對(duì)軋板進(jìn)行1次、2次、3次累積疊軋。ARB工藝雖然可以有效增強(qiáng)層合板的力學(xué)性能,但同樣存在缺點(diǎn),例如隨著ARB工藝的循環(huán)次數(shù)的增加,鎂鋁界面逐漸從平直轉(zhuǎn)為“波浪”狀結(jié)構(gòu),如圖4所示,并出現(xiàn)局部裂紋等。將對(duì)板材的后續(xù)加工性能造成影響,而羅長(zhǎng)增[26]等人的研究則為鎂、鋁板的軋制復(fù)合提供了另一種升溫軋制的解決思路:即在軋制初期采用低溫加熱,配以合適的變形量破碎表面硬化層,使鎂、鋁板間形成一個(gè)緊密黏合的預(yù)復(fù)合界面,再通過提高軋制溫度實(shí)現(xiàn)較大的累積應(yīng)變,提高界面的結(jié)合可靠性。劉鵬濤[53]等人的固液鑄軋法與此原理類似,通過將半固態(tài)的鋁合金覆至鎂合金上,達(dá)到界面預(yù)復(fù)合的效果,界面處的IMCL在后續(xù)熱軋中被軋碎,可以限制局部裂紋的擴(kuò)展并增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。
圖4 Mg/Al界面SEM像及EDS線掃描分析
軋制復(fù)合工藝是目前鎂鋁層合板的主要制備工藝之一,通過該工藝制備的層合板性能優(yōu)良,應(yīng)用前景廣闊,但目前仍有幾點(diǎn)值得深入研究與提高:(1) 界面IMCL的形成與尺寸控制,IMCL對(duì)層合板的結(jié)合強(qiáng)度影響較大,現(xiàn)有研究對(duì)晶粒生長(zhǎng)、位錯(cuò)演化、位相關(guān)系等細(xì)觀解釋尚有不足,缺少分子動(dòng)力學(xué)理論等微觀尺度的分析;(2)金屬變形協(xié)調(diào)性,鎂、鋁合金在大變形作用下的變形塑性差異較大,目前對(duì)于提高層合板變形協(xié)調(diào)性,改善板型缺陷的手段研究較為有限;(3)界面結(jié)合可靠性,層合板在加工應(yīng)用時(shí)受到應(yīng)力影響,界面結(jié)合強(qiáng)度不夠易發(fā)生分層,如何在不影響界面演化的基礎(chǔ)上提高結(jié)合可靠性,也是目前層合板的產(chǎn)品化亟待解決的問題之一。