【摘 要】
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钛/铝/镁层状复合板在航空航天、汽车和船舶工业等方面具有巨大的应用前景。层状复合板界面结构和组织会对其性能产生很大影响,通过控制它们的变化来对其力学性能进行调控一直是研究的热点。本文选用商用钛合金（Ti6Al4V）、铝合金（AA6061）和镁合金（AZ31）在400°C下预热轧制复合来制备铝/镁复合板、钛/铝复合板以及钛/铝/镁层状复合板。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子
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钛/铝/镁层状复合板在航空航天、汽车和船舶工业等方面具有巨大的应用前景。层状复合板界面结构和组织会对其性能产生很大影响,通过控制它们的变化来对其力学性能进行调控一直是研究的热点。本文选用商用钛合金（Ti6Al4V）、铝合金（AA6061）和镁合金（AZ31）在400°C下预热轧制复合来制备铝/镁复合板、钛/铝复合板以及钛/铝/镁层状复合板。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）和X射线衍射仪（XRD）等实验设备和技术,对层状复合板界面结构和组织进行表征。通过拉伸实验和硬度实验等方法检测多层板的力学性能。研究退火工艺对铝/镁复合板、钛/铝复合板和钛/铝/镁层状复合板结构和力学性能的影响。探索轧制压下量对钛/铝/镁层状复合板组织和力学性能的影响。揭示铝/镁和钛/铝界面金属间化合物的生长规律。（1）热轧铝/镁复合板呈现出较好的界面结合,在250°C或者更高温度退火后,铝/镁界面出现Al3Mg2和Al12Mg17两种金属间化合物。其中Al3Mg2晶粒为杆状,而Al12Mg17晶粒为柱状。柯肯达尔孔洞和杂质（Mg2Si和α-Al8Fe2Si相）在Al3Mg2层中形成。铝/镁界面金属间化合物厚度与退火时间的平方根呈一次线性关系,Al3Mg2和Al12Mg17金属间化合物的激活能分别为78.08和112.15 k J mol-1。随着退火温度的升高,铝/镁复合板的拉伸强度下降,然而其延伸率在200°C退火后达到最大。200°C退火的复合板获得了较好的力学性能,拉伸强度238 MPa,延伸率18.6%。（2）热轧钛/铝复合板界面结合良好,当退火温度达到550°C时,界面处出现Ti Al3相。铝原子是主要的扩散原子,其穿过Ti Al3层与钛原子在Ti/Ti Al3界面处发生发应。在铝侧的Ti Al3区域观察到一条由Mg Al2O4相和未反应铝组成的薄层。界面Ti Al3层生长由反应扩散机理控制,其指数因子n为0.82。钛/铝复合板的拉伸强度先下降,在400°C退火后达到较低的368 MPa,然后在400-550°C退火增加至427 MPa,最后降低。复合板的实验拉伸强度与混合法则计算出的值一致。复合板延伸率先升高,在550°C退火达到最高18.7%,然后下降。（3）钛/铝/镁层状复合板呈现出良好的界面结合,轧制压下量对中间铝层厚度方向变形的不均匀性具有重要影响。随着轧制压下量的增加,在钛/铝界面处的铝层形成剪切织构,并且向中间区域渗透。随变形量增加,层状复合板拉伸强度由355 MPa上升到474 MPa,延伸率由12.4%下降至6.7%,其拉伸断裂特点与铝/镁和钛/铝的界面结合强度有关。（4）钛/铝/镁层状复合板在退火温度达到或者高于200°C时,在铝/镁界面处出现Al3Mg2和Al12Mg17相。然而,即使在400°C退火后,也没有明显的金属间化合物出现在钛/铝界面。钛层都呈现出相似的微观结构,其主要织构为c//TD,<11-20>//ND和<10-10>//RD。退火态的镁层呈现出基面织构并且其沿着ND方向发散。随退火温度增加,多层板的拉伸强度下降,但是其延伸率在200°C退火后达到最大,然后下降。200°C退火的多层板具有较好的力学性能,拉伸强度415 MPa,延伸率19%,其拉伸断裂特点主要与铝/镁界面金属间化合物的厚度有关。
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