双金属复合管(又称双金属管)作为一类管形层状复合材料,充分利用了基管和复管的优势性能。相对于单一组元材料的金属管,双金属复合管具有节约贵重金属、降低成本、扩展功能等优势,因而可被广泛的应用于石油、化工、制冷和核电等领域。然而,双金属管的种类及适用范围极大受限于制备双金属复合管的复合技术。由于工艺原理上的限制,目前各类复合技术在界面复合质量、环保等方面存在不足,迫切需要探索双金属管复合新技术。本文提出了利用脉冲电磁力进行长直金属管材复合的新方法——磁脉冲复合法。以Al/Fe双金属管为研究对象,开展了铝管衬于钢管内壁的内衬型和铝管包覆于钢管外壁的外包覆型双金属管磁脉冲复合方法的试验研究,对双金属管在渐进脉冲电磁力作用下的变形行为、复合界面微观结构及其形成机制等内容进行了重点分析,并利用分子动力学模拟方法从原子尺度探讨了Al/Fe磁脉冲复合界面基体元素动态扩散机制。针对内衬型双金属复合管的结构特点,通过复管胀形变形与基管实现复合的加工模式进行了内衬型Al/Fe双金属复合管的制备,研究中讨论了主要工艺参数(如送进量、放电能量、基/复管初始径向间隙等)对复合管结合强度的影响。在外包覆型Al/Fe双金属管的制备过程中,通过引入集磁器工装,获得了具有冶金结合效果的Al/Fe复合界面。通过建立渐进脉冲电磁力作用下管-管磁脉冲复合过程的有限元分析模型及数值模拟流程,对外包覆型Al/Fe双金属管磁脉冲复合过程塑性变形规律进行了研究,发现复合管表面出现“竹节”状轮廓的“凸棱”缺陷是由于复管在渐进分区复合过程中过渡变形区与待变形区的变形不协调而引起,进而提出了通过优化设计集磁器工作区结构使磁场空间分布与复管变形轮廓吻合的方法来实现复管的协调变形控制。对1060Al/20#钢磁脉冲复合界面的力学性能进行了分析,结果表明,复管的变形协调性对复合管界面结合强度的分布产生了重要影响,在协调变形的条件下,对于界面相对结合强度(相对铝母材的剪切强度)达到100%区域,其轴向长度可占到复合区长度的50%。通过对1060Al/20#钢双金属管磁脉冲复合界面的宏观形貌特征进行进一步分析,建立了界面力学性能与复合界面组织的关联机制。通过TEM技术首次观察了1060Al/20#钢磁脉冲复合扩散界面的结构特征,结果表明:扩散界面仅是一条宽度约10 nm、原子呈无序结构排列的边界层,其两侧为母材基体,钢侧为纳米级长条状的Fe晶粒,Al侧的三角晶界附近发生了无序化反应,生成的非晶相成分与Al晶粒基体一致。从热力学和动力学两方面分析了扩散界面中无序化边界层的形成机制,并进行了Al/Fe磁脉冲复合界面基体元素扩散过程的分子动力学(MD)模拟研究,结果表明,形成了基体元素呈梯度分布的Al/Fe扩散界面主要是Fe原子在无序化Al基体中的快速迁移。同时研究了带过渡区的1060Al/20#磁脉冲复合界面的微观组织结构特征,TEM观察发现,过渡区内包含了原子呈无序结构排列的基体相和弥散分布于其中的具有超点阵结构的Al/Fe有序相,无序基体相中氧元素的含量可占到10 at.%,紧邻过渡区的钢侧发现了Fe的挛晶组织,铝侧为Al的亚晶粒,而局部选区则为柱状晶组织,分析表明,带过渡区的1060Al/20#磁脉冲复合界面是由于过渡区熔化而后凝固所形成的熔合界面。针对接触界面材料的变形特点,利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对Al/Fe冲击接触界面的金属射流及界面剧烈剪切变形行为进行了研究,建立了复管冲击接触碰撞的2D轴对称SPH模型,分析了界面物理场的分布情况。分析结果表明,在磁脉冲复合过程中,单一的涡流热效应不足以引起复合界面材料发生熔化,涡流和冲击接触界面材料塑性变形的联合作用则可以使界面温度升高至Al母材的熔点。通过分析SPH数值模拟和熔合界面微观结构TEM观察结果发现,除了因Al母材基体熔化而形成熔合界面之外,界面射流被“捕捉”是形成熔合界面的另一诱因。对于1060Al/20#钢双金属管的磁脉冲复合过程而言,带过渡区的复合界面是扩散界面在外界输入能量进一步升高之后的演变结果。宽度达到几十微米的熔合界面则是在Al母材基体熔化和界面射流被“捕捉”两因素的共同作用下所形成的产物。