金属层状复合材料是利用同种或异种金属通过复合技术实现组元金属牢固结合而制备的新型复合材料。这类材料综合了各组元金属的特性,兼具高强度和优异的热稳定性等性能,成为金属材料领域研究的焦点。相比于其他的严重塑性变形技术,累积叠轧工艺被认为是一种工艺简单、经济可行且能够大规模工业化连续生产大体积超细晶层状复合材料的工艺。本课题利用初始单层厚度为1 mm的钛、铌异种金属,通过累积叠轧工艺成功制备了理论单层厚度为300nm的Ti/Nb层状复合材料。通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）研究了复合体侧轧面的层状形貌演化以及成分分布;通过电子万能拉伸试验机和维氏硬度计对复合体的宏观力学性能进行了评估;还借助透射电子显微镜（TEM）研究了随着叠轧道次增加各组元金属的微观组织演化。Ti/Nb金属层状复合材料的侧轧面层状形貌演化表明:在累积叠轧过程中,组元金属Ti和Nb相互协调变形,各层在界面处结合良好。随叠轧道次增加,硬相Ti层优先发生颈缩、断裂和分离。经5道次叠轧,由于剪切应力的累积,可观察到较为显著的剪切带。经8道次叠轧,剪切带贯穿若干金属层,形成具有高密度异质界面的层状复合材料。由EDS和XRD实验表征得知:经不同道次叠轧的Ti/Nb层状复合材料中,异质界面处仅发生了 Ti和Nb原子的相互扩散,即各金属原子以固溶的形式存在于相邻金属基体中,没有金属间化合物的生成。采用TEM对Ti/Nb层状复合材料叠轧板面微观组织的表征得知:在不同道次下Ti和Nb层中均存在两种典型的微观形貌,即等轴晶和层状晶粒。随着叠轧道次增加,层状晶粒被碎化成细小的等轴晶。在经8道次叠轧的复合材料内部,Ti和Nb的晶粒尺寸均达到纳米尺度,分别为70和200 nm。Ti/Nb层状复合材料表现为高强度和有限塑性变形的拉伸性能特点。经8道次叠轧后复合材料的屈服和抗拉强度分别是518 MPa和808 MPa,延伸率为8%。复合材料的力学性能存在多种强化机制,其主要是由位错引起的应变硬化和细晶强化,其次是具有不同力学性能的相邻两相在异质界面处相互作用产生的界面耦合效应。此外,经不同道次叠轧获得的层状复合材料在拉伸过程中均发生不同程度的颈缩,断口特征表现为韧性断裂。显微硬度测试表明,叠轧道次越高,复合材料的内部结构及应力分布越均匀,微观硬度分布呈现显著的尺寸效应。通过对不同道次的Ti/Nb层状复合材料的热稳定性研究表明:随着退火温度提高,异质界面变得粗糙、模糊,Ti和Nb原子扩散加剧。经500℃退火保温1小时处理后,其显微硬度略有降低。特别是经8道次叠轧的样品,其硬度值几乎没有发生改变,表现为优异的热稳定性。当退火温度达到800℃时,各道次的显微硬度明显下降,其层状结构出现了明显的失稳,说明退火温度超过临界温度。综合上述,高密度的异质界面使得Ti/Nb层状复合材料兼具有高强度和优异的热稳定性的特点,这打破了传统金属层状复合材料的高强度与热稳定性之间的矛盾关系。