层状金属复合材料是由几层不同性能的金属复合而成,可以综合各组元金属的性能优势,经过合理设计可以获得相对较高的强度、耐蚀、导电与导热等性能,并可应用于具有特殊要求的工作环境。目前,铜/铝层状复合材料因具有良好的导电和导热性能,而且成本低、比强度高,广泛应用于热交换器、输电设施以及电工电器设备中的散热片、集热管与过渡板等零部件。由于Al与Cu的电负性接近,在热处理时容易发生原子反应形成多种金属间化合物,如硬脆性很高的Cu4Al4、CuAl和CuAl2相,从而破坏了铜/铝层间界面的连接强度。目前用来制备铜/铝多层复合材料的工艺包括热压扩散连接、轧制复合和挤压复合等工艺,都无法避免加热条件下铜/铝界面原子反应的弊端。但是,室温异步轧制复合工艺既有效控制了热加工过程的原子反应程度,又解决了冷轧过程所需要的轧制压力和设备条件,因此在制备多层金属复合材料方面具有深远的应用前景。本文主要研究了铜/铝多层复合板的室温异步轧制复合工艺和退火热处理过程,分析了轧制变形条件对复合板微观组织的影响,并采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、能谱分析和选区电子衍射等分析方法系统研究了铜/铝层间界面的微观组织及物相成分的演变规律。通过室温拉伸、高温拉伸、高应变速率拉伸以及界面剥离和三点弯曲实验研究了铜/铝复合板微观组织成分尤其是层间界面对复合板力学性能的影响。论文的主要研究结论如下：1)异步轧制复合过程中,金属基体层间获得较大的剪切变形,促进基体表层破裂和内部金属挤出。与同步轧制铜/铝复合板相比,350℃退火后的异步轧制复合板界面结合紧密,扩散过渡层均匀分布,室温准静态拉伸时界面增强作用提高了复合板的抗拉强度。随着应变速率的增加,异步轧制复合板的抗拉强度增加,而断后伸长率降低至稳定值,复合板表现出较高的应变速率敏感性。在200℃加热条件下,铜/铝复合板的抗拉强度受到快速生长的界面过渡层抑制。2)与室温多道次异步轧制复合相比,单道次大变形制备的铜/铝复合板界面结合良好,无孔洞和应力畸变层存在,此时界面连接强度最高。轧制复合过程中,Cu/Al界面受到线速度较大的轧辊影响,其塑性变形程度要高于Al/Cu界面。在界面撕裂面上粘附着较多的铝基体挤出金属,因此铝层的塑性变形决定着铜/铝层间界面的连接性能。3)异步轧制复合过程造成金属晶粒显著拉长,并在基体和层间界面形成超细晶组织。界面金属间化合物的生成与长大主要受塑性变形和退火过程中的原子扩散控制。生长动力学计算结果表明,退火过程中界面过渡层的生长满足Arrhenius抛物线规律。过渡层首先在变形能量较高的界面局部点形成,然后向基体内生长并沿着界面扩展。磁场作用促进了原子的扩散运动,加载12 T强磁场时Cu/Al层间界面的金属间化合物层加速生长,基体再结晶程度增加。4)在复合板的准静态拉伸过程中,界面过渡层对层间不协调变形起着缓冲作用,当界面层仅包含扩散固溶体时其缓冲效果最好。当界面生成金属间化合物时,复合板最先在界面断裂,造成基体局部塑性失稳和复合板整体断裂。5)应变速率为0.001 s-1～0.1 s-1的拉伸实验表明,400℃退火后的复合板因应变速率强化作用获得了较高的抗拉强度,而层间界面因基体的不同步变形被破坏,基体分层导致复合板的断后伸长率增加。在高应变速率10 s-1～500 s-1加载条件下,复合板的抗拉强度明显增加,断后伸长率由20%逐渐降低到7%。动态加载过程中,复合板受到应变速率硬化和形变升温软化的共同作用,铜基体生成形变孪晶,界面与基体发生协调变形。复合板断裂后层问界面保持良好结合,并在铜、铝基体中沿拉伸方向形成细晶形变组织。6)多层铜／铝金属异步轧制复合过程的塑性变形特点造成复合板的各个层间界面存在不对称的微观组织和连接性能。界面连接性能直接影响复合板的抗弯性能,通过界面设计提高了承受拉应力的界面对弯曲载荷的抵抗能力,改善了复合板的抗弯曲性能。