随着使用环境越来越复杂,单一材料已无法满足需求,这就体现出异种金属连接的重要性。镁合金和铝合金是应用最为广泛的两种轻量化金属材料,但镁和铝易氧化,二者膨胀系数差异较大,且易反应形成脆性金属间化合物等,这些特点都使得镁合金和铝合金的焊接很困难。除了必要的实验研究以外,数值模拟技术也是一种有效的研究手段,可以在预先判断出不同的实验参数对实验结果的影响。本文主要针对液态镁(合金)压铸包覆固态铝(合金)(即一种异种金属“液固复合”工艺)中的关键技术开展理论和相关实验研究,主要包括:(1)采用锌酸盐表面处理技术加电镀锌以及添加微量元素Ga的方法去除固态铝(合金)表面的氧化膜;(2)运用流体动力学和流体体积模型来模拟计算液态镁合金(AM60)在固态铝合金(A390)表面上的流动,并分析不同镁合金含量和铝合金预热温度对其的影响;(3)运用有限元来模拟计算AM60/A390液固复合界面的残余应力分布情况,并分析不同镁合金含量和铝合金预热温度对其的影响;(4)采用分子动力学研究纯镁/纯铝,液/固复合界面的原子扩散及其原子富集分布,并通过与理论计算以及实验数据相对比,得出扩散时间以及界面厚度。主要研究结果如下:(1)利用“锌酸盐表面处理技术”和电镀Zn技术可以有效去除固态纯铝和A390铝合金表面的氧化铝膜,并可获得液固复合工艺所要求的有效Zn层厚度,确定了液态AM60镁合金和表面处理后的固态纯A1 (或A390)液固复合的优化工艺,获得了冶金结合的、界面强度可达60.6MPa的Mg/Al液固复合样品。(2)采用流体动力学(CFD)和流体体积模型(VOF)研究AM60镁合金液滴在固态A390铝合金衬底上的运动分布情况,并引入铺展因子(spread factor)这一参数来表征镁合金液滴在铝合金衬底上的分布。研究发现,整个过程可以分为(a)铺展、(b)回弹、(c)抖动以及(d)平衡四个阶段。通过研究不同的接触速度、液滴尺寸以及预热温度,来研究这些参数对液滴运动过程四个阶段的影响。对于铺展阶段:较大的接触速度会得到较大的铺展因子峰值。随着液滴尺寸的增加,该阶段的时间也会相应增加,即铺展时间越长,预热温度对该阶段影响较小;对于回弹阶段:接触速度影响较小,液滴尺寸会导致这一阶段时间延长,很久才会进入抖动阶段。而预热温度会增加液滴的回弹量,表现为液滴运动幅度较大;对于抖动阶段:三者都有影响,接触速度和预热温度主要是增加抖动幅度,而较大的液滴尺寸会缩短抖动时间。通过这些模拟计算结果,可以指导AM60/A390液固复合实验,选取合适的液滴尺寸、滴落高度以及预热温度。(3)通过有限元法和生死单元技术,对AM60镁合金/A390铝合金液固复合样品进行热-力耦合计算,得出样品内部的残余应力分布情况。研究发现,复合铸造样品冷却之后,镁合金一侧呈现出拉应力,铝合金一侧呈现为压应力。研究分析三个应力分量的分布情况,在平板两边存在应力集中的现象,并且会出现拉应力与压应力相互转变的情况,这也是两侧容易发生裂纹等缺陷的原因。通过研究铝合金的预热温度和镁合金液滴的量对双金属界面结合的影响,发现随着镁合金量的增加,样品内部的应力逐渐增加;较大的铝合金层预热温度会产生较大的内应力。分析实验数据发现,高预热温度会使铝合金表面熔化,从而导致金属间脆性相的生成,而低预热温度又会降低镁合金层在铝合金层表面的润湿。结合实验以及计算结果,得出在700℃炉温内预热90s为合理的预热温度。(4)运用分子动力学技术以及实验观测手段,研究了液态纯镁和固态纯铝结合界面处原子分布情况、扩散系数以及界面长度。结果表面铝原子在镁侧的运动距离要比镁原子在铝侧的运动距离要大,也就是镁侧的界面要比铝侧的界面要厚。拟合原子坐标数据,得出纯镁的扩散系数要比纯铝的大。对于实验所得界面处原子密度以及分子动力学所得原子密度,发现两者在变化趋势上是吻合的,除此之外,还对比了分子动力学所得界面厚度以及公式计算所得出的界面厚度,发现在不同时刻,两者的数据都比较吻合,这都验证了计算模型的合理性。通过界面厚度与扩散时间的关系,可以得出整个扩散所需时间为1.94s。