炉热及电流辅助累积叠轧法制备镁铝层状复合板材的微观结构和力学性能

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镁和镁合金具有良好的阻尼性能、较高的比强度和比弹性模量,然而存在易腐蚀、强度较低的问题。铝和铝合金通常比镁具有更好的成形性和抗腐蚀性能,通过累积叠轧工艺制备镁铝层状复合材料,可综合镁与铝各自的优点,得到优异的综合力学性能和较好的抗腐蚀性能。然而目前通过累积叠轧工艺制备的镁铝层状复合材料,由于工序较复杂,并且存在形成镁铝界面金属间化合物的问题,严重影响界面结合,并没有获得较好的宏观力学性能,对镁铝金属板材的抗拉强度提升较低。本文通过炉热以及电流辅助累积叠轧工艺,探究了高道次叠轧提升镁铝层状复合板材强度的可行性以及电流辅助累积叠轧对于界面金属间化合物的抑制作用。具体的,利用炉热累积叠轧工艺,制备了镁铝层状复合板材,利用扫描电子显微镜及能谱分析,对层状复合板材的横截面的微观结构进行了表征,并对各道次叠轧后的样品进行了拉伸试验和横截面显微硬度测试,分析讨论了高道次炉热累积叠轧镁铝层状复合板材的强度提升空间以及强化机制。针对传统炉内热处理累积叠轧工艺制备出的镁铝层状复合板材容易形成镁铝界面金属间化合物的问题,本文采用电流辅助在线轧制替代传统累积叠轧的中间热处理,通过对比传统热处理与电流辅助累积叠轧工艺,研究了电流辅助轧制对样品微观结构和宏观力学性能的影响,以及电流辅助累积叠轧对界面金属间化合物的抑制作用。本文的研究结果表明:(1)高道次炉内热处理累积叠轧可显著提升样品的宏观力学性能,其力学性能的强化主要由加工硬化、细晶强化和动态再结晶三种机制的综合作用决定。在对镁铝金属板材进行七道次累积叠轧后,制备出了层厚为数微米、层数达到192层的镁铝层状复合板材,样品强度随着叠轧道次的增加而显著提升,并且延伸率在叠轧过程中没有随叠轧道次的增加而降低。通过该方法制备的镁铝层状复合材料,在镁铝层间形成了扩散层和界面金属间化合物。随着叠轧道次的增大,扩散层厚度逐渐增长,并且在第七道次轧制之后形成了弥散在镁铝界面的颗粒状界面金属间化合物。(2)通过电流辅助累积叠轧工艺成功制备出了镁铝层状复合板材,且有效抑制了界面金属间化合物的生长。经过电流辅助轧制后,镁铝层能够较好结合,并且叠轧过程中电流辅助工艺有效的抑制了界面金属间化合物的长大,界面处形成的界面金属间化合物厚度明显低于传统累积叠轧中界面金属间化合物厚度。(3)采用电流辅助进行累积叠轧,样品大小可以不受限制,同时在工业上实现连续、批量的Mg/Al层状板材的制备,还可以省去炉内加热预处理等环节,提高生产效率并节省能源。
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