【摘 要】
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采用包套挤压及包覆叠层轧制复合法分别制备了6063铝合金/AZ31镁合金层状复合棒材及复合板材。借助光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和电子背散射衍射技术（EBSD）分析了该层状复合材料界面层及其两侧的晶粒形貌、元素分布特征和晶体取向,并观察分析了该层状复合材料的结合界面剥离面和拉伸断口形貌与元素分布特征;利用万能力学性能试验机和显微硬度计分别评价了该层状复合材料的界面
【基金项目】
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广东省自然科学基金项目； 广东省科技计划项目；
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采用包套挤压及包覆叠层轧制复合法分别制备了6063铝合金/AZ31镁合金层状复合棒材及复合板材。借助光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和电子背散射衍射技术（EBSD）分析了该层状复合材料界面层及其两侧的晶粒形貌、元素分布特征和晶体取向,并观察分析了该层状复合材料的结合界面剥离面和拉伸断口形貌与元素分布特征;利用万能力学性能试验机和显微硬度计分别评价了该层状复合材料的界面结合强度与力学性能以及显微硬度分布特征,分析了在6063Al/AZ31Mg复合坯料层间添加锌过渡层对该层状复合材料结合强度的影响,并探讨了该层状复合材料界面结合机理;采用浸泡腐蚀试验分析了该层状复合材料的耐腐蚀性能,并借助SEM和EDS观察分析了腐蚀形貌以及腐蚀表面。主要研究内容及结果如下:1、研究了复合坯料的加热温度、加热方式、挤压速度、挤压比等工艺对6063Al/AZ31 Mg层状复合材料层厚均匀性的影响,制备了层厚均匀且低倍组织良好的层状复合材料。在试验条件下,增大挤压比及降低加热温度或者是采用复合坯料差温加热及变速挤压的工艺,有利于提高该复合材料横向和纵向的层厚均匀性。采用复合坯料380℃均匀加热方式且挤压速度从2.4mm/s降至0.8mm/s的先快后慢的变速挤压工艺以及复合坯料490℃/360℃差温加热方式且挤压速度从1.6mm/s降至0.8mm/s的先快后慢的变速挤压工艺,在挤压比为14-43范围内,均能制备出横向及纵向上层厚较为均匀的层状复合棒材;在加热温度390-420℃范围内,对称与非对称两种方式添加锌层的包覆叠层轧制均能获得低倍组织良好且纵向和横向层厚较为均匀的复合板材。2、分析了6063Al/AZ31Mg层状复合棒材及层状复合板材的微观结构特征。复合棒材中界面结合层铝合金侧相较于铝管坯,晶粒沿着挤压方向呈带状分布,在[001]反极图上有较为明显的择优取向。复合棒材中界面结合层镁合金侧晶粒发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶,晶粒平均尺寸在4-7μm范围内。复合棒材中形成了良好且无缺陷的界面层;复合板材中界面结合层铝合金侧的晶粒均沿着轧制方向呈带状分布。复合板材中界面层镁侧相较于镁板坯,晶粒发生动态再结晶,得到细化。添加锌层的包覆叠层轧制的复合板材中形成了良好且无缺陷的界面层。3、研究了6063Al/AZ31Mg层状复合棒材与层状复合板材的界面行为和结合强度,探索了添加锌过渡层对该层状复合板材界面行为和结合强度的影响。复合棒材中铝和镁相互扩散,形成了厚度在6-240μm范围内的界面层。界面层中靠近铝侧的晶粒细小,靠近镁侧的晶粒较粗大。当界面层厚度在10-16μm范围内,复合棒材获得了较高的结合强度。随着界面厚度进一步增加,结合强度下降;复合板材中形成了厚度在2-9μm范围内的界面层。添加锌过渡层能提高包覆叠层轧制的层状复合板材的界面结合强度。4、探讨了6063 Al/AZ31 Mg层状复合材料界面结合机理。在高温塑性变形过程中,坯料表面氧化膜在变形力的作用下破碎,基体金属暴露;新鲜金属相互接触,在力的作用下嵌合互锁,但此时材料界面上的能量较低,材料未相互扩散或者反应。此外,由于坯料间流动性的差异,导致铝镁层状复合材料难以塑性变形复合。层状复合材料在此阶段主要以简单机械结合为主,结合强度较低;随着挤压以及轧制的进行,温度逐渐升高,材料界面上能量逐渐升高,相互接触的金属原子开始扩散和反应,此时复合材料的结合类型转变为冶金结合。5、探明了6063 Al/AZ31 Mg层状复合材料截面沿着界面两侧的显微硬度分布规律,对比评价了层状复合棒材与同尺寸AZ31镁合金棒材及同尺寸6063铝合金棒材的比强度差异,研究了复合坯料层间添加锌层对复合板材的力学性能的影响,对比分析了该层状复合棒材与AZ31镁合金及6063铝合金的浸泡腐蚀性能。层状复合材料界面层显微硬度明显高于界面两侧铝、镁合金基体的显微硬度;复合棒材的比强度虽不及单一镁合金棒材的比强度,但高于铝合金棒材的比强度,可达8.46×10~4Nm/kg;锌过渡层的加入将层状复合板材的抗拉强度从195.15MPa提高到218.25MPa;在0.5%Na Cl溶液中浸泡24小时后,复合棒材与同尺寸6063铝合金棒材表面只发生了轻微点蚀,AZ31镁合金表面腐蚀程度较重,表明该复合棒材的铝层对复合棒材起到了良好的耐腐蚀性能。
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